我國動物遺傳育種與繁殖學科結構及其研究方向

陳曉勇

(1.中國農(nóng)業(yè)大學 動物科技學院，北京100193; 2.河北省畜牧獸醫(yī)研究所，河北 保定071000)

目前，動物遺傳育種與繁殖在我國農(nóng)業(yè)院校學科體系中為獨立的二級學科，為研究生專業(yè)之一，從包含的內(nèi)容和研究方向上實際分為動物遺傳育種和動物繁殖兩個方面，動物遺傳育種主要包含動物遺傳資源調(diào)查、評價、挖掘和利用，育種相關基礎和前沿技術研究、品種選育、以及動物性狀遺傳機理等，主要任務是為動物生產(chǎn)提供詳實的有關育種方面的科學依據(jù)，為畜牧生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源。動物繁殖的主要內(nèi)容包含動物繁殖規(guī)律研究、繁殖技術應用研究和繁殖生物技術領域前沿研究，主要任務是遵循動物繁殖規(guī)律，運用繁殖技術提高動物繁殖力，增加動物產(chǎn)品數(shù)量。動物遺傳育種與繁殖是緊密相連、一脈相承的關系，動物遺傳育種是基礎，動物繁殖是應用，該學科的中心任務是為畜牧生產(chǎn)提供質(zhì)優(yōu)量多的動物產(chǎn)品。因此，從學科體系講，動物遺傳育種與繁殖在畜牧學一級學科中占有非常重要的地位，該學科在畜牧生產(chǎn)中的貢獻要占到40% ～60%。從動物生物學規(guī)律(包括發(fā)育、生長、成熟、生產(chǎn)、衰老等) 以及畜牧生產(chǎn)(包括產(chǎn)蛋、產(chǎn)奶、產(chǎn)肉、產(chǎn)毛、產(chǎn)絨等) 來講，動物遺傳育種與繁殖是根本和基礎。

1 動物遺傳育種與繁殖學科結構

從包含內(nèi)容、研究方向上講，動物遺傳育種與繁殖實際分為動物遺傳育種和動物繁殖兩個部分。如圖所示。

1.1 動物遺傳育種

1.1.1 動物遺傳資源

從遺傳學角度廣義理解，動物遺傳資源是指長期以來，在自然生態(tài)條件下和人類、社會、經(jīng)濟、文化活動中逐漸形成的野生和家養(yǎng)動物所攜帶的各種遺傳物質(zhì)的總和。從分子遺傳學角度理解，是指能作為遺傳育種原材料的豐富多樣的基因種類和基因組合體系。從畜牧學角度來看，動物遺傳資源是指能滿足人類多種物質(zhì)文化需要的、能為人類直接或間接利用的包含各種遺傳變異，具有多種適應性的畜禽的品種、類型和類群［1］。從兩個方面講，主要分為品種資源和起源馴化，品種資源主要是畜禽品種性能評價、種質(zhì)資源挖掘、遺傳多樣性、品種保護與利用，為品種利用和新品種培育提供科學素材和依據(jù); 起源馴化主要是評價現(xiàn)代畜禽品種與野生祖先、未馴化種群及野生動物的關系。

1.1.2 動物數(shù)量遺傳

孟德爾遺傳學被稱為經(jīng)典遺傳學，是第1 代遺傳學，它與數(shù)學結合產(chǎn)生了第2 代遺傳學——群體遺傳學，群體遺傳學與統(tǒng)計學結合產(chǎn)生了第3 代遺傳學——數(shù)量遺傳學。動物數(shù)量遺傳主要以孟德爾遺傳學為基礎，研究數(shù)量性狀的遺傳和變異，主要包括數(shù)量性狀的數(shù)學模型和遺傳參數(shù)估計、選擇原理和方法、近交和雜交的遺傳效應分析。此外還包括群體遺傳學與計算機結合形成的生物信息學。

1.1.3 動物分子遺傳

動物分子遺傳主要是從分子水平上研究動物遺傳變異規(guī)律，具體分為DNA、RNA、蛋白質(zhì)等層面分析基因與性狀的關系，并為育種技術方法提供基礎理論和依據(jù)，主要分為功能基因組學和分子標記輔助選擇研究。功能基因組學是利用結構基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學研究從對單一基因或蛋白質(zhì)轉向多個基因或蛋白質(zhì)，同時進行系統(tǒng)的研究。研究內(nèi)容包括基因功能發(fā)現(xiàn)、基因表達分析及突變檢測。分子標記輔助選擇主要是利用分子診斷技術對基因進行標記，確定標記基因的遺傳效應，為育種提供基礎數(shù)據(jù)和技術手段。

