利用基因組選擇加快動物遺傳育種的探討

摘要：隨著畜禽市場需求的不斷擴(kuò)大，以及分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，動物的遺傳育種方法也革陳出新，由傳統(tǒng)的育種方法逐漸轉(zhuǎn)向全基因組選擇法。育種方法的創(chuàng)新發(fā)展，對提高畜牧養(yǎng)殖業(yè)的整體水平，促進(jìn)養(yǎng)殖者增收，確保市場穩(wěn)定具有十分重要的意義。全基因組選擇的應(yīng)用極大地縮短了種畜間的傳代間隔，提高了遺傳準(zhǔn)確性和進(jìn)展，成為育種行業(yè)新的熱點。本病對全基因組選擇進(jìn)行了簡單的闡述，分析了其自身優(yōu)勢、影響因素以及在實際育種當(dāng)中的應(yīng)用情況等，以供參考。

關(guān)鍵詞：基因組選擇；動物；遺傳育種

隨著國民生活水平的不斷提高，人們對于畜禽肉類食品的需求量和質(zhì)量要求也越來越高，而動物的生產(chǎn)性能和肉品質(zhì)與其自身的基因組成有著密切的關(guān)系。隨著近代分子生物學(xué)的研究發(fā)展，為快速培育優(yōu)質(zhì)的動物提供了可能。其中基因組選擇是一種動物育種的全新策略，該選擇選擇模型就是一種新型的生物育種方法，該方法主要是通過定向選擇動物基因組的標(biāo)記密度，利用這種育種方法突破了育種過程中從候選個體表型到基因組的選擇，解決了畜禽的抗性以及肉質(zhì)等性狀難以選育的問題，達(dá)到縮短育種間隔，提高育種效果的目的，同時還提高了遺傳評定的準(zhǔn)確性[1]。常見的有標(biāo)記輔助選擇（MAS）法，包括連鎖平衡（LE-MAS）、連鎖不平衡（LD-MAS）以及基因（Gene-MAS）三種，在動物遺傳育種領(lǐng)域得到了廣泛運用和推廣，但這種方法對于QTL及其附近標(biāo)記的準(zhǔn)確性依賴性較高，能夠檢測到的遺傳變異數(shù)量也比較有限，在一定程度上限制了遺傳分子學(xué)技術(shù)在動物遺傳育種中的應(yīng)用。而通過全基因組選擇，利用相鄰標(biāo)記實現(xiàn)將全基因組分解為染色體片段，再對分解的染色體片段進(jìn)行估計可以更好地解決這一問題。

1 全基因組選擇的概述

1.1 全基因組選擇的基本概念

全基因組選擇即是在全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行標(biāo)記輔助選擇，通過目標(biāo)育種動物全基因組中大量的標(biāo)記信息，能夠?qū)Σ煌旧w片段的育種值進(jìn)行估計，同時對其進(jìn)行標(biāo)記，全基因組選擇的這種標(biāo)記輔助選擇方法可以有效地排除掉環(huán)境效應(yīng)對育種的影響，同時提高了估計育種值的準(zhǔn)確性[2，3]。這種選擇方式主要是基于連鎖不平衡信息的利用，操作中要求標(biāo)記的密度要足夠高，可以令所有的數(shù)量性狀位點和標(biāo)記都處于一種連鎖的不平衡狀態(tài)。總的來說，實施全基因組選擇技術(shù)需要兩步：首先要通過參與群體對不同的染色體片段效應(yīng)做出估計；其次，是預(yù)測出參與群體的基因估計育種值。

