【筆記】張莉研究員：肉羊分子育種研究進(jìn)展及應(yīng)用

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2022年8月13日，中國(guó)天津種業(yè)振興大會(huì)肉羊種業(yè)高峰論壇暨2022羊業(yè)發(fā)展高級(jí)研討會(huì)在天津隆重召開(kāi)。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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(jìn)展及應(yīng)用”主題報(bào)告。
張研究員的報(bào)告分為4部分，分別為“羊育種歷程”，“分子育種研究進(jìn)展”，“團(tuán)隊(duì)工作分享”及“展望與思考”。

下面是畜牧人網(wǎng)站小編線上學(xué)習(xí)整理的報(bào)告內(nèi)容。

1、羊育種歷程

1.1 家畜育種學(xué)及家畜育種

家畜育種學(xué)是指人類應(yīng)用遺傳學(xué)理論，指導(dǎo)家畜育種實(shí)踐的有關(guān)科學(xué)知識(shí)體系。即人為地控制畜禽個(gè)體的繁殖機(jī)會(huì)，利用適當(dāng)?shù)挠N方法，盡可能優(yōu)化、開(kāi)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(guò)改進(jìn)、保護(hù)和利用家畜遺傳資源換取當(dāng)前和未來(lái)更高的生產(chǎn)效率的全部活動(dòng)。

1.2 家畜育種技術(shù)發(fā)展歷程

家畜育種技術(shù)發(fā)展歷程包括：

1）常規(guī)育種方法，即性能測(cè)定、系譜測(cè)定、同胞測(cè)定、后裔測(cè)定、外貌評(píng)分。

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

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

4）生物育種技術(shù)，綜合運(yùn)用遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、現(xiàn)代生物工程技術(shù)等的育種技術(shù)。

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(gè)，羊育種方向隨歷史變遷和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而變化。西班牙美利奴羊是第一個(gè)人工培育的羊品種。16世紀(jì)中葉，該品種羊首次傳入美國(guó)，18世紀(jì)又相繼傳入瑞典、德國(guó)、法國(guó)、意大利、澳大利亞、俄國(guó)、南非及其他一些國(guó)家，到19世紀(jì)時(shí)已遍布世界各地。19世紀(jì)前，以毛絨用羊育種為主。20世紀(jì)后，毛用兼用、肉用為主，如英國(guó)的萊斯特羊、南丘羊等。

1.4 我國(guó)羊育種歷程

主要分為三個(gè)階段：

1）引入國(guó)外品種開(kāi)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(xì)毛羊、半細(xì)毛羊新品種培育為主。新疆培育出新疆毛用兼用細(xì)毛羊和中國(guó)美利奴羊品種22個(gè)。

3）專門(mén)化肉羊品種和肉用細(xì)毛羊品種培育。近些年來(lái)，我國(guó)培育了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綿羊、山羊新品種，同時(shí)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(xiàn)。

1.5 羊育種技術(shù)的發(fā)展

2、分子育種研究進(jìn)展

分子育種是將分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于育種中，在分子水平上進(jìn)行育種。通常包括分子標(biāo)記輔助育種和遺傳修飾育種（轉(zhuǎn)基因育種）。分子育種的核心是遺傳標(biāo)記，國(guó)內(nèi)外很多新品種的培育都以分子標(biāo)記輔助選擇為基礎(chǔ)開(kāi)展品種選育提高和新品種（品系）培育工作。轉(zhuǎn)基因育種是將基因工程應(yīng)用于育種工作中，通過(guò)基因?qū)?，從而培育出一定要求的新品種的育種方法。

2.1分子標(biāo)記輔助育種

2.1.1澳洲白綿羊

澳大利亞是全世界第一個(gè)利用現(xiàn)代基因測(cè)定手段來(lái)培育品種的國(guó)家。澳洲白綿羊集成了白杜泊綿羊、萬(wàn)瑞綿羊、無(wú)角道賽特綿羊和特克賽爾綿羊等品種基因，通過(guò)對(duì)多個(gè)品種特定肌肉生長(zhǎng)基因標(biāo)記和抗寄生蟲(chóng)基因標(biāo)記的選擇培育而成的，專門(mén)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(guò)程中主要包括4步，分別為三元雜交、級(jí)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?yàn)樯綎|省農(nóng)業(yè)科學(xué)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(shì)，具有生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)肉高、繁殖性能高等特點(diǎn)?？勺鳛楦副鹃_(kāi)展雜交改良，也可純繁。具體培育過(guò)程包括級(jí)近雜交、橫交固定、組建核心群、FecB分子標(biāo)記選擇及魯西黑頭羊。

2.1.3“隱形”分子育種

英國(guó)是肉羊種業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家之一，也是世界上最早開(kāi)始培育肉毛兼用品種的國(guó)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(gè)品種雜交，優(yōu)勢(shì)基因聚合，即“隱形”分子育種。

2.1.4 分子育種技術(shù)在新品種培育中的應(yīng)用

我國(guó)近十年來(lái)育成的品種，綿羊包括昭烏達(dá)肉羊、察哈爾羊、蘇博美利奴羊、象雄半細(xì)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(jiǎn)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(guò)程包括自然選擇階段、雜交創(chuàng)新階段、橫交固定階段及擴(kuò)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(shù)。在品種培育中，不僅重視繁殖性狀、生長(zhǎng)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(zhuǎn)基因和基因編輯育種

