您的位置: 首页 > 专栏 > 观点 > 内容

​吴珍芳:全基因组选择技术在种猪育种中的应用

养猪信息网2021-01-26 18:36:29

阅读()

在影响生猪效益的诸多因素中,优良的种猪起主导作用。选种是种猪遗传改良的关键环节,提高选种的准确性是育种工作者的主要任务。

在影响生猪效益的诸多因素中,优良的种猪起主导作用。选种是种猪遗传改良的关键环节,提高选种的准确性是育种工作者的主要任务。当前,全基因组选择技术研究已成为猪育种工作的重要内容。

 

相比传统的育种技术,全基因组选择的主要特点是利用全基因组遗传标记信息,实现对个体的选择,以加快遗传进展,提高育种效率。

 

全基因组选择技术与种猪育种

 

种猪改良最关键部分在于选种,目前主要通过个体本身和有亲缘关系个体的表型值,以BLUP法估计个体育种值,再根据育种值进行选种。个体育种值实际是由基因控制的,如何选择控制表型值的基因,在基因水平上直接选种,是育种工作的难点。

 

回顾选种技术的发展,早在我国春秋时期就有伯乐相马、宁戚相牛的典故,他是通过血统来源结合对部分性状经验的判断来选种的,这是一种通过表型值结合系谱的选择方法;随着数量遗传学的发展,到70年代科学家建立了BLUP的遗传分析方法,这是一种计算技术,将大量的表型值估算成个体育种值,这种方法更科学、更准确;随着分子生物学的发展,发现了一些性状的主效基因或关联主效基因的位点,建立了标记辅助选择结合BLUP估计育种值方法;近十年来,全基因组选择技术得到了蓬勃的发展,可以显著提高育种效率。

 

全基因组选择的基本原理是个体间存在大量的SNP(单核苷酸多态性,也即基因组序列的差异位点),这些SNP与性状间有连锁和不完全连锁的关系,每一个SNP可以建立一个基因育种值。个体性状基因组育种值就是大量SNP效应的累加值。因此,可以由基因型估计育种值,根据育种值高低进行选种。

 

图片

全基因组选留的基本步骤

 

全基因组选择的基本步骤分为两部分。第一步是建立参考群,参考群的每个个体需有表型数据和SNP基因型,通过统计模型计算SNP效应得到个体基因组育种值;第二步是测定候选群体SNP的基因型,利用第一步得到的SNP效应,计算个体的基因组育种值,再根据基因组育种值选留个体。

 

全基因组选择技术的三个关键点:第一是参考群体,第二是SNP分型技术,第三是统计模型算法。

 

图片

全基因组选择育种相关关键技术

 

当参考群体的个体数量达到8000头时,使用全基因组选择和BLUP的准确性相当。随着个体数量的增加,全基因组选择的准确性也会逐步提高,因此对某性状的选择,需要建立一个超过8000头个体的表型和基因型数据库。参考群体的建立对全基因组选择是至关重要的,也是开展该技术选育的前提条件。

 

SNP分型技术主要有两类,第一种是利用基因芯片技术,分低密度芯片和高密度芯片两种,高密度芯片的准确性更高,但成本也更大。第二种方法是全基因组测序,可以得到基因组的全部信息,比基因芯片得到的序列更多。随着全基因组测序成本的下降,基于新一代测序的全基因组选择技术将成为未来发展的主方向。全基因组选择在猪育种中的应用有较明显优势:一是提高种猪选择准确性,特别是在低遗传力性状中应用效果更明显;二是实现早期选择,在仔猪断奶前即可获得其基因组育种值;三是对测定成本高或生命末期才可度量的性状具有优势,如饲料转化率、屠体性状、肉质性状等;四是不依赖系谱记录,避免了由于系谱记录错误或丢失的问题。

 

分型技术比较图

分型技术比较图

 

近十年来,温氏集团便已开始探索全基因选择技术,并于2013年获得国内首例采用该技术选育出的特级种公猪。经过多年技术研究及应用,温氏种猪在日增重和瘦肉率等常规育种性状方面,选择准确性提高了6%~15%,繁殖性状的选择准确性提高了15%~40%,饲料转化率和剩余采食量等测定难度大的性状方面,选择准确性提高了4%~12%。在育种场基础群中应用全基因组选择技术划分核心群和扩繁群,核心群的繁殖指数和产仔数均明显高于扩繁群。此外,还可开展基因组选配,预测后代的期望基因组育种值及控制有害基因在后代出现不利纯合子的概率等。

 

图片

 

基因选择技术研究与平台建设

 

图片

 

以温氏集团为例,目前主要围绕全基因组SNP分型技术、基因组育种值算法和全基因组选择信息化平台三方面进行研究:

 

1、SNP分型技术研究

 

最初采用商业化高密度SNP芯片,由于成本过高,从而研发芯片替代的简化基因组测序(GBS)技术,成本可以降低至原来芯片的七分之一。2015年后开始自主设计芯片,在主流瘦肉型猪品系中筛选呈最高多态的SNP位点,创制出WENS55K种猪全基因组选择专用芯片。近年又开始开发基于国产测序仪设备的育种专用测序分析一体机系统,可彻底解决我国能设计但不能制造芯片,造成的卡脖子难题,预计一年后可投入生产应用。

 

2、算法研究——估计基因组育种值的统计模型

 

将常规BLUP模型、GBLUP模型和ssGBLUP模型融入软件分析系统中。

 

3、基因组育种数据管理平台

 

该平台的目的是包括大量数据的储存、管理,以及整合种猪简化基因组测序、高密度SNP芯片、全基因组测序多种数据类型,实现参考群各类数据的有效连接,保证基因组育种值实时计算,提高计算效率。

 

企业是否需要开展全基因选择育种呢?

 

首先,种猪场要合理定位,如果仅仅是进行纯繁或杂交制种,大可不必开展全基因组选择,可以通过引进公猪精液改良品种等合作方式。如果坚定决心做好育种工作,对于全基因选择技术的成本投入要有充分的心理准备。建议大家共享数据库信息,可大大降低成本费用。

 

总而言之,全基因组选择技术可以提升育种场的种猪基因改良效果,相信通过大家的共同努力,未来该技术将会在育种场中得到普遍应用,种猪育种的改良效果也会进一步得到提升。


免责声明:部分文章资料来源于互联网,已标明来源,版权归原作者所有,内容仅供读者参考,如有侵犯原作者权益,请及时留言联系我们删除!
天兆猪业
广告