我國地方黃牛種質資源創新與利用的研究進展

李欣淼 張子敬 張華 劉賢 劉武軍 王二耀 雷初朝 陳宏 黃永震*

（1.西北農林科技大學動物科技學院，陜西咸陽 712100；2.新疆農業大學動物科技學院，新疆烏魯木齊 830052；3.河南省農業科學院畜牧獸醫研究所，河南鄭州 450002；4.農業農村部科技發展中心，北京 100176；5.河南省畜牧總站，河南鄭州 450008）

種質資源又叫遺傳資源，種質是親代傳給子代的遺傳物質，通常留存于一定的品種之中。對于高產及優質品種的選育，種質資源的保存和利用尤為重要，會對畜牧業可持續發展產生影響。種質創新是指對種質做較大難度的改變，將外來品種培育成可以很好適應當地環境，被當地所利用的相關研究。種質創新不僅可以產生新的育種類型，而且可以拓寬遺傳基礎，是種質資源利用和育種中必不可少的一部分。

中國的氣候、地形地貌和海拔梯度都各具特色，作為品種資源最豐富的國家之一，目前共有黃牛品種80 個，其中55 個地方品種，10 個培育品質和15 個引入品種。畜牧生產和可持續發展的基礎是種質資源，種質資源滿足了未來大型基因庫不可預見的需求，這對動物生產和創造新物種非常重要。由于畜牧工作者越來越了解黃牛種質資源，新的相關資源不斷被發現、引入和使用。由于人們對高品質肉牛的需求越來越多，我們從國外陸陸續續引入了許多高產肉牛品種對地方黃牛進行改良。生產水平有所提升，但同時產生了一些消極影響，其中最為明顯的是有的引入和改良品種會把某些地方優良品種完全取代，使其數量下降，甚至使有些品種處在瀕危甚至滅絕。

21 世紀，我國將面臨環境、人口及資源等多方面的挑戰，隨著人口數量的增加和人們生活水平的提高，提高黃牛種質資源優良性的想法日益明確，及時發現并提供新基因對培育優良品種尤其是目前我們所需要的高產、優質和抗性強的品種非常必要。因此，對黃牛種質資源的創新和利用顯得相當重要。

1 種質資源利用的傳統途徑

1.1 地方品種資源的直接利用

從20 世紀80 年代開始，由于農業機械化水平的不斷提高，耕牛在農業生產活動中的作用相對減小，中國黃牛的選育方向從“役用為主” 轉變為“肉役兼用”。20 世紀80 年代以后，逐漸開始有計劃地進行黃牛肉用選育、就地繁育及就地推廣。自20 世紀90 年代以來，在農業生產活動中，役用黃牛的養殖量呈下降趨勢，養殖效益較差，但在同一時期，由于牛肉市場的蓬勃發展，選擇和飼養肉用黃牛逐步得到社會重視[1]。如秦川牛、南陽牛、魯西牛、晉南牛和延邊牛等，通過本品種選育和雜交改良，為我國肉牛產業的發展發揮了重要作用。

1.2 雜交育種技術的普及與優良品種選育

1950 年后，我國雜交育種技術得到快速普及和發展，而且可以獨立自主地培育新品種。此后的二十多年，在河南畜牧工作者的不斷努力下，成功培育出了我國首個肉牛品種。2007 年6 月29 日，農業農村部發布的第878 號公告聲明，中國擁有具有自主知識產權的第一個肉牛品種——夏南牛誕生，自此我國在肉牛品種上不再是一片空白。夏南牛是由夏洛來牛為父本，我國地方良種南陽牛為母本培育出的新肉牛品種[2]。成功培育夏南牛為我國在肉牛培育方面提供了寶貴經驗，對開放式肉牛育種進行了技術創新以及更加規范的管理，打破了我國依賴引進國外肉牛和役肉兼用品種的局面。在此之后，我們相繼培育出了遼寧白牛、延黃牛和云嶺牛等共4 個中國肉牛品種。

