王晶晶 譯自，Vol.35(2020)，№8：15，17

潘雪男 審 羅靜如 制圖

10 年前，丹育公司推出的育種計(jì)劃是世界上第1 個(gè)對(duì)豬進(jìn)行基因組選育的計(jì)劃。如今，豬的基因組信息已被廣泛用于全球大多數(shù)豬育種計(jì)劃中。

自從采用該計(jì)劃以來(lái)，基因組選育已經(jīng)徹底改變了豬的育種方式，因?yàn)樗梢源_保在近交率相同的情況下獲得更大的遺傳進(jìn)展。多年來(lái)，這種特定的方法和技術(shù)已經(jīng)得到了全面的發(fā)展，并且新的育種技術(shù)正處于發(fā)展之中，以提高遠(yuǎn)期的遺傳進(jìn)展。

基因組信息徹底改變了養(yǎng)豬業(yè)，因?yàn)樗兄诟鼫?zhǔn)確地預(yù)測(cè)豬的育種值，進(jìn)而直接提高豬的遺傳進(jìn)展。因此，它已經(jīng)成為我們不斷獲得較大遺傳進(jìn)展的有效手段?；诘び镜挠N計(jì)劃，我們預(yù)測(cè)，當(dāng)所有豬都進(jìn)行了基因分型后，基因組選育可使遺傳進(jìn)展加大30%。這些遺傳改良具有累積性，每年都能增加養(yǎng)豬生產(chǎn)者的利潤(rùn)。

基因組選育的概念由Theo Meuwissen 教授于2001 年首次提出，并在畜牧業(yè)中得到了相對(duì)較快的應(yīng)用。進(jìn)行基因組選育時(shí)豬繁殖的基本原理保持不變，譜系和生產(chǎn)性能指標(biāo)仍然是必不可少的，但是基因組信息能夠提供更多且更準(zhǔn)確的在計(jì)算育種值時(shí)可以使用的信息源。

1 更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)育種值

豬的育種值表達(dá)了對(duì)其后代平均生產(chǎn)性能(或表型)的預(yù)期影響。為了在繁殖前計(jì)算豬的育種值，我們使用先進(jìn)的混合統(tǒng)計(jì)模型，將生產(chǎn)性能與關(guān)聯(lián)信息結(jié)合起來(lái)。這可說(shuō)明生產(chǎn)性能的哪些部分能夠表達(dá)豬的遺傳水平，哪些部分只是隨機(jī)的。

在進(jìn)行基因組選育前，該統(tǒng)計(jì)模型使用的關(guān)聯(lián)信息是基于傳統(tǒng)的譜系關(guān)系。譜系關(guān)系假設(shè)兩個(gè)全同胞始終保持50%的相關(guān)性。然而，全同胞具有50%相關(guān)性的假設(shè)并不完全準(zhǔn)確，這只是一個(gè)平均值。事實(shí)是每對(duì)父母都遺傳各自一半的基因，但在極端的情況下，兩個(gè)全同胞可能從其父母那里獲得完全相同的一半，這意味著它們將具有100%的相關(guān)性。

在完全相反的極端情況下，兩個(gè)全同胞可能從其父母那里獲得完全不同的一半，這意味著它們之間的相關(guān)性將會(huì)是0，即完全不相關(guān)。

圖1 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，說(shuō)明同胞可能在遺傳上或多或少相關(guān)。它們的父母擁有自己獨(dú)有的DNA 集，并且每一個(gè)都恰好將其中的一半遺傳給后代。但是究竟將哪一半傳給每頭仔豬是隨機(jī)的。在此案例中，1 號(hào)仔豬從父親的DNA 中遺傳了藍(lán)色的部分，從母親的DNA 中繼承了橙色的部分，而2 號(hào)仔豬從父親的DNA中遺傳了綠色的部分，從母親的DNA 中繼承了紅色的部分。很顯然，1 號(hào)仔豬和2 號(hào)仔豬都從父親和母親身上遺傳了一半的基因，但是它們各自的DNA 部分完全不同。因此，1 號(hào)仔豬和2 號(hào)仔豬的相關(guān)性為0。3 號(hào)仔豬從母親和父親各自的DNA 中繼承了每一種有色部分的一半，因此與1 號(hào)仔豬和2 號(hào)仔豬具有50%的相關(guān)性。

