豬的育種技術及其應用

傅 衍

（天邦食品股份有限公司，上海 徐匯 200233； 浙江大學動物科學學院，浙江 杭州 310058）

豬的育種技術，歐美國家長期領先于我國，所以從國外引種成了常態(tài)。近年來，國內有些大型養(yǎng)豬公司，在內部需求的驅動下，加大了對育種的投入，建立了較強的育種團隊，開展了育種新技術的研發(fā)和應用。我國基于大公司豬育種的技術和成效與國外公司的差距正在縮小，有望在不遠的將來趕上或超過國外種豬公司，改變我國豬遺傳進展過度依賴進口種豬的現狀。

1 歐美豬育種戰(zhàn)略和技術的發(fā)展歷程

1.1 第一階段（1940—1990年）

早期豬的育種，主要是人們用性能測定的手段獲得表型，通過表型估計育種值。所選的性狀主要是與經濟效益有關的、容易度量的性狀，如生長速度、背膘厚、眼肌厚度、飼料利用率等。其中，飼料利用率的改進主要是通過間接選擇來提高，即通過選擇背膘厚和瘦肉率，間接地改進飼料報酬。另外通過選擇生長速度，縮短育肥時間，減少育肥全程的維持需要（能量），也可間接地提高飼料報酬。這一階段，主要是針對遺傳力較高的性狀進行選擇，而對低遺傳力的性狀，如繁殖力性狀遺傳進展不大。

1.2 第二階段（1990—2000年）

隨著電子計算機技術的發(fā)展，在奶牛育種中已廣泛使用的BLUP方法，也在豬的育種中得到了推廣，這使得不同時間及不同來源的數據得到了充分的利用。低遺傳力的性狀也被加入了選育目標，產仔數、存活力等低遺傳力性狀評估的準確性得到了大大的提高，遺傳進程明顯加快。所以近十多年來引進的一些外來豬品種的產仔數普遍都很高，甚至超過了以繁殖力高著稱的我國地方品種。

1.3 第三階段（2000—2010年）

分子育種得到了應用，通過分子標記，對繁殖性狀、生長性狀、胴體和肉質性狀等進行標記輔助選擇。在分子標記的應用中，對單個標記或基因的多效性、以及基因效應的群體特異性有了更充分的認識。由于數量性狀受多基因的影響，并且存在基因之間的互作及基因與環(huán)境的互作，這增加了標記輔助選擇的復雜性，使得單個基因或標記選擇的作用不大。作為基因組選擇技術的基礎，大型豬育種公司積累了大量的性能測定數據，并且儲備了大量的具有表型記錄的DNA樣本或組織樣本，這使得在發(fā)現新標記時，能有足夠多的樣本進行驗證，并且可以快速建立足夠數量的群體用于基因組選擇的參考群。

1.4 第四階段（2010年以后）

基因組選擇技術得到了應用，基因組EBV得到了推廣。基因芯片的信息主要用于估計基因組親緣關系，利用基因組信息得到的親緣關系矩陣比傳統(tǒng)的系譜矩陣更準確，獲得的估計育種值也更可靠。這一階段，也對填充（imputation）技術進行了研究和應用，從部分基因組通過填充預測更大范圍的基因組。這一階段，大型豬育種公司基因組選擇技術的應用進展很快，為了降低成本和增加測定量，PIC公司當時設計了在標記輔助選擇中使用的針對某些性狀的低密度SNP芯片，2011年12月開始使用高密度基因組信息進行多性狀遺傳評估，2012年初使用填充技術獲得高密度基因組信息，估計基因組育種值（gEBVs），隨后又開展了個體測序的應用，通過測序，獲得更精準的EBV。

2 國內豬育種新技術的研發(fā)及應用

2.1 大數據育種

數據的數量和質量是育種的關鍵。數據來自于信息記錄、性能測定、基因組分析等，通常包括：個體測定的數據，親緣個體的數據，環(huán)境影響的數據（不同豬場、年份、季節(jié)等，甚至溫度、通風等有差異的不同欄位，經常有變化的飼養(yǎng)密度等），雜交母豬及雜交商品豬的數據，屠宰場的胴體、肉質數據，分子標記的數據（如50 K的芯片），CT掃描的數據（每頭豬 2～3 G）等。

