猪育种技术研究进展

任慧波，朱 吉，崔清明，邓 缘，刘莹莹，胡雄贵，李华丽，陈 晨

（湖南省畜牧兽医研究所，湖南 长沙 410131）

猪的育种工作是一个复杂的系统工程，其根本目的是利用猪丰富的遗传资源，采取科学有效的选育方法，选育出适合市场需要的优良种猪，建立完整的杂交繁育体系，提供经遗传改良的良种猪，并使其发挥出最大的遗传潜能，实现高效优质的养猪生产。

随着人们生活水平的提高、猪育种理论研究的深入和科学育种技术的不断进步，猪的育种已从群体水平进入分子水平，从传统育种方法向基因型育种方向发展。育种技术的进步推动了猪育种进程，提升了育种效率，促进了养猪产业发展。本文就猪的主要育种技术进行了综述。

1 常规育种技术

1.1 性能测定技术

随着概率论、线性代数、多元统计、计算机技术和超声技术的发展与应用，使得某些数量性状的表现值如生长速度、背部脂肪厚度、瘦肉量等可以通过随机抽样来测定，并借助数学模型来分析研究遗传参数，预测遗传动态，指导育种工作。由此可见，数量遗传学理论的发展完善催生了种猪测定，种猪测定结果的应用成就了育种新技术新方法的发展与应用[1]。种猪性能测定起源于丹麦。1907年，丹麦首创了猪的测定站，对猪实行后裔测定制度。

种猪性能测定是提高种猪质量，为遗传评估和育种提供科学数据的一项重要技术手段，是育种的基础[2]。

种猪性能测定的方法可分为个体性能测定、同胞测定和后裔测定。个体性能测定是指对需要估计性能素质的个体直接进行测定。同胞测定是指对需要估计性能素质个体的半同胞和全同胞进行测定。提高测定的同胞数可以改善测定的可靠性。采取后裔测定会使世代间隔加长，而且测定能力有限，这将影响性状的年遗传改进量。目前，世界各国多采用个体性能测定与同胞测定，或个体性能测定与后裔测定相结合的综合测定制度。

种猪测定从测定场所的角度可分为中心测定和场内测定。中心测定的目的是在相同的环境条件下比较来自不同种群的公猪。通过这样的比较，可增加不同群体间遗传的联系，提高国家或地区性遗传评估的准确性。主要测定性状包括：30～100 kg平均日增重、平均饲料转化率、达到100 kg体重活体背膘厚、眼肌面积。场内性能测定是遗传发育体系中最关键的组成部分，适用于猪繁殖性能和生长性状的测定。主要测定性状包括：个体达100 kg背膘厚、100 kg日龄和总产仔数。场内母猪生产力的测定有助于生产者管理其猪群，产仔数遗传评估可识别群体中最好的母猪和公猪[3]。

1.2 遗传评估技术

最佳线性无偏预测（best linear unbiased prediction,BLUP）方法是选择指数法的一个推广，可以在估计育种值的同时对系统环境效应和群体间固定遗传差异进行估计和校正。

20世纪80年代中后期，BLUP法开始用于猪的遗传评估，大大提高了遗传改良的速度。如加拿大1985年开始应用BLUP法以来，背膘厚的改良速度提高了50%，目标体重日龄的改良速度提高了100%～200%，2个性状的年遗传进展分别为0.35 mm/年及1.5 d/年。此外，美国、丹麦、荷兰等国也主要应用BLUP法估计猪育种值；一些著名的育种公司如PIC、DEKALB等，也应用BLUP法进行种猪的选择。我国1996年开始在部分种猪场中使用BLUP育种值估计方法，2000年在全国种猪遗传评估中推行。选择基本性状有3个：达100 kg体重日龄、达100 kg体重活体背膘厚和总产仔数。BLUP法在我国猪育种中已取得很好的应用效果，如重庆市种畜场/重庆华牧集团应用动物模型BLUP估计育种值选择法系大白猪，在日龄、背膘厚和总产仔数上的5年总体遗传改进分别为0.325、0.101和0.104[4]。

随着计算机技术的迅速发展及在猪育种中的应用，目前用于种猪遗传评估的方法越来越多，多性状动物模型BLUP法是发达国家普遍采用的先进、科学的评估方法，为此，国内外开发出相应的计算机软件，如PEST、MTEBV、GENESIS等，用于场内和地区性的遗传评估。

2 分子育种技术

2.1 猪基因图谱的构建

基因图谱是描述表型性状控制基因在染色体上线性排列的相对遗传位置和实际物理位置的图谱，一般包括遗传连锁图谱和物理图谱；随着理论和技术的发展，基因图谱还包含了表达图谱和转录图谱等。其中，遗传连锁图谱又称遗传图谱或连锁图谱，是在参考家系的基础上，通过分析分子标记间的连锁关系而得到的，标记间的遗传距离以厘摩（cM）为基本单位，反映了标记在染色体上的相对位置；物理图谱则是在遗传图谱基础上，通过区间定位等方法确定基因或标记在染色体上的实际物理位置，标记间的物理距离以碱基对数（bp）为基本单位，反映了标记在染色体上的绝对位置[5]。

