冷冻保存遗传资源在动物种群选育与保护中的优化应用策略

这篇综述通过模拟分析揭示了冷冻保存（cryopreservation）遗传资源在动物种群管理中的关键作用：针对保护型种群（如濒危物种），需每代定期使用冷冻精液以维持遗传多样性（HeG35提升）；对选育型种群（如家畜），则建议基于育种值（EBV）短期集中使用冷冻资源以增强加性遗传变异（ΔFkinship降低0.5%/代）。研究特别指出，冷冻精液在育种目标变更时能有效重构性状权重（如Trait 1/Trait 2负相关时），但需确保足够剂量储备（如每雄性>100剂）。

　　

背景

遗传多样性是种群可持续性和适应性的核心支柱。随着农业生态转型的推进，畜牧系统多样化需求日益凸显，而气候变化和动物福利要求加剧了遗传资源管理的挑战。研究表明，动物种群遗传多样性正持续下降（ΔF>1%/代），导致适应性降低和近交衰退风险。冷冻保存技术（如法国国家基因库）虽已广泛应用，但其在育种实践中的潜力尚未充分挖掘。

方法

研究采用MoBPS 1.6.64软件模拟不同育种场景：

1. 保护型种群：随机交配（rm）与遗传多样性最大化（max_GD）策略；
2. 选育型种群：育种值最大化（max_BV）和最优贡献选择（OCS）策略。
   设定两性状（Trait 1/Trait 2，h²=0.4，r_g=-0.3），通过预烧阶段构建初始群体（N=500， kinship≈10%），并模拟冷冻精子库（40头公牛，来自4个世代）。

结果

保护型种群

• 冷冻资源利用：max_GD策略下每头冷冻公牛平均产生162.5头后代（rm为107.5头），后代谱系可延续至曾孙代（rank 3）。
• 遗传多样性：使用冷冻资源使观测杂合度（He）下降减缓15%，稀有SNP（MAF<5%）保留量增加2.3倍，Nei遗传距离降低37%。

选育型种群

• 无目标变更时：仅OCS策略会少量使用冷冻资源（0.3头/代），但显著缓解Trait 2的遗传方差衰退（Δσ_a²从-28%改善至-9%）。
• 目标反转时：冷冻公牛使用量激增至2.7头/代，使Trait 1的EBV提升1.2个标准差，同时维持群体平均亲缘系数（ΔF<0.5%/代）。

讨论

冷冻资源的战略价值因管理目标而异：

1. 保护优先：需长期稳定输入冷冻资源，如每代使用10%冷冻精子（对应每公牛需≥1000剂精液）；
2. 选育优化：应在目标变更期集中使用高EBV冷冻个体，但需警惕"时代差"（如冷冻公牛与当代群体EBV差距达1.5σ）。研究特别指出，OCS策略能平衡遗传进展与多样性，但需配合充足的冷冻剂量储备（如牛品种建议≥50剂/公牛）。

结论

冷冻遗传资源是应对农业生态转型的关键工具：对保护种群可延缓遗传漂变，对选育种群能快速重构育种目标。未来需优化基因库建设策略（如分层保存不同世代资源），并开发整合基因组预测（GS）的冷冻资源评估体系。