摘要：农业是我国12亿(1997)～16亿(2020)人口赖以生存的基础。发展动物农业(畜牧业)对提高人民生活水平、保持社会安定团结具有重要的战略意义。优良品种是发展畜牧业的基础，有了良种就能够在同样投入的条件下有更大的产出。80年代以来国际上的动物育种已进入分子水平，朝着快速改变动物基因型的方向发展。我国要跟上这一科技形势，就要开展动物分子育种，也就是要研究畜禽遗传育种的分子生物学基础，为我国进入21世纪的畜牧业提供高产、优质、高效发展的理论基础和高新技术。

本项研究要解决的重大科学问题有：

1. 畜禽基因组(猪)及重要经济性状(肉、蛋、奶)的基因(QTL)定位研究

研究内容及方向：基因组及基因图谱；产量和品质性状的主基因分析；基因(QTL)定位；单位性状基因的分离、克隆和测序；转基因动物。

2. 畜禽超高产育种的分子生物学基础研究

研究内容及方向：产肉、产蛋、产奶性状超高产的分子遗传机理；畜禽杂种优势的机理及预测；分子遗传标记辅助选择。

3. 畜禽遗传资源保护与利用的分子生物学基础研究

研究内容及方向：畜禽遗传资源亲缘与进化的分子生物学基础；畜禽遗传资源近交与杂交的分子生物学基础；研究畜禽遗传资源保护对象的分子生物学根据；建立遗传资源基因库的分子生物技术。

1.本项目的国家需求和战略地位

农业是国民经济的基础，也是我国12亿(1997)～16亿(2020)人口赖以生存的最根本的保证。种植业提供了粮、棉、油等解决人民“温饱”的基本条件，而养殖业提供了肉、蛋、奶等使人民进入“小康”所必不可少的物质基础，“米袋子”和菜篮子”两者都是国家迫切要解决的重大问题。

种植业(植物农业)和养殖业(动物农业)是相互依存、相互促进的，前者为后者提供饲料，后者为前者提供优质肥料，构成了可持续发展的农业生产体系。因此发展以家畜为主的养殖业(或畜牧业)对发展国民经济、提高人民生活水平、保持社会安定团结有重要战略意义。

中国动物性食品的人均占有量要达到中等发达国家水平，那么中国目前养殖业的生产总量还必需翻一番，如果再考虑到21世纪中国人口增加到16亿所需的生产量，那就不仅仅是翻一番的问题，必须来一个巨大的发展。而这个巨大发展的前提是：未来中国人均植物性粮食的平均占有量不会增加，这意味着未来的中国仍不可能拿出更多的植物性粮食来支持养殖业的发展；此外，由于国际上动植物性粮食的生产均已由产量性转向了质量性，也就是说世界贸易粮食总量不再增加，中国不可能依赖世界贸易来满足国内人口增加和生活质量提高对粮食的需求。因此中国养殖业的巨大发展必须依赖于科技进步，更准确地说，就是要提高植物性粮食转化为动物性食品的效率，而影响这个转化率的最关键因素就是品种。根据国际粮农组织和发达国家对养殖业生产作出的科学评估，品种的贡献率是35%～60%，平均为45%。随着动物基因组计划的研究进程，这个比例还将进一步增加。综上所述，要改变未来中国养殖业的问题，关键是利用遗传工程大规模地改良和创造新品种，而要做到这一点，就必须加强对动物遗传育种的分子生物学基础研究。
新的农业科技革命要求畜牧生产具有高产、优质、高效的特点。在影响畜牧生产的诸多因素中，优良品种是一个最根本的问题。有了良种就能够在同样的投入条件下有更多的产出。我国畜禽育种有悠久的历史，已经育成并推广了一批良种并在生产中起了重要的作用。80年代以来国际上的动物育种已进入分子水平，朝着快速改变畜禽基因型的方向发展，过去需要8代、10代甚至更长时间才能育成一个新品种，而现在结合分子生物技术的育种，少则2～3代，多则4～5代就可育成一个新品种，如制成基因诊断试剂盒，这一过程还可缩短，对个别主要基因的选择可起到立竿见影的效果。