动物基因图谱是动物基因组结构和功能研究以及数量性状座位（QTL）定位研究的基础，也是动物育种的主要依据和手段。通过基因图谱可了解其生产性能、抗病力、抗应激能力等诸多性状的基因结构与功能，采用标记辅助选择或基因型选择法改良畜禽，通过反求遗传学分离或处理某些重要基因，研究不同动物基因组型及进化关系等[6]。

分子标记技术的迅速发展极大地促进了基因图谱的构建。猪基因图谱构建工作始于20世纪80年代末、90年代初，主要集中在欧洲和美国。我国在20世纪末启动了家猪基因组计划，成功构建了猪的基因图谱。

2.2 经济性状主效基因和QTL定位

数量性状座位（quantitative trait loci,QTL）的概念是由Geldermann（1975年）最先提出的，指控制数量性状的基因在基因组中的位置，是影响数量性状的一个染色体片段，是对某一数量性状有一定决定作用的单个基因或微效多基因簇[7]。

猪的大多数重要经济性状如生长、繁殖、肉质等性状属于数量性状，其受微效多基因控制并呈现连续性变异分布，遗传基础复杂，且易受到环境影响，表现型难以准确鉴定。长期以来，只能借助数理统计的方法进行分析。随分子标记技术的出现和发展，动物遗传连锁图谱和物理图谱的日臻完善，各国科学家利用精心设计的用于基因分离的资源家系群体，通过基因组扫描技术，已定位了众多影响生长性状、胴体性状、繁殖性状、肉质性状QTLs。

截至2018年6月，数据库Animal QTLdb中已囊括了663个猪经济性状共27 465个QTLs；其中，肉质和胴体性状14 748个、健康相关性状6 074个、繁殖性状2 058个等。在大量的猪QTL中，主效基因或QTL主要有：肉质相关的HAL、RN基因，产仔数性状相关的 ESR、FSHβ、PRLR、RBP4 基因，影响肌内脂肪沉积的H-FABP和A-FABP基因，影响生长发育的GH、MC4R、IGF1和IGF2基因等。其中HAL、ESR、FSHβ等基因已经成功应用于我国猪育种实践。

2.3 标记辅助选择

标记辅助选择（marker assisted selection,MAS）就是利用传统常规育种与现代分子生物技术相结合的方式，对特定主效基因或数量性状基因座位在遗传标记辅助下区分其基因型。其基本路线是：寻找包含QTL的染色体片段（10～20 cM），标定QTL的位置（5 cM），找到与QTL紧密连锁的遗传标记（1～2 cM），在这些区域内找到可能的候选基因，寻找与性状变异有关的特定基因，寻找特定基因的功能位点，在遗传标记辅助下准确地对特定性状进行选择[8]。

在猪育种实践中实施标记辅助选择时，可利用的分子标记一般分为3种类型，一是直接标记，这类标记位于目标性状的主效基因内，直接决定着性状的表达，如氟烷基因。这是最理想的一种标记，即基因辅助选择。二是连锁不平衡标记，这类标记与真正控制目标性状的QTL处于高度连锁不平衡状态，它们与功能突变位点的连锁相在不同群体中是大致相同的。三是连锁平衡标记，它们与功能突变位点在群体范围内往往处于连锁平衡状态。

标记辅助选择与常规选种方法相比，具有更大的信息量，同时不易受环境的影响，且没有性别、年龄的限制，因而允许进行早期选种，可缩短世代间隔，提高选择强度，从而提高选种的效率和准确性质，尤其是对限性性状、低遗传力性状及难以测量的性状，其效果更为明显[9]。

2.4 全基因组选择

全基因组选择（genomic selection,GS）由Meuwissen等于2001年最先提出，其实质为全基因组范围的MAS。全基因组选择的理论基础是应用整个基因组的标记信息和各性状值来估计每个标记或染色体片段的效应值，然后将效应值加和即得到基因组育种值（GEBV）[10]。

与MAS相比，GS的优势主要表现在早期选择准确率高；对于较难实施选择的性状，如低遗传力性状和难以测定的性状等具有重大影响；能控制选配、减少群体近交、缩短世代间隔、提高遗传进展等。

猪基因组测序的完成和猪高密度单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms,SNP）芯片的产生，给猪基因组选择的应用提供了条件。自2010年以来，世界各国的猪育种工作都开始尝试将全基因选择作为新的育种手段加以应用。PIC公司对产仔总数、生长速度、采食量和眼肌面积等不同性状进行了全基因组选择，其GEBV估计的准确性是常规方法的两倍[11]。2012年，TOPIGS公司宣布将全基因组选择技术应用于猪育种中，对公猪膻味、饲料转化率等性状进行选择，以期改善其肉质，提高种猪的竞争力；同年6月，该公司宣布在种母猪的育种中全面开始使用全基因组选择技术，以期提高种猪繁殖力。在国内，广东温氏集团于2011年在我国率先启动猪的基因组选择研究[12]。2013年，我国首例采用全基因组选择技术选育的1头杜洛克公猪诞生。

