你能想像到50年后奶牛遗传学会是什么样子吗?

所属分类:繁育管理

 

你能想像到50年后奶牛遗传学会是什么样子吗?

Chad Dechow

“奶业未来50年的发展预测项目”由北卡罗来纳州立大学的杰克•布瑞特(Jack Britt)带头发起,作者参与了该项目并在Journal of Dairy Science(101卷, 第5期, 第3722–3741页)发表了相关的综述文章。这篇文章涵盖了诸多领域,这里将重点介绍该研究小组对于遗传选择领域变化的一些想法。我们预计乳脂和乳蛋白的产量将稳步增长。据估计,美国牛群中这两个乳成分的产量可能会翻倍。与过去50年相比,基因组选择在未来会加快乳成分产量提高的速度。

随着乳成分产量的增加,产奶量也会随之增加。牛奶产量增加一倍,则意味着平均产量将接近5万磅(约22.5吨)。对于美国的大多数牧场来说,这是一个天文数字。但要记住,已有多头奶牛的产奶量超过了7.5万磅(约33.8吨),一些牧场的平均产奶量已经超过4万磅(约18.0吨)。由于定价方案更倾向于乳固体产量而非液体产量,因此奶牛产奶量的增长速度可能会低于乳成分,未来产奶量可能不会翻倍,但预计会有较大涨幅。缩短世代间隔,50年后会实现吗?我们预计产奶量会出现攀升,同时牛群的世代间隔可能也会缩短一些。我们已经看到,在采用人工授精技术的育种群中,从公牛父亲到儿子的世代间隔已大幅缩短。目前,父亲通径的世代间隔稍高于2年,不过与10年前相比,已经缩短了4年。如果青年牛培育效果良好,公牛能在8月龄时达到性成熟,那么世代间隔有望缩短为17个月

未来,通过生殖生物学的创新,有可能进一步缩短世代间隔。事实上,一枚胚胎有可能会成为另外一些胚胎的父母。在小鼠胚胎干细胞中,已经可以生产具有活力的卵母细胞和精子。如果这种技术应用于奶牛,就可以对胚胎进行基因型分析,并确定需要将哪些胚胎进行“交配”。理论上,我们甚至可以让胚胎与其自身“交配”。

如果你感觉这听起来有点太离谱,你很可能是对的。目前,这些技术还没有成功。但50年后,谁知道呢?考虑到胚胎“父母”与泌乳奶牛的预测群体之间存在很大的差距,对多个代次的胚胎进行基因组预测在今天将是不准确的。

选育消除疾病抗性,未来将有更大空间

结核病(TB)是全球众多牧场的流行病,其对受感染的牛只及与其接触的人类来说都是一种威胁。如果我们能通过选育来消除牛只对结核病的易感性,会出现怎样的结果呢?

英国的遗传学家根据已屠宰牛只的评估数据,开发出了结核抗病性的基因组评估方法。我们可能无法在50年内消除牛只对TB的易感性,但能在很大程度上降低对结核病、蜱虫热、口蹄疫和许多其他传染病的易感性。与发达国家相比,这对缺乏疾病控制的发展中国家尤其有益。

对于传染病的抗性,只是未来50年可能发展出来的一类性状。为了更加高效地生产奶酪或其他乳制品,对特定乳蛋白进行选育的技术已经出现。我们已经看到了关于饲料转化效率的基因组选择的一些研究进展,也有人认为我们可以通过选育减少奶牛废弃物对环境的污染。

对于牛奶尿素氮的遗传评估可以间接选择氮排放更少的奶牛,尽管这个概念具有高度的推测性。此外,作者个人认为对减少甲烷排放进行选育不会有所成效,但许多遗传学家正在考虑这种可能性。

牛群品种构成的发展趋势,仍存在分歧

美国牛群的品种组成已经发生了变化,娟姗牛和一些杂交品种的数量在增加,未来这种情况还会继续吗?

关于这个方面可能发生的情况,研究小组之间存在一些分歧。一种情况可能是,我们将会看到合成系的发展,荷斯坦牛、娟姗牛和瑞士褐牛各自的基因组中的特定部分之间可以进行相互匹配。

而一些人认为,我们将会在品种内部而非品种之间看到更多的专门化品系,品种间的杂交将会减少。我认为我们能在那些被设计用于与来自其他品种的品系进行杂交的专门化品系上看到进展。如果商业公司开发了专门化品系,这些公司很可能会对这些品系的种畜交易进行限制。

目前,基因组评估对那些有数据记录群体规模较大的奶牛品种是有效的。基因组预测中,以一个品种为参考群对另一个品种生产性能的预测能力非常差。这意味着对于许多小型和外来品种来说,基因组预测的应用存在困难。目前,基因组预测的近期前景并不理想。然而,我们对牛基因组的认识将会不断提高,很可能会达到这样的高度,即通过结合稀有品种的少量数据和常规品种的数据建立联合参考群,我们可以更有效获得基因组估计值。

胚胎替代精液成本居高不下,何去何从

显然,精液是将优良个体的遗传物质传播到商业牧场的主要方式。在过去的10年里,胚胎生产已取得了巨大的增长。不像以前那样严重依赖精液,有向胚胎移植转变的趋势。对于大多数商业牛群来说,用胚胎替代精液的成本仍然很高,我预计该情况在短期或中长期内不会出现变化。

未来,细胞培养和胚胎克隆方法的发展,可能会改变价格趋势。让我特别感兴趣的是,廉价的杂交一代胚胎的开发。我们可以通过移植杂交一代胚胎来产生杂交母牛,最终不断维持杂种一代个体的群体规模。

应用基因编辑推动育种的可能性仍然存在

基因编辑可应用于一些相对简单的性状,比如无角牛的培育、将A1-酪蛋白等位基因改变为A2等位基因,以及创造“无毛光滑”基因以对抗炎热环境造成的热应激。

我们要清楚,在生产食品的动物中基因编辑技术目前还没有被批准,也可能永远不会被批准,但其被应用的可能性仍然存在。未来,我们甚至能超越这些简单的改变,应用这项技术更大比例地编辑基因组以优化诸如产奶量和繁殖等性状。

50年前,人工授精正在成为奶牛繁殖的主导模式,胚胎移植即将出现。那个年代,我们已经知道了DNA的存在,也预料到了DNA检测将变得很重要,但对于能够推动基于DNA进行育种的基因组科学却一无所知。

在未来的半个世纪里,奶牛育种领域将会发生许多变化,这还没有谈及在表观遗传学和微生物组等领域可能发生的变革。

翻译 | 王封霞

排版 | 李佳琦

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