透过奥运看巴西--基因分型让巴西养牛业蓬勃发展

国家育种人员和研究人员协会（ANCP）正在加速演化过程，以改良Nellore牛的品种，并发展巴西经济。

奥运会的到来，使巴西成为这个夏天受到瞩目最多的国家。除了盛产足球及桑巴，作为南美洲最大国家，农牧业无疑是巴西经济的支柱产业。巴西以国土面积、可耕地资源、气候特点等优势以及世界对农产品需求增长为依据，确定“以农立国”的可持续发展战略。农业，也被视为拉动巴西国民经济的火车头。

1868年，一艘前往英格兰的轮船停在了巴西萨尔瓦多，第一批Nellore牛缓缓走过跳板，踏上这一地区。它们有着大大的、标志性的肩峰和敏锐来适应干燥、炎热的气候，因此大牧场主并没有花太多时间，就利用这些习性让它们在巴西茁壮成长。时间一晃到了1996年，一组研究人员和牛育种人员建立了国家育种人员和研究人员协会（ANCP），它的目标是建立一个Nellore牛的育种项目。20年后，这个研究组织将利用先进的Zoetis Clarifide 2.0 beadchip芯片（基于Infinium® BovineBeadChip），对220万头动物的参考群体建立数据库，以实现他们的基因组选择目标。

ANCP是由Nellore牛品种的专家Rayslido B. Lôbo博士领导的，他从一开始就管理着这个项目。他的任务是通过鉴定小牛的最佳生殖和酮体性状，寻找方式帮助Nellore牧场主不断地改进育种过程。通过探索那些成为种牛和母牛或供体的年幼候选的基因型，育种人员节省了宝贵时间，并提高了牛群的整体效率和经济可行性。

为中国奥运健儿加油的同时，本文将带您重温Illumina公司iCommunity团队对Lôbo博士的采访，了解育种人员如何受益于这种相对较新的全国数据共享形式，以及他们在促进Nellore牛的生存能力和巴西牛肉品质的过程中学到了哪些经验。

Rayslido B. Lôbo博士是ANCP的总裁，此机构的总部设在巴西圣保罗州的Ribeirao Preto。联系方式：presidencia@ancp.org.br

巴西是Nellore牛的最大育种者，这种牛拥有独特的肩峰，因强壮、多产和长寿而出名。

Q：ANCP在何时建立？为何以及如何建立？

Rayslido B. Lôbo（RBL）：国家育种人员和研究人员协会，缩写为葡萄牙语的ANCP，是在1996年由一组研究人员和牛育种人员建立的。它是一个非营利机构，使命是推进研究和建立巴西Nellore牛育种项目以及Guzerat、Brahman和Tabapuan品种的项目。其他的初期目标是促进最佳育种时间，并将技能和技术转移给农民。

Q：Nellore品种有着怎样的历史？

RBL：1868年，Nellore牛首次来到巴西，当时一艘原定开往英格兰的轮船停在萨尔瓦多，它上面有一对Nellore牛。这些动物被交易，并留在了巴西。十年后，一名住在巴西的德国人，Manoel Lemgruber医生，在德国汉堡的一个动物园中看到了一些Nellore牛，并决定购买一对，引入巴西。随着越来越多的Nellore牛被引入，一种原产于非洲的Brachiaria草也开始在巴西茁壮生长。渐渐地，这两个共生物种扩散到整个国家 – 最初是里约热内卢，然后是圣保罗和米纳斯吉拉斯。最后2批进口的Nellore牛于1960-1962年之间来到巴西。今天，我们估计巴西有超过2亿头在牧场养殖的肉牛和奶牛，其中80%是Nellore或Anelorado（非纯种的Nellore）。

Q：Nellore品种具有哪些独特的特征？

RBL：Nellore品种明显不同于其他的品种，如Angus或Holstein。它们习惯田园生活，耐受外部和内部的寄生虫。最初来源于Ongole牛（Bos indicus），Nellore牛在肩部有突出的峰，能很好地适应热带气候。它们的寿命长，母牛育儿的本性强，并且在产犊期间只需要极少的兽医照顾。它们主要在牧场上生长，有时在饲养场中育肥，通常需要90天，可加速体重增加和酮体育肥。

Q：在巴西育种项目存在之前，Nellore品种如何实现遗传改良？

RBL：在1980年以前，巴西肉牛的遗传改良非常有限，主要集中在体重增加。那时只有一两个独立的计划来开发重要的性状，如抚育能力、快速生长、生育能力和酮体大小。1995年，首篇利用最佳线性无偏预测（BLUP）方法的种牛总结论文发表，这成为一个转折点，标志着开始对巴西Nellore品种进行选择。

Q：自ANCP成立以来，这些品种如何进化？

RBL：在21世纪初期，农民开始改变观念，使用ANCP提供的遗传评估结果。如今，我们每年发表6次基因组评估，总共有27个基因组增强型的预期后代差异（gEPD），涉及到下列性状：性早熟和育肥、抚育能力、断奶体重、第365和450天的体重、成熟体重、阴囊周长、稳定性、细脂肪纹路、酮体重、酮体育肥、通过超声波测定的牛脊肉区域，以及通过肉眼评估的形态特征。在过去25年，以上这些性状的遗传增益始终是中等或高的。