3 繁殖生物技术

3.1 人工授精技术

猪人工授精技术体系主要包括种公猪精液采集、稀释、保存（液态和冷冻保存）和人工输精等多个环节。

猪精液保存方法主要有液态保存和冷冻保存。液态保存精液分为常温（15～17℃）和低温保存（4～5℃）两种，即精液采集后与稀释液以一定比例作等温稀释，然后缓慢降温至特定温度区间并保持恒温，液态精液使用受时间和空间限制。与液态精液保存相比，猪精液冷冻保存操作相对较复杂、要求的技术较高，理论上可突破时间和空间的限制。猪人工授精技术从20世纪50年代开始在世界各地广泛应用，到目前为止，主要的精液保存方法还是用液态保存法。近年来，随着科技的进步，研究者们终于探索出针对猪精液和精子特性的浓缩、降温平衡和解冻工艺；在目前非洲猪瘟疫情形势严峻的大背景下，猪冷冻精液开始受到猪育种和生产企业重视和青睐，极大地推动了其商业化生产和应用进程[13]。精液冷冻保存技术的应用，大幅度提高了优良种公猪精子利用率，从而获得了数量可观的种公猪后代，扩大了其在猪群遗传改良中的作用，也促进了人工授精的推广与应用。

利用人工授精技术，不仅可实现大规模数量的适配母猪个体在特定时间里面统一配种，便于现代化猪育种场的管理，降低育种成本；而且有效提高了猪精液的使用效率，提高了母猪受胎率和繁殖率，充分发挥了优秀种公猪的效能，使得优良种猪遗传基因的遗传扩大，而且加速了猪品种的改良步伐[14]。

3.2 克隆技术

克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖以及由无性繁殖形成的基因型完全相同后代个体组成的种群，这门生物技术叫做克隆技术。

在20世纪50年代，非洲爪蟾（两栖动物）被成功地克隆，揭开了细胞生物学的新篇章。1997年，绵羊多利克隆成功震动了整个世界，也拉开了哺乳动物体细克隆的序幕[15]。2000年，世界第1头成年体细胞核移植克隆猪诞生[16]。2005年8月5日，我国首例体细胞克隆猪由中国农业大学研究团队以小香猪胎儿体细胞作为核供体，历经1年半的时间在河北三河明慧猪场诞生。

克隆技术对于选育优良品种及濒危动物的保护等方面具有广阔的应用前景。

4 基因工程技术

4.1 转基因技术

动物转基因技术是通过基因工程技术把某一特定基因导入动物细胞里，并通过整合到受体细胞的基因组中，使该动物获得该基因的遗传特性，从而改造动物品种，获得人类所需要的特定动物的一种技术[17]。

1985年，Hammer等首次将人的生长激素基因（hGH）导入猪的受精卵而获得成功，hGH基因表达的转基因猪与同窝非转基因猪比较，生长速度和饲料利用率有明显提高，胴体脂肪率也明显降低，但转基因猪亦伴有雌性不育、胃溃疡和关节肿胀等副反应[18]。我国转基因猪的研究起步于20世纪80年代，并在“七五”、“八五”期间取得了长足进步。1998年，中国农业大学利用原核显微注射技术制备了我国首例转生长激素基因猪，生长速度和饲料利用率明显改善；之后成功获得生长激素转基因猪第2、3、4代共215头，初步建立起了转基因猪的生产技术体系。

猪的转基因技术经过30多年的发展已日渐完善。随着新的基因编辑技术、胚胎克隆、体细胞克隆等研究方法不断涌现，猪转基因技术的应用范围也不断扩展并相继取得新突破，同时也推动了生命科学研究的发展。

4.2 基因编辑技术

基因编辑技术是指利用基因工程的基本原理对动物基因组的靶向基因进行有目的的编码修饰，并结合体细胞克隆和胚胎移植等技术手段，获得经过基因修饰的个体，且可稳定遗传给子代的一种生物技术。

基因编辑技术则是对物种本身的基因进行各种“粘贴复制”或者“剪切替换”等修饰，从而抑制机体内“不好”基因的表达，促进机体内“好”基因的表达，且不具有引入未知成分的风险，相较于转基因技术其安全性更高、可控性更强[19]。

基因编辑技术在猪育种领域主要应用在猪经济性状改良、抗病育种、疾病动物模型构建等方面，前景广阔。

5 结语

未来猪育种的方向将是猪瘦肉组织的生长效率、肉品质、抗逆性、健康和繁殖效率等的综合提高。由于单一的育种技术有其自身的局限性，不能完成育种目标，只有各种技术相互融合应用，才能大大提高猪的育种进展和效率。