北美高产牧场如何制定育种目标和精准选择公牛
| 2020-02-01 16:38 荷斯坦奶牛俱乐部网 访问量：975 | [ 字号：大 中 小 ] |
Jon Schefers 亚达遗传公司专家/NAAB乳用公牛遗传评估委员会主席
马春生 翻 译
Jon Schefers是亚达遗传公司的遗传学家、美国NAAB（全国动物育种家协会）育种委员会主席、亚达-CRI顶峰胚胎项目种子母牛的负责人。Jon负责监管供体、胚胎生产、分配并做选配决策。Jon十年前作为区域种牛分析家在亚达遗传公司（Alta Genetics USA）开始了他的职业生涯。在这期间他购买了200多头种牛，其中包括许多TPI排名前列的女儿验证公牛，如AltaLeaf、AltaHotrod、AltaMeteor等。Jon在明尼苏达大学双城分校获得动物科学学士学位，在威斯康星大学麦迪逊分校获得了乳业科学硕士学位，专修遗传学和繁殖学。
建立你的遗传指数和遗传计划
战略计划很重要
制定你的遗传计划对牧场选择适当的公牛是非常重要的。我们要根据自己牛场的遗传指数去选择正确的公牛，来满足指数的需要。
图1
图1给大家展示的就是美国高产奶牛场通常采用的各个性状的权重，也就是在选择各项性状的时候把不同的百分数或者权重放在不同的性状上。大家清楚这方面的内容后就会明白怎么建立自己牛场的遗传指数。
遗传阈值（临界值）与遗传计划
在制定遗传计划的时候，主要有两种方法。
第一种方法就是设立遗传阈值。大家在选择公牛的时候，首先要设置某一个性状最低的标准，比如产量方面是多少、繁殖率方面是多少，或者其它方面设置一个最低的标准（表1）。
表1
事实上，在制定遗传计划时，我们应该抛弃阈值的设置方法，制定正确的适合自己的遗传计划。
大家看到表2中，这两头公牛有非常好的繁殖性状，女儿妊娠率都很好，但当我们把产量和健康阈值各设置为50%时，由于产奶量不符合所设置的最低标准，因此，这两头好的公牛被排除了。
表2
另外，12208和11866这两头公牛的产量完全能够满足阈值设置的最低标准，但是，它们的女儿怀孕率达不到阈值的标准。
因此，当你制订了一个良好的遗传计划以后，可以看到我们设置的这组产量和女儿怀孕率两个数值都高于设置的最低标准阈值的遗传方案。
建立遗传指数时要问两个问题
我们在建立自己牧场的遗传指数时一般要问两个问题：
第一个问题：你们的牛奶是如何计价的？不仅是中国，在全球来说，各地的奶牛场、乳品厂的牛奶计价方式都是不一样的，这取决于当地的消费情况或者是生产不同的产品，如奶酪、黄油、鲜奶的销售。
第二个问题，你的奶牛为什么离群？什么是淘汰的主要原因？奶牛离群或淘汰有很多原因，如肢蹄问题、繁殖性能等。如果了解了牛场淘汰的主要原因，我们在建立遗传指数选择公牛时就可以有针对性的进行。
美国的遗传策略
图2表格是美国亚达优势牛群制定遗传方案时选择的不同权重，可以看到不同的牛场采用不同的遗传指数。因为这些牛场具体的情况不同，牛奶定价也不同，因此，他们制定育种目标时，选择的各种性状的权重也不同。
图2
我们可以看到，大多数美国的牛场在选择制定遗传指数时，包括产量和健康两个大的性状，0的这些都不包括体型。
在美国，很多牛场客户制定权重的时候，根本不考虑TPI，为什么呢？我们在考虑向全世界的客户供应冻精的时候，会选择足够数量的公牛。通常来说，从1500头经过基因组测定的公牛中选择100头公牛供应市场，可以看出我们的选择强度是非常大的。
图3 美国60-40-0遗传策略的平均分布
从图2和图3大家可以看到，美国75%的牛场主要考虑产量和健康，60、40、0就是不包括体型的指数中各个性状所占的比重。
制定你的育种决策
只要我们有遗传指数，不但能够决定所选公牛，还可以选出自己的母牛。如果我们知道自己牛群里母牛的遗传排名，就可以对这些母牛采取不同的育种或配种的策略。对于最好的母牛，我们可用性控冻精去配种，甚至可以用它们作为体外受精IVF胚胎的供体。
