綜合利用新技術(shù) 開創(chuàng)育種新格局

文│張振 郭勇 倪和民 邢凱（北京農(nóng)學(xué)院）

蔣凡（北京田園奧瑞生物科技有限公司）

李愛民（河南創(chuàng)源生物技術(shù)有限公司）

非洲豬瘟疫情給我國種豬育種和生豬生產(chǎn)帶來了較大的困擾。目前為止，多家大型育種企業(yè)遭受了不同程度的損失，造成育種進(jìn)展停滯，良種覆蓋率有所倒退，復(fù)產(chǎn)中如何快速提高良種覆蓋率是當(dāng)前迫切需要考慮的問題。

根據(jù)目前種豬缺口較大的形勢分析，2020年我國從國外進(jìn)口種豬的數(shù)量極有可能突破2萬頭，或創(chuàng)造進(jìn)口種豬數(shù)量的新極值。在引進(jìn)大量種豬的同時，也是我們從全世界收集不同育種素材的良好機(jī)會。如何將育種和繁殖新技術(shù)與大規(guī)模引種相結(jié)合，使這些育種素材強(qiáng)而有力地推動國內(nèi)種豬育種進(jìn)程？這是需要我們深入研究和探討的課題。

一、對引進(jìn)種豬進(jìn)行采樣

每一批引進(jìn)的種豬到達(dá)國內(nèi)后，在隔離期間采耳組織樣本并保存所有引進(jìn)基因，為開展后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

二、使用全基因組選擇技術(shù)鑒定血緣關(guān)系并建立參考群

對留存的部分耳組織樣本使用全基因組選擇技術(shù)鑒定血緣關(guān)系并建立參考群，統(tǒng)計出我國到底從全世界引回多少血緣和家系。正常情況下，每次國外引種可能只引回6～8個血緣和家系，但2020年國內(nèi)引種數(shù)量大，存在同一個場多次引種的情況，可能會收集完成全部的育種素材。全世界優(yōu)秀的種豬血緣可能全部在國內(nèi)得到匯總，結(jié)合全基因組選擇技術(shù)建立較大的公共參考群，可為培育新品種乃至華系種豬奠定基石。

1.什么是全基因組選擇技術(shù)。全基因組選擇（Genomic Selection,GS）是利用覆蓋全基因組的高密度分子遺傳標(biāo)記進(jìn)行的標(biāo)記輔助選擇。比起利用系譜和表型進(jìn)行選擇的常規(guī)選育方法，其可以對低遺傳力性狀、不容易度量的性狀（如胴體性狀、肉質(zhì)性狀）和不能早期度量的性狀進(jìn)行有效選擇。而比起分子標(biāo)記輔助育種（Marker assisted selection，MAS），其優(yōu)勢在于無須進(jìn)行主效基因或者數(shù)量性狀基因座的檢測，能夠捕獲基因組中的全部變異和適用范圍更加廣泛。

綜上所述，全基因組選擇的技術(shù)主要優(yōu)勢有：一是可以捕獲所有的遺傳變異，提高選擇準(zhǔn)確率；二是可早期準(zhǔn)確遺傳評估，縮短世代間隔；三是可對低遺傳力（h2）、限性和難以度量的性狀進(jìn)行選擇，降低測定成本；四是降低群體的近交增量，防止近交衰退。全基因組選擇技術(shù)的應(yīng)用可從以上幾個方面加快場內(nèi)遺傳進(jìn)展，因此該技術(shù)在現(xiàn)代育種過程中得到越來越廣泛的使用。

2.如何鑒定血緣關(guān)系?，F(xiàn)場育種過程中梳理清楚群體的血緣關(guān)系，對于進(jìn)行家系構(gòu)建和育種方案的制定都有重要的意義。但是在實際操作過程中由于記錄數(shù)據(jù)缺失和錯誤，抑或是工作人員操作失誤，導(dǎo)致豬場的家系混亂和系譜記錄錯誤的情況時有發(fā)生。利用全基因組選擇技術(shù)可以準(zhǔn)確地反映個體間親緣關(guān)系情況。只需提供需要明確血緣關(guān)系的個體組織或者血液樣本，通過測序得到基因分型結(jié)果，使用生物信息學(xué)分析方法，即可準(zhǔn)確鑒定送樣個體之間的血緣關(guān)系。