1.1.4 動物育種技術

動物育種技術的發(fā)展分為3 個階段: 表型值育種技術、估計育種值育種和分子育種技術。隨著生物技術的發(fā)展，育種技術逐漸發(fā)展到估計育種值育種和分子育種階段，分子育種技術又包括轉基因育種技術和基因組育種技術。轉基因育種技術是指利用基因轉移技術培育生物新品種的一種技術方法，通過將其它物種或品種中的優(yōu)秀基因轉移到要培育的新品種中，使其能夠在新品種中穩(wěn)定遺傳，轉基因育種是培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆以及特殊用途新品種的重要技術。全基因組育種技術又稱全基因組選擇技術，主要是從動物全基因組的角度，利用整個基因組的標記信息對個體育種值進行估計，在前期全基因組關聯(lián)分析的基礎上，進一步利用高密度的SNP 標記進行動物全基因組序列掃描，并利用各種數(shù)理統(tǒng)計模型精確分析單個SNP 的遺傳效應以及在基因組水平上的相互關系，是目前較為前沿的選種技術。

1.1.5 育種實踐

育種實踐主要側重應用研究，主要包括本品種選育和新品種培育。本品種選育主要針對已有品種進行品種選育、提高品種特性; 新品種培育主要是利用現(xiàn)有品種資源、采用育種技術培育新品種。

1.2 動物繁殖

1.2.1 動物繁殖生理

動物繁殖生理也可稱為動物生殖生理，主要包含生殖激素、配子發(fā)生和繁殖周期生理。

生殖激素主要研究性激素的基因表達、合成與分泌、激素在生殖周期中的作用等。配子包含精子和卵子，精子的發(fā)生主要研究內(nèi)容為精子的發(fā)生過程及其基因表達調(diào)控。卵子發(fā)生是雌性動物繁殖研究的重要內(nèi)容，主要包括卵子發(fā)生過程及其基因表達調(diào)控，這部分內(nèi)容是動物繁殖生物技術的基礎，屬基礎研究層面。繁殖周期生理主要指雌性動物發(fā)情、排卵、受精、妊娠、分娩、泌乳等一系列與繁殖生產(chǎn)有關的內(nèi)容，這部分內(nèi)容研究層次上可以分為基礎研究和應用研究，基礎研究主要包含繁殖機理，應用研究主要集中在繁殖調(diào)控技術。

1.2.2 動物繁殖技術

繁殖技術主要包含繁殖調(diào)控技術和繁殖生物技術，繁殖調(diào)控技術主要是以繁殖周期為基礎進而衍生形成的一系列調(diào)控技術，如以發(fā)情生理為基礎的發(fā)情調(diào)控技術，包含誘導發(fā)情和同期發(fā)情; 以排卵為基礎的排卵調(diào)控技術，包含超數(shù)排卵和誘導排卵; 以受精生理為基礎的配種技術，分為自然交配、人為輔助配種、人工授精; 以精子分離和胚胎性別分化為基礎的性別控制技術，包括X、Y 精子分離和胚胎性別鑒定技術; 以妊娠生理為基礎的產(chǎn)仔間隔控制技術，包括早期妊娠診斷技術和頻密繁殖技術; 以分娩生理為基礎的同期分娩技術; 以泌乳原理和產(chǎn)后生殖周期為基礎衍生的產(chǎn)后發(fā)情技術，包括早期斷奶和生殖激素誘導產(chǎn)后發(fā)情技術。

繁殖生物技術又稱配子與胚胎生物技術，主要是以精子和卵子發(fā)生、受精、妊娠、胚胎發(fā)育等生物學為基礎形成的生物技術，如精液和卵子冷凍保存技術、體外受精和顯微受精技術、胚胎移植技術、嵌合體技術、胚胎干細胞技術、核移植技術等。

1.2.3 動物繁殖管理

動物繁殖管理主要包含繁殖障礙及其防治、提高繁殖力兩方面內(nèi)容。減少繁殖障礙發(fā)生率以及如何防治是其研究的重點。縱觀動物繁殖領域，歸根結底是利用動物潛能提高繁殖力，增加產(chǎn)仔(犢、羔羊、蛋、毛絨、皮革等) 數(shù)量。從研究層次上動物繁殖更側重應用研究，與產(chǎn)業(yè)距離較近，包括在生產(chǎn)中為保持和提高畜群繁殖效率所采取的一切管理措施，如: ①結合實際情況對上述各種繁殖技術的具體運用，包括方案的制定、工作計劃的組織和實施、問題的分析和總結、效果的評定和改進; ②生殖器官疾病和不孕現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和診斷、原因的分析和防治工作的進行; ③繁殖母畜與種公畜的選擇和利用，繁殖資料的記錄和管理，繁殖效率的評價和分析; ④畜禽配種、妊娠、分娩與圍產(chǎn)期等繁殖關鍵時期工作計劃的制定和組織實施，生理狀態(tài)的監(jiān)測和檢查。⑤國家和地方及行業(yè)對各項技術操作規(guī)程的制定與實施等。