图4 你的牛群定制的指数排名
从图4我们可以看到，大部分牛群可用常规冻精或性控冻精去配种，取决于牛场的遗传指数、牛场是否需要扩群。经过基因组测定以后，比较差的母牛可以用肉牛配种，或者干脆卖掉。
母牛基因组测定
基因组测定的优势
1.准确性高
使用基因组测定，不管验证的是公牛还是母牛，可靠性或者准确性达到70%；而没有基因组测定时，基于父母平均数的可靠性为 30%-40%。
经过基因组测定发现那些杰出的母牛，一般占25%，一方面可以用性控精液去配种，另外还可以生产胚胎。总之，使养牛者能够确定使用性控冻精配种或生殖技术的最佳候选对象。
2.亲子关系验证和发现错误
基因组测定另一优势是亲子验证和发现系谱的错误，使我们能够确定你的牛群中动物的身份和遗传水平。
如果牛场存在出生时牛耳号或者标识错误的话，通过基因组测定可以发现这些问题。
（1）再我所做咨询的各地牛场的巡视或服务中，发现牛号错误或识别错误发生最多的地方就是产圈。一般来说，在一群几十头牛甚至上百头的一个大圈里，这些母牛分娩后，出生的犊牛不知道是哪头母牛生下来的，号就打错了。
（2）第二个容易出现错误的地方就是配种环节，配种的时候，有的已经做好了配种计划，比如应该用1号公牛冻精去配，但在实际操作当中，用了其它公牛冻精去配种。
（3）第三是记录的错误，就是配种正确，但在把配种记录输入到奶牛场管理软件时把配种公牛号输错了。
错号问题在全世界存在比较普遍，一般来说，群体的牛号错误率在25%-30%。
基因组测定策略
经过基因组测定后，我们可以采取的策略如下：
1.使用性控冻精去配高端的母牛。
2.对基因组测定后处于低端的25%的牛，可以用肉牛冻精去配种，不让这些遗传水平低的牛的后代在群里继续存在下去。
3.如果希望用群体里优良的母牛或者最好的母牛来扩群的话，我们可以对这些母牛进行胚胎移植。
给大家展示一下美国的牛场如何采用基因组验证和胚胎移植在牛场开展工作。图5是美国进行基因组测定的牛场，基因组的测定平均数和父母TPI平均数进行比较的情况。
图5
可以看出，一般说来，总的趋势是父母的平均数越高，这些牛基因组测定结果也是高的。但是也有一些个别的情况，比如这头牛父母的平均数不算低，2400左右，经过基因组测定数值不到2200。那么，我们在选择作为胚胎供体的牛时，总是选择处于右上角的那些杰出的牛，也就是父母的平均和基因组验证都高的作为冲胚的供体牛。
图6是将图5右上角的部分截图下来的，8-12个月龄青年母牛的基因组测定TPI和父母平均TPI的比较。
图6
大家可以看到，右上角这些母牛不是用来做胚胎的供体就是使用性控冻精进行配种。而下半区的这些牛，虽然父母的平均数较高，但基因组测定结果并不理想，所以这些牛不适合做生产胚胎的供体牛。
那么，我们在选择的时候，不考虑父母平均数，画一条线，比如选择2650或2680这条线以上的这些牛，不管父母平均数在是多少，这些牛都可以作为胚胎的供体牛。
下面我给大家举个例子，来说明基因组测定结果对比父母平均数给我们创造的价值都有哪些方面。图7中展示了两个表格，左边表格是完全按照父母的TPI水平选择的前10名青年母牛，而右边表格是按照基因组测定的结果选出来的前10名。
图7
我们可以看到，经过基因组测定选的牛比没有经过基因组验证的牛在遗传上优越60个点。
基因组测定能创造价值吗？
1.成本
一般来说，基因组测定一头的成本大约是30美元；在一个群体里进行基因组测定，投入的成本大约是1500-3500美元。
此外，成本包括人工和协议变化所带来的成本，人工成本如采集毛囊、送到实验室等，还有冲胚成本。
2.效益
基因组测定产生的效益取决于我们选出的这些牛产生的遗传效益。假设一个TPI值1美元，那么，经过基因组验证的这些牛比父母平均数的要多60美元。
