使用性別分選的精子改進豬中的遺傳管理的方法
【專利說明】使用性別分選的精子改進豬中的遺傳管理的方法
[0001] 本申請要求2013年3月15日提交的美國申請號13/840,598的權益和優先權，其 要求2012年6月6日提交的美國申請號61/656, 446的優先權。 發明領域
[0002] 本發明涉及使用來自處于交配中的豬系的純系公豬的性別分選的精子在商品豬 生產水平增加豬的遺傳價值的方法。該品系的遺傳管理的改進是以下項的結果：1)在該品 系中的遺傳進展的增加和/或2)遺傳傳遞的改進（即，商業產品的遺傳價值更接近于在遺 傳核處的遺傳價值）。
[0003] 背景
[0004] 當今的豬生產可由多級金字塔表示，其中處于每個級的某一后代在下一個更低級 別用于育種。金字塔的頂級是遺傳核（GN)。從上到下的緊接級別大體上是子核（DN)、增殖 者、或增殖單位、最后為商業級，通常分別包括其中生產屠宰豬的商業農場。
[0005] 典型地，一個品系的遺傳進展發生在處于遺傳核的純系群體中。GN動物將具有處 于金字塔的較低級別的親屬，純種還有雜交種。從這些親屬收集的性狀數據有助于估計GN 動物的遺傳價值。在處于GN的品系之內，一旦選定，通常使產生下一代的親本彼此隨機交 配，同時避免在密切相關個體之間的交配，目標在于增加下一代的遺傳價值。在下一代的遺 傳價值上的增加有助于遺傳進展。在這種背景下，在遺傳價值上的增加意味著對于給定的 性狀或一套性狀而言，在連續世代中的個體將表現出所希望的性狀或者比其親本更強的一 套性狀。關于不良性狀，在遺傳價值上的增加意味著在連續世代中的個體將表現出不如其 親本強的性狀或一套性狀。
[0006] 遺傳改變，包括所希望的遺傳改變（即，每年的遺傳進展），（"dG"）可以被測量 為在一年中出生的所有子代與在下一年出生的所有子代的平均遺傳水平之間的差異。該差 異是比所有選擇候選者（可用于選擇的動物）的平均遺傳價值具有更高遺傳價值的選定親 本的結果。在理想條件下，這取決于性狀的遺傳力（h 2)以及在選定親本與選擇候選者的平 均表現之間的差異。性狀的遺傳力（h2)是相對于環境（E)差異的由于加性遺傳（A)所致的 在群體內的個體之間的性狀上的可觀察到的差異（表型方差，〇 2P)的比例（h2= 〇2a/〇2p =〇2/(〇2a+〇2e))。在選定親本與所有選擇候選者（其選定親本是一個子集）的平均表 現之間的差異還被稱為選擇差。
[0007] 每年的遺傳進展是選定雄性和選定雌性的遺傳優勢的結果。這表示為以下方程 式：
[0008] dG= {(RIH*i) ；!|性 + (RIH*i) 雌性} * 0h/ (L雄性+L雌性），
[0009] 其中，對于雄性或雌性親本，R=選擇的準確性，i =選擇強度，〇H =遺傳變異，并 且L=世代間隔。
[0010] H =將用性狀的經濟價值（v)加權的需要產生的這些性狀（1到m)的遺傳價值（g) 合并的育種目標（H = ......+vmgm)。如果選擇是針對更大的表型值，則該經濟價值 是正的，而如果選擇是針對更小的表型值，這該經濟價值是負的。
[0011] I =將個體及其親屬的所有性狀信息合并的指標，并且是對該個體的H值的最佳 估計。
[0012] 當去除非遺傳效應（例如，通過將每個表現記錄與同期組的平均值進行比較）并 且當使用除了該動物自身之外的來自親屬的信息時，選擇是更有效的。這是通過使用例如 多性狀BLUP法計算估計育種值（EBV)來實現的。環境因子如HYS(場-年-季）在模型中 用來校正環境效應，并且同時通過使用關系矩陣將來自親屬的信息包括在內。來自更多親 屬的更多性狀信息導致更高的EBV的準確性（R IH)。