1.3 雜種優勢的利用

雜種優勢的可持續利用是一項系統工程，雜交可以通過優質基因的有效結合，充分利用種群間的互補效應和雜種優勢[3]。利用國外優良的肉牛品種與我國地方黃牛品種相結合，來提高地方種群的肉用生產性能，也是我國肉牛生產的主要途徑之一[4]。為了使雜種優勢得到充分利用，雜交生產是主要的生產方式之一，具體做法是在品種之間雜交，直接應用在商品生產中。理論上講，雜交后代可直接育肥出欄，不能作為種用，但雜交后代母牛可以用來進行更為復雜地再繁殖。目前，我國養牛業對雜交改良工作的主要原則是選育原種、擴繁良種、推廣雜種和培育新品種。在對當地黃牛品種資源進行雜交改良時，應把“點上保種選育提高，面上雜交改良開發” 這一原則放在首位來開展后續工作[5]。

2 生物技術在種質資源創新與利用中的應用

隨著現代科學技術的進一步發展，近十年來，種質資源的創新與利用的相關工作已經逐步開始使用分子標記技術、轉基因技術等現代生物技術，生物技術的使用將會大大縮短開展相關工作的時間，工作效率顯著提高。

2.1 分子標記輔助選擇技術

分子標記輔助選擇（Molecular Markers Assisted Selection，MAS）技術的利用提高了生產性狀，為尋找目標性狀，特別是和經濟性狀相關的遺傳基因提供了方法。發展分子育種是發展養牛業、縮短與發達國家及同行業差距的必經之路[6-8]。時間長以及預后差是傳統育種方法的突出特征，如果持續在育種工作中使用傳統手段，取得突破的可能性會很低。MAS 有效彌補了傳統選擇技術手段的缺點，并且在準確度上有了顯著提高，品種改良有可能達到較高的增長率，同時可以保持原品種牛肉的良好品質，因此，在黃牛品種改良中可以大規模使用。在育種時，傳統方法與MAS 結合使用是黃牛改良行之有效的基本措施[9]。在奶牛上，可以將分子標記輔助選擇技術應用于產奶量的性狀尋找上，可能達到較高的產奶量，可以被廣泛應用。

2.2 全基因組選擇育種

與MAS 相比，使用全基因組進行選擇育種具有前所未有的優勢，各地可以選擇識別、檢測及評估有關基因的變體與其基因組的遺傳效應，而MAS 只能簡單地識別某些基因變異，容易過高地估計識別基因的遺傳效應；全基因組的另一個突出優點是允許畜牧工作者提前獲得含有高質量DNA 片段的牛。因此，為了保證育種值估計的準確性，整個基因組的選擇可縮短時間，加快遺傳改良進程，提高效率，降低研究成本[10]。目前，在奶牛育種中已經廣泛使用全基因選擇技術，而且在肉牛中也開始嘗試此方法，但從應用結果看，此技術很難有效地進行廣泛利用。隨著單核苷酸多態性位點（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）檢測技術的改進和成本降低，全基因組選擇已經成為繼最佳線性無偏預測法（Best Linear Unbiased Prediction，BLUP）和MAS 之后新的育種方法[11]。

2.3 體細胞克隆技術

動物克隆是一種無需受精即可獲得新生個體的方法，可以根據克隆的發展被分為兩大類——克隆胚胎細胞和克隆體細胞。多莉是世界上第一只體細胞克隆羊，于1997 年誕生，標志著體細胞克隆的突破，也是哺乳動物核移植的重要一步。從那時起，各種體細胞克隆動物相繼出現，到目前為止，已有數千頭體細胞克隆牛在世界各地誕生。動物克隆技術是將兩者結合起來，使群體優良基因頻率提高，擴大優良母畜對遺傳育種的貢獻，使育種速度有所提升。與優質肉牛產業國家相比，中國的肉牛產業相當落后，由于我們沒有屬于自己的優質肉牛品種，所以現在主要依賴進口高質量肉牛來豐富優質肉牛品種。若可以規模化成功地克隆出優質種公牛，會為優質品種擴繁提供優質資源以及技術支持，為轉基因牛和動物的快速飼養奠定基礎。