1.2 全基因組選擇的優(yōu)勢及潛力

首先，利用全基因組選擇法能夠?qū)⒒蚪M中存在的全部的遺傳變異進(jìn)行捕獲，同時還能夠?qū)z傳效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測與估計：①全基因組選擇應(yīng)用SNP標(biāo)記，具有2種等位元基因，標(biāo)記重復(fù)性較好，可以在動物遺傳育種當(dāng)中更加準(zhǔn)確的估計出個體育種值，從而進(jìn)行優(yōu)質(zhì)品種選擇；②可以有效解決動物某一性狀遺傳力低、難以度量的問題，利用全基因組選擇能夠在奶牛受精率低、奶牛乳房炎、豬肉品質(zhì)以及畜禽的抗病性狀等測定成本較高的方面取得較為實際的應(yīng)用效果；③能夠擺脫對表型信息的依賴，極大地縮短了動物育種的年限，加快了動物遺傳育種的進(jìn)程。另外，利用全基因組選擇能夠有效地控制育種成本，傳統(tǒng)的標(biāo)記輔助選擇（MAS）等難以對動物群體大量的性狀同時進(jìn)行有效選擇，同時不同的形狀標(biāo)記也大大增加了檢測的成本，全基因組選擇能夠在參考群體中進(jìn)行大量的性狀表型檢測以及遺傳效應(yīng)估計，此后直接利用相同的SNP芯片進(jìn)行分析檢測即可。最后，全基因組選擇在平衡不同的性狀的遺傳進(jìn)展方面也具有明顯的優(yōu)勢，如在奶牛育種當(dāng)中，產(chǎn)量性狀由于繁殖性狀的遺傳進(jìn)展，則在后期的育種當(dāng)中利用全基因組選擇技術(shù)，有效提高繁育性狀育種值的估計準(zhǔn)確性，即可達(dá)到不同性狀平衡育種的目的。當(dāng)前，隨著大部分動物基因組測序的完成，以及SNP（單核苷酸多態(tài)性）檢測技術(shù)的完善和成本的大幅降低，使得SNP芯片被大量生產(chǎn)，全基因組選擇法已經(jīng)逐漸成為育種領(lǐng)域的一個熱點，也是未來動物育種領(lǐng)域的一個新的熱點和技術(shù)創(chuàng)新點，對我國動物遺傳育種以及改良是一個里程碑式的進(jìn)展。

2 影響全基因組選擇的因素

對于動物性狀的遺傳進(jìn)展快慢來說，全基因組選擇的準(zhǔn)確性對其起到主要作用。這主要與以下幾點因素的影響有關(guān)系：

2.1 SNP的密度及其所在位置

全基因組選擇要求要有高密度的標(biāo)記，如此才能保證至少能夠有一個標(biāo)記與QTL處于緊密連鎖的狀態(tài)。所以，當(dāng)全基因組選擇的標(biāo)記密度越高時，則能夠影響動物目的性狀基因的不平衡連鎖（LD）的值就越高。研究發(fā)現(xiàn)，基因組選擇的準(zhǔn)確性與相鄰標(biāo)記間的r2值呈正相關(guān)關(guān)系，準(zhǔn)確性隨著r2值得增加而明顯增加，當(dāng)r2值≥0.2時，才可以用于基因組選擇[4]，例如在奶牛群體當(dāng)中，只有標(biāo)記間隔為100 kb時，才可令r2值達(dá)到0.2，所以30 000個標(biāo)記才可以滿足3 000 Mb的全基因組選擇。

2.2 遺傳力的影響

研究表明，性狀的遺傳力越高，其遺傳估計育種值（GEBV）的準(zhǔn)確性也越高。通過基因組選擇能夠提高目標(biāo)性狀的準(zhǔn)確性，這對遺傳力較低的性狀同樣試用，但對于低遺傳力的性狀需要更多的表型數(shù)據(jù)。對于遺傳力為0.3的性狀，表型記錄超過2 000個時，其估計準(zhǔn)確性要更高一些。

2.3 有效參考群體數(shù)量的影響

在利用基因組評估動物育種值得過程中，首要的是通過參考群體數(shù)量，估計出該物種不同染色體片段的遺傳效應(yīng)，即參考群的規(guī)模會對候選個體的遺傳估計育種值的準(zhǔn)確性產(chǎn)生直接的影響。

2.4 不同群體和品種間的群基因組選擇

在實際標(biāo)記時，全基因組選擇要更加依賴于標(biāo)記和QTL間的LD程度，但有時在不同的群體當(dāng)中QTL效應(yīng)是不相同的，這時就需要更多的品種參考群體，來獲取所有的遺傳方差。同時，遺傳以及環(huán)境之間的互作效應(yīng)也會使得相同品種間的兩個不同群體的GEBV估計值準(zhǔn)確性降低。