如果我们选择如图8中经过基因组测定的10头牛做供体，那么这个供体生产的后代产出的遗传增益是1500-2000美元。
IVF体外胚胎（试管授精）的经验和建议
IVF试管授精的益处
1.在青年母牛性成熟之前我们就可以采取卵母细胞，经体外培养成熟后制成胚胎。那么，常规生产胚胎的母牛一般来说得性成熟后，而且必须要有了黄体，才能通过这些母牛生产出胚胎。
2.试管授精的胚胎生产比常规胚胎生产频率高的多。常规的传统采胚4-6周才能采一次，而用试管授精采集卵母细胞每2周就可以采一次，比常规采集的时间减少一半。
3.试管授精能够从怀孕供体母牛继续采集胚胎，母牛怀孕时照样可以从它的子宫里采集卵母细胞，体外培养成熟。一般来说，母牛在怀孕3-4个月时，可以从它的子宫采集卵母细胞。
4.体外胚胎的益处和基因组测定相似，用最好的牛进行试管授精对我们的牛进行扩群，也就是扩群的母牛都是群体里最好的母牛。
5.我们可以用遗传质量最低的那些牛作为胚胎移植的受体牛。
2018PEAK项目IVF的怀孕性能
亚达遗传公司和CRI联合举办的顶峰胚胎PEAK项目，亚达遗传公司每年75%的公牛都是从这个项目中产出的。
2018年，我们在美国移植了5000枚体外授精的胚胎。表3展示了这些胚胎的级别，主要分为1级、2级和3级，级别越高，受胎率就越高。每一种胚胎里既有鲜胚也有冻胚移植情况。
表3
如果产出的体外授精胚胎一时用不了，必须要冷冻起来保存。总的情况是冷冻胚胎移植后的受胎率或产犊的情况低于鲜胚。一般来说，冻胚和鲜胚之间的受胎率结果相差6%。
预期IVF的损失
IVF胚胎也是有损失的，见图8。
图8
1.怀孕60天的胚胎损失。我们做胚胎移植时，在移植后的30天和60天各做一次孕检。也就是说在移植后30天我们确认它已经怀孕了，而到60天时胚胎没了，这样的情况占多少呢？平均占13.9%。所以，怀孕60天的胚胎损失率比人工授精高得多。
2.流产损失。在胚胎移植后60天确认牛已经怀孕，但最后还是流产了，这样的情况占8.4%。
3.死胎损失。在胚胎移植后，总的情况都是成功的。但到出生时有死胎或生下数分钟死亡，这个比例占6.7%。
4.一般来说，最重要的考核指标是出生活犊的百分数。我们移植的100个IVF胚胎中出生的活犊占30%-40%。
采用IVF前需要考虑哪些事情
1.我们是否已经使用了最好的公牛冻精配种？我们是否已经制定了自己的遗传计划？如果既没有使用最好的公牛配种，也没有制定自己的遗传计划，那么就不建议你们开展体外授精胚胎移植项目。
2.我们是否已经应用性控冻精给最佳母牛配种？
3.我们是否做过识别最佳母牛的基因组测定？
如果我们既使用了最好的公牛冻精又做了基因组测定，当然能够识别出群体里遗传进展最快的那些母牛。
4.我们考虑采用胚胎移植了吗?在自己的群体开展移植就是用自己的母牛做供体冲胚，我们还可以考虑另外一种方式，就是购买胚胎。
在参观中国牛场后，我认为中国的牛群最好是从美国或欧洲购买胚胎移植到中国的母牛，因为中国的母牛和欧美母牛在遗传进展方面还是有些差距的。一般来说，从美国进口的胚胎在遗传上要优于国内生产的胚胎。
亚达遗传公司不只生产冻精，也生产胚胎，而且已经向中国出口过胚胎，因此，可以满足大量遗传物质的需求。
（根据2019荷斯坦大讲堂第一讲整理，感谢马春生老师审阅）
Q&A
Q：请问试管授精的受体牛必须是青年牛吗？
Jon Schefers：在北美，我们做胚胎移植的时候，更愿意使用青年母牛做受体，因为青年母牛的受胎率高。
Q：在移植IVF胚胎的时候，是否有胚胎发育不良的现象？
Jon Schefers：实际上，我们是不断的跟踪这些胚胎的发育程度，因为它是试管授精，所以授精以后，可以观测到。胚胎发育到成熟阶段时就可以确定移植的时间了。我们当然会尽量使受体牛和胚胎发育的程度同步。
