【筆記】張莉研究員：肉羊分子育種研究進展及應用

29625248 · 發(fā)表于 2022-12-13 10:30:07

2022年8月13日，中國天津種業(yè)振興大會肉羊種業(yè)高峰論壇暨2022羊業(yè)發(fā)展高級研討會在天津隆重召開。
中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所張莉研究員受邀分享了“肉羊分子育種研究進展及應用”主題報告。
張研究員的報告分為4部分，分別為“羊育種歷程”，“分子育種研究進展”，“團隊工作分享”及“展望與思考”。

下面是畜牧人網站小編線上學習整理的報告內容。

1、羊育種歷程

1.1 家畜育種學及家畜育種

家畜育種學是指人類應用遺傳學理論，指導家畜育種實踐的有關科學知識體系。即人為地控制畜禽個體的繁殖機會，利用適當?shù)挠N方法，盡可能優(yōu)化、開發(fā)和利用畜禽品種遺傳變異的一系列理論和方法。家畜育種是指通過改進、保護和利用家畜遺傳資源換取當前和未來更高的生產效率的全部活動。

1.2 家畜育種技術發(fā)展歷程

家畜育種技術發(fā)展歷程包括：

1）常規(guī)育種方法，即性能測定、系譜測定、同胞測定、后裔測定、外貌評分。

2）數(shù)量遺傳學方法，考慮環(huán)境因素對微多基因控制的數(shù)量性狀的影響。

3）分子育種技術（基因工程育種），以遺傳標記為核心（標記輔助選擇）和轉基因育種。

4）生物育種技術，綜合運用遺傳學、細胞生物學、現(xiàn)代生物工程技術等的育種技術。

1.3 世界羊的品種培育及發(fā)展

全世界有綿羊、山羊品種近2000個，羊育種方向隨歷史變遷和社會經濟發(fā)展而變化。西班牙美利奴羊是第一個人工培育的羊品種。16世紀中葉，該品種羊首次傳入美國，18世紀又相繼傳入瑞典、德國、法國、意大利、澳大利亞、俄國、南非及其他一些國家，到19世紀時已遍布世界各地。19世紀前，以毛絨用羊育種為主。20世紀后，毛用兼用、肉用為主，如英國的萊斯特羊、南丘羊等。

1.4 我國羊育種歷程

主要分為三個階段：

1）引入國外品種開展雜交、發(fā)育。1934年從前蘇聯(lián)引入高加索羊和泊列考斯羊；1935-1945年，引入新西蘭考利代羊；1939年引入努比亞山羊。

2）毛用兼用細毛羊、半細毛羊新品種培育為主。新疆培育出新疆毛用兼用細毛羊和中國美利奴羊品種22個。

3）專門化肉羊品種和肉用細毛羊品種培育。近些年來，我國培育了一批具有自主知識產權的綿羊、山羊新品種，同時發(fā)現(xiàn)了一批新的遺傳資源，為不同地域的種業(yè)發(fā)展和遺傳發(fā)育做出了積極貢獻。

1.5 羊育種技術的發(fā)展

2、分子育種研究進展

分子育種是將分子生物學技術應用于育種中，在分子水平上進行育種。通常包括分子標記輔助育種和遺傳修飾育種（轉基因育種）。分子育種的核心是遺傳標記，國內外很多新品種的培育都以分子標記輔助選擇為基礎開展品種選育提高和新品種（品系）培育工作。轉基因育種是將基因工程應用于育種工作中，通過基因導入，從而培育出一定要求的新品種的育種方法。

2.1分子標記輔助育種

2.1.1澳洲白綿羊

澳大利亞是全世界第一個利用現(xiàn)代基因測定手段來培育品種的國家。澳洲白綿羊集成了白杜泊綿羊、萬瑞綿羊、無角道賽特綿羊和特克賽爾綿羊等品種基因，通過對多個品種特定肌肉生長基因標記和抗寄生蟲基因標記的選擇培育而成的，專門用于與杜泊綿羊配套的、粗毛型的中、大型肉羊品種。

具體培育過程中主要包括4步，分別為三元雜交、級近雜交、中大體型羊選育及澳洲白綿羊培育。

2.1.2魯西黑頭羊

魯西黑頭羊為山東省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所等單位培育的肉用綿羊新品種，集成了杜泊羊與小尾寒羊的性能優(yōu)勢，具有生長速度快、產肉高、繁殖性能高等特點?？勺鳛楦副鹃_展雜交改良，也可純繁。具體培育過程包括級近雜交、橫交固定、組建核心群、FecB分子標記選擇及魯西黑頭羊。

2.1.3“隱形”分子育種

英國是肉羊種業(yè)最發(fā)達的國家之一，也是世界上最早開始培育肉毛兼用品種的國家。早期培育的品種包括萊斯特羊、南丘羊、哥倫比亞綿羊、杜泊羊、派倫代爾羊、新西蘭考力代羊等。李研究員介紹，這些品種均是用多個品種雜交，優(yōu)勢基因聚合，即“隱形”分子育種。

2.1.4 分子育種技術在新品種培育中的應用

我國近十年來育成的品種，綿羊包括昭烏達肉羊、察哈爾羊、蘇博美利奴羊、象雄半細毛羊、魯西黑頭羊、乾華肉用美利奴羊、戈壁短尾羊、魯中肉羊、草原短尾羊、黃淮肉羊等，山羊品種包括晉嵐絨山羊、簡州大耳羊、云上黑山羊、疆南絨山羊等。

