牧场基因型鉴定 推动生态永续经营

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文 / Joanne Shih

‘基因型鉴定(genotyping)逐渐成为畜产动物育种与繁殖的基本程序,在不远的未来,待基因定序的技术更臻成熟、费用合乎成本考量,每一个新生动物都能够进行基因型鉴定,进一步建立完整的物种数据库。’

驯化与人为选拔 物种多样性的兴衰

自远古时代,人类畜牧发展的历史可以溯回生态系之间的互利共生,家畜动物的祖先中有特定的物种能够被人类驯化、圈养,这些物种开始与人类共同生活,人类提供动物食物、栖所以及免于被掠食者伤害等保护,而这些动物则提供人们乳、蛋、肉、皮毛等制品;随着人类的迁移以及贸易交流,家畜动物被带往世界各处,而在不同的饲养环境与气候之下,演化出适应各式环境的动物品种,也造就了物种的多样性。

大约在两百多年前,随着遗传学的起步,人们开始由基因遗传的角度进行畜牧动物的选拔与育种,饲养具备相同特性、外观以及生长能力的动物,以利于将饲养规格化并扩大规模,集约式的畜牧经营固然推动人类经济发展,但是农民在育种的过程中舍弃了许多传统动物品种,浑然不知如此短视近利的决策对环境造成了难以弥补的伤害。在二十世纪的畜牧业发展,至少造成全球 28 % 的家畜动物濒临危险、甚至已经灭绝,以生态学的观点而言,物种的富饶与否反映了生态系统对环境变迁的适应能力,趋于单一的生物品种显示农牧系统的弹性(resilence)逐渐流逝,对于自然环境、人类文明等发展都造成阻碍,这样的情形在开发中国家尤其显著,许多具备独特抗病性、环境适应能力的本土品种被商业品系取代,物种数量骤减将对农业生产带来剧烈冲击,联合国农粮组织(FAO)预测可能造成开发中国家 20 – 40 % 的农业生产力损失。

育种基因鉴定 增加生物多样性

针对当前问题科学家提出农业生态学(agroecology),将生态学的概念引入农业经营管理,以全面的视野看待整体环境与社会,目的在于设计高产量农业系统,同时满足人们的粮食与经济需求,更重要的是考量社会平衡与生态永续,维持物种多样性是农牧永续经营的关键。

在基因体技术蓬勃发展之下,科学家将全基因体定序(whole genome sequencing)应用于畜牧业,帮助农民更精确地分析遗传性状,而且有助于了解族群演化史,不论是天择或是人为选拔的遗传变化,透过基因序列分析都一览无遗。目前畜牧业的基因数据库正在快速发展当中,基因型鉴定(genotyping)逐渐成为畜产动物育种与繁殖的基本程序,高密度单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)芯片是常见用于检测物种基因型的工具之一,借此监测生态系统中的基因多样性,在农牧业中最早应用于乳牛的身份鉴定,基因体技术在酪农业的发展为畜牧业奠定基础,进一步将类似的模式拓展于其他经济动物的生产管理。

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不只选拔优良品种 推动环境生态的永续经营

分析并记录畜牧动物的基因体,对农业生态管理带来的益处可以分为三大层面,其一,基因型鉴定让人们得以由各种尺度监测经济动物的遗传趋势,小至个体之间的基因差异,分析种公畜与种母畜个别的基因特征后,借此筛选基因差异较大的种畜进行育种,避免近亲配种(inbreeding)所带来的劣势,大至分析牧场整体的基因多样性,进一步评估牧场畜群对环境的适应性与抗病能力;其二,将基因型鉴定的结果与表现型(phenotypes)与生产特性(如:产乳量、繁殖能力)进行交叉比对,可以找出调控特定性状的的基因片段,以此作为育种选拔的基准,能够更精确的管理畜牧市场的基因库;最后,除了应用于大规模的牧场经营,基因型鉴定也可以用于管理各地的本土特有种,透过基因定序精准分析本土品种的特殊性状,尽可能将现存的物种基因纪录并保存,以挽救当前迅速流失的基因资源。

基因型鉴定目前在酪农业已建立了完善的先例,而在畜牧业的其他领域仍有许多发展空间,不过科学家相信在不远的未来,待检测技术更臻成熟、费用合乎成本考量,基因定序将普及所有畜牧业,每一个新生动物都能够进行基因型鉴定,进一步建立完整的物种数据库,对畜牧繁殖与生态保育将有长远的贡献。

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参考文献
1. Advances in farm animal genomic resources. Frontiers in Genetics, January 2016
2. Genomic data and breeding value estimation in dairy cattle: theory, practice, problems. J. Anim. Breed. Genet. 133 (2016) 165-166
3. Farm animal genetic and genomic resources from an agroecological perspective. Frontiers in Genetics, April 2015
4. Food and Agriculture Organisation of the United Nations:http://www.fao.org/biodiversity/group/en/

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