Q：作为养牛户，如果我购买胚胎，胚胎供体的信息是有的，但母牛的选择需要什么样的条件？它的信息来源是什么？
Jon Schefers：所有我们出售的胚胎的供体母牛都是经过基因组验证的。进行基因组验证时，第一条就是亲子鉴定，它的父母肯定错不了，不但知道其母亲是谁，而且知道其母亲的遗传值。
Q：基因组测定结果能够证明其母亲也就是供体的生产性能吗？
Jon Schefers：如果供体母牛是一胎母牛或二胎母牛，本身基因组测定结果就包括其生产性能，例如一胎产多少奶。但是，大部分胚胎是由青年母牛生产的，这些牛还没产过奶，那么，如果你想要它本身实际的生产性能数据是没有的，但都是经过基因组测定或者基因组验证的结果。
关于胚胎供体的父亲和母亲的可靠性，有些母牛的父亲是基因组牛，母亲也是基因组测定的，现在基因组测定的结果可靠性大约在80%。
我们还不能对出售的胚胎进行基因组测定，但可以提供胚胎供体父母的平均值，使买主对胚胎有一定的信心。直到胚胎移植犊牛出生后经基因组验证，才知道确切的遗传值或基因组测定的结果。
在购买胚胎时，胚胎供体父母的基因组验证平均值如果高的话，胚胎移植牛出生后的基因组验证的遗传水平肯定会高。
Q：我原来在牛场工作时也有做胚胎移植工作，都是选择最好的母牛做供体，但做过供体的母牛配种后再受孕的机率低。现在，你们说两周可以采集一次卵母细胞，那么采集卵母细胞的新方式跟原来的冲胚有何差别？
Jon Schefers：IVF胚胎的生产过程中，生产胚胎性能越好的母牛繁殖性也越好，以后配种的怀孕机率就越高。单也有一些差的母牛，IVF采集卵母细胞的生产性能差，而这些母牛的繁殖力也低，是不容易配种怀孕的。
在我们的顶峰胚胎项目中，有的母牛每两周或每个月采集一次卵母细胞，已经采了20次，这些牛依然能够配上没问题。那么，也总是有些牛怀孕困难，在我们的胚胎移植方案中，这样的牛大概占5%，不会超过10%。随着技术的进展，对牛本身造成的伤害越来越小，因此，对繁殖方面造成的损失就越来越小。
Q：母牛的基因组测定怎么做？
Jon Schefers：首先是采样。采样有两种方式，出生以后越早越好，操作方法如下：第一种方式，从耳朵上采取样本，取合适的耳朵组织的样本，采好样以后要送样，如果采的样不合格还需要重新再送一次样。
另一种采样方法是从尾根拔下牛毛，牛毛上带有皮肤、肉、血液、毛囊等等，这些都能够分离出DNA。一般来说，从尾根采牛毛大概要采三四十根，把它送到实验室。尾根采样方式牛不会感到疼痛，不像采血，针扎会有痛感。
Q：基因组测定多少头母牛能反映出群体的水平？也就是一个群体测定多少比例的牛可靠性比较高？
Jon Schefers：一般来说，一个群体要基因组测定10%的母牛。但是，这10%的牛不是随机选择的，是按照群体内这些母牛父母遗传值的平均数或TPI的平均把牛分成几个等级，每个等级里抽取一定比例的牛。也就是说抽取样本的母牛在群体内要有代表性。
Q：有没有卵母细胞的采集程序？想了解一下可行性是不是很高？
Jon Schefers：与给奶牛配种相比，采集卵母细胞更复杂。比如在美国，采集卵母细胞必须是由兽医来做，而且是专业的有执照的那些兽医来做这项工作。具体的卵母细胞采集规程我没有，而且也不是由我们去做。
采集卵母细胞的这些兽医需要到大学进行采集卵母细胞的实际操作培训。经过培训他们能够学习到采集规程。这样在操作时，既会采集卵母细胞，同时也不伤害母牛。
Q：哪类牧场需要或者比较合适做胚胎移植？
Jon Schefers：繁殖工作做的好的牛场才能够做胚胎移植。也就是说配种的受胎率、母牛的怀孕率、产犊情况都不错的牛场才适于做胚胎移植方面的研究或开展这部分的工作。
单纯做胚胎移植，哪个牛场都可以做，但牛场做完后，怀孕率或产犊率相差很多。只有繁殖工作做得特别好的牛场产生的胚胎移植最终结果才会好。
如果我是牛场主，想投资胚胎移植，那么，首先要考虑到我这个牛场繁殖方面是不是处于高水平。
