04.牦牛产业科技创新发展分析

牦牛产业科技创新发展分析 第一节 牦牛产业创新技术分析 一.牦牛养殖端新技术发展现状 (一）本品种选育新技术 1.牦牛种业研究基本情况 (1)耗牛保种选育基本情况 我国现有国家审定耗牛遗传资源（品种）23个，包括四川6个（九龙牦牛、麦洼牦牛、木里牦牛、金川牦牛、昌台牦牛、亚丁牦牛）,西藏6个（高山牦牛、斯布牦牛、帕里牦牛、娘亚牦牛、查吾拉毛牛、类乌齐牦牛）,青海6个（高原耗牛、环湖牦牛、玉树牦牛、雪多牦牛、大通牦牛、阿什旦牦牛）,甘肃2个（天祝白毛牛、甘南毛牛）,新疆2个（巴州牦牛、帕米尔毛牛）,云南1个（中甸牦牛）。其中大部分以核心产区保种形式进行资源保护利用。 目前，牦牛国家级保种场仅4个，分别位于四川、西藏、青海、甘肃（见表3-1)。牦牛培育品种2个，2019年培育的阿什旦牦牛是以肉用型无角特征的培育品种，适于规模化舍饲养殖。我国其他地方牦牛遗传资源目前大部分还处于无选育或低强度选育水平。 2012年，农业部启动实施全国肉牛遗传改良计划，将牦牛作为重要品种列入计划中，明确了资源保护和遗传改良的主要路线图。目前只有2个牦牛资源保护场进入国家肉牛核心育种场，分别是青海省大通种牛场和四川省龙日种畜场。编号名称建设单位类型1国家九龙牦牛保种场四川省甘孜州九龙牦牛良种繁育场国家级保护品种2国家级甘南牦牛保种场甘肃省甘南藏族自治州玛曲县阿孜畜牧科技示范园区国家级保护品种3国家青海高原牦牛保种场青海省大通种牛场国家级保护品种4国家级帕里牦牛保护区西藏亚东县农牧综合服务中心国家级保护品种表3-1国家级牦牛保种场（保护区）建设情况 (2)常规遗传评估技术 牦牛遗传资源较丰富，受自然条件和传统养殖模式等限制，牦牛本品种选育进展缓慢。目前毛牛选育主要依托保种场和核心育种场建设，结合牦牛家系构建，制定以牦牛国家（行业）、地方品种标准为主的外貌评估选育体系。 我国牦牛遗传评估技术没有独立的方法，均参考肉牛遗传评估技术，但是起步更晚，且实施面较窄。我国肉牛遗传评估工作从2010年才开始。根据国内肉用种公牛育种数据的实际情况，选择体型外貌评分、612月龄日增重、13-18月龄日增重和19-24月龄日增重4个性状，制定了中国肉牛选择指数CBI对肉用种牛进行评估。为了对接国外遗传评估体系，2020年7月修订了CBI指数，选择体型外貌评分、出生重、6月龄重和18月龄重4个性状。乳肉兼用牛的遗传评估则使用总性能指数TPI进行评估。我国目前肉牛生产体系和性能测定体系使得制定的综合选择指数暂时只能利用生长发育性状和母牛产奶量性状。而欧洲、北美和澳洲等肉牛育种发达国家的产业体系、性能测定体系和遗传评估体系较完善，考虑性状较多。 (3)牦牛基因组学选育方向 2009年，牛基因组由美国、澳大利亚、新西兰等共计25个国家的300多位科学家组成的国际研究团队测序组装完成，团队发布了第一个以海福特牛为样品的牛基因组序列。 2013年，牦牛基因组由中国兰州大学刘建全团队主持完成，团队完成了牦牛的基因组测序，进而系统阐述了牦牛适应高原的遗传学机制。2021年，兰州大学刘建全团队又以麦洼牦牛为研究对象，组装了最高质量的家牦牛基因组序列，通过对家牦牛和野牦牛23个个体的基因组结构研究，构建了完整的牦牛基因组结构变异图谱，阐述了与牦牛驯化相关的基因组结构变异，构建了家牦牛和野牦牛群体的系统发育关系和群体结构序列。 中国科学院西北高原生物研究所、中国科学院昆明动物研究所、中国科学院大学等单位，通过运用二代、三代测序技术，结合Hi-C互作图谱技术辅助基因组组装，分别构建了野牦牛和家牦牛高质量染色体水平参考基因组，并以此为基础，结合普通牛数据系统分析了结构变异（structural variation,SV)在牦牛基因组的分布特征。经过对比，研究人员首先发现牦牛基因组存在大量缺失、插入、倒置、重复等序列，且大部分SV位于基因间区，其中6733个含有SV序列的基因受到正选择。