通過對個體間親緣關(guān)系計算，將群體中的公畜進(jìn)行科學(xué)的家系劃分，同時將群體豬只進(jìn)行家系構(gòu)建，為后續(xù)選種選配提供依據(jù)，更加科學(xué)地控制近交，降低群體近交增量。

3.如何建立參考群。梳理清群體血緣關(guān)系，為構(gòu)建全基因組選擇參考群奠定了良好基礎(chǔ)。理論研究顯示，當(dāng)單品種參考群的數(shù)量到達(dá)2000頭以上時，分析結(jié)果的準(zhǔn)確性會更好。但受豬場規(guī)模的現(xiàn)實條件限制，大多數(shù)企業(yè)無法一次性構(gòu)建如此大的參考群，專家建議：一是參考群的規(guī)模最低不能小于500頭；二是采集的樣本要覆蓋全部家系，即所有的公豬都要進(jìn)行采樣，母豬根據(jù)血緣分析結(jié)果和實際的生長性能進(jìn)行選擇；三是所有的個體均要有表型數(shù)據(jù)和完整的三代系譜；四是參考群表型數(shù)據(jù)盡量完整，表型數(shù)據(jù)采集的性狀越完整對后期的選育效果越好，同時當(dāng)選育性狀發(fā)生調(diào)整時參考群仍能適用。當(dāng)滿足以上條件時，即可進(jìn)行參考群的建立。根據(jù)選育方向和育種方案進(jìn)行育種性狀和分析模型的確定。

4.全基因組選育技術(shù)應(yīng)用。利用建立好的參考群體，通過收集其剛出生后代的耳組織樣本進(jìn)行基因檢測，即可實現(xiàn)準(zhǔn)確的早期育種值評估，可為企業(yè)大大降低育種成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

三、使用組織凍存技術(shù)保存良種

部分耳組織樣本可以通過組織凍存的形式留存下來，以確保優(yōu)秀的種質(zhì)資源能夠有活體和組織凍存兩種方式保存，防止發(fā)生意外。組織凍存的費(fèi)用較為低廉，每頭樣本僅需600元即可保存兩年，在未來種豬老化退役后，可以解凍組織并培養(yǎng)出細(xì)胞，通過體細(xì)胞克隆技術(shù)獲得克隆種豬，使優(yōu)秀的種豬可以持續(xù)應(yīng)用。

四、使用體細(xì)胞克隆技術(shù)擴(kuò)大優(yōu)秀種豬利用率

體細(xì)胞克隆技術(shù)是一種新型的輔助生殖技術(shù)，目前在國內(nèi)外都已經(jīng)商業(yè)化運(yùn)營。簡單來講就是復(fù)制，克隆技術(shù)就如同復(fù)印機(jī)復(fù)制文件一樣，不會對豬的外貌、生產(chǎn)性能等造成改變。應(yīng)用體細(xì)胞克隆技術(shù)是豬場快速擴(kuò)群的有效選擇，能在短時間內(nèi)集中復(fù)制優(yōu)秀的個體，特別是在育種工作比較扎實的種豬企業(yè)，克隆技術(shù)將培育出的優(yōu)秀的種豬大量提供給多個豬場或公豬站，將其種用價值發(fā)揮到極致。

從采集耳組織到克隆仔豬斷奶，每頭克隆豬平均收取1.5萬元的技術(shù)服務(wù)費(fèi)（在客戶指定的豬場完成胚胎移植和生產(chǎn)），斷奶后的克隆仔豬與普通種豬培育過程沒有任何差別，并且不需要再次測定。不論同一頭供體豬生產(chǎn)出來不同批次的克隆仔豬的生長速度如何，克隆仔豬成年后精液攜帶的基因是相同的，商品后代的性能也基本相同，這些數(shù)據(jù)在國外優(yōu)秀種公牛（80%以上都是克隆牛）和國內(nèi)溫氏食品集團(tuán)股份有限公司培育的種豬上都有驗證。

五、體細(xì)胞克隆技術(shù)應(yīng)用場景

1.克隆優(yōu)秀終端父本。在生產(chǎn)三元商品豬過程中，將公司內(nèi)或者行業(yè)內(nèi)通過全基因組選擇出來的優(yōu)秀的杜洛克公豬、長白公豬、大約克夏公豬等公豬采樣，通過克隆技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)克隆種豬作為終端父本生產(chǎn)商品豬，可以將優(yōu)秀的基因直接應(yīng)用到終端商品代，大大縮短了通過金字塔育種體系傳遞優(yōu)良基因的速度（傳統(tǒng)方式需要3～4年），可以將遺傳進(jìn)展在短時間內(nèi)通過商品豬生產(chǎn)變成經(jīng)濟(jì)效益（僅需1～2年）。