2 動物遺傳育種與繁殖學科研究動態(tài)

雖然動物遺傳育種與繁殖為一個學科，但研究內(nèi)容和方向上又較為獨立，學術活動獨立進行，擁有各自的學會組織，分別為動物遺傳育種學會和動物繁殖學會，均隸屬于中國畜牧獸醫(yī)學會。

2.1 動物遺傳育種學術交流及其研究趨勢

2.1.1 學術交流

參會人員數(shù)量多、會議內(nèi)容豐富。動物遺傳育種學會第1 次會議自1981年開始，至今已舉辦全國性學術會議16 次，每兩年舉辦1 次。從最近幾次的會議情況看，參會人數(shù)和會議投稿論文越來越多，如第16 次全國動物遺傳育種學術討論會于2011年5月在揚州舉辦，參會代表1300 余名，共收到來自全國高等院校及科研院所論文597篇，大會共安排了3 個特邀報告、15 個大會報告、“畜禽基因組學和生物信息學”、“畜禽重要經(jīng)濟性狀分子遺傳基礎”、“細胞工程與轉基因動物”、“數(shù)量遺傳與動物育種”4個分會143 個專題報告、 “轉基因育種”、“全基因組選擇與全基因組關聯(lián)分析”、“優(yōu)質(zhì)雞選育”、“全國生豬改良計劃”4 個專題研討會、65 篇論文墻報展覽以及新產(chǎn)品和新成果展示。

從研究內(nèi)容看，本次大會交流內(nèi)容包括表觀遺傳學、系統(tǒng)生物學、群體遺傳學、轉基因育種以及單基因水平和細胞水平的研究，涵蓋了動物遺傳育種領域的各個方面;從研究涉及的性狀而言，主要是抗病性狀、品質(zhì)、繁殖以及一些常規(guī)生產(chǎn)性狀; 從研究物種來看，有人類疾病遺傳，豬、雞、奶牛、肉牛、綿羊、山羊、兔、狐貍、小鼠等，既有理論研究，也有育種實踐。

新產(chǎn)品和新成果展示增多。會議期間，北京倍輝科技有限公司、IlluminaChina、艾本德中國有限公司、上海佰真生物科技有限公司、南京新飛達光電科學技術有限公司、奧林巴斯(中國) 有限公司、常州立華畜禽有限公司、江蘇京海集團等21 家單位進行動物遺傳育種、生物技術相關的儀器設備以及種畜禽各式新產(chǎn)品和新成果展示。

2.1.2 研究動態(tài)和趨勢

基礎研究與應用研究并重。本次大會注重基礎研究與應用研究相結合，克服了以往會議偏重基礎理論研究的問題，強調(diào)基礎研究與應用研究并重，高新技術和基礎研究的緊密結合。針對生產(chǎn)中傳統(tǒng)育種理論的發(fā)展瓶頸問題，例如選擇精度低、育種周期長。分子標記輔助選擇應用較少的現(xiàn)狀，著重探討了基于測序的全基因組選擇理論和技術體系，對畜禽重要經(jīng)濟性狀的遺傳機制和品種繁育的新理論、技術體系作了深入的分析，并在奶牛、豬和家禽中取得了一些實踐成果，為跟蹤當前國際動物育種發(fā)展趨勢，加快我國優(yōu)良新品種選育進展奠定基礎。

動物遺傳育種研究進入“全基因組”時代。全基因組選擇作為一種新的遺傳選擇方法，已經(jīng)成為國內(nèi)動物遺傳育種學家研究的熱點。全基因組選擇是利用整個基因組的標記信息對個體育種值進行估計，在前期全基因組關聯(lián)分析(GWAS) 的基礎上，進一步利用高密度的SNP 標記進行動物機體全基因組序列掃描，并利用各種數(shù)理統(tǒng)計模型精確分析單個SNP 的效應以及在基因組水平上的相互關系，這種方法克服了主要經(jīng)濟性狀的單個SNP 效應偏小的問題，選擇的精確度和可靠性有了顯著提高; 綜觀大會報告和分組報告，全基因組選擇引起了與會代表的高度關注，中國農(nóng)業(yè)大學、東北農(nóng)業(yè)大學等單位已開展了畜禽全基因組選擇研究和實踐，涉及的品種包括奶牛、豬、雞等，其中應用效果比較成功的是奶牛，相信在5 ～10年后，隨著下一代測序技術的改進，測序成本的降低，動物遺傳育種研究將在“全基因組”水平全面展開。