利用基因組信息，我們可以在遺傳水平上根據(jù)相似性來(lái)測(cè)量相關(guān)性，因?yàn)槲覀冊(cè)谡麄€(gè)基因組中使用了成千上萬(wàn)個(gè)標(biāo)記來(lái)更精確地測(cè)量基因組的相關(guān)性。隨后，我們將其用于統(tǒng)計(jì)模型中，以將表型的遺傳部分與非遺傳部分區(qū)分開(kāi)，即計(jì)算出更精確的育種值。

更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)育種值可直接取得更大的遺傳進(jìn)展。育種方程可解釋育種方案中的不同變化如何影響遺傳進(jìn)展(ΔG)：

式中：r 表示育種值的準(zhǔn)確性；i表示選育強(qiáng)度；s表示遺傳標(biāo)準(zhǔn)偏差；L 表示世代間隔。

基因組選育可提高育種值的準(zhǔn)確性，因此可提高遺傳進(jìn)展。

2 改善具有挑戰(zhàn)性的性狀

基因組選育可以提高育種目標(biāo)中所有性狀的遺傳進(jìn)展，特別是那些挑戰(zhàn)性性狀如飼料轉(zhuǎn)化率和窩產(chǎn)仔數(shù)會(huì)從中受益。飼料轉(zhuǎn)化率的測(cè)定成本較高，只有部分豬進(jìn)行了生產(chǎn)性能測(cè)試(表型)。窩產(chǎn)仔數(shù)在遺傳上計(jì)算能力低，且采用了新的方法來(lái)減少計(jì)算量。

最近，丹育公司執(zhí)行了線性模型工具箱(linear models toolbox，LMT)中的解算功能，這是一個(gè)廣義線性混合模型軟件框架，由丹麥奧爾胡斯大學(xué)數(shù)量遺傳和基因組學(xué)中心開(kāi)發(fā)和維護(hù)，是其受歡迎的unicode 數(shù)據(jù)庫(kù)遷移助手(database migration assistant for unicode，DMU)軟件包的后續(xù)產(chǎn)品。在這方面，丹育公司是第一家用LMT 替代DMU 的育種公司，這使丹育公司的處理時(shí)間節(jié)省了大約90%。

3 代謝組學(xué)是豬育種的下一個(gè)飛躍

基因組選育極大地豐富了育種者的工具箱，有助于提高遠(yuǎn)期的遺傳進(jìn)展。

基因組選育仍處于發(fā)展中，其他有意義的育種工具也開(kāi)始出現(xiàn)，例如，代謝組學(xué)選育是一種使用核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)數(shù)據(jù)的育種技術(shù)。

NMR 代謝組學(xué)可測(cè)量來(lái)自個(gè)體某個(gè)樣品中的所有代謝物。這整套的代謝物(稱為全代謝組數(shù)據(jù)) 與生物學(xué)途徑中的生理活動(dòng)水平相關(guān)，這些生理活動(dòng)始于DNA 水平，最終在性狀表達(dá)(生產(chǎn)性能)上達(dá)到頂峰。生理活動(dòng)的水平又受個(gè)體從其父母遺傳的基因以及其所處環(huán)境的影響調(diào)節(jié)。整個(gè)代謝組學(xué)數(shù)據(jù)與遺傳基因之間的這種聯(lián)系可以用來(lái)提高理想性狀是否為飼料轉(zhuǎn)化率的遺傳潛力。

為了探索豬繁殖潛力的下一個(gè)飛躍，丹育公司、丹麥豬研究中心、Nordic Seed 公司和奧爾胡斯大學(xué)合作開(kāi)展了一個(gè)新的代謝組學(xué)研究和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，該項(xiàng)目將全代謝組學(xué)數(shù)據(jù)與表型、譜系和基因組數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，用于進(jìn)一步研究飼料效率和肉質(zhì)性狀等。

隨后，這些專家將進(jìn)行代謝組學(xué)分析，開(kāi)發(fā)統(tǒng)計(jì)模型，并計(jì)劃將該項(xiàng)目的研究結(jié)果實(shí)施到丹育公司的育種計(jì)劃中(圖2)。

該項(xiàng)目得到了丹麥環(huán)境與食品部綠色發(fā)展與示范計(jì)劃的部分資助，約110 萬(wàn)歐元。這一個(gè)事例說(shuō)明，許多專家的合作正努力實(shí)現(xiàn)豬遺傳學(xué)的下一個(gè)飛躍，從而推動(dòng)養(yǎng)豬業(yè)向更高效和可持續(xù)的全球養(yǎng)豬生產(chǎn)發(fā)展。