Nellore基因分型让巴西养牛业蓬勃发展

简介

1868年，一艘驶往英国的船为了补充供给而在巴西萨尔瓦多停了下来，然后放下了船的木板，将第一头Nellore奶牛带到了这个地域。由于它们巨大的标志性肩峰和对干旱、炎热气候的敏锐度，该品种的习性适于在巴西生长，很快牧场主们就将这种倾向利用起来了。时光飞转到1996年，当时，一群研究人员和牛群育种员成立了全国育种者和研究者协会（ANCP）¹，其目的在于为Nellore建立一个合适的育种项目。二十年后，该研究小组利用先进的Zoetis Clarifide 2.0微珠芯片²（基于Infinium BovineBeadChip），构建了一个参考种群为220万只动物的数据库，以实现其基因组选择目标。

ANCP由Raysildo B. Lôbo博士领导，他是Nellore繁殖方面的专家，从项目一开始就在负责管理。他的任务是在牛年轻时，通过确定最佳的生殖和胴体性状，为Nellore牧场主找到能持续改善繁殖过程的方法。通过探索年轻候选群体的基因型来将它们作为雄畜和雌畜或供体，可以节省育种员的宝贵时间，提高整体效率和畜群的经济可行性。

iCommunity与Lôbo博士进行了对话，了解了个体育种人员如何从这种相对较新的全国范围的数据共享形式中获益，以及他们在提高Nellore的生存能力和巴西牛肉的品质时有什么收获。

Q：ANCP是在什么时候、以何种方式以及出于什么原因而成立的？

Raysildo B. Lôbo（RBL）：全国育种者和研究者协会，葡萄牙语的缩写为ANCP，是在1996年由一群研究人员和牛育种人员共同成立的。这是一个非营利性组织，其使命是推动研究，以及建立巴西Nellore牛育种项目，还有Guzerat、Brahman和Tabapuan的育种项目。其他初步目标是促进育种方法优化和向农民传授技能和技术。

Q：Nellore品种的培育有怎样的历史？

RBL：Nellore第一次引入巴西是在1868年，当时，有一艘原本打算驶向英国的货船停靠在了萨尔瓦多，与其一同停靠的还有一对Nellore种牛。这两头牛被出售然后留在了这个国家。十年后，住在巴西的德国人Manoel Lemgruber博士在汉堡的一所动物园中看到了Nellore牛，于是他决定买一对进口到巴西。随着越来越多的Nellore开始进口，一种叫做Brachiaria的非洲本土牧草也开始在巴西茁壮成长。渐渐地，这两种物种以共生的方式遍布全国——首先是里约热内卢，然后是圣保罗和米纳斯吉拉斯。最后两次大量进口Nellore种牛是在1960年到1962年之间。现如今，我们估计巴西的牧场上饲养了超过2亿头牛和奶牛，其中80%是Nellore或Anelorado（非纯种的Nellore）。

“2011年，在巴西，ANCP开始将基因组信息纳入Nellore品种的遗传评估。”

Q：Nellore品种有什么独特的特性？

RBL：Nellore与其他品种的牛（如Angus或Holstein）截然不同。它们非常质朴，具有抵抗体内寄生虫和体表寄生虫的能力。Nellore最初起源于Ongole牛（Bos indicus），它们的肩膀上有突出的肩峰，非常适应热带气候。它们有着超群的寿命，强烈的母性育儿本能，并且在产犊期间不太需要兽医护理。它们主要饲养于牧场，有时也直接养在饲养场来加速增重以及完成屠宰，这个过程通常需要大约90天。

Q：在巴西出现育种项目之前，Nellore品种的遗传改良是如何实现的？

RBL：在1980年以前，巴西肉牛的遗传改良程度非常有限，主要集中在体重增加上。只有少数几个独立的项目侧重于发展一些重要性状，如抚育能力、快速生长、生育能力和胴体大小。1995年，第一篇采用最优线性无偏预测（BLUP）方法所进行的雄畜总结，是开始在巴西Nellore品种中进行选育的转折点。