[0013] 在大群體中，選擇強度取決于測試了多少動物和選擇了多少動物一在其他條件相 同的情況下，選擇的比例越低，則選擇強度越高并且遺傳進展越大。因此，為了使遺傳進展 最大化，人們應當基于EBV將所有測試動物分級，進而選擇維持該品系、育種和/或畜群大 小并且避免近親繁殖問題所需要的頂級公豬和母豬的最小數目。這確保選定動物的平均 EBV實質上高于所有測試動物的平均EBV。尤其是通過利用人工授精試驗（AI)，人們需要選 擇比小母豬更少的公豬，并且對于雄性的選擇強度高于雌性。
[0014] 對于雄性（或雌性）的世代間隔是在子代出生時的雄性親本（或雌性親本）的平 均年齡。一般而言，母豬產生在GN處的一胎以上的小仔，并且雌性的L傾向于比雄性的L 更大。
[0015] 遺傳進展的年率取決于世代間隔并且取決于親本相比于這些選擇候選者的EBV 的優勢。一般而言，雄性比雌性對于每年的遺傳進展貢獻更多。
[0016] 在養豬業中的重要性狀的實例是飼料效率，即，動物在將飼料質量轉化為增加的 身體質量的效率（也稱為飼料轉化或料重比）的量度，以及動物的平均日增重，即，平均每 日重量增加。以不同單位量度的性狀（例如，豬的數目、每天的鎊數、英寸，等等）在所有全 球市場上并不具有相等的經濟重要性，并且在遺傳上并非以相同的程度被影響（即，不同 的遺傳系數）。一般來說，諸如飼料效率和平均日增重之類的生產性狀具有高遺傳力。相比 之下，諸如生育力和胎產仔數之類的生殖性狀通常具有低遺傳力。
[0017] 對于在養豬業中增加品系中的遺傳進展率以及降低育種和商業養豬場的運營成 本存在著需要。
[0018] 發明概述
[0019] 本發明的某些實施例包括一種增加豬的遺傳價值的方法，該方法包括以下步驟： 建立針對一個品系的多個交配亞型；確定這些交配亞型中的每一個為雄性的子代的百分 比、或這些交配亞型中的每一個為雌性的子代的百分比，這些子代將導致相對于對照的在 遺傳價值上的增加；將來自處于這些交配亞型之一中的雄性豬的精子細胞樣品分選為一個 或多個精子細胞亞群，其中一個精子細胞亞群中的大多數精子細胞帶有X染色體或Y染色 體；用該亞群的精子細胞使處于這些交配亞型之一中的一個或多個雌性豬授精，以實現相 對于對照被確定增加遺傳價值的為雄性的子代的百分比或為雌性的子代的百分比；并且從 該一個或多個雌性豬生產子代。在一個另外的實施例中，對于這些交配亞型中的每一個為 雄性的子代的百分比、或對于這些交配亞型中的每一個為雌性的子代的百分比，導致相對 于對照在遺傳價值上的增加而在該品系中的近親繁殖上沒有增加。在一個另外的實施例 中，該授精的步驟可以被用該精子細胞亞群使來自處于這些交配亞型之一中的一個或多個 雌性豬的一個或多個卵子在體內或體外授精的步驟代替，以實現相對于對照被確定增加遺 傳價值的為雄性的子代的百分比、或為雌性的子代的百分比。在本發明的某些實施例中， 該品系、該雄性、該一個或多個雌性、和/或子代，可以屬于或為遺傳核、子核或增殖者的成 員。在本發明的其他實施例中，任何或全部上述步驟可以作為一個育種程序的一部分來執 行。應當理解，本發明的某些實施例包含上述步驟的一個或多個。
[0020] 應當理解，在本發明的某些實施例中，在該精子細胞亞群中至少大約60 %、65 %、 70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%或100%的精子細胞帶有父染色 體或Y染色體。
[0021] 在本發明的某些實施例中，豬或品系的遺傳價值可以是定量或基因組EBV的函 數、基于定量或基因組EBV、或者由定量或基因組EBV決定。在本發明的其他實施例中，遺傳 價值可以是一個或多個性狀的函數、基于一個或多個性狀、或由一個或多個性狀決定，所述 性狀包括但不限于，生育力、胎產仔數、產奶量、飼料效率、平均日增重和胴體瘦肉率，以及 針對此類性狀的遺傳標記。在一個另外的實施例中，遺傳價值可以是有待性別分選和/或 冷凍的精子細胞的能力的函數、基于有待性別分選和/或冷凍的精子細胞的能力、或由有 待性別分選和/或冷凍的精子細胞的能力決定，其基于在分選和/或冷凍之后的精子細胞 的活力、能育性、和/或活動力、以及針對這種性狀的遺傳標記。
