体细胞克隆技术赋能 共创畜禽种业“中国芯”

来源：《国家发展研究》杂志 11月刊

我国是畜牧业大国，猪肉、鸡肉、禽蛋产量均居世界第一，但还不是畜牧种业强国。目前，支撑我国肉蛋奶产量的核心种源很大程度上依赖进口，畜禽种业与国际先进水平仍有很大差距，突破性新品种培育能力不足。从我国畜禽种源保障看，黄羽肉鸡、蛋鸡、白羽肉鸭种源能实现自给且有竞争力；生猪、奶牛、肉牛种源的性能与世界先进水平相比还有较大差距，部分优良品种核心种源依赖进口，如全部白羽肉鸡祖代、大部分优质种牛精液和胚胎从国外引进。日前，这种畜禽种业长期积累的矛盾和问题有了针对性解决的方案。

近日，《国家发展研究》理事会调研组走进副理事长单位、理事会调研基地——河南创源生物技术有限公司（以下称创源生物）了解到，利用动物精准繁育技术，可以在短时间内批量生产高品质种用动物，可广泛应用于种畜核心场的育种和扩繁场的快速扩繁。目前，该项目已经在包括猪、马、牛、猫和鹿等多种动物实现了产业级行业服务能力。

创源生物联合创始人刘红波博士正是这项技术的负责人，他为了填补我国动物精准繁育技术产业级应用的空白，于2013年毅然放弃了位于美国爱荷华州世界知名企业的工作，选择了回国创业，开始着手这项事业。作为动物遗传与繁殖相关领域应用技术转化研究的领军专家，他带领团队多年来深耕包括试管动物技术、体细胞克隆技术、基因编辑技术和全基因组选育技术在内的动物精准繁育技术，并已在相关领域取得一系列卓越的创新性进展。

△刘红波博士

刘红波博士介绍，畜禽良种培育工作难度大、任务艰巨又影响深远，肉、蛋、奶、毛、皮等这些畜禽产品与老百姓的生活息息相关。为什么说难度大而艰巨呢？主要有以下几点原因：一是动物不会说话、且有一定的危险性，需要学会与动物相处并做好自我防护，被动物踢伤、踩伤和咬伤是很容易的事情；二是常见动物，尤其是大动物繁殖周期长，世代间隔更长，育种花费时间长，见效慢。比如说，常见动物的孕期，兔子1个月，猫2个月，猪4个月，羊5个月，鹿约7个月，牛10个月，水牛11个月，马11到12个月，孕期越长，做育种工作耗时越长，依靠传统的选育工作，猪、羊和鹿，没有十年以上，看不到明显育种进展；牛、水牛和马，没有二十年以上的时间，根本培育不出好的品种；三是动物繁育技术革新比较慢，传统繁育工作，能依靠的就是动物本交、人工授精和体尺、体重测量这些基础技术手段，选种不准确、扩繁速度慢。经过多代人的持续努力与挑战，我国畜牧业取得了巨大进步，成为世界畜牧大国，主要畜牧动物存栏及出栏量稳居世界前列。当然，我们也看到与畜牧业发达国家之间的差距。我们已经基本完成了“量”的积累，亟需“质”的突破。我们需要在畜牧业发展领域进行新的顶层设计，与时俱进，确定新的“战略、路径和目标”。相对于传统繁育，国家决策层面很睿智地提出了“生物育种”战略；未来十五年，我们要实现畜牧业的现代化，实现种业自立和科技自立，把饭碗要牢牢地端在自己手上。从实现路径来讲，我们要实现动物“精准繁育”，也就是要实现包括全基因组选育和基因编辑在内的分子育种技术的产业级应用，也要实现包括性别控制技术、体细胞克隆技术、试管动物技术和胚胎移植技术等繁殖新技术的产业级应用。这也是西方畜牧业发达国家多年来的成功经验，也是我国畜牧业最终能够实现追赶、并跑乃至领跑的关键发展路径。