Q：您第一次听说遗传价值检测是在什么时候，是什么让您决定使用它？

RBL：在21世纪初期，我在国际会议上第一次听到将分子标记融入遗传评估。由于分子标记对遗传材料的操控不受环境影响，它对我们来说是宝贵的信息，可提高遗传评估的准确性。此外，它让我们能够将重要的遗传来源信息引入模型。

2011年，ANCP开始在巴西Nellore品种的遗传评估中引入基因组信息。与Zoetis一起，我们在巴西推出了第一款基因组预期后代差异（EPD）。最初的芯片是基于Illumina技术，从50K中估算出0.2K。经过2年的研究，我们有了12K芯片，随后在2015年升级到17K芯片。我们目前使用的模型是Clarifide2.0，由Zoetis生产。

Q：您如何与Zoetis建立合作伙伴关系？

RBL：2008年12月，辉瑞动物健康邀请我们参加一个会议，是研讨为Nellore开发遗传标记的可能性。在那之后，遗传评估技术中心（CTAG）与辉瑞开发团队合作，在接下来的三年内推出Clarifide产品。

此次合作对ANCP的价值在于我们的育种人员能够实现更可靠的遗传评估。我们可利用这一材料来提高遗传增益和盈利能力。

Q：您是否了解Clarifide产品是基于Illumina的技术？

RBL：是的，我们都了解！尽管许多农民可能不了解Clarifide开发背后的细节，不过我相信，许多高层主管和合伙人都熟悉Illumina。

Q：对于ANCP以及参与项目的牛群而言，基因组学带来的最重要优势是什么？

RBL：有了基因组学，ANCP能够让巴西的牛育种人员处于应用新技术的前沿。第二，与传统的EPD相比，年幼动物的准确性增加也是相当宝贵的。我们还能够定位低遗传力的性状，如生育和抚育能力。

Q：由于不同的性状沿着父系和母系传递，公牛和母牛的基因分型如何帮助建立理想的后代？

RBL：有了基因组学工具，人们能够了解后代遗传自父母的确切等位基因。之后，我们利用等位基因的最佳组合选择后代。

Q：利用基因组学，哪些性状得到了更高效的改良？

RBL：低遗传力的性状最受益于基因组选择，其中传统选择带来的遗传增益很小，还有那些难以评估的性状。前者可能包括生育和抚育性状，如第一次产犊的年龄，后者涉及到与饲料转化效率、酮体和肉类特征相关的品质。能够对这些性状进行选择是十分有益的，因为生育性状对ANCP的生物经济选择指数（MGTe）非常重要。

Q：在培育性状相似的动物时，基因分型对维持必要的遗传多样性有何帮助？

RBL：通过基因分型，我们能够估计2种动物共享的等位基因的最终比例，主要是它们的基因组关系。然后，我们能够更好地估计亲子关系，并应用一种更好的近亲交配控制（如交配时间表）来维持未来几代的遗传多样性。

饲料转化效率，以及肉类品质和酮体性状，将在未来推动Nellore品种。控制饲料转化效率将让育种人员能够减少牲畜养殖对环境的影响，并提高肉类生产的盈利能力。巴西育种人员也非常担心与养牛相关的可持续性问题，他们正在学习如何提高性能，同时不独占自然资源。有能力选择那些将帮助我们完成目标的性状是至关重要的。

Q：什么是预期后代差异（EPD），了解它们的价值如何帮助育种人员提高牛群品质？

RBL：EPD让我们能够鉴定出一些动物，它们有着更高的能力，或价值，将它们的优势转移给后代。通过这种方式，我们能够在下一代中获得更好的动物。

对酮体价值和EPD而言，基因组学、IVF和超声波都对遗传改良有重要的影响。我们能提高年幼动物的选择准确性，例如，对于那些记录数量少的性状，或难以测量的性状，如酮体性状。换句话说，IVF让育种人员能够使用那些年幼动物，它们经过更加广泛且可靠的鉴定，具有高的酮体价值。

Q：ANCP项目中的育种人员如何使用遗传信息？

RBL：他们利用遗传信息来选择年幼的种牛和小母牛，并剔除牛群中的不良候选。遗传信息也能用于选择性交配。ANCP为育种人员提供一款遗传交配软件，可最大程度提高遗传增益和交配结果。育种人员也可以使用gEPD来选择年幼公牛用于未来的人工授精，或者作为种畜出售给其他人或用于商业牛群。母牛可以类似方式选择。

Q：您的顾客认为什么样的才是理想的Nellore公牛和母牛？

RBL：客户希望公牛和母牛在早熟、生育、生长、抚育能力、酮体价值上有着高的遗传潜能，并且有适当的功能构象。

Q：在饲养Nellore牛时遇到哪些挑战，基因组学如何帮助您克服它们？

RBL：Nellore品种很好地适应了热带气候，在高温和不良牧场也能生存。这也就是说，降低青春期年龄和首次产犊年龄的选择可能很困难。基因组学帮助我们高度准确地选择这些性状，以及酮体性状。