2.5 單倍型及單標(biāo)記法

在利用全基因組選擇法時，選擇單倍型或者單標(biāo)記法也會對IBD判斷的準(zhǔn)確性造成影響，通過比較兩種方法在預(yù)測無表型個體GEBV準(zhǔn)確性的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)標(biāo)記密度較低（r2值較小）時，單倍體的準(zhǔn)確性更高一些，而當(dāng)相鄰標(biāo)記間r2值≥0.2時，單倍型的優(yōu)勢減小。

3 全基因組選擇在動物育種中的應(yīng)用

3.1 在豬育種中的應(yīng)用

研究表明，全基因組選擇在豬的育種當(dāng)中取得了較好的成績，當(dāng)前較多的是利用60KSNP芯片，能夠得到較高的GEBV準(zhǔn)確性，與傳統(tǒng)的育種方法相比，在生長性能和肉品質(zhì)方面，顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。同時極大地縮短了育種年限，特別是在優(yōu)良性狀篩選方面具有明顯優(yōu)勢。目前國內(nèi)外已經(jīng)有多家公司利用該技術(shù)進(jìn)行豬的遺傳育種工作，其中包括PIC種豬改良公司，我國的溫氏食品集團(tuán)等。鑒于其實際操作的成本相對于中小型豬場來說，仍存在較大的經(jīng)濟(jì)壓力，普及范圍相對有限。

3.2 在羊育種中的應(yīng)用

當(dāng)前已有部分已知基因和突變位點可以用于羊的基因育種，如FecBB、BMPR1B、BMP15和GDF9等，利用這些基因位點，可以有針對性的設(shè)計基因探針，提高基因選擇的效率。已知的50K液相芯片已經(jīng)可以用于核心群體的檢測，并且可以對綜合育種值進(jìn)行計算，以此達(dá)到選育的目的[5]。

3.3 在牛育種中的應(yīng)用

“十二五”期間，我國就提出了構(gòu)建3 500頭以上的牛基因組選擇參考群，并且選出了724頭優(yōu)秀的青牛公牛列為國家良種補貼項目，并且其冷凍精液在全國范圍內(nèi)得到推廣，極大地促進(jìn)了我國優(yōu)良牛基因的快速傳遞，縮短了育種間隔，公牛的世代間隔縮短了4.5年，由傳統(tǒng)育種所需的6.25年，縮短為1.75年，同時還加快了群體遺傳的進(jìn)展[6]。育種成本大幅降低，為養(yǎng)殖業(yè)及育種業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

綜上所述，全基因組選擇技術(shù)在動物遺傳育種當(dāng)中的推廣應(yīng)用，加快了我國牛、豬、羊等種畜育種的進(jìn)程，極大地降低了育種成本，為推動我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展提供了必要保障，相信隨著該項技術(shù)的推廣應(yīng)用，消費者一定能享受到吃得起、品質(zhì)好的畜產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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[2] Meuwissen T H， Hayes Bj， Goddard M E. Prediction of total genetic value using genome-wide dense marker maps[J]. Genetics， 2001， 157（4）：1819-1829.

[3] 馮春剛，胡曉湘，趙要風(fēng)，等.全基因組選擇及其在動物育種中的應(yīng)用[J].中國家禽，2008，30（22）：5-8.

[4] de Roos A P W， Hayes B J， Spelman R J， et al. Linkage disequilibrium and persistence of phase in Holstein-Friesian， Jersey and Angus cattle[J]. Genetics，2008， 179（3）：1503-1512．

[5] 張宏興，王鵬飛，趙永攀.利用基因組選擇加快陜西肉羊遺傳育種進(jìn)展的可行性[J].畜牧獸醫(yī)雜志，2021，40（6）：101-104.

[6] 方美英，劉劍鋒，張勤，等.加速優(yōu)秀基因傳遞 開辟動物遺傳育種新時代[J].中國農(nóng)村科技，2016（6）：61-63.