genetics

发表于 2019年7月18日

基因技术帮助科学家选育

基因非常重要,可以说,没有基因,就没有我们。随着技术迅速发展,科学家们正更加深入地了解基因以及如何利用基因进行选育。这个想法引发了许多棘手的问题,最基本的问题可以简单概括为:什么是选育?

基因主导了人类和动物身体系统的形成。这些极小的 DNA 从细胞层面决定我们是怎样的人,它们承担着一项艰巨的任务 — 指导数以十亿计的细胞生产让我们赖以生存的蛋白质。

基因具有遗传性, 它会传递

我们的基因直接继承自我们的父母。虽然人与人之间的大多数基因都是相同的,但却有不到 1% 的基因具有细微差别,而正是这些差异赋予了每个人、每种动物或植物一组独特的物理特征。

而改变动物和植物的这些特征正是选育的用武之地。选育是一种遗传改造形式,它能避免将外来遗传物质 (DNA) 添加到生物体中,相反,它是有意地去选择一些所需的性状。

在生猪行业,无论是提高猪的饲料效率还是抵御疾病的能力,遗传学都在帮助育种者进行反复筛选,找到那些对生产商和消费者而言最重要的性状。

毫无疑问,选育就是进行选择,因为基于目标性状来选择合适的动物用以繁育下一代至关重要。这种选择通常采用以下四种方式之一或这些方式的组合进行:视觉评估、生产测试、后代测试和标记辅助选择(收集和分析 DNA 样本,找出对某个性状具有可衡量影响的特定标记)。

数据采集急需相关知识

海波尔 (Hypor) 会从各种农场和系统收集信息,包括出生体重、14 天体重、测试体重、采食量、背膘和肌肉厚度等各种性状。收集的数据会输入育种数据库,然后根据该数据库进行遗传学评估并计算每只猪和每种性状的遗传值。将这些值组合即可生成选育指数,该选育指数可标示出哪些猪的哪些性状优异(基本上是采用每只动物一张报告卡的形式),并将该信息传递给生产商以协助选育流程。

将何种性状定为目标在很大程度上取决于育种/遗传品种的关注点。对于母系(母猪)品种而言,繁殖能力是主要关注因素,因此繁殖性状、产仔数(如存活的仔猪数量)和哺育能力最为重要。同时,终端(公猪)品种则专注于生长速度、饲料效率和瘦肉等性状。育种者必须避免在单个育种品种中包含太多性状,因为有些性状与其他性状存在此消彼长的关系。此外,一次选择太多性状会减慢选择每个性状的进度。

然而,尽管各育种品种存在区别,但也有一些例外的情况。在过去,遗传学家仅为母猪品种选择繁殖性状,而仅为公猪品种选择生长性状。但是,母猪也有更快生长和提高瘦肉率的需要。同样重要的是,要考虑到商品(杂交)猪有 50% 的基因来自母系,50% 的基因来自父系,因此,需要在性状选择时加以重叠以产出最优质的商品猪。

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面向全球

鉴于当今农业的全球化本质,像海波尔这样的公司已将这一因素纳入选择过程。例如,如果所有的遗传信息均收集自加拿大萨斯喀彻温省的一个高度健康的猪群,那么当这些猪被运往哥伦比亚,并且面临不同温度和疾病压力时,就无法保证其表现能被成功复制。这种现象被称为“基因型 - 环境相互作用”,其中基因型会以不同方式响应环境变化。

为了适应这些变化,海波尔采用了面向全球的方法,在多种环境中测试相同的遗传信息,并整合来自一系列养殖场的数据,以确定最佳的育种候选者。

和遗传学的其他领域一样,选育学也在不断发展。如今,越来越多的公司正在尝试人工智能或机器学习技术来帮助进行数据收集和分析。选育的成功取决于高质量的数据,数据越多,则越好。来自世界各地的信息正不断汇入海波尔的基因数据库。

与此同时,猪舍温度或空气质量等环境数据却可能难以衡量。随着传感器和其他尖端设备形式的新技术出现,我们可以收集到更多的环境细节,可以更容易地区分与遗传相关的性状差异和环境引起的性状差异。许多公司正将这些技术与人工智能相结合以提高遗传预测的准确性,助力行业发展。

为了满足生产商的需求,遗传选择必须结合最新的实践。随着饲料成本的持续上涨,许多公司正精准定位与采食量和饲料转化率相关的性状,而这些性状值得进一步关注和改进。猪是否可以在食用二级、更便宜或替代饲料成分(为人类留下更多食物)的情况下,却仍然能做到表现符合需求?

鉴于疾病给生产商在药物、劳动力成本、产量受损和死亡率较高等方面带来的财务影响,抗病能力应是养猪业推动改善的另一个性状。由于动物是在高度健康农场中饲养繁殖,抗病能力可能难以改善,因为无法衡量的东西往往难以选择。鉴于这一点,相关方已经开展了新的研究,研究猪在自然环境中应对疾病威胁的遗传能力。

“天空才是极限—改成”天空太小”如何-”听起来可能让人觉得是陈词滥调,但这句话非常适用于遗传育种和选育。回想动物育种在多大程度上提升了牲畜的表现可谓鼓舞人心,而遥想它的未来发展则更令人神往。