目前轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)的應(yīng)用主要包括：

1）基因功能研究、挖掘與應(yīng)用；

2）引入新的重要經(jīng)濟(jì)性狀；

3）產(chǎn)品品質(zhì)提升；

4）抗病育種；

5）人類疾病的模型。國(guó)內(nèi)外最新研究成果如利用原核注射方法構(gòu)建轉(zhuǎn)基因綿羊和山羊、體細(xì)胞核移植方法構(gòu)建基因和基因打靶的綿羊和山羊、利用CRISPR/Cas9構(gòu)建基因編輯的綿羊和山羊等。

轉(zhuǎn)基因山羊的價(jià)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(zhuǎn)基因山羊可生產(chǎn)人凝血第九因子、人α抗胰蛋白酶、人肝細(xì)胞再生增強(qiáng)因子等。

以下分享幾個(gè)案例：

1）利用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)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(zhǎng)。試驗(yàn)證實(shí)，MSTN基因敲除綿羊和山羊可沉積更多的體蛋白，產(chǎn)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(chǎn)肉率的同時(shí)，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(shù)構(gòu)建FecB基因編輯灘羊。

2.3全基因組選擇育種技術(shù)

全基因組選擇育種技術(shù)指利用覆蓋全基因組的高密度分子（幾十萬(wàn)個(gè)）遺傳標(biāo)記進(jìn)行的標(biāo)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(biāo)記，而是聯(lián)合分析群體中的所有標(biāo)記，以進(jìn)行個(gè)體育種值的預(yù)測(cè)。

目前，在奶牛、生豬和家禽上已取得明顯進(jìn)展。

基因組選擇技術(shù)在肉羊育種中的優(yōu)勢(shì)：

1）能夠捕獲得有的遺傳變異，選擇準(zhǔn)確性提高（70-90%）；

2）候選個(gè)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(jìn)展（20%-50%）；

5）對(duì)低遺傳力性狀、難以度量的性狀、限性性狀更具優(yōu)勢(shì)。國(guó)外多個(gè)國(guó)家均開(kāi)展了羊全基因組選擇育種技術(shù)，如澳大利亞利用全基因組選擇育種技術(shù)使肉羊的產(chǎn)肉指數(shù)在25年中增長(zhǎng)32%，大大提高了羊毛性狀基因組預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。

《全國(guó)羊遺傳改良計(jì)劃（2021-2035）》提出要建立羊基因組選擇育種平臺(tái)，分類組建高質(zhì)量參考群體，開(kāi)發(fā)基因組評(píng)估方法，在國(guó)家核心育種場(chǎng)逐步推進(jìn)基因組選擇技術(shù)的應(yīng)用，給羊基因組選擇帶來(lái)了更大的發(fā)展空間和契機(jī)。目前，國(guó)內(nèi)多家單位（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、山西大學(xué)等）已開(kāi)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(nèi)蒙古絨山羊、薩能奶山羊等多個(gè)品種的參考群體，重點(diǎn)關(guān)注了生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖、胴體、肉質(zhì)、絨毛、產(chǎn)奶等重要經(jīng)濟(jì)性狀。

3、團(tuán)隊(duì)工作分享

張研究員團(tuán)隊(duì)羊全基因組選擇育種技術(shù)開(kāi)始于十二五期間，主要工作是對(duì)肉用綿羊的生長(zhǎng)、繁殖等性狀進(jìn)行鑒定、篩選、挖掘等。

下面重點(diǎn)介紹綿羊妊娠期（胎羊）肌肉生長(zhǎng)發(fā)育分子機(jī)制解析與功能基因挖掘。利用全轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)不同母體營(yíng)養(yǎng)條件下，不同發(fā)育階段胎羊肌肉生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行分析探索，富集分析已發(fā)現(xiàn)多條關(guān)鍵代謝通路。

利用以上技術(shù)，團(tuán)隊(duì)還參與了湖羊高繁、快長(zhǎng)新品系培育工作。

4、展望與思考

育種場(chǎng)的遺傳進(jìn)展是加性的，可以累積，育種可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過(guò)育種，產(chǎn)羔數(shù)、飼料利用效率、生長(zhǎng)速度都明顯提高，出欄時(shí)間縮短，養(yǎng)殖成本大幅下降。如，1980年我國(guó)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(duì)基因型直接選擇成為可能，具有更好的針對(duì)性；分子育種可以取得突破性進(jìn)展，可以大幅度提高育種效率，可以為人類健康做出貢獻(xiàn)。大范圍開(kāi)放分子育種品種商業(yè)化是勢(shì)所趨！

最后，張研究員簡(jiǎn)單介紹了有效開(kāi)展分子育種的措施：

1）政府層面，政策與項(xiàng)目引導(dǎo)與支持；

2）科研層面，全面建立分子育種創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化體系，如基因資源發(fā)掘與克隆、功能鑒定、轉(zhuǎn)基因、設(shè)計(jì)育種、種質(zhì)創(chuàng)制、安全性評(píng)價(jià)、產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)、安全監(jiān)管等。

3）企業(yè)層面應(yīng)做到認(rèn)知、執(zhí)行與推進(jìn)并舉。

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版權(quán)申明：筆記記載，版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明專家版權(quán)。感謝張莉研究員的精彩分享，感謝會(huì)議主辦方天津市農(nóng)業(yè)農(nóng)村委、全國(guó)畜牧總站。