Q：自ANCP成立以来，该品种经历了怎样的进化？

RBL：在21世纪初期，农民们开始接纳使用ANCP提供的基因评估结果的观念。现在，我们每年会发布六次基因组评估，针对以下性状共进行27个在基因组方面强化了的预期子代差异（EPD）评估：性早熟和结束、抚育能力、离乳体重、365天和450天的体重、成熟体重、阴囊周长、耐久力，油花程度，热胴体重、胴体加工，通过超声检查测得的肋眼面积以及通过视觉评估获得的形态特征。在过去的25年中，我们发现上述所有性状的遗传增益一直处于中等至较高水平。

巴西是Nellore的最大繁育地，Nellore有着独特的肩峰，并且以其坚韧、多产和长寿而著称。

Q：您第一次听说遗传优势检测是什么时候，又是什么原因让您决定使用它的？

RBL：我第一次听说将分子标记纳入遗传评估是在21世纪初的国际会议上。由于分子标记可以在不受环境影响的情况下对遗传物质进行操作，因此这对于提高遗传评估的准确性来说具有重要的价值。此外，它还能够将重要的遗传信息来源纳入模型。

2011年，在巴西，ANCP开始将基因组信息纳入Nellore品种的遗传评估。我们与Zoetis一起在巴西推出了第一个基因组EPD。最初的芯片基于Illumina技术，是从50K中构建出的0.2K。经过2年的研究，我们有了12K的芯片，然后在2015年又升级到17K的芯片。我们目前使用的型号是Zoetis生产的Clarifide 2.0。

Q：你们是如何与Zoetis建立合作关系的？

RBL：2008年12月，Pfizer Animal Health邀请我们参加一个会议，研究开发Nellore基因标记的可能性。随后，基因评估技术中心（CTAG）与Pfizer公司的开发团队合作，在之后的3年内推出了Clarifide。对于ANCP来说，这种合作关系的价值在于，我们可以为我们的育种员提供更可靠的基因评估。我们可以利用这种资料来提高遗传增益和利润。

Q：您知道Clarifide产品是以Illumina技术为基础的吗？

RBL：当然！虽然许多农民可能不知道Clarifide发展历程中所有细节，但我相信，董事会中的许多人以及我们的同事都很熟悉Illumina公司。

“我们从基因组选择中获益最多的方面在于低遗传率性状，对于这种低遗传率性状和难以评估的性状来说，传统选择的遗传增益很小。”

Q：基因组学为ANCP以及参与项目的畜群带来的最重要的优势是什么？

RBL：有了基因组学，ANCP就能让巴西养牛者在应用新技术方面保持领先。其次，与传统的EPD相比，幼畜评估的准确性的提高具有巨大价值。明确低遗传率性状，如生殖和抚育能力，也能让我们获益匪浅。

Q：既然通过父系和母系会往下遗传不同的性状，那么对雄畜和雌畜进行基因分型又能如何帮助产生理想后代呢？

RBL：有了基因组工具，就有可能知道后代从父母那里获得的确切等位基因。然后我们可以选择具有最佳等位基因组合的后代。

Q：利用基因组学可以更有效地改善哪些性状？

RBL：我们从基因组选择中获益最多的方面在于低遗传率性状，对于这种低遗传率性状和难以评估的性状来说，传统选择的遗传增益很小。前者囊括了生殖和母性性状，如首次产犊年龄，后者涉及与饲养效率、胴体和肉质特性相关的特征。能够选择这些性状是相当有益的，因为生殖性状对ANCP生物经济选择指数（MGTe）极为重要。

Q：在繁育具有相似性状的动物时，基因分型如何帮助维持必要的遗传多样性？

RBL：通过基因分型，我们可以估计两只动物共有的等位基因的最终比例，基本上这就是它们的基因组关系。这样就有可能更好地判断亲代关系，并且能更好地控制近亲繁殖（即交配安排），以保持后代的遗传多样性。