以杜洛克公豬為例，優(yōu)秀的杜洛克公豬比普通杜洛克父系指數(shù)平均高出20點(diǎn)以上，每1點(diǎn)指數(shù)可以增加商品豬后代效益1.4元（數(shù)據(jù)來自PIC），優(yōu)秀公豬后代可以增加效益28元/頭，假設(shè)年出欄量100萬頭，則可增加效益2800萬元/年，終端公豬利用年限1.5～2年，共可增加效益4200萬～5600萬元。完成100萬頭商品豬生產(chǎn)僅需500頭公豬（80%利用率），每頭公豬1.5萬元，成本僅需750萬元，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

2.大規(guī)模引種種豬。受非洲豬瘟疫情影響，需要從國外、國內(nèi)豬場引種時，可以挑選指數(shù)排名靠前的種豬，回場后應(yīng)用克隆技術(shù)擴(kuò)大群體，同時達(dá)到提高引種質(zhì)量、減少引種費(fèi)用的效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（1）傳統(tǒng)方法。以單品種引入8個血統(tǒng)為例，需要引入100頭種豬，一次引入“杜長大”三個品種則需要數(shù)百頭，花費(fèi)較大。而且因為引入種豬的數(shù)量較多，平均育種值往往不高。數(shù)年后遺傳進(jìn)展緩慢、老化、淘汰，不得不再次引種，造成重復(fù)浪費(fèi)。

（2）克隆技術(shù)。一是同樣引種10個血統(tǒng)，僅需數(shù)十頭種豬即可，并且可以花較高的費(fèi)用引入育種值較高的群體，通過克隆技術(shù)可以快速生產(chǎn)出足夠數(shù)量的種豬，不但遺傳進(jìn)展快，還可以大幅節(jié)約引種花費(fèi)。二是同期通過育種手段提升豬群質(zhì)量，同步使用“連續(xù)克隆技術(shù)”保證種豬群質(zhì)量穩(wěn)步進(jìn)展。

3.小規(guī)模種豬血統(tǒng)更新。受非洲豬瘟疫情影響，個別品種需要更新血統(tǒng)，為了避免活豬運(yùn)輸?shù)纳锇踩L(fēng)險，可以應(yīng)用克隆技術(shù)解決問題。

（1）傳統(tǒng)方式。一是活體引種，隔離、免疫后混群，數(shù)量大、風(fēng)險高、血統(tǒng)更新全面。二是精液引進(jìn)，簡單方便、費(fèi)用低、風(fēng)險中等，只能更新公豬血統(tǒng)。

（2）克隆技術(shù)。一是僅需要采取目標(biāo)豬耳組織即可按需求克隆出優(yōu)質(zhì)血統(tǒng)的目標(biāo)豬。二是100%復(fù)制優(yōu)質(zhì)種豬，公母豬血統(tǒng)均可更新。

4.核心群拆分。受非洲豬瘟疫情影響，個別豬場需要把核心群分布到新的備份場，為了避免活豬運(yùn)輸?shù)纳锇踩L(fēng)險，可以應(yīng)用克隆技術(shù)解決問題。

（1）傳統(tǒng)方法。一是從老的核心群分出部分種豬到新場，然后從后代中選育擴(kuò)群。二是直接把選育的后代送到新場，存在生物安全、世代間隔長、耗時、費(fèi)力、資金需求大等問題。

（2）克隆技術(shù)。一是從老的核心群中挑選優(yōu)秀的種豬通過克隆技術(shù)快速復(fù)制建群，可根據(jù)需求選擇最佳群體組合。二是具有安全、高效、世代間隔短、省力省心省錢等優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)客戶核心群育種方向有機(jī)組合（見圖1）。

六、使用冷凍精液技術(shù)保存育種素材并開展基因交流

冷凍精液是生物技術(shù)保種的主要方式之一，也是育種的遺傳物質(zhì)主要來源，特別是牛冷凍精液育種繁殖技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用，可完全取代本交和鮮精人工授精。在當(dāng)前非洲豬瘟和新型冠狀病毒肺炎雙重疫情防控嚴(yán)峻形勢下，物流受限，人員和豬場的隔離導(dǎo)致“產(chǎn)品出不去，原料進(jìn)不來”，開展豬冷凍精液技術(shù)進(jìn)行保種、育種和安全復(fù)養(yǎng)擴(kuò)繁具有重大意義。

