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全基因組選擇:育種技術的新寵

2021-03-25 15:37??????來源:農民日報??

我們都是遠古人類的后代,遠古人類生存的主要方式是狩獵與采摘,能否活下來,純粹依賴于大自然的饋贈。我們的祖先在狩獵時俘獲了野獸的幼崽,由于肉太少,舍不得吃,先圈養起來,等養大了再吃;在采摘時發現了植物的種子,在家附近進行播種,不用跋山涉水就能采摘到植物食材。在長期的實踐中,人們發現人為干預可以提高圈養和播種的動植物食材的產量,這個過程構成了現代動植物品種的馴養和馴化歷史,也就是最古老樸素的育種。何為育種?育種就是按照人類的意愿,對已有動植物品種繁衍后代的方式進行人為干預,讓其后代的產品向人類期望的方向進行改變。干預動植物物種繁衍后代的操作技術就是所謂的育種技術。今天我們談到的全基因組選擇,就是人類最新發明的育種技術中的一款新利器。

什么是全基因組選擇

從國外到國內、從動物到植物、從科學研究到產業應用,全基因組選擇的熱度一直在上升,是生物種業領域當之無愧的新明星。全基因組選擇的思想最早由Meuwissen教授等于2001年提出,在專業上可以這么來定義——“利用覆蓋全基因組的高密度分子標記,結合表型記錄或系譜記錄對個體育種值進行估計,其假定這些標記中至少有一個標記與所有控制性狀的突變處于連鎖不平衡狀態。”

全基因組選擇可以簡單地理解為最新、最準確的育種技術,涉及育種芯片、大數據、高性能計算等,是育種技術里新一代的“高、精、尖”技術。如果把育種技術帶來的遺傳改良速度與交通工具類比,則古代的“相畜”和傳統育種技術相當于“馬車”和“蒸汽機車”,而全基因組選擇則是“高鐵”的速度。全基因組選擇作為最新的高精尖育種技術,能夠從基因本質上區分優秀個體,涉及分子標記、基因、連鎖不平衡、參考群、候選群等專業詞匯,非專業人士確實不好理解,這里我們用大家都熟悉的親子鑒定做類比來幫助大家了解什么是全基因組選擇。

為什么要用全基因組選擇育種

縱觀世界經濟社會的發展歷史可以發現,一個國家經濟越發達,其國民動物蛋白食品消費量就越大。因此,人均動物蛋白消費量大致反映了一個國家經濟社會的發展水平。以處于東亞文化圈的日本為例,戰后日本經濟社會高速發展,在過去50年里,日本國民主食消費量減少了一半,而肉類消費卻增長了3倍多,奶類消費增長了5倍。

中國也正在經歷著同樣的發展變化。近30年我國人均主食消費量下降了40%,肉蛋奶的消費量則增加了2倍。盡管如此,目前我國人均動物蛋白消費量仍遠低于歐美主要發達國家。根據世界經濟社會發展經驗,我國動物蛋白食物的缺口很大,養殖業有著巨大的提升空間。另一方面,我國用8%的耕地養活了世界19%的人口,糧食壓力也始終存在。隨著我國經濟社會的進一步發展,人們對肉蛋奶的需求逐步增加,飼料用糧的壓力持續增加,人畜爭糧逐漸成為影響中國糧食安全的根本問題。只有口糧和飼料用糧雙管齊下,我國糧食安全才能得到真正的保障。

種是養殖業的源頭,地位堪比“工業芯片”,如果種不行,會導致養殖業效率低下。目前,在我國養殖業的部分領域,有的畜種高端核心種質仍然未擺脫依賴國外的不利境況。雖然我國糧食安全在產業鏈中下游取得了舉世矚目的偉大成就,但還沒從種的源頭上得到徹底解決。正因如此,習近平總書記在2013年就作出重要指示:“要下決心把民族種業搞上去,抓緊培育具有自主知識產權的優良品種,從源頭上保障國家糧食安全”。優良品種是通過育種途徑培育出來的,而育種則需要育種技術。與其他行業一樣,科技是產業發展最重要的推動力,育種技術是支撐我國生物種業發展的核心所在,也是“藏肉于技”中“技”的最為重要的組成部分。全基因組選擇是最新一代的育種技術,育種效率遠遠超過傳統育種方法。所以,要培育具有自主知識產權的優良品種,在畜禽等生物種業領域趕超歐美育種強國,只有大力推進全基因組選擇技術的科學研究和產業應用才有可能實現。

全基因組選擇有哪些特點

與傳統育種方法相比,全基因組選擇最突出的優勢是:“快、準、高”。

“快”是指生產性能提升更快。尤其對于世代間隔較長的畜禽,其新品種(系)的育成時間明顯縮短。

“準”是指所選群體中的優秀個體選得更準。因為這種技術利用了基因組信息,遺傳評估準確性更高,給待選個體的“好與壞”排隊排得更準。

“高”是指育種收益高。就是育種收益與育種投入比例,因為選得準、進展快、輔助減少生產性能測定成本等,全基因組選擇反而可以更多地降低育種成本,實際育種收益要遠高于傳統育種收益。

全基因組選擇對我國畜禽種業未來發展有何影響

全基因組選擇實際是指利用全基因組信息開展育種的一類方法的統稱。因此,我國可以獨立自主研發更新、更有效率的全基因組選擇方法,從科學研究、產業應用兩方面著力,建立具有中國特色和優勢的全基因組選擇方法體系。從種的源頭提高我國養殖業的生產效率,保質保量保障國民食材安全;從畜禽產業的源頭發力,把我國建設成為世界畜禽種業強國。

(作者單位:華中農業大學 全國畜牧總站)

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