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牧場基因型鑑定 推動生態永續經營

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文 / Joanne Shih

『基因型鑑定(genotyping)逐漸成為畜產動物育種與繁殖的基本程序,在不遠的未來,待基因定序的技術更臻成熟、費用合乎成本考量,每一個新生動物都能夠進行基因型鑑定,進一步建立完整的物種資料庫。』

馴化與人為選拔 物種多樣性的興衰

自遠古時代,人類畜牧發展的歷史可以溯回生態系之間的互利共生,家畜動物的祖先中有特定的物種能夠被人類馴化、圈養,這些物種開始與人類共同生活,人類提供動物食物、棲所以及免於被掠食者傷害等保護,而這些動物則提供人們乳、蛋、肉、皮毛等製品;隨著人類的遷移以及貿易交流,家畜動物被帶往世界各處,而在不同的飼養環境與氣候之下,演化出適應各式環境的動物品種,也造就了物種的多樣性。

大約在兩百多年前,隨著遺傳學的起步,人們開始由基因遺傳的角度進行畜牧動物的選拔與育種,飼養具備相同特性、外觀以及生長能力的動物,以利於將飼養規格化並擴大規模,集約式的畜牧經營固然推動人類經濟發展,但是農民在育種的過程中捨棄了許多傳統動物品種,渾然不知如此短視近利的決策對環境造成了難以彌補的傷害。在二十世紀的畜牧業發展,至少造成全球 28 % 的家畜動物瀕臨危險、甚至已經滅絕,以生態學的觀點而言,物種的富饒與否反映了生態系統對環境變遷的適應能力,趨於單一的生物品種顯示農牧系統的彈性(resilence)逐漸流逝,對於自然環境、人類文明等發展都造成阻礙,這樣的情形在開發中國家尤其顯著,許多具備獨特抗病性、環境適應能力的本土品種被商業品系取代,物種數量驟減將對農業生產帶來劇烈衝擊,聯合國農糧組織(FAO)預測可能造成開發中國家 20 – 40 % 的農業生產力損失。

育種基因鑑定 增加生物多樣性

針對當前問題科學家提出農業生態學(agroecology),將生態學的概念引入農業經營管理,以全面的視野看待整體環境與社會,目的在於設計高產量農業系統,同時滿足人們的糧食與經濟需求,更重要的是考量社會平衡與生態永續,維持物種多樣性是農牧永續經營的關鍵。

在基因體技術蓬勃發展之下,科學家將全基因體定序(whole genome sequencing)應用於畜牧業,幫助農民更精確地分析遺傳性狀,而且有助於了解族群演化史,不論是天擇或是人為選拔的遺傳變化,透過基因序列分析都一覽無遺。目前畜牧業的基因資料庫正在快速發展當中,基因型鑑定(genotyping)逐漸成為畜產動物育種與繁殖的基本程序,高密度單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism,SNP)晶片是常見用於檢測物種基因型的工具之一,藉此監測生態系統中的基因多樣性,在農牧業中最早應用於乳牛的身份鑑定,基因體技術在酪農業的發展為畜牧業奠定基礎,進一步將類似的模式拓展於其他經濟動物的生產管理。

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延伸閱讀:商業開採與砍伐 漠視基因多樣性

不只選拔優良品種 推動環境生態的永續經營

分析並記錄畜牧動物的基因體,對農業生態管理帶來的益處可以分為三大層面,其一,基因型鑑定讓人們得以由各種尺度監測經濟動物的遺傳趨勢,小至個體之間的基因差異,分析種公畜與種母畜個別的基因特徵後,藉此篩選基因差異較大的種畜進行育種,避免近親配種(inbreeding)所帶來的劣勢,大至分析牧場整體的基因多樣性,進一步評估牧場畜群對環境的適應性與抗病能力;其二,將基因型鑑定的結果與表現型(phenotypes)與生產特性(如:產乳量、繁殖能力)進行交叉比對,可以找出調控特定性狀的的基因片段,以此作為育種選拔的基準,能夠更精確的管理畜牧市場的基因庫;最後,除了應用於大規模的牧場經營,基因型鑑定也可以用於管理各地的本土特有種,透過基因定序精準分析本土品種的特殊性狀,盡可能將現存的物種基因紀錄並保存,以挽救當前迅速流失的基因資源。

基因型鑑定目前在酪農業已建立了完善的先例,而在畜牧業的其他領域仍有許多發展空間,不過科學家相信在不遠的未來,待檢測技術更臻成熟、費用合乎成本考量,基因定序將普及所有畜牧業,每一個新生動物都能夠進行基因型鑑定,進一步建立完整的物種資料庫,對畜牧繁殖與生態保育將有長遠的貢獻。

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參考文獻
1. Advances in farm animal genomic resources. Frontiers in Genetics, January 2016
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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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