“OMIC”組學研究嶄露頭角。 “OMIC”組學由動物功能基因組學、結構基因組學、轉錄組學、蛋白組學、代謝組學以及表型組學等構成，主要研究對象是功能基因組學、生物信息學、比較基因組學、結構基因組學、蛋白質(zhì)組學、整體生物學等等。在該研究領域，基因組研究的重心將轉向基因功能，即由測定基因的DNA 序列、解釋生命的所有遺傳信息轉移到從分子整體水平對生物學功能的研究上，在分子層面上探索生物健康和疾病的奧秘。生物信息技術是后基因時代的核心技術。目前，我國研究還主要集中在鑒定分離與品質(zhì)、遺傳抗性、生長和繁殖等重要經(jīng)濟性狀相關的新基因，多數(shù)研究還沒有深入到對基因功能的驗證和了解基因表達的調(diào)控網(wǎng)絡。本次會議中國科學院院士、江西農(nóng)業(yè)大學黃路生教授的報告“利用整合系統(tǒng)生物學解析家豬重要經(jīng)濟性狀的遺傳基礎”，充分利用生命科學、信息科學、數(shù)學、計算機科學等各種學科知識，將系統(tǒng)內(nèi)不同性質(zhì)的構成要素(基因、mRNA、蛋白質(zhì)、生物小分子等) 的研究結合起來，解析家豬重要經(jīng)濟性狀的遺傳機理，獲得最主要的生物遺傳信息，發(fā)掘重要的功能基因和標記。［2］

2.2 動物繁殖學術交流及其研究趨勢

2.2.1 學術交流

動物繁殖學分會的前身起自1978年舉行的首次全國動物繁殖及人工授精學術研討會，正式成立于1982年，至今共舉辦16 次全國性學術研討會，每兩年舉辦一次全國性學術會議。隨著學會發(fā)展壯大和在校研究生人數(shù)的增多，學術交流活動呈現(xiàn)參會人數(shù)增多、辦會趨于商業(yè)化特點，如第16 次動物繁殖學會于2012年8月在哈爾濱市舉辦，參會代表340 人。會議共收到學術論文215篇，展示墻報24 篇，動物繁殖分會名譽理事長中國農(nóng)業(yè)大學張忠誠教授、理事長朱士恩教授、新疆畜牧科學院陳靜波研究員、秘書長田見暉教授、中國農(nóng)業(yè)大學韓建永教授、西北農(nóng)業(yè)大學曾文先教授等分別做了《幾個繁殖生物學名詞釋義的商榷》、《轉基因豬牛羊環(huán)境安全評價技術》、《馬細管精液人工授精技術研究進展》、《IVF 對胚胎表觀修飾及個體發(fā)育的影響》、《豬多能性干細胞研究》、 《雄性生殖干細胞研究進展》的講座; 魏海軍、曾憲垠等23 位專家和研究生分別在胚胎生物技術、生殖生理等方面進行大會學術交流。內(nèi)容涉及牛、羊、豬、馬、鹿和小鼠、水牛、犏牛、狐、貉等動物的生殖生理、精液保存與人工授精、克隆與轉基因、基因表達與分子標記、干細胞分離與培養(yǎng)、胚胎生產(chǎn)保存與胚胎移植等。

2.2.2 研究動態(tài)和趨勢

近兩屆全國動物繁殖學會論文情況見表1。

配子與胚胎生物技術成為研究熱點。配子與胚胎生物技術論文占會議論文的60%以上，其中胚胎生產(chǎn)、保存與胚胎移植方面論文占25%以上。我國在轉基因、克隆等胚胎生物技術的研究發(fā)展很快，轉基因與克隆方面論文比例較前些年有大幅度提高，基因表達與分子標記論文比例超過20%，干細胞技術的研究已接近世界先進水平，性別控制、胚胎移植等繁殖技術研究與生產(chǎn)實際的緊密結合，為提高畜牧生產(chǎn)水平和經(jīng)濟效益起了重要作用。

表1 近兩屆全國動物繁殖學術研討會發(fā)表論文情況統(tǒng)計表

參會代表趨于年輕化，研究生居多。與會代表中青年及學生代表占80%以上，體現(xiàn)了動物繁殖學者逐漸年輕化的大趨勢，素質(zhì)不斷提高，為我國的動物繁殖事業(yè)注入了新生力量。

［1］徐剛.畜禽遺傳資源及其管理.畜牧獸醫(yī)雜志，1994，3: 19-21.

［2］劉向萍，朱云芬，王桂朝.“全基因組”時代的動物遺傳育種研究，中國家禽，2011，33(11) : 7-10.