2.2 考慮基因與環(huán)境的互作

核心豬場的選址通常很嚴格，往往會選在遠離村莊、遠離其他養(yǎng)殖場、遠離污染源、生物安全級別很高的地方，核心場的豬場（豬舍）設計也更合理，設備更先進，飼養(yǎng)管理做得更好，飼料和營養(yǎng)更符合需求。在這種環(huán)境下，種豬的遺傳潛力可以得到更充分的發(fā)揮。商品豬場及家庭農場的環(huán)境與核心豬場比要差一些，環(huán)境差主要指對豬的舒適度差，如豬舍密度大、空氣質量差（氨氣、二氧化碳濃度高）、溫度和濕度不適合，也指衛(wèi)生條件差、水質差、飼料質量差、健康狀況差（亞健康、豬藍耳病呈陽性等）等。豬只性能表現隨著環(huán)境條件的變差而變差，但不同的豬只，其性能變差的程度是不一樣的，也就是說基因和環(huán)境之間是存在互作的。如何考慮基因和環(huán)境的互作，使豬育種更符合應用？這是困擾許多育種公司的一個棘手問題。我們通過追蹤后代在商品場不同環(huán)境中的表現來考慮基因與環(huán)境的互作，每年每頭終端公豬大約有5 000頭商品豬（使用深部輸精技術時），這些商品豬分布在不同的家庭農場（不同的環(huán)境），應用超高頻的芯片技術，監(jiān)控這些商品豬的死亡情況（反映的是對環(huán)境的適應性及抗病力），及增重情況（生長速度），可以計算基因與環(huán)境的互作效應，從而使核心豬場的選擇更貼近應用。

2.3 全基因組選擇技術

全基因組選擇技術分為直接法和間接法兩種方法。

間接法：應用基因芯片，估計每個SNP標記（5萬個標記）對每個性狀的效應；直接法：構建基因組親緣關系矩陣，估計后裔中一致的基因片段。

兩種方法可以導向相同的遺傳評估統(tǒng)計模型，我們通常使用直接法，做一步法基因組評估。基因組評估技術在母系品種的公豬選擇上有特別的意義，如對長白、大白公豬的選擇，希望選擇出其女兒的產仔數、產活仔數、泌乳能力、母豬使用年限等的良好表現。事實上，在我們做長白、大白公豬的選擇決定時，并沒有其女兒的繁殖性能信息，我們不會等待任何后裔測定的結果，這時基因組評估可以提供幫助，提高選擇的準確性。

2.4 抗病及肉質選育技術

許多研究表明抗病性具有一定的遺傳方差，可以通過選擇提高，但抗病育種最大的問題是沒有表型，大部分核心場生物安全級別高，種豬高度健康，并沒有發(fā)病的表型。我們曾用人為感染的方法（使用高致病性豬藍耳病病毒攻毒），讓1 100頭健康的仔豬發(fā)病，制造表型，然后測定存活率、發(fā)病率、生長速度、病毒復制、免疫反應等，再與高密度芯片分型做關聯分析，建立抗病育種的參考群。

肉質選育的難度同樣是缺乏表型，我們通過屠宰測定，獲得了1 256頭豬只的肉質性狀，包括肉色、屠宰后45 min背最長肌pH、屠宰后24 h背最長肌pH、屠宰后24 h背最長肌滴水損失、屠宰后48 h背最長肌滴水損失、肌內脂肪含量、肌纖維特性等，再做基因組關聯分析，為肉質性狀的基因組選擇建立參考群。

2.5 CT測定技術

計算機斷層掃描（CT）技術的應用，可以獲得活體豬的胴體性狀，CT技術應用的難點在于相應軟件的開發(fā)。我們目前開發(fā)的軟件可以分別獲得掃描豬的肌肉、脂肪及骨骼的占比，也包括肋骨數。下一步將研究基于人工智能深度學習的3D目標檢測定位技術，開發(fā)豬體器官（如子宮等）自動檢測定位測定系統(tǒng)，并應用雙能CT掃描技術，研究人工智能深度學習多模態(tài)醫(yī)學影像配準融合技術，開發(fā)肌內脂肪自動測定系統(tǒng)以及開發(fā)活體胴體分割系統(tǒng)。

2.6 多組學（基因組、代謝組、微生物組學等）的應用

將豬基因組與其（腸道）微生物組作為整體（holobiont），通過基因組、腸道微生物組以及二者之間的互作，定位與種豬主要性狀相關的主效基因、通路、網絡與菌群，為種豬選育提供更多更完整的信息。利用貴港核心豬場兩個肌內脂肪差異很大的杜洛克豬品系（肌內脂肪分別為5.5與2.5），研究品系、時空對微生物組性狀的影響，以及研究多組學之間的關系，為更有效地選擇肌內脂肪（與其他性狀有一定的頡頏性）提供新的方法。

2.7 基因組編輯技術

基因組編輯是抗病育種的有效方法，但要培育一個既抗病（某種傳染病），又在其他性狀上表現優(yōu)秀，并且群體足夠大、遺傳穩(wěn)定的豬品系并不容易。另一方面，對基因編輯動物的使用，還沒有相應的政策。所以對這類技術，可以做前期研發(fā)，作為貯備技術，暫時沒必要形成育種群體。