Q：美国有多少比例的牧场用自己的指数选择冻精？
Jon Schefers：在美国，与亚达遗传公司鼎力合作的牛场，也就是全部使用亚达冻精配种的那些牛场，都有自己的遗传指数和育种计划。
但美国仍然有很多牛场不是按其所需选择公牛，而是听取人工授精公司推销员或精液销售人员的建议使用什么样的公牛，也就是说这些牛场没有自己的遗传改良方案。
亚达的客户都参加过我们的培训，经过教育，他们都知道如果想建立起自己的遗传改良方案，就要选择出更好的适合你牛群的公牛，这样才能把牛群提高到一个新的遗传水平。
Q：比起从青年母牛采集，在母牛怀孕3-4个月时，从怀孕母牛采集卵母细胞有什么优势？
Jon Schefers：怀孕3-4个月的母牛年龄要比青年母牛采集时的月龄大。优势一：怀孕母牛卵母细胞产出的胚胎数量比青年母牛要多，随着年龄增长，在怀孕期间孕酮比青年母牛高，这是驱动卵母细胞产量高的一个因素。根据我们多年的工作经验，每次从怀孕牛采集可以比青年母牛采集多1-2个胚胎。我们看到一些育种场，在青年母牛阶段没有对这些牛进行IFV胚胎生产，而在它们怀孕后才开始这项工作，取得的结果应该是很好的。
另一个优势就是在母牛怀孕之前，尽量多采集胚胎，如果效果好，即使这头母牛怀了孕，其遗传价值也依然很高，我们仍然可以采集生产质量高的胚胎。
Q：国内很多牧场制定遗传改良计划时都会考虑先做体型鉴定，在美国有多少牧场做这项工作？他们遗传计划里考虑改良乳房和肢蹄的占比是多少？
Jon Schefers：在美国做体型鉴定的牛场越来越少，因乳房不好、肢蹄问题淘汰的有多有少，但我认为体型鉴定没有价值。从我们的大部分客户来看，他们并不把很多精力放这方面，而是把更多的精力放在制定遗传计划上。
Q：美国授精卵体外培养囊胚率有多少？体外胚胎的平均价格和移植成本是多少？
Jon Schefers：如果采集卵母细胞30个，可以培养出1个供移植的囊胚。
美国体外胚胎的平均价格，取决于胚胎父母的遗传水平。IVF胚胎在美国国内的价格是300-500美元；如果出口，还有一些其它费用，一般来说是300-1000美元之间，最终取决于遗传水平。
移植的地方不一样，移植成本也不一样。如果由那些有资格的兽医移植，一枚胚胎的移植费用约50-70美元。有些牛场可以说移植没有成本，因为自己雇佣的兽医本身就是有执照的。
Q：美国牧场使用基因组公牛的占比是多少？
Jon Schefers：亚达遗传公司销售的冻精80%来自基因组公牛，后裔测定的公牛只有20%。每个国家不一样，有的国家对于后裔测定公牛需要的多一些，有些牛场100%都使用基因组验证公牛而不使用后裔测定公牛。
Q：请问试管授精的胚胎如何确认公母？
Jon Schefers：可以识别胚胎的性别。一种方法是用性控冻精配种，那么产生的90%是母性胚胎。另一种方法是从一枚胚胎抽取一两个细胞用来确定性别。
Q：现在国内很多商业化牧场坚持做线性鉴定，并且要求一个月做一次，合理吗？美国商业化牧场做线性鉴定的频率是多少？
Jon Schefers：我认为不合理。一般线性鉴定是每6个月做一次，美国荷斯坦协会的体型鉴定员到牛场做体型鉴定是7个月轮一次。
Q：移植商品胚胎平均受胎率能达到多少？
Jon Schefers：移植商品胚胎平均受胎率跟遗传水平有关，另外，技术以及很多因素影响受孕率，还要考虑流产等因素。
常规胚胎和IVF胚胎两者的受胎率相差10%。常规胚胎移植的受胎率要比IVF胚胎高。
Q：冻胚平均受胎率是多少？鲜胚平均受胎率是多少？
Jon Schefers：一个管理很好的牛场，试管授精的1、2、3类胚胎的平均受胎率能够达到50%，这里指的是鲜胚。冻胚的受胎率一般40%左右，最高不到45%。
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