在畜牧业的发展历程中,遗传改良始终是提升动物品质与生产效率的关键途径。尽管传统育种已取得一定成效,例如早在1万年前,人类就开始驯化野生动物,并通过随后的人工选择提升了其生产性能;但仍存在进展慢,精准性低等问题。
随着遗传学、统计学、生命工程技术等学科的进步,我们正向着更精确和高效的遗传改良策略迈进。
选种和选配作为动物遗传改良最重要的两个部分,前者目的是为了遴选出优秀个体,后者则用于确定优秀个体之间的配对。两者是育种实践中紧密相关的,选种可以加强选配效果,选配可以验证和巩固选种效果。随着高通量测序技术的不断进步,基因组信息现已被广泛应用于选种和选配过程中,育种也由传统的体型外貌选种和群体选配向更为精细的数字选种和个体选配的升级。
现代育种过程中,首先需要从众多猪种中挑选出具有代表性的品种和个体,收集这些个体的表型数据。然后,挑选代表性个体并进行全基因组遗传变异信息检测。基于上述获取的数据信息,研究人员能够识别出与表型显著相关的遗传变异位点。
这些关键遗传信息被设计成基因芯片。这种芯片由数以万计的特定DNA片段(基于目标DNA序列设计的寡核苷酸序列探针)固定在硅片或玻片上制成。研究人员将育种参考群体的基因芯片数据与其表型数据结合起来,通过计算机分析计算出每个遗传变异位点对某一表型变化的效应值。利用这些效应值,育种企业可以对待选群体进行基因芯片检测,获取个体在每个遗传变异位点的基因分型结果。
结合位点效应值,就可以评估每个个体相关表型的基因组育种值。根据这些评估结果,选择目标性状表现良好的个体进行留种,这一过程称为“选种”。为了进一步提升后代的生产性能,巩固选种效果,育种企业可以通过基因组选配策略,选择具有遗传互补优势的个体进行交配。
鉴于生物安全的考量以及社会化供精技术的日益完善,不同规模的养猪场已经开始采用外部采购的优质核心群公猪精液进行繁殖。秀博通过运用基因组技术进行种猪的选种选配,选取综合性能位居前10%的核心群公猪进行猪精生产,向市场提供可用于遗传性能提升和种猪培育的育种级猪精。这些猪精具备卓越的遗传优势,能够显著提高养猪场的生产效率,减少检测成本,大幅缩短检测周期,从而实现经济效益与快速选育的双重目标。因此,秀博的产品深受市场欢迎。
与传统猪育种方法直接依靠表型相比,基因组选择具有明显的优势:
01 多基因控制的复杂经济性状,具有较高的选择准确性;
02 对低遗传力性状(如产仔性状)、难以测定性状(肉质性状、屠宰性状、抗病能力等等)及性别限制性状(母猪繁殖性状、公猪精子活力)的准确性预测更为准确;
03 可对出生仔猪DNA采样开展基因分型和育种值估计,实现早期个体选留,节约后裔饲养、测定成本和时间等待周期。
近年来,随着基因测序成本的降低,特别是国产液相芯片和测序设备的崛起,众多育种企业开始采纳基因组育种技术。通过对国内一家领先企业进行案例分析显示:采用基因组育种技术后,母猪的年均产仔数(PSY)在十年间提高了5头,相当于每头母猪增加1500元的经济价值;每年每头母猪的效益提升150元,每头仔猪增加5元的收益,而结合其他性状的基因组选择每年可为每头商品猪带来10元的增值。鉴于其显著的经济效益,“国家生猪遗传改良计划”积极倡导基因组选择育种技术的应用。根据《2022年度国家生猪核心育种场年度遗传评估报告》,截至2022年底,全国累计使用多种芯片检测了65,981头种猪。其中,大白猪占42,205头,占总数的63.91%;长白猪占12,794头,占19.39%;杜洛克猪占10,982头,占16.64%。
目前,中国大部分猪企已通过功能位点基因芯片技术进一步提升了育种效率。企业仅需完成表型数据和样本的收集工作,随后由育种专家和研究人员挑选具有代表性的群体和个体及其组织样本,进行功能基因组研究,筛选出关键的功能突变位点,并制备成液相功能位点基因芯片。这种液相芯片不仅摆脱了固相芯片的海外专利限制,还能够根据需求进行定制和升级,展现出更优越的性能和更高的成本效益。
芯片设计完成后,对个体进行芯片检测以获取基因分型数据。随后,将这些数据与表型数据一同上传至武汉影子基因研发的原型中台,这是一个独立的育种大数据处理平台,专门用于处理基因组选种和选配的计算任务。通过基因组选种算法,可以高效地评估每个个体的基因组育种价值,并挑选出目标性状表现最佳的个体,作为核心或扩繁群种。同时,利用基因组选配算法,可以有效避免近亲繁殖,同时聚合优秀基因,最大化基因组育种的潜力。
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