2.8 遺傳進展快速傳遞相關的技術

2.8.1 深部輸精技術的全面應用

天邦食品股份有限公司40萬頭母豬使用深部輸精技術，使得每次輸精的精子數從25億下降到了15億，大大提高了優(yōu)秀公豬的使用效率，10億精子深部輸精的試驗也正在進行中。

2.8.2 冷凍精液技術的應用

通過生產冷凍精液，充分利用優(yōu)秀種公豬的資源，解決優(yōu)秀公豬使用在時間和空間上的不匹配，這也提高了優(yōu)秀公豬的使用效率。另外，由于冷凍精液在使用上的滯后性，確保了冷凍精液的高度健康性（根據公豬的健康狀況），冷凍精液特別適合用于性能改進的導入雜交及級進雜交。

2.8.3 克隆技術的應用及克隆后代性能的驗證

通過對優(yōu)秀公豬的克隆和使用，可以大大加快遺傳進展的傳遞，提高優(yōu)秀公豬的使用效率。為了能對克隆公豬進行性能測定，我們在有測定條件的池州核心場生產克隆公豬。如表1所示，克隆公豬與體細胞供體公豬的性能相似，較小的一些差異應該是環(huán)境因素造成的，因為克隆公豬與體細胞供體公豬的測定時間是不同步的。我們已設計試驗，將進一步測定克隆公豬生產的商品豬的性能。

表1 克隆公豬及其體細胞供體公豬的性能對比

3 對我國豬育種戰(zhàn)略和技術的思考

3.1 聯合育種很重要，但緊密的遺傳聯系是關鍵

在我國，疾病的風險、種豬場之間的競爭關系制約了遺傳聯系的建立（公豬或精液的交換），也制約了聯合育種的開展。有必要鼓勵相同種豬來源、相同健康狀況的種豬公司，以自愿為原則，開展小范圍的聯合育種。

3.2 給予育種公司更多支持

大公司的豬育種，特別是一體化大公司在內部需求驅動下的育種（價值導向的育種），有可能成為我國與跨國公司豬育種競爭的主力。事實上國外育種公司也不斷在兼并和融合，育種公司變得越來越大，新技術應用越來越多，競爭實力越來越強。而小而多的育種公司，缺乏競爭力，希望政府加強引導和給予大公司豬育種以鼓勵。

3.3 建立公共的表型組數據庫

性能測定很重要，不僅傳統(tǒng)的育種值估計需要大量的性能數據，性能測定也是分子標記的應用及基因組育種的基礎。需要強調表型組重要性，積累更多的表型數據及積累有系譜有表型的DNA樣本。若能建立公共的表型組數據庫（包含DNA樣本），對我國的豬育種工作會有很大的推動作用。

3.4 合理應用標記

發(fā)現標記很重要, 如何應用標記更重要。我國的豬分子育種工作，曾經發(fā)現了大量的標記，但應用于育種實踐的較少，氟烷基因除外，在國外，這是一個20世紀80年代就已開始使用的主效基因。

3.5 加強系統(tǒng)分析

在積累了大量的表型及有了大量的標記后，性狀的連鎖分析，以及生物信息學和統(tǒng)計學分析成了決定應用的關鍵，我國在這方面的研究還需要加強。

3.6 降低成本，提高準確性

基因組評估在豬育種上的應用有著巨大的前景，為了提高選擇強度，必須盡可能多地測定種豬，其測定量遠遠大于奶牛的基因組評估。基因組選擇方法在我國豬育種中的推廣應用，降低成本是關鍵。另外基因組早期選擇的準確性也是關鍵，特別是對Top5（排名前5）以內公豬不被誤淘的準確性。

3.7 豬育種的意義與價值

豬外貌和體型有意義，但性能表現更重要；背膘厚估計瘦肉率有意義，但實際的瘦肉產量更重要；直觀的性狀有意義，綜合的經濟效益更重要；單個性狀的改進有意義，終端產品價值的提高更重要。也就是說，對豬遺傳改良的結果要讓養(yǎng)豬人感受到，在其他因素（如管理、疾病、飼料和人工成本等）不變的情況下，年遺傳進展帶給養(yǎng)豬人的是更賺錢，既要讓每頭母豬更賺錢（通過年斷奶頭數增加、初配年齡提前、每頭斷奶仔豬成本下降、母豬死亡率下降等），又要讓每頭商品豬更賺錢（生長更快/飼養(yǎng)天數減少、料重比改進、屠宰性能改進、胴體重增加等）。