1.冷凍精液特點(diǎn)及優(yōu)勢。豬冷凍精液是指將豬精液中的精清分離，把濃縮的精子添加特殊冷凍保護(hù)劑后通過液氮降溫至-140℃，并置于-196℃的液氮中進(jìn)行長期保存。豬冷凍精液經(jīng)過精清分離，可將存活于精液中的病毒分離，并存放60天以觀察種公豬的健康狀況，免受非洲豬瘟等疫病潛伏期的影響。豬冷凍精液因能永久保存，從而能打破時間和空間上的障礙，成為重要的引種、育種方式和保種手段（見圖2）。

2.豬冷凍精液應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外豬冷凍精液技術(shù)都有較大進(jìn)步和發(fā)展，冷凍精液解凍后復(fù)蘇率達(dá)70%～90%，商品冷凍精液解凍后活力達(dá)到60%以上，情期受胎率達(dá)85%左右，產(chǎn)仔數(shù)接近鮮精繁殖水平。加拿大、美國、英國等國已廣泛在歐洲和北美等地應(yīng)用冷凍精液交流育種，部分出口到非洲、亞洲等地區(qū)；我國河南省黃泛區(qū)鑫欣牧業(yè)有限公司、四川天兆豬業(yè)股份有限公司、中糧集團(tuán)有限公司等均應(yīng)用過冷凍精液育種技術(shù)；上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、北京農(nóng)學(xué)院、百鈞達(dá)科技發(fā)展（北京）有限公司、北京田園奧瑞生物科技有限公司等科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)公司相繼在豬冷凍精液保存技術(shù)和配套設(shè)備試劑上取得重大突破；上海祥欣畜禽有限公司、河南精旺豬種改良有限公司、湖北襄大農(nóng)牧集團(tuán)股份有限公司等國家級公豬站和大型養(yǎng)豬企業(yè)先后建立豬凍精實驗室，開始冷凍精液商業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用，冷凍精液已推廣到國內(nèi)20余個省份及地區(qū)，并遠(yuǎn)銷俄羅斯。

◎圖1 克隆種豬制作過程

◎圖2 凍精操作流暢

3.豬冷凍精液前景。目前，豬冷凍精液生產(chǎn)技術(shù)和解凍技術(shù)已經(jīng)可以穩(wěn)定達(dá)到凍精解凍后活力≥60%，自主研發(fā)的國產(chǎn)凍精設(shè)備試劑極大地降低了凍精生產(chǎn)成本，加上配套成熟的母豬發(fā)情檢測鑒定和深部輸精技術(shù)，受胎率和產(chǎn)仔數(shù)接近鮮精而逐步被養(yǎng)豬企業(yè)接受，特別是在新型冠狀病毒肺炎疫情防控導(dǎo)致常溫精液運(yùn)輸受限，非洲豬瘟疫情一段時間內(nèi)仍將威脅豬場安全的情況下，豬冷凍精液的戰(zhàn)略儲備和生物安全價值凸顯，豬冷凍精液將在地方豬品種保護(hù)和優(yōu)質(zhì)種豬保種上發(fā)揮較大作用，同時，大量存儲冷凍精液的凍精銀行不僅可以打通壁壘實現(xiàn)聯(lián)合育種，也是“穩(wěn)產(chǎn)保供”，加快恢復(fù)生豬生產(chǎn)，快速擴(kuò)繁的重要戰(zhàn)略儲備，加快豬冷凍精液的生產(chǎn)儲備和推廣應(yīng)用勢在必行，未來前景一片看好。

綜上所述，優(yōu)秀種豬短缺將持續(xù)困擾中國養(yǎng)豬業(yè)，如果能夠在引進(jìn)種豬的同時綜合利用全基因組選擇技術(shù)、體細(xì)胞克隆技術(shù)、豬冷凍精液技術(shù)，則可加快育種進(jìn)程，提高良種覆蓋率，促進(jìn)養(yǎng)豬企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，為實現(xiàn)《加快生豬生產(chǎn)恢復(fù)發(fā)展三年行動方案》目標(biāo)保駕護(hù)航。