与心、肝、肾脏等组织相比，肺脏中携带SV的差异表达基因最多。通过构建耗牛和黄牛肺脏组织单细胞图谱，发现牦牛肺脏中内皮细胞存在分化，产生了一类特异的内皮细胞亚型。通过对受选择SV、差异表达基因等数据的整合分析，发现牦牛及黄牛肺脏中内皮细胞群表达含SVs的差异基因最多，表明肺脏内皮细胞的发育和对低氧适应的功能可能受SV影响。通过组织学染色观察到牦牛的肺组织中存在较多的弹性纤维，弹性纤维可以增强肺的收缩能力，有利于牦牛在高原环境中的适应。 对牦牛高质量基因组的组装和比较基因组学研究，为系统开展牦牛遗传资源保护与利用，建立全基因组选择育种技术体系提供了重要的数据。牦牛高质量基因组的完成，不仅有助于揭示牦牛产奶、产肉等重要经济性状以及其高原适应性的重要遗传机制，也将有助于进一步揭示人类所出现的各种高原不适症，促进对缺氧相关疾病的认识、预防和治疗。 (4)牦牛泛基因组学研究 随着三代测序组装的高质量参考基因组的陆续发布，以及大规模重测序和群体遗传学分析的广泛进行，研究人员发现来自单一个体的参考基因组远不能涵盖整个物种的所有遗传序列，因此泛基因组的概念应运而生。2021年，瑞士苏黎世联邦理工学院发布了Original Braunvich牛品种的基因组组装，并利用已发表的普通牛（海福特、安格斯、高地牛）、瘤牛（婆罗门牛）和牦牛基因组，构建了牛亚科物种第一个结构泛基因组图，与参考基因组（ARS-UCD1.2)相比，检测到超过7000万个碱基缺失，包括参与免疫反应和调节的基因。我国西北农林科技大学基于从头组装的基因组之间的相互比较，利用已发表的12头普通牛、瘤牛、牦牛、水牛基因组构建了牛泛基因组，发现了与免疫、代谢等功能相关的基因，全面挖掘了牛遗传多样性和本土适应机制。 (5)具有育种价值新基因的挖掘与利用 无角性状 在现代化肉牛养殖中，牛角容易造成人员伤亡，而人为去角违背了动物天性福利且浪费人力物力，因此无角性状引发了高度关注。我国在大通毛牛群体中鉴定出1号染色体2048750-2196313bp处长约147kb的单倍型域内存在无角性状相关的单倍型，包含3个蛋白编码序列C1H21orf62、GCFC1和SYNJ1,研究表明，单倍型TGTTTGCCA与大通牦牛无角性状相关，单倍型CCCGGATTG与有角性状相关。中国农业科学院兰州畜牧与兽医研究所利用无角性状单倍型TGTTTGCCA选育，于2019年培育成了无角牦牛品种“阿什旦牦牛”。 环境适应性 我国有丰富的地方牛品种遗传资源，不同地区牛品种经历了长期的选择、培育后能够生活在不同的环境条件下，其机体已经形成了独特的适应性进化体系。牦牛在高原适应性上具有独特的生理结构和基因调控网络，在牦牛、藏牛、大额牛群体中逐步挖掘到一系列环境适应性关键候选基因，如心血管系统方面的兰尼碱受体2(RYR2),该基因编码的蛋白是钙通道上Ca2+运输的重要组成因子，缺氧环境通常会导致细胞内Ca2+的释放，引发心肌兴奋-收缩耦联过程，刺激细胞收缩，应对低氧反应。低氧应答方面，内皮PAS蛋白1(EPAS1)、缺氧诱导因子a(HIF-1a)、促红细胞生成素（EPO)、一氧化氮合酶1(NOS1)、血红蛋白亚基促进血管生成，维持血液中含氧气和二氧化碳浓度变化，参与应急缺氧调节等生物过程。 其他功能基因及分子标记研究与应用 牦牛功能基因及分子标记还零散地有生长与洞体性状、饲喂效率性状、肉质性状、繁殖性状、产奶性状、使用寿命等，但是研究较为零星不系统。 2.基因组育种评估技术 进入21世纪以来，基于基因组高密度标记信息的基因组选择技术（Genomic Selection,简称GS)成为动物育种领域的研究热点。利用该技术，可实现青年公牛早期准确选择，而不必通过后裔测定，从而大幅度缩短世代间隔，加快群 体遗传进展，并显著降低育种成本。 2014年，美国安格斯协会率先开展安格斯青年公牛基因组遗传评估。