[0022] 在本發明的某些實施例中，一個品系可以包括一個父系或一個母系。在本發明的 某些方面，一個品系可以包括一個父系，并且相對于對照被確定增加該品系的遺傳價值的 對于這些交配亞型中的每一個為雄性的子代的百分比、或對于這些交配亞型中的每一個為 雌性的子代的百分比，導致在大約10%到35%或15%到30%之間的對于該品系為雄性的 子代的百分比。在其他方面，一個品系可以包括一個母系，并且相對于對照被確定增加該品 系的遺傳價值的對于這些交配亞型中的每一個為雄性的子代的百分比、或對于這些交配亞 型中的每一個為雌性的子代的百分比，導致在大約5%到30%或10%到25%之間的對于該 品系為雄性的子代的百分比。在又另外的方面，對于這些交配亞型中的每一個為雄性的子 代的百分比、或對于這些交配亞型中的每一個為雌性的子代的百分比可以在大約〇到10% 之間或者在大約90%到100%之間，并且所產生的子代可以是子核或增殖者的成員。
[0023] 在本發明的某些實施例中，大約50 %的子代在對照中是雄性。在其他實施例中，用 對照中的未分選精子樣品使全部有待交配的雌性豬授精。
[0024] 在本發明的一些方面，在一個或多個交配亞型中的雄性豬的類別或等級可以用一 個或多個特征（包括遺傳價值或年齡）來定義。在其他方面，在一個或多個交配亞型中的雌 性豬的類別或等級可以用一個或多個特征（包括遺傳價值或產次）來定義。在一些實施例 中，在多個交配亞型中的這些交配亞型的每一個可以包括來自該品系的僅僅一個雄性豬和 /或僅僅一個雌性豬。在本發明的一些實施例中，一個交配亞型可以由一個或多個亞組和/ 或一個或多個雌性亞組組成，其中一個亞組可以由一個或多個標準定義或基于一個或多個 標準，所述標準包括但不限于，在生產金字塔中的功能、年齡、產次、遺傳價值（例如，EBV) 以及遺傳標記或突變。本發明的一些實施例包括將可用于交配的雄性和/或雌性分類或分 離成多個亞組的步驟，其中這些亞組可以由一個或多個標準定義或基于一個或多個標準， 所述標準包括但不限于，在生產金字塔中的功能、年齡、產次、遺傳價值（例如，EBV)以及遺 傳標記或突變。在一個另外的實施例中，上述分類或分離步驟是在一個品系中進行的或者 作為一個育種程序的一部分或者作為建立針對一個品系的交配計劃的一個步驟來進行。在 某些實施例中，一個雄性亞組是由一個或多個標準定義的、或基于一個或多個標準，所述標 準包括但不限于，在生產金字塔中的功能、年齡、遺傳價值（例如，EBV)以及遺傳標記或突 變。在某些實施例中，一個雌性亞組是由一個或多個標準定義的、或基于一個或多個標準， 所述標準包括但不限于，在生產金字塔中的功能、產次、年齡、遺傳價值（例如，EBV)以及遺 傳標記或突變。在本發明的一些實施例中，一個或多個雄性亞組可以包括一個或多個雄性。 在本發明的其他實施例中，一個或多個雌性亞組可以包括一個或多個雌性。
[0025] 應當理解，在本發明的某些實施例中，可以使用隨機性方法或確定性方法、或其組 合來確定增加遺傳價值的雄性和/或雌性子代的百分比。
[0026] 在本發明的某些實施例中，豬或品系的遺傳價值可以是EBV的函數、基于EBV、或 者由EBV決定。在本發明的其他實施例中，遺傳價值可以是一個或多個性狀的函數、基于一 個或多個性狀、或由一個或多個性狀決定，所述性狀包括但不限于，生育力、胎產仔數、產奶 量、飼料效率、平均日增重和胴體瘦肉率，以及針對此類性狀的遺傳標記。在一個另外的實 施例中，遺傳價值可以是有待性別分選和/或冷凍的精子細胞的能力的函數、基于有待性 別分選和/或冷凍的精子細胞的能力、或由有待性別分選和/或冷凍的精子細胞的能力決 定，其基于在分選和/或冷凍之后的精子細胞的活力、能育性、和/或活動力、以及針對這種 性狀的遺傳標記。在本發明的某些實施例中，通過對豬或胚胎進行基因分型，可以評定豬或 品系的遺傳價值。
