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技术前沿|和牛体内外胚胎生产技术效果及效益解析

日期:2020年07月24日 08:32

摘要:

日本和牛新陈代谢能力强,相较其他品种,大理石花纹更为显著。但这也可能会影响激素分泌等动物生理学的其他方面。本研究的目的是检验低剂量促卵泡生成素(FSH)的超排方案SOV,并评价用SOV和体外受精(IVF)方法生产和牛胚胎的效果和经济效益。

为此,在15个月的时间里,共有10头和牛母牛按照一个标准方案接受了5次SOV生产,在每一次SOV后30天,在同一组个体中进行活体采卵,在没有任何预同步的情况下产生IVF胚胎。平均胚胎数为7.63±5.61(SOV)和4.52±2.44(IVF)(p=0.303)。

研究表明,两种技术(SOV和IVF)在生产和牛胚胎数量方面没有显著相关性,但不同母牛对SOV和IVF的反应会恰恰相反,即对SOV反应良好的母牛对IVF反应不好,反之亦然(r=0.379,p=0.529)。由于对FSH反应不敏感,通过SOV生产少于5个胚胎的母牛在生产胚胎时最好采用IVF技术。

品种介绍:和牛市场需求大但育种扩群遇挑战

日本和牛,90%为黑牛,其余为红色,是世界公认的优质肉牛品种。在和牛中,但马牛起源于兵库县,最早是被用来拉车和犁;因此,这些牛的前肢更大,后肢更轻。一般来说,但马牛体型较小,生长速度较慢,但肉质优良,并因优秀的大理石花纹和与胴体重量相对较大的眼肉而备受赞誉;岛根牛起源于冈山县,以体型中等、生长速度平均、肉质优良闻名;而起源于鸟取县系的和牛主要用作驮畜,为粮食工业服务,因此,被有选择性地培育出背膘直、结实、生长速度快、体型大的品种。

最初,和牛是根据它们在农业中使用的身体耐力而被选为驮畜。这间接地促成了其肌间脂肪含量较高,即大理石花纹可以为其提供随时可用的能源。与其他牛品种相比,和牛肉中单不饱和脂肪酸(MUFA)含量较高,这有助于大理石花纹的形成;而油酸是一种分布在肌肉纤维内部的多不饱和脂肪酸。高百分比的多不饱和脂肪酸的熔点较低,这有助于改善和牛牛肉的嫩度、牛肉风味和整体食用品质。当前,能否生产含低熔点脂肪的牛肉已成为牛肉工业的一个重要考量因素,和牛产业对此更为看重。市场上对富含有益脂肪酸(如欧米伽-3和欧米伽-6)的大理石纹牛肉的需求量很大,因此,和牛为肉类生产链的各个环节提供了巨大的价值。

长期以来,日本政府及畜牧业从业者一直在努力将和牛基因保留在日本境内,并禁止出口和牛精子及胚胎等遗传物质,以保护他们的牛肉品牌。因此,日本以外的和牛品种的遗传多样性较少,并对种群的保护、扩繁育种等提出了挑战。

为了更好地培育和牛,研究人员一直致力于和牛育种研究工作。在和牛品种中,存在着对超数排卵反应水平不同的相关遗传证据。研究人员确定了和牛谷氨酸致离子受体AMPA型亚单位1(GRIA1)的单核苷酸多态性(SNP)与排卵率的关系,并分析了和牛不同品系间GRIA1等位基因频率的变化,表明遗传对超数排卵反应的影响。选择有利于超排反应的等位基因的个体可以提高和牛繁殖成功率。

对于牛的遗传改良,人工授精(AI)是饲养者首选的方法,因为可以选择使用遗传优势个体的精液。当前,最先进的生殖生物技术,如超数排卵、胚胎移植和体外受精技术,以及使用性别鉴定的精液,正被广泛用于增加和牛种群,同时限制近亲繁殖的数量。其中,胚胎移植提供了一种潜在的手段,可以迅速增加和牛的繁殖,从而提高基因改良率。

研究项目:IVF和SOV生产胚胎效果哪家强?

(1)实验动物

本研究选用10头非哺乳期和牛母牛(平均年龄26个月;最小值18个月,最大值48个月),主要是但马系(高大理石纹系)。在巴西南里约热内卢州的西北部,母牛被维持在海拔631米的半广域饲养系统中,(南纬27度41020度,西经51度4606度)。动物们在天然草地上放牧,并用MUB牛肉提供矿物质补充。本实验按照帕索-芬多大学动物利用伦理委员会动物护理程序CEUA-013/2019规定的原则进行。

(2)超排方案与活体采卵

在15个月的时间里,用标准的体内胚胎生产流程对这些动物进行了5次超排(SOV),并对和牛群分组进行了测试(图1)。研究方案包括在最初使用雌激素类药物,并在后续不同天数里逐渐减少FSH的剂量,在使用促性腺激素(GnRH)后进行授精,收集体内胚胎,然后给药氯前列醇。每次SOV 30天后,会由两个不同的商业实验室对每头母牛进行活体采卵(不使用预同步)。采用抽吸法采集卵母细胞,用标准精液生产卵黄受精(IVF)胚胎。每一个实验室都有一名高技能的技术人员生产出体外受精胚胎,这些胚胎是根据国际胚胎技术学会制定的标准进行分类的。每个实验室每头母牛生产的体外受精胚胎数量没有显著差异,两个实验室的结果是一致的。