饲养效率、肉质和胴体性状将在未来推动Nellore的发展。控制饲养效率可以帮助育种人员减少畜牧对环境的影响，并提高肉类生产的盈利。巴西的育种人员也非常关心与养牛相关的可持续性问题，并在学习如何在不垄断自然资源的情况下提高成效。某些性状可以帮助我们实现这些目标，具备选择这些性状的能力非常重要。

Q：EPD是什么？了解它们的价值能如何帮助育种人员提高畜群质量？

RBL：EPD让我们能够识别出具有更高能力或价值的动物，以便将其优势传递给后代。这样我们就可以获得更好的后代。

在胴体价值和EPD方面，基因组学、IVF和超声都对遗传改良产生了重大影响。我们可以提高选择的准确性，例如，在选择幼畜方面，以及选择记录较少或难以衡量的性状时，如胴体性状。换句话说，IVF让育种人员能够更广泛、更可靠地使用被认定为具有高胴体价值的幼畜。

“有了基因组学，ANCP就能让巴西养牛者在应用新技术方面保持领先。”

Q：ANCP项目中的育种人员是如何利用遗传信息的？

RBL：他们利用遗传信息来选择年轻的公牛和母牛，也用来剔除畜群中较差的候选者。遗传信息也被用于选择性交配。ANCP为育种人员提供了一个遗传交配软件，它可以使遗传增益和交配结果最优化。育种人员也利用gEPD来挑选未来将用于人工授精的年轻公牛，并将其他牛作为种牛或经济畜群出售。雌畜也是以类似的方式被挑选出来的。

Q：您的客户认为理想的Nellore公牛和母牛应该具备什么特质？

RBL：客户希望公牛和母牛在性早熟、生育力、生长发育、抚育能力、胴体价值和恰当的功能构造方面具有高度的遗传潜力。

Q：饲养Nellore牛有什么困难？基因组学如何帮助你们克服这些困难？

RBL：Nellore品种很好地适应了热带地区，能在高温和贫瘠的牧场生存。也就是说，想要挑选合适的种牛以便最大程度地减小青春期年龄和初产年龄可能很困难。基因组学可以帮助我们以极高的准确度选出这些性状和胴体性状。

“饲养效率、肉质和胴体性状将在未来推动Nellore的发展。”

Q：能够评估特定畜群中Nellore的基因，并将其与整个Nellore种群进行对比，而不仅仅是同期群，这种能力有什么价值呢？

RBL：单独分析一个特定的畜群并没有什么好处。利用ANCP数据库，育种人员可以创建出更大且更具有竞争力的同期群。其另一个优点是能够利用动物之间的关系，这反过来又能为整体的遗传评估带来更高的准确性。

ANCP的数据库现在有大约220万只动物，在过去的十年里，它的年增长率维持在5%左右。自从我们开始该项目以来，信息的质量呈指数级增长，由于我们的数据质量卓越，ANCP成为了巴西最重要的基因评估项目。

Q：基因组学在促进牧场主的经济稳定方面做出了什么贡献？

RBL：基因组信息的一项主要好处在于，在动物的一生中，基因组信息的收集早于表型记录，这差不多能让我们预测未来了。反过来这又节省了我们的时间，最终降低了遗传评估的成本。此外，依靠于后代检测的性状，如母性和雌性生殖性状，可以在不需要后代检测的情况下进行高准确度的评估。

其次，我们可以利用基因组学提高幼畜EPD的准确性。这减少了人们对动物遗传潜能的猜测，反过来又增加了这些幼畜在种畜体系中的利用程度。再者，世代间隔减少且遗传增益增加，这将有助于促进牧场主的经济稳定。

Q：借助基因组选择能为Nellore牛群带来什么经济收益？

RBL：对于大多数性状而言，基因组选择无疑能增加Nellore牛群的经济收益。通过基因组学，我们可以提高幼畜EPD的准确性，减少下一代的近亲繁殖，因而能改善动物之间的关系。此外，对于难以测定或测定成本高昂的性状，如胴体、肉质和饲养效率性状，我们将有机会改善这些性状，并且可以确定数量性状基因位点，即与表型变异相关的DNA片段。