2.4 轉基因技術

轉基因技術是指使用技術手段將外源基因導入所需動物的基因組中，從而實現對重要經濟性狀的改良。1983 年，由于轉基因小白鼠的成功培育，相繼出現了各種轉基因動物，美國Genzyme Trans-gene 于1990 年利用原核顯微注射法培育出世界上第一頭轉基因牛。在肉牛育種方面，轉基因技術主要被應用到提高肉牛抗病力和改良肉牛品種以提高肉牛生產性能中[12]。在奶牛育種方面，轉基因奶牛的抗病力大大提升，生產性能也有所改良，同時可以改善牛奶中的營養成分。動物經濟特征可以在轉基因技術下得到改善，轉基因技術在育種領域不僅可以加速改善進程，提高生殖效率，使生殖不僅僅局限于有性生殖。

2.5 基因編輯技術

基因編輯是指對目的基因進行插入或移除的精準定點修飾操作，模擬基因的突變或對原有基因組進行修飾，包括對DNA 序列的替換、插入、刪除等。DNA 損傷的修復機制以及由此引發的DNA 結構變化研究已經成為有針對性的基因編輯的基礎[13]。基因編輯技術既可以由人工核酸酶介導也可以由RNA 引導，包括對基因序列的修改、外源基因的導入整合以及特定基因的剔除等。基因編輯技術對動物模型構建、動物育種、臨床治療等方面都有極大的優勢。Richt 等敲除了牛的PRNP 基因，使其腦部PrPC 蛋白表達顯著下降，對朊蛋白造成的瘋牛病起到了有效預防[14]。Yu 等在應用ZFN 技術敲除牛乳中具有致敏性的β-乳球蛋白（β-lactoglobulin,BLG）基因，提高了牛奶的營養價值[15]。

3 種質資源創新與利用的發展趨勢

中國種質資源十分豐富，但目前所利用的資源只占所有種質資源的3%～5%，而且絕大多數資源沒有得到有效利用。如今，與國際同行相比，中國畜牧業技術存在過度分散、養殖規模較小、簡單重復等問題。品種改良和種質資源利用是我國養牛的一種有效方式，也是一種利用現代生物技術改進我國當地黃牛品種的有效方法。現代大規模的研究設備、新技術和新方法在培育肉牛新品種及改進已有品種方面發揮了越來越大的作用。如果我國種質資源過去的工作重心在于收集和保存，未來肯定會變為研究和使用。若只是使用常規手段，那么得到預想結果的周期會很長，同時存在結果缺乏可預見性以及精準度低等問題；此外，盡管野生物種遺傳基礎豐富，而且有較多的優良基因，但由于野生動物通常具備連鎖特性的不良基因，并且外源基因的導入和表達需要很高的技術水平，操作起來更加困難，所以對野生動物優良基因的利用十分困難。常規的資源鑒定方法和育種技術難以應對未來我國人口對牛肉數量和質量需求的轉變，因此，將新的生物技術與常規鑒定相結合非常必要，通過兩種技術的結合在種質資源中發掘好的基因，克隆出新的優良基因，建立基因文庫。通過將新的生物技術與傳統基因多樣性結合起來，通過遺傳特征研究不同優良基因，為新基因的復制提供堅實的科學基礎，使肉牛資源在人類生活中充分發揮作用。

4 小結

隨著我國地方黃牛品種全基因組測序工作的逐步完成，以及生物技術和信息技術的不斷發現，地方黃牛種質資源鑒定與新種質創新迎來了新的生機。

目前，我國地方黃牛種質資源的深度發掘能力相對薄弱，應通過整合基因組學和系統生物學的研究方法來探究種質創新，挖掘優異基因，深入分析其遺傳分子機制，利用種質創新的手段來打破地方黃牛育種瓶頸，推動地方黃牛的遺品種改良，加速新品種培育，進而推動中國肉牛產業的發展。