張研究員指出，這些品種的育種過程包括自然選擇階段、雜交創(chuàng)新階段、橫交固定階段及擴群繁殖階段4步；其中，雜交創(chuàng)新階段、橫交固定階段使用了大量的分子育種技術。在品種培育中，不僅重視繁殖性狀、生長性狀、羊毛性狀培育，還考慮了疾病模型、治療蛋白等其他功能的培育。

2.2 轉基因和基因編輯育種

目前轉基因和基因編輯技術的應用主要包括：

1）基因功能研究、挖掘與應用；

2）引入新的重要經濟性狀；

3）產品品質提升；

4）抗病育種；

5）人類疾病的模型。國內外最新研究成果如利用原核注射方法構建轉基因綿羊和山羊、體細胞核移植方法構建基因和基因打靶的綿羊和山羊、利用CRISPR/Cas9構建基因編輯的綿羊和山羊等。

轉基因山羊的價值，不僅是快速提高了山羊數(shù)量，更是人類的基因藥物工廠。例如，轉基因山羊可生產人凝血第九因子、人α抗胰蛋白酶、人肝細胞再生增強因子等。

以下分享幾個案例：

1）利用CRISPR/Cas9技術構建MSTN基因敲除綿羊和山羊。MSTN基因可抑制綿羊、山羊肌肉生長。試驗證實，MSTN基因敲除綿羊和山羊可沉積更多的體蛋白，產肉率更高。

2）利用優(yōu)化的Cas9:sgRNA提高雙等位基因敲除綿羊MSTN基因，在提高產肉率的同時，還可改善肌間脂肪水平。

3）MSTN和FGF5雙基因敲除陜北絨山羊。

4）敲除MSTN+敲入fat-1基因的阿爾巴斯絨山羊。

5）CRISPR/Cas9技術構建FecB基因編輯灘羊。

2.3全基因組選擇育種技術

全基因組選擇育種技術指利用覆蓋全基因組的高密度分子（幾十萬個）遺傳標記進行的標記輔助選擇。全基因組選擇不僅僅依賴于一組顯著的分子標記，而是聯(lián)合分析群體中的所有標記，以進行個體育種值的預測。

目前，在奶牛、生豬和家禽上已取得明顯進展。

基因組選擇技術在肉羊育種中的優(yōu)勢：

1）能夠捕獲得有的遺傳變異，選擇準確性提高（70-90%）；

2）候選個體不依賴表型選擇，可以早期選擇；

3）縮短世代間隔，降低育種成本；

4）大幅度提高育種進展（20%-50%）；

5）對低遺傳力性狀、難以度量的性狀、限性性狀更具優(yōu)勢。國外多個國家均開展了羊全基因組選擇育種技術，如澳大利亞利用全基因組選擇育種技術使肉羊的產肉指數(shù)在25年中增長32%，大大提高了羊毛性狀基因組預測準確性。

《全國羊遺傳改良計劃（2021-2035）》提出要建立羊基因組選擇育種平臺，分類組建高質量參考群體，開發(fā)基因組評估方法，在國家核心育種場逐步推進基因組選擇技術的應用，給羊基因組選擇帶來了更大的發(fā)展空間和契機。目前，國內多家單位（中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所、中科院遺傳與發(fā)育所、蘭州大學、西北農林科技大學、甘肅農業(yè)大學、內蒙古大學、內蒙古農業(yè)大學、山西大學等）已開展羊全基因組選擇育種探索研究。建立了湖羊、杜泊羊和澳洲白羊、蒙古羊、高山美利奴羊、內蒙古絨山羊、薩能奶山羊等多個品種的參考群體，重點關注了生長發(fā)育、繁殖、胴體、肉質、絨毛、產奶等重要經濟性狀。

3、團隊工作分享

張研究員團隊羊全基因組選擇育種技術開始于十二五期間，主要工作是對肉用綿羊的生長、繁殖等性狀進行鑒定、篩選、挖掘等。

下面重點介紹綿羊妊娠期（胎羊）肌肉生長發(fā)育分子機制解析與功能基因挖掘。利用全轉錄組學、蛋白質組學對不同母體營養(yǎng)條件下，不同發(fā)育階段胎羊肌肉生長發(fā)育進行分析探索，富集分析已發(fā)現(xiàn)多條關鍵代謝通路。

利用以上技術，團隊還參與了湖羊高繁、快長新品系培育工作。

4、展望與思考

育種場的遺傳進展是加性的，可以累積，育種可帶來巨大的經濟價值。通過育種，產羔數(shù)、飼料利用效率、生長速度都明顯提高，出欄時間縮短，養(yǎng)殖成本大幅下降。如，1980年我國羊出欄率、胴體重分別為23%、10.5kg，而2019年則分別為105.4%和17.1kg。

分子育種使對基因型直接選擇成為可能，具有更好的針對性；分子育種可以取得突破性進展，可以大幅度提高育種效率，可以為人類健康做出貢獻。大范圍開放分子育種品種商業(yè)化是勢所趨！

最后，張研究員簡單介紹了有效開展分子育種的措施：

1）政府層面，政策與項目引導與支持；

2）科研層面，全面建立分子育種創(chuàng)新與產業(yè)化體系，如基因資源發(fā)掘與克隆、功能鑒定、轉基因、設計育種、種質創(chuàng)制、安全性評價、產業(yè)開發(fā)、安全監(jiān)管等。

3）企業(yè)層面應做到認知、執(zhí)行與推進并舉。

來源：畜牧人網站公眾號