本项目的研究成就，可以使我国主要畜禽品种每隔一年都有新品种推出，并将兼顾高产和优质两个方面，从而保证我国养殖业的持续发展。

2.当前本领域的国际科技发展状况

在国际上，以遗传学为理论指导的现代动物育种领域的发展可以分为三个阶段。第一阶段(1900～1960)，也就是从孟德尔(G.Mendel)论文的重新发现到法康纳(D.S.Falconer)《数量遗传学概论》第一版问世。这一阶段畜禽遗传的改良主要是“见好就留”的表型和表型值选种技术。第二阶段(1961～1986)，这一阶段中发展起来的两项和动物遗传育种有关的主要技术是计算机和DNA重组技术。微型计算机的普及和应用，使动物主要经济性状的育种从表型值选择进入育种值选择，大大提高了选种的准确性；DNA重组技术，改变了常规杂交的基因导入方法，可以做到只转入所需要的目的基因而不带有其他不需要的基因，从而使快速育种成为可能。1986年英国动物育种学家罗伯逊(A.Robertson)在第三届世界遗传学应用于畜牧生产大会上的报告中提出“人类应用遗传工程来改变动物的基因型已经为期不远了”。这一预言今天在很大程度上得到了证实。第三阶段(1986～?)如果说动物遗传育种的发展，第一阶段历经60年的时间，第二阶段也经历了1/4世纪，那么第三阶段呢?他的标志是什么，有哪些新技术，是否会以更短的时间结束这个阶段而进入新的飞跃发展的第四阶段呢?从已经过去的几年来看，可以毫不怀疑地说动物遗传育种已从群体水平进入分子水平。其标志是对数量性状(肉、蛋、奶等主要经济性状)进行基因定位，主要的技术是通过参考资源群动物用遗传连锁或候选基因法测定数量性状座位(QTL)的主基因效应。这一阶段结束的标志将是动物基因组计划的基本完成，预计要到2010年。一些发达国家由中央财政直接支持的动物基因组研究的情况见表1。

表 1　一些发达国家的基因组计划

国家计划名称
起动时间
年研究经费
年专利数

美国国家动物基因组研究计划(NAGRP)
1991
1200万美元
27

欧共体动物基因定位计划(PiGMaP,BovMaP)
1990
1250万美元
15

日本国家动物基因组分析计划(NAGAP)
1992
500万美元

　　目前这些计划的资助强度正在成倍的增加。动物基因组计划主要是研究基因组中有功能的区域，是一种功能性基因组研究计划，因而具有巨大的应用前景。目前估计动物基因组中大约存在10万个以上的基因，其中1万个基因与生产性状有关，但影响主要生产性状的主基因数量不会超过1千个。按照发达国家现在开发水平，每年大约能定位40～50个基因或与此连锁的DNA标记，随着资金的进一步投入和基因工程技术的提高，这一过程还会加快，估计再需要10年左右的时间就能将大部分主基因定位并被专利保护。不难看出，形势非常严峻，中国只有加入到这场大竞争大发展的研究之中，才能占据一席之地。
　　畜禽遗传育种的分子生物学基础研究成就能够大幅度提高养殖业的生产效率。西方发达国家政府、大型育种公司和著名科学家曾经预测了在21世纪初利用动物基因组研究成就改良禽畜品种的潜力，结果总结于表2。从表2不难看出，中国养殖业如果能够及时地利用基因组最新研究成果，是完全可以在不增加很多投入的前提下，实现养殖业产量翻一番以上的宏伟目标。
表 2　动物基因组研究改良动物生产性状的部分预测

生产性状
发达国家水平
预计改良效果
中国目前水平

牛年产奶量
8000千克
12000千克
6000千克

猪日增重
800克/日
1200克/日
550克/日

猪瘦肉率
60%
70%
54%

我国在植物方面已有水稻基因组计划，但动物方面至今尚未起动。建议首先对我国肉类生产有重要作用、有资源优势的家畜，猪，开展基因组计划，并同时开展其他家畜主要经济性状的基因定位工作。这些基础研究将为我国肉、蛋、奶生产的提高起到根本性的作用。

3.本领域内科技发展现状以及与国外的差距

我国家畜遗传育种，由于国家重视、资源丰富，通过科技人员几代人的努力，无论是在地方品种的选育提高，还是利用引进品种育成新品种方面，都取得了很大成绩。前者如太湖猪、北京鸭的纯种选育，后者如中国荷斯坦牛、中国美利奴羊的杂交育种，这些品种在生产中都起到重要的作用。近年来通过各种渠道的经费资助(国家科委、教委、农业部、自然科学基金委、北京市等)，国内少数高等院校和科研单位已经开展了一些分子生物学技术在动物遗传育种中应用方面的研究，如数量性状基因座位(QTL)与产量的相关，遗传标记辅助选种(MAS)等，但还缺乏系统的动物分子育种方面的基础研究。表3列举了我国在动物遗传育种领域中的研究水平以及和国外的差距。