[0027] 在本發明的某些實施例中，性別分選的精液可以包含性別分選的精子細胞、或一 次射精的性別分選的精子細胞和一種或多種其他成分。在其他實施例中，性別分選的精子 細胞樣品可以包括其中在該樣品中帶有X或Y的精子細胞已經通過例如殺死而致使其不能 受精的精子細胞樣品。在其他實施例中，精子細胞樣品或精液樣品的性別分選方法包括其 中在該樣品中帶有X或Y的精子細胞被鑒定且被致使其不能受精的任何方法。
[0028] 本發明的其他方面涵蓋使用通過所述雌性豬的膜插入的深部宮內導管或針用性 別分選的精子細胞使來自所述品系的雌性豬授精或育種。這些實施例中的一些涵蓋可以用 來將精子細胞置入到雌性豬的生殖道中的已知手術和非手術技術，包括剖腹術（涉及穿過 腹壁進入腹腔的大切口的外科手術）。這個實施例考慮到使用總共lx 1〇9個或更少的精子 細胞使雌性豬授精。
[0029] 在其他實施例中，可以采用深部宮內導管將精子細胞樣品施用到雌性豬的生殖道 的遠端部分（一個或多個子宮角或一個或多個子宮輸卵管接合處）中。在本發明的另一個 方面，該深部宮內導管由一個外管或套管以及一個內柔性探頭組成。在本發明的一個另外 的方面，該柔性內探頭包括一個其中流體或細胞可穿過的柔性內管道。在本發明的某些實 施例中，該外管和內柔性探頭可由塑料制成，并且在其他實施例中，它們可由被配置為柔性 (如處于線圈或彈簧配置）的金屬制成。在一個另外的實施例中，該深部宮內導管包括一個 使在雌性豬的生殖道內的深部宮內導管的遠端部分的位置可視化的視頻攝像機或內窺鏡。 在一個替代性實施例中，可以使用射線照相術或熒光透視使在雌性豬的生殖道內的該深部 宮內導管可視化。在本發明的另一個實施例中，可以使用深部宮內導管將胚胎或接合子插 入雌性豬的生殖道的遠端部分（如從一個或多個子宮角或從一個或多個子宮輸卵管接合 處）中或從其撤回。
[0030] 關于用深部宮內導管授精，考慮向雌性豬施用lx 109個精子細胞或更少的劑量。 這樣的精子細胞可以是性別分選的精子細胞。在本發明的一個實施例中，將一個劑量的性 別分選的精子細胞（例如600x 106個，但是可以更多，或者如果在動情期的最佳時間置于 最佳位置可以少至l〇x 106個）通過深部宮內導管施用到雌性豬的一個或兩個子宮角（例 如，每個角300x 106個精子細胞）中。在其他實施例中，劑量可以在約300x 10 6、約150x 106、約140x 106、約100x 106、約70x 106、約50x 106、或約5x 106個性別分選的精子細胞或 更少的范圍內或這些范圍之內的任何一點變化并且可以被施用到雌性豬的一個或兩個子 宮角中。
[0031] 能以不同的體積施用上述劑量，包括但不限于，對于每150x 106個精子細胞的 5ml，或者該相同數目的細胞在5ml、10ml、15ml、20ml、25ml、30ml或100ml的范圍內、或者 在 5-10ml、10-20ml、20-30ml、30-40ml、40-50ml、50-60ml、60-70ml、70-80ml、80-90ml 或 90-100ml之間某個值的體積中。
[0032] 可以將本發明的任何實施例中使用的性別分選的精子細胞冷凍保存然后解凍，或 者可替代地可以利用新鮮的（即，未曾冷凍）性別分選的精子細胞。還可以將上述劑量施 用到雌性豬的一個或多個子宮輸卵管接合處中。
[0033] 本發明的這個實施例還涵蓋使用腹腔鏡將通過雌性豬的膜施用性別分選的精子 細胞樣品的針的插入可視化。可以將用于注射精子細胞樣品的針和腹腔鏡兩者、以及操縱 儀器（如鉗子）通過對于腹腔鏡手術而言為典型的小切口插入到雌性豬的腹部中。本發 明還涵蓋將精子細胞樣品注射到在雌性生殖道之內的一個或多個位置中。僅僅是舉例，可 以該將精子細胞樣品注射到在雌性豬的子宮內的一個或多個位置中，包括一個或多個子宮 角、輸卵管、壺腹、峽部或子宮輸卵管接合處。在本發明的另一個實施例中，可以將胚胎或合 子經由腹腔鏡術插入到雌性豬的生殖道中或從其撤回。
