国奖2016 | 为了国人餐桌上的那一杯牛奶——记张勤、张沅团队荣获2016年国家科技进步二等奖

　　一杯牛奶，强壮一个民族。牛奶是大自然赋予人类最接近完美的食物，世界卫生组织把人均乳制品消费量作为衡量一个国家人民生活水平的重要指标之一。清晨，伴随着温暖和煦的阳光，早餐喝上一杯美味营养的牛奶，已经成为了很多人的习惯，但是，您知道吗，在这杯奶走进千家万户摆上餐桌前，经历了怎样的生产过程，又有多少人为提高我国牛奶的产量付出了几年、甚至几十年的辛劳，他们在崎岖的科研之路上攀登，我校张勤、张沅团队就是其中杰出的代表。

　　心系大众苦钻研

 

张勤教授                                    张沅教授

　　“现在我国奶牛的产奶量不高，我们还处在提高产奶量的阶段”，1月11日，在西区动科楼的办公室，动科学院教授张勤谈了自己对国内产奶量的认识。为了提高我国奶牛的生产水平，张勤教授和院里的张沅教授带领团队联合北京奶牛中心、北京首农畜牧发展有限公司、上海奶牛育种中心和全国畜牧总站等5家单位，实施了“中国荷斯坦牛基因组选择分子育种技术体系的建立与应用”项目，取得了丰硕的研究成果，荣获2016年国家科技进步二等奖。

　　提到牛奶，人们首先会想到黑白花奶牛，但是很少有人知道，这种奶牛学名叫中国荷斯坦牛，它是从国外引进的荷斯坦牛与中国本土黄牛杂交并经过多年的选育形成的，是我国的主要奶牛品种，目前我国饲养的近1400万头奶牛中，80%以上是中国荷斯坦牛。但我国的奶牛生产水平与欧美等奶业发达国家或地区相比曾有较大差距，有两个数字让人触目惊心，2010年，我国奶牛平均单产在4500公斤，美国同期是中国的两倍多，为9500公斤。这样类似的数字也刺痛了张勤、张沅等，他们决心用自己所学，为提高牛奶产量、为中国奶业作出贡献。

　　我国奶牛产奶量低下的主要原因之一是育种工作落后，主要表现为自主选育优秀种公牛的能力不强。国际业界公认，优秀种公牛对奶牛群遗传改良的贡献率达75%。所以，培育优秀种公牛就成了奶牛育种的重点。但是优秀种公牛的选育费时费力，选出一头优秀种公牛通常要6年的时间。这样漫长的时间是因为公牛本身不表现产奶性能，在传统育种中只能用后裔测定来选出公牛，也就是通过其后代母牛的产奶性能来准确评价公牛的遗传优劣性。长期以来，我国的种公牛主要依赖从国外引进，传统育种方法周期长、效率低，难以改变落后状况。

　　在研究人员为时间痛心时，基于基因组高密度标记信息的基因组选择技术问世，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，加快牛群遗传改良速度，并显著降低育种成本。张勤、张沅团队敏感地抓住了这个机遇，及时开展了全面系统的研究，建立了我国自己的基因组选择分子育种技术体系。

　　另辟蹊径攀高峰

　　

中国荷斯坦牛

    在基因组选择分子育种技术体系中，建立大规模高质量的参考群体尤为关键。国外通用的做法是用经过后裔测定的验证公牛构建参考群，但我国奶牛育种的基础薄弱，验证公牛的数量太少，不足以构建参考群，对于这一问题，张勤、张沅团队创造性地提出了用记录完整的母牛构建参考群的方法。项目团队从2006年开始组建中国荷斯坦牛基因组选择参考群体，经过持续扩充， 建立了由6000头母牛以及400头验证公牛组成的参考群。对参考群中的每头牛测定了高密度SNP标记基因型和产奶、健康、体型、繁殖等34个性状的表型。研究结果表明，这样的参考群是可行的，所获得的选择准确性与大部分国家的选择准确性相当，而且有助于提高选择的无偏性。现在，这一构建参考群的方法已经被国际所接受和借鉴，就连美国也开始在参考群中大量加入母牛。

QTL-MAS国际会议-TA-BLUP结果排名

　　基因组选择的另一个关键技术是利用基因组高密度标记信息进行个体基因组育种值估计。国际上的主流方法是GBLUP和贝叶斯方法。GBLUP核心是用基因组信息分析牛只合体间的亲缘关系，构建反映亲缘关系的G矩阵，但是这一矩阵未考虑不同性状间的遗传差异，因而对所有性状是相同的。张勤、张沅团队提出了改进的方法：TA-BLUP，该方法考虑了不同性状的遗传差异，因而是性状特异的。研究结果表明该方法显著提高了基因组育种值估计的准确性。在2010年QTL-MAS国际会议上，各国研究人员用相同数据对不同方法进行比较，TA-BLUP方法获得第一，也让这一方法广为人知。除了TA-BLUP，张勤、张沅团队还研发了BayesTA、BayesTB和BayesTC等一系列方法，这些方法的创新为高水平的基因组选择提供了技术支撑。

　　此外，项目组还在奶牛产奶性状功能基因挖掘、奶牛主要遗传缺陷基因诊断、亲子关系分子鉴定等方面取得了多项具有创新性的研究成果，获得了国家授权发明专利15项、软件著作权14项，发表学术论文107篇。将这些成果整合，项目组提出了针对我国牛育种实际的基因组选择分子育种的具体实施方案，使得这一技术在我国的应用落在了实处。2011年底，该研究成果通过了教育部组织的专家鉴定，2012年，农业部畜牧业司、全国畜牧总站、中国奶业协会分别发文，确定由项目组建立的中国荷斯坦牛基因组选择分子育种技术体系，成为我国荷斯坦青年公牛遗传评估的唯一方法。

　　任重道远再出征

工作人员在牛场指导实验

　　张勤、张沅团队的基因组选择分子育种技术体系在应用中取得了丰硕的成果。自2012年起，应用该技术对全国各公牛站的青年公牛进行基因组遗传评估，选出优秀青年公牛并投入使用，获得大量优良后代母牛，大幅度提高了母牛群的生产性能，使我国奶牛遗传改良速度较成果应用之前提高了1倍，极大地推动了我国奶牛业的科技进步，缩短了与发达国家的差距，产生了显著的经济效益和社会效益。我国自主培育种公牛的能力得到大幅提升，优秀种公牛的国产化率由不到20%提高到50%以上，全国奶牛平均产奶量由4500公斤提高到5500公斤，接近欧盟的平均水平，在北京市，平均产奶量由7500公斤提高到9000公斤，接近北美平均水平。

　　根据农业部公布的《全国奶业发展规划（2016-2020年）》，到2020年，奶业要整体进入世界先进行列，奶类产量达到4100万吨，这是对中国奶业发展的激励。张勤、张沅团队也在谋划扩大参考群，研发新方法、完善实施方案、扩大应用范围，使这一技术体系在我国奶牛业发展中发挥更大作用。

　　为了你我餐桌上的那一杯美味营养的牛奶，张勤、张沅团队想做的还有很多、很多。