从表3可以看出，我国动物遗传育种，在群体水平上和国际上的差距不大，由于我国有资源优势，只要跟上国外的研究动态，结合我国国情深入育种实践，就能取得高水平的研究成果。如中国农业大学“节粮小型蛋鸡的选育”经专家鉴定和查新检索，这一成果目前处于国际领先地位。但从分子水平来看，由于需要投入大量的人力、物力，涉及人才培养和资金的问题，国家尚无能力作大力度的投入，研究工作只能零敲碎打，有经费就做，无经费就停。特别是对动物功能性基因组计划研究，几乎没有起步。即使是这样，中国科学家亦在动物基因定位研究方面取得了一些拥有自己知识产权的突破性进展，例如在“太湖猪高繁殖力的遗传基础研究”课题(国家自然科学基金重点资助项目，1993～1996)也取得了重要成果，筛选出两个影响产仔数1至1.5头的主效基因，即雌激素受体基因(ESR)和促卵泡素(FSH)β亚基基因，特别是FSHβ亚基基因对猪产仔数的影响在国内外都是首次报导(1997香山国际会议，1998澳大利亚国际会议)。这些工作表明，只要国家看准了，在家畜遗传育种的分子生物学基础研究方面能投入较大量的经费，中国科学家是能够作出成绩的。
表 3　我国在动物遗传育种领域中的研究水平以及和国外的差距
研究工作内容研究水平和发达国家的差距
群体水平：
选种的理论与实践世界先进水平1～2年
杂种优势预测接近世界先进水平2～3年
遗传资源保存的理论与方法世界先进水平无差距
参数与育种值估计接近世界先进水平2～3年
分子进化世界先进水平1～2年
分子水平：
遗传标记筛选世界一般水平3～5年
基因克隆与测序世界一般水平3～5年
基因定位世界一般水平3～5年
DNA分子诊断世界一般水平3～5年
动物基因组分析(尚未开展)5～8年
4.本领域要解决的若干重大科学问题
　　(1) 畜禽基因组(猪)及重要经济性状(肉、蛋、奶)的基因(QTL)定位研究。畜禽重要经济性状基因定位研究是进行分子育种和发明优良基因型诊断技术的基础。我国开展这项研究与发达国家相比，尽管存在资金和人才方面的劣势，但亦存在优势的一面，这就是我国地方品种基因资源丰富，因而资源分离群的组建简便经济，特点鲜明，这样就可以保证高效快捷地进行基因定位，完全能够与发达国家在此领域一搏高低。
　　基因组计划将集中对基因组中有编码功能的区域进行研究，即功能性基因组研究，而不是象人、水稻基因组计划那样主要是对基因组进行测序。功能性基因组计划的根本目标是发现占基因组3%左右有表达功能的区域，为此将构建大片段DNA文库作位置克隆(positional cloning)和作大规模的表达序列目标(ESTs)分析，以期经济快捷地抢占基因资源。
　　研究内容及方向：基因组及基因图谱；产量和品质性状的主基因分析；基因(QTL)定位；单位性状基因的分离、克隆和测序；转基因动物。
(2) 畜禽超高产育种的分子生物学基础研究
畜禽超高产育种是我国养殖业发展的需要，而要达到超高产育种的目标则必须通过分子生物学手段。据预测，21世纪养殖业中90%以上的商业生产品种都将或多或少地通过分子生物学技术改良。超高产育种的主要方法包括合成系育种、配套系杂交和标记辅助选择，但都必须建立在对品种、品系乃至个体的分子基因组型有明确的了解才可能做到高效、简便和经济，即达到超高产的目标，而超高产育种的分子生物学基础就是要研究这些育种方法与基因组型之间的必然关系。
研究内容及方向：产肉、产蛋、产奶性状超高产的分子遗传机理；畜禽杂种优势的机理及预测；分子遗传标记辅助选择。
(3) 畜禽遗传资源保护与利用的分子生物学基础研究
畜禽遗传资源保护是关系到养殖业持续发展和生物多样性的重大问题。养殖业的持续发展不仅仅意味着产量的持续提高，也包括了未来市场对质量和品种花色的需求，更重要的是储备更多的遗传潜力以适应未来环境的变化。畜禽遗传资源的保护必须与开发利用相结合，利用得愈好，就保护得愈好，而要做到有效的保护和利用，研究其分子生物学基础就十分关键。
研究内容及方向：畜禽遗传资源亲缘与进化的分子生物学基础；畜禽遗传资源近交与杂交的分子生物学基础；确定畜禽遗传资源保护对象的分子生物学根据；建立遗传资源基因库的分子生物技术。