我国基因组选择技术研究从2008年开始，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所自主研发建立了肉用牛基因组选择技术平台，构建了肉用西门塔尔牛与和牛基因组选择参考群体，目前西门塔尔牛参考群体3858头，和牛参考群体462头。 2019年，我国制定了基因组中国肉牛基因组选择指数CGBI(China Genomic Beef Index,GCBI),2020年，我国首次在中国肉用及乳肉兼用种公牛遗传评估概要中发布了366头西门塔尔种公牛的基因组遗传评估结果。从计算方法上看，我国基因组评估方法采用的是贝叶斯方法，而国外多采用SSGBLUP方法，主要由于国外有大量的系谱和表型数据，针对我国表型数据和系谱数据较少的情况，贝叶斯方法在我国应用更有优势。从参考群测定的表型性状看，我国参考群测定了生长发育、屠宰、洞体、肉质和繁殖性状相关指标共计87个性状，是目前基因组选择测定表型性状最多的国家。 3.智能表型测定与收集技术 准确、高效、智能的性状测定技术是牛育种的前提和关键基础性工作，育种与科学研究均依赖于表型数据的准确获取。近年来，随着物联网、视频与人工智能技术的结合，牛育种性状测定与采集技术手段不断更新与拓展，尤其以信息采集为基础的信息化技术得到发展和应用，如牛的体温、反当次数、瘤胃pH、运动等智能数据采集技术。美国、英国、澳大利亚等主要发达国家已陆续将信息技术、红外感应、影像捕获、物联网等技术运用到肉牛个体识别和性测定中，并持续研发性能测定的智能化装备和技术，诞生了一批世界领先的智能化性能测定设备制造企业。而牦牛生产性能测定不系统，测定数据量小，数据准确率低等问题依然严重；有少数企业和科研单位通过引进消化吸收和自主创新，开发出牛自动称重、CT扫描等设备，但硬件及配套软件仍需完善和优化升级，要普及到高原牦牛养殖牧区尚需一定时间。 4.牦牛繁殖技术 繁殖技术可有效提升优秀牦牛遗传物质的推广效率，加速牦牛群体的遗传改良。目前人工授精、母牛发情高效精准鉴定、定时输精、胚胎移植等技术已在国内外规模化肉牛养殖场中得到普遍应用。牦牛产业中冻精生产、胚胎移植、同期发情、人工授精等技术都有一定的应用研究，其中利用优质肉牛冻精与牦牛杂交生产优质编牛的技术使用范围较广。目前，在四川、青海、西藏等部分州、县，形成了以改良点建设为基础的牦牛人工授精改良点。牦牛冻精生产在大通牦牛、九龙牦牛、麦洼牦牛生产上已有研究报道，并取得了成功。其中，推广面较大的是大通牦牛冻精，但与奶牛、肉牛比起来，其良种基因影响面还有限。 5.基因芯片辅助育种技术 随着测序技术和芯片技术的发展，牦牛基因组辅助选育技术将变得可行。近日，我国已经连续发布2款牦牛芯片。一款是青海省畜牧兽医科学院与西南民族大学联合北京康普森农业科技有限公司，利用康普森自主研发的CAGTR 液相探针杂交捕获测序技术，合作开发了一款适合青藏高原牦牛的靶向捕获育种芯片“青芯一号”。芯片包含29223个SNP位点（30K),是基于80个牦牛样本重测序数据开发的高质量SNP芯片，其中涵盖了1145个功能位点。另一款是中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所与华智生物技术有限公司合作，利用华智生物自主研发的液相捕获精准定位测序分型技术（Genotyping by Pinpoint Sequencing of captured targets,cGPS),研发出首款牦牛液相芯片“牦牛7K cGPS”功能育种芯片，该芯片包含不同牛种中已定位或鉴定的重要性状基因 (含QTL)及其关联SNP/InDel位点6966个。两款芯片可用于牦牛重要性状的功 能分析，牦牛重要性状的筛选培育，牦牛遗传多样性评估、种质资源和亲缘关系鉴定，牦牛遗传图谱构建及基因定位、全基因组关联分析，牦牛分子标记辅助选择、全基因组选择等，为促进牦牛种质资源保护利用与分子育种发展提供了强有力的支撑。 (二）牦牛种业科技创新发展趋