Q：能够评估特定牛群中Nellore牛的遗传学，并将它们与整个Nellore群体进行比较，而不仅仅是当代的牛群，这有何价值？

RBL：只分析特定牛群没有任何优势。ANCP数据库让育种人员能够创建更大的当代群体，且有着更大的竞争能力。另一个优势是能够利用动物之间的关系，这反过来使得整体的遗传评估具有更高的准确性。

现在，ANCP数据库包含220万头动物，在过去十年，它以每年5%的速度增长。从开始以来，信息质量一直呈指数增长，数据的质量让ANCP成为巴西最重要的遗传评估项目。

Q：基因组学如何帮助牧场主实现更好的经济稳定性？

RBL：基因组信息的一个主要好处是它能够在动物一生的早期收集，比表型记录更早，几乎让我们能够预测未来。这反过来节省了我们的时间，并最终降低了遗传评估的成本。此外，那些取决于后代检测的性状，如母牛生育性状，也能高度准确地评估，而不需要后代检测。

第二，通过基因组学，我们能提高年幼动物EPD的准确性。这减少了对动物遗传潜能的猜测，增加了这些年幼动物在种畜系统中的使用。同样，世代间隔减少和遗传增益提高，也为牧场主带来了更好的经济稳定性。

Q：基因组选择为Nellore牛群带来哪些经济效益？

RBL：对大多数性状而言，基因组选择可明确提高Nellore牛群的经济效益。通过基因组学，我们能够提高年幼动物的EPD准确性，并减少下一代的近亲交配，因为动物之间可获得更好的关系。此外，对于测定起来有困难或太昂贵的性状 – 如酮体、肉质和饲料转化效率 – 目前存在一个前所未有的机会来改良这些性状，并鉴定与它们相关的数量性状位点（QTL），也就是与表型变化相关联的DNA片段。

Q：您在全球推广Nellore牛的愿景是什么？

RBL：在制造牛肉产品以满足顾客需求时，人们对肉类品质和食品安全的要求越来越高。此外，社会和公共机构关心牲畜养殖对环境的影响。在这种情形下，基因组信息将帮助改善Nellore牛的这些问题。

Q：整体生育能力和后代的质量，哪一个更重要，以及您如何利用基因分型来平衡两者？

RBL：生育性状在肉牛养殖系统中是最具经济意义的。我们认为，整体生育能力的改良反过来会提高后代的质量，因为牛群中实行了更密集的选择。基因分型将提高两种性状的遗传增益。

Q：到目前为止，基因组学对Nellore牛的遗传进展有何影响？

RBL：到现在为止，基因组学对整个群体的影响还很小，但基因分型动物（公牛和母牛）的数量每年都在增加，且通过基因组信息获得EPD的种牛用量也在增加。

未来，ANCP将通过减少世代间隔、提高EPD可靠性、降低近交系数以及实现新性状的遗传评估，全面利用基因组评估中获得的遗传信息。

Q：您对Nellore牛群遗传学有何展望？

RBL：未来，基因组学将让育种人员做出更好的选择决策，特别是关于特定环境、市场和管理条件。与牛肉品质和饲养效率相关的性状也正变得越来越重要。然而，在不久的将来，生育和生长性状将是肉类生产系统中的优先考虑因素。

表观遗传学数据也同样重要。当动物被送入不同的环境条件时，这使得我们能够推断出基因表达的差异。巴西有一些大片的区域，它们在环境和管理条件上存在巨大的差异。对于ANCP项目中评估的大多数相关性状，这种情形使得我们能够推断出一些基因型，被环境相互作用所推动。将基因分型与表观遗传学数据相整合，将让我们更好地选择出动物，它们将带有特异的标记，并适合特定的环境条件。

Q：对Nellore和巴西养牛业而言，现在和未来有哪些最重要的挑战？

RBL：巴西还需要时间来建造其基础设施并使其现代化，以遵从与疾病控制、全球追溯、产品认证和食品安全相关的国际标准。为了解决问题，政府应当制定公共政策和策略，去支持育种人员和养牛行业努力实现它。就降低发育期年龄、提高牛奶产量、改善饲料转化效率，以及改善嫩度和酮体育肥而言，基因组和生殖技术应当协助解决一些挑战。后代检测也能帮助降低父母的平均年龄，并提高年度遗传增益。

RBL：基因组学革命已经并将继续提供重要工具，来解决全球食品安全的问题，因此，农业科学未来将在很大程度上依赖这种技术。基因组学已经成为一些大学的课程，不过据我所知，它尚未融入到牲畜育种。很快，这将成为所有人的必修课。分子技术也需要与定量遗传学框架相整合。我想强调的是，我们需要培训有这种专业知识的专家。指导基因组增强工具在动物农业中的采用时，这种精通程度也是必需的。

Q：您是否认为新一代的牧场主将全面依赖基因组学？

RBL：我认为，新一代的生产者将全面依赖基因组学，在各种生产系统中更准确地选择动物，选择更好的肉类品质和充足的营养。

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