(3)结果

采用SOV的母牛平均胚胎数为7.63±5.61(min=0,max=16)和4.52±2.44(min=1,max=14)。与IVF相比,SOV胚胎的生产有较大的差异(图2)。IVF和SOV生产的胚胎数无统计学差异(p=0.303)。此外,母牛胚胎数与技术之间没有显著相关性(r=0.379,p=0.529)。

和牛母牛超数排卵(SOV)试验研究

图1 和牛母牛超数排卵(SOV)试验研究

采用不同的SOV和体外受精(IVF)技术,在5个不同的集合中,所有10头母牛产生的胚胎数量(最小(绿色)、Q1(深蓝色)、平均(灰色)、Q3(橙色)和最大(浅蓝色)

图2 采用不同的SOV和体外受精(IVF)技术,在5个不同的集合中,所有10头母牛产生的胚胎数量(最小(绿色)、Q1(深蓝色)、平均(灰色)、Q3(橙色)和最大(浅蓝色)

技术讨论:灵活选择生产方式降成本增效益

本研究的主要目的是验证SOV方案中总剂量较低的FSH在体内生产和牛胚胎的效果。我们的研究方案被证明对此次和牛群体非常有效,因为它们平均每头牛产下7.6个胚胎,比使用更大剂量FSH的研究多了1.4个胚胎。虽然SOV技术的平均胚胎数较高,但我们也观察到,即使考虑到IVF技术是由不同的实验室进行的,与IVF相比,SOV技术产生的胚胎数量也有较大的差异。在我们的研究中使用的60%的动物中,我们观察到SOV方案(11.38±3.23个胚胎)与IVF(5.23±2.28)相比具有持续的优越反应。在剩下的40%的动物中,我们观察到IVF技术(5±3.2个胚胎)比SOV程序(2±3.6)有更好的反应。这可能是由本研究中使用的动物个体遗传变异引起的,这可能影响了它们对超数排卵刺激的反应。GRIA1基因突变与和牛的超数排卵率有关。另一项研究发现,血浆抗苗勒氏激素(AMH)浓度、月龄、重复超数排卵、FSHR基因突变和血型对超排反应有显著影响。为了尽量减少对SOV方案反应的基因变异的影响,我们只使用了但马系比例更大的动物。

IVF 体外受精

IVF 体外受精

我们还注意到在SOV方案中,每头母牛使用的受精剂量是IVF技术所用精子数量的10倍。在对生产SOV胚胎和IVF胚胎的方案类型进行可行性分析后,观察到SOV方案具有明显的经济优势,即生产SOV胚胎的成本与试管受精胚胎相比,只要超排母牛每次采集产生5个或更多的胚胎,它就总是较低的。

此外,超排方案和胚胎移植方案中使用的激素是这项技术的初始前期费用的一部分,在发展中国家可能成本过高或难以获得。考虑到这一点,使用试管受精技术是一个很好的选择,以获得对SOV方案反应不好的高妊娠率的个体,同时,提高了和牛群的产量和遗传价值。

综上所述,如果母牛对该方案反应良好,SOV技术在生产和牛胚胎方面表现出更好的效果,每次采集的胚胎产量超过5个时其每一个胚胎的生产成本也更低。然而,对于每次采集胚胎数量较少的母牛来说,SOV方案在经济效益上不乐观。因此,可以用体外受精技术来代替人工受精技术来降低每只胚胎的生产成本。

参考文献: Fernanda L. Facioli ; Flávia De Marchi ; Mariana G. Marques ; Paulo R. P. Michelon; Eraldo L. Zanella ; Kyle C. Caires ; Jerry J. Reeves ; and Ricardo Zanella . The Outcome and Economic Viability of Embryo Production Using IVF and SOV Techniques in the Wagyu Breed of Cattle.Vet. Sci. 2020, 7, 58.

关于博裕力牧:

天津博裕力牧科技有限公司(www.boyaleap.com)是一家专注于肉牛/奶牛遗传改良、良种快繁的生物育种技术公司。在国内建立了全球遗传育种值排名前5%的荷斯坦奶牛、100%纯血和牛、安格斯牛的核心种群,为牧场及合作伙伴提供高端肉牛/奶牛胚胎、冻精、犊牛,以及个性化的良种快繁技术服务。

博裕力牧拥有自主研发的活体采卵(OPU)-体外受精(IVF)-胚胎移植(ET)技术体系,囊胚率、胚胎受孕率达到商业化水平,已申报数十项发明专利和实用新型专利。公司承担多项省部级科技专项,在牛胚胎及冻精检测领域已通过国家认可委CNAS认证,是国际胚胎移植协会会员单位,澳洲和牛协会官方注册会员。

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