“在未来，ANCP将通过减少世代间隔、增加EPD的可靠性、减少近交系数以及开展新性状的遗传评估，充分利用基因组评估中包含的遗传信息。”

Q：您对Nellore牛的全球营销有什么设想？

RBL：为了满足消费者对肉质和食品安全的需求，牛肉制品的生产需求正在日益增长。此外，社会和公共机构也很关注畜牧生产对环境的影响。在这种情况下，基因组信息可以针对这些问题对Nellore牛进行改善。

Q：整体生育能力与后代质量，二者之中谁更重要？你们如何利用基因分型来平衡二者？

RBL：在肉牛生产系统中，生殖性状更具有经济价值。我们认为，整体生育能力的提高应该反过来提高后代质量，因为我们可以对畜群进行更加严密的筛选。基因分型将同时增加这两种性状的遗传增益。

Q：迄今为止，基因组学对Nellore牛群的遗传成就有什么影响？

RBL：截至目前，基因组学对整个群体的影响仍然很小，但是经过基因分型的动物（公牛和奶牛）的数量每年都在增长，并且，利用基因组信息获得EPD的雄畜也正在越来越多地被利用了起来。未来，ANCP将通过减少世代间隔、增加EPD的可靠性、减少近交系数以及开展新性状的遗传评估，充分利用基因组评估中包含的遗传信息。

Q：您对Nellore牛群的基因组学有什么设想？

RBL：未来，基因组学能让育种人员做出更好的选择决策，尤其是在特定的环境、市场和管理条件下。与牛肉品质和饲养效率相关的性状也将越来越重要。然而，在不久的将来，生殖和发育性状将是肉类生产系统的优先考虑因素。

表观遗传学数据也将变得重要。当动物处于不同环境条件下时，这将使我们能够推断出差异基因表达。巴西有几个幅员辽阔的地区，其环境和管理条件存在巨大差异。这种情况下，对于ANCP项目所评估的大多数相关性状，我们倾向于认为它们是由受环境相互作用驱动的数个基因型所决定的。在特殊的环境条件下，整合基因分型和表观遗传学数据能优化动物选育，生成特定的标记。

“ANCP的数据库现在有大约220万只动物，在过去的十年里，它的年增长率维持在5%左右。”

Q：在当今和未来，Nellore和巴西肉牛行业面临的最重要的挑战是什么？

RBL：巴西需要时间来建设基础设施并实现其现代化，以贯彻疾病控制、全球可追溯性、产品认证和食品安全方面的国际标准。政府应该制定公共政策和战略，以帮扶育种人员和肉牛行业的发展。基因组和生殖技术应该有助于解决其中的一些问题，如减小青春期年龄，增加小牛的牛奶产量，提高饲养效率，提高嫩度和胴体加工。对小公牛进行后代检测也将有助于降低父母的平均年龄以及增加每年的遗传增益。

Q：基因组学现在是大学农业科学课程的标准组成部分吗？

RBL：由于基因组学革命已经并将继续提供重要工具以解决与全球食品保障相关的问题，未来，农业科学将在很大程度上依赖于这项技术。基因组学已被纳入一些大学的课程中，不过据我所知，它还没有被纳入畜牧养殖。该学科应该很快会成为所有学校的必修课。分子技术也需要整合到定量遗传学的教学框架当中。我想强调的是，我们需要培训具有这些专业知识的专业人才。这些技能对于指导基因组增强工具在畜牧业中的应用非常必要。

Q：您是否认为新一代的牧场主将会完全依赖基因组学？

RBL：我认为新一代的生产者将完全依靠于基因组学，来为各种生产系统选择准确性更高、肉质更好、营养充足的动物。

了解更多关于本文所提及Illumina产品的信息：

Infinium BovineLD BeadChip，www.illumina.com/products/bovineld-genotyping-beadchip.html

参考文献：

1. ANCP.www.labsexplorer.com/lab/ancp-associacao-nacional-de-criadores-e-pesquisadores_17246.Accessed March 27,2018.
2. Zoetis Clarifide. www.zoetisus.com/animal-genetics/dairy/clarifide/clarifide.aspx.Accessed May 26, 2015.