[0034] 關于經由腹腔鏡術授精，考慮向雌性豬施用lx 109個精子細胞或更少的劑量。這 樣的精子細胞可以是性別分選的精子細胞。在本發明的一個實施例中，可以通過腹腔鏡術 將約500x 106個或更少的性別分選的精子細胞的劑量注射到雌性豬的一側或兩側輸卵管 中（例如，每側輸卵管中250x 106個精子細胞）；在其他實施例中，可以將在約10x 106、約 5x 106、約3x 106、約2.0x 106、約1.2x 106、約lx 106、或0.6x 106個或更少的性別分選的 精子細胞范圍內（或這些范圍之內的任何一點）的劑量注射到雌性豬的一側或兩側輸卵管 中。
[0035] 在一個另外的實施例中，可以將性別分選的精子細胞注射到輸卵管的特定區域 中，包括但不限于，峽部、壺腹和/或子宮輸卵管接合處。在某些實施例中，可以將在約5x 10 6、約 2x 106、約 lx 106、約 600x 103、約 500x 103、約 300x 103、或約 150x 103個或更少的 性別分選的精子細胞的范圍內（或這些范圍之內的任何一點）的劑量注射到到單側或雙側 輸卵管的一個或多個區域中。
[0036] 在一個另外的實施例中，就經由腹腔鏡術授精而言，可以在輸卵管中的不同部位 注射性別分選的精子細胞，使用在約500x 103個性別分選的精子細胞范圍（或該范圍之內 的任何一點）的劑量注射到每個壺腹中，同時將約lx 106個性別分選的精子細胞注射到每 個子宮輸卵管接合處；或者將約lx 1〇6個性別分選的精子細胞的劑量注射到每個壺腹中， 同時將約2x 106個性別分選的精子細胞注射到每個子宮輸卵管接合處；或者將約5x 105個 性別分選的精子細胞的劑量注射到每個壺腹中，同時將約2x 106個性別分選的精子細胞注 射到每個子宮輸卵管接合處；或者將約5x 105個性別分選的精子細胞的劑量注射到每個壺 腹中，同時將約lx 1〇6個性別分選的精子細胞注射到每個子宮輸卵管接合處。上述劑量可 以包含在不同的體積中，例如，每lx 1〇6(百萬）個精子細胞1〇〇 y 1，或者該相同數目的精 子在下列體積之一中或者在其間的任何體積中：50 u 1、100 u 1、200 y 1、300 y 1、400 y 1或 500 y 1〇
[0037] 本發明的另一個方面包括使用本文披露的實施例通過向雌性豬施用一種或多種 激素或激素類似物使有待授精的雌性豬的動情期同步和/或誘導其定時排卵。在一個實 施例中，該一種或多種激素或激素類似物包括PG600(包括懷孕母馬的血清促性腺激素 ["PMSG"]和人絨毛膜促性腺激素["hCG"];英特威（Intervet)公司）、0vuGel (經由陰道 內遞送系統的呈緩釋配方的醋酸曲普瑞林；凝膠醫學科學公司（Gel MedScience^Inc.))、 馬絨毛膜促性腺激素（"eCG"）、hCG、孕激素、烯丙孕素或四烯雌酮。
[0038] 在本發明的一個另外的實施例中，所述一種或多種激素或激素類似物是通過放置 于所述雌性豬的生殖道中的可編程裝置施用的。本文考慮的可編程裝置能夠以定時釋放的 方式釋放所述一種或多種激素或激素類似物，而育種者除了對用于釋放所述一種或多種激 素或激素類似物的初始參數進行編程之外，不必監控該裝置或提供任何輸入。在本發明的 另一個實施例中，通過施用1250到1500IU的eCG并且在72到80小時后施用750IU的hCG， 可以誘導雌性豬中的動情期同步/定時排卵。在另一個實施例中，通過施用400到2000IU 的PMSG并且在72到83小時后施用500到1000IU的hCG，可以誘導雌性豬中的動情期。
[0039] 其他實施例進一步考慮通過檢查所述雌性豬的卵泡來檢測雌性豬中的排卵。在本 發明的一個具體實施例中，使用超聲檢查所述雌性豬的卵泡。在一個另外的實施例中，在 hCG注射之后25-35小時開始，通過經直腸超聲針對排卵前卵泡的存在每3-5小時檢查一次 所述雌性豬的卵巢。在本發明的一個另外的實施例中，在超聲檢查之后2-3小時選擇顯示 出多個排卵前卵泡的雌性豬用于授精