【智惠農(nóng)民】非比“鱘”常的遺傳改良加速器——基因組選擇

鱘魚是一種古老的魚類，個體大，壽命長。目前，全世界有包括西伯利亞鱘、施氏鱘、俄羅斯鱘，還有我國特有的中華鱘、達(dá)氏鱘等27個鱘魚種和亞種，都是被列入《國際瀕危動植物種貿(mào)易保護(hù)公約》（CITES）附錄II的保護(hù)動物。其中，長江白鱘已于去年7月被正式宣布滅絕。

鱘魚具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值，特別是鱘魚籽醬號稱“黑黃金”，在國際市場供不應(yīng)求。由于鱘魚性成熟晚，即使養(yǎng)殖條件下性成熟年齡縮短一半，也要6年以上，導(dǎo)致育種周期太長，從而限制了優(yōu)良品種的選育。種業(yè)是農(nóng)業(yè)的“芯片”，育種一直是農(nóng)業(yè)革命的先導(dǎo)，培育優(yōu)良鱘魚品種對于保障糧食產(chǎn)量、改善糧食品質(zhì)、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率意義重大。

鱘魚（西伯利亞鱘）和魚子醬（來自網(wǎng)絡(luò)）

動物育種的核心是盡可能準(zhǔn)確地估計個體育種值，所謂的育種值，也就是個體作為種魚的價值，在這里大家要注意，育種值只能估計，而不能準(zhǔn)確得到，各種育種手段的改進(jìn)都是圍繞著如何提高育種值估計準(zhǔn)確性來進(jìn)行的。

傳統(tǒng)的動物育種方法，猶如“伯樂相馬”，通過動物的外在表現(xiàn)進(jìn)行選擇，此方法選擇準(zhǔn)確性低。隨著數(shù)量遺傳學(xué)和育種理論的發(fā)展，20世紀(jì)80年代左右，育種學(xué)家Henderson提出了最佳線性無偏預(yù)測法（Best Linear Unbiased Prediction, 簡稱BLUP），BLUP方法有效利用所有表型和親屬信息（系譜信息），提高了個體育種值估計的準(zhǔn)確性，并在豬和奶牛育種中得到了廣泛應(yīng)用，為許多重要性狀的遺傳改良做出了巨大貢獻(xiàn)。

我們常說“路遙知馬力”，只有等馬兒跑多了才知道它的速度，BLUP方法對有的性狀育種周期長、準(zhǔn)確性低，如低遺傳力性狀（如抗病性狀）、難以度量的性狀（如飼料利用率）、限性性狀（如懷卵量性狀）、不能早期度量的性狀（如使用壽命）、需要屠宰才能度量的性狀（如肉質(zhì)、胴體組成），需要通過新的育種手段進(jìn)行突破。

如果說BLUP方法是以前的綠皮火車，那么基因組選擇（Genomic selection, 簡稱GS）就是現(xiàn)在的高鐵?；蚪M選擇是2001年育種學(xué)家Meuwissen提出的新一代育種方法，該方法根據(jù)已知動物群體的基因信息和表型信息，應(yīng)用一定的數(shù)學(xué)模型，對表型未知的動物的育種值做出合理的預(yù)測。

綠皮火車（BLUP）和高鐵（基因組選擇）（來自網(wǎng)絡(luò)）

也就是說，以前的BLUP方法僅利用了表型和系譜信息，而基因組選擇不僅利用了表型和系譜信息，還能利用基因信息。應(yīng)用的信息比原來多了很多，哪種方法更準(zhǔn)確肉眼可見?；蚪M選擇最先是應(yīng)用在奶牛的育種上，我國于2012年首次使用基因組選擇對奶牛進(jìn)行遺傳評估。隨著近幾年測序技術(shù)（用于檢測動物基因信息）的不斷發(fā)展，基因組選擇在水產(chǎn)育種領(lǐng)域也開始得到應(yīng)用，取得了較大進(jìn)展。

基因組選擇的最大優(yōu)勢是，可以在動物個體早期，甚至出生前就可以進(jìn)行準(zhǔn)確的育種值估計，不需要等動物長大，實現(xiàn)早期選種，早期淘汰，從而極大地節(jié)約飼養(yǎng)成本，縮短育種需要的時間，尤其對于育種周期長的鱘魚。時間是育種工作最大的成本，這也是基因組選擇的最大優(yōu)勢。

基因組選擇另一個優(yōu)勢是，提高育種值估計的準(zhǔn)確性，BLUP方法利用系譜信息無法準(zhǔn)確估計個體間親緣關(guān)系，而基因組選擇通過利用基因信息，可以更準(zhǔn)確地估計個體間的親緣關(guān)系，從而達(dá)到提高育種值估計準(zhǔn)確性的效果。因此，基因組選擇在鱘魚上的應(yīng)用，不僅可以提高育種值估計準(zhǔn)確性，而且能大大縮短育種周期，是鱘魚遺傳改良的加速器。

北京市農(nóng)林科學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)研究所研究人員首次利用來自26個全同胞家系的3430尾具有生長記錄的俄羅斯鱘群體，開展了基因組選擇研究。結(jié)果表明，相比于BLUP方法，利用基因組選擇方法育種值估計準(zhǔn)確性提高了12%，并且育種周期能夠縮短4年左右。該研究表明基因組選擇在鱘魚育種中具有較大應(yīng)用前景，是縮短鱘魚育種周期和提高育種效率的有效途徑。

利用基因組選擇早期選擇優(yōu)秀親魚

目前很多人對轉(zhuǎn)基因技術(shù)有很大的排斥，基因組選擇技術(shù)不涉及任何對原有遺傳信息的改變，和轉(zhuǎn)基因技術(shù)沒有任何關(guān)系。這項技術(shù)對于普通人的意義在于，能夠使鱘魚產(chǎn)品（如魚子醬）的價格降低的同時，品質(zhì)得到提升，讓我們更有口福并實現(xiàn)魚子醬自由。同時基因組育種對抗病性狀的選擇，可以減少很多疾病的發(fā)生，從而使抗生素的使用量得到降低，讓大家品嘗到綠色、安全的鱘魚產(chǎn)品。

育種需要時間的積累，雖然普通人看不到直接的效果，但這些改變會潛移默化地影響很多人的生活。這也是育種工作者最大的成就！

出品：科普中國智惠農(nóng)民

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

作者：宋海亮 北京市農(nóng)林科學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)研究所副研究員

審核專家：胡紅霞 北京市農(nóng)林科學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)研究所研究員

策劃：姜楠