刘红波博士于2004年进入广西大学动物繁殖研究所攻读研究生，师从世界知名动物繁殖学家卢克焕教授，并于2007年10月成功获得广西首例、中国第四例体细胞克隆猪。2010年博士毕业后，作为体外受精科学家进入美国的行业知名企业Trans ova genetics工作。2013年8月回国至今，先后带领团队攻克一系列技术难题，成功获得了河南省首批体细胞克隆猪、首批试管牛、首批克隆牛和首批克隆猫，并于2020年8月获得中国首批体细胞克隆马，填补了中国17年的技术空白，马产业级克隆技术能力进入世界前三。目前，团队已经先后在牛、猪、马和猫等动物实现产业级克隆能力。

△创源生物实验室

在过去8年里，刘红波博士带领团队先后在多个物种实现了产业级技术突破，先后操作动物卵母细胞超过80万枚、胚胎40万枚，形成了大量稳定的技术数据。与包括中国科学院、中国农科院、中国农业大学、中山大学、浙江大学、复旦大学和西北农林科技大学等为代表的科研院所；与牧原、天邦和正邦等为代表的畜牧与生物医药企业形成了良好的合作伙伴关系，业务服务遍及全国18个省（自治区）市。联合培育良种猪新种质、异种器官移植医用猪、疾病模型猪、生物反应器猪和人源化医用猪种子群体近100个，极大推动了我国生物育种和生物医药相关产业的发展。

据刘红波博士介绍，动物体细胞克隆技术以其巨大的科学价值于2012年获得了诺贝尔生理学或医学奖。动物体细胞克隆技术的应用已经不是一个科学问题，而是一个工程问题，就是如何不断进行工程技术开发，让其走出实验室，为行业创造出产业价值。西方畜牧业发达国家很早就开始了该技术的产业化应用开发，我们自然也必须迎头赶上。克隆技术的本质就是复制，用于良种动物，就是可以在保持良种动物性能不发生变化的前提下，进行不限量的扩增。相对于畜牧发达国家长则上百年的动物良种选育工作，我们相关工作开始的较晚，所以良种动物缺乏是制约行业发展的头等问题。借助体细胞克隆技术，我们可以很方便的进行“从0到1”的跨越！举例来讲，汗血马在国内比较受欢迎，引进一匹动辄上千万元，而一匹汗血马，一年仅能繁殖一个后代。如果利用体细胞克隆技术，仅仅获得一小块儿汗血马的皮肤，借助普通马进行代孕，一年时间我们就可以轻松获得100匹汗血马，并且性能、外貌和性别没有差别。体细胞克隆技术对于加速外来品种“落地生根”，推动地方良种的快速选育极具价值意义。

试管动物技术，也就是体外授精技术，也是一项诺贝尔奖级技术，该技术于2010年获得了诺贝尔生理学或医学奖。从技术特质来讲，可以说它是一项“从1到N”的技术。我们都知道，普通情况下，精子和卵子在动物体内完成受精并发育成胎儿直到出生。而体外授精技术是把卵子在体外进行成熟，然后卵子和精子在人工环境下进行人工授精，形成胚胎以后，再借用同种普通母畜进行代孕，从而帮助良种动物获得更多的后代。该技术极大程度上解放了良种公畜和母畜，使其良种潜能得到了极大程度的发挥，对于畜牧业发展也极具价值。举例来讲，在奶牛行业，让一头奶牛怀孕，通常需要两支细管冻精进行人工授精，如果是进口冻精，每支的价格从100到300元人民币不等。近些年，我国每年大概进口约500-600万支细管冻精，花费巨大。而培育试管牛，只需要一支细管冻精，就可以轻松让200头以上的母牛的卵子完成授精，精液的利用率可以提升400倍。另外，大家都知道，母牛孕期10个月，一头良种母牛，一年最多可以获得一个犊牛，如果让其终身产犊，也就可以获得10多头后代。而培育试管牛，同样一头良种母牛，一个在国外发生的实际案例是，其终生获得了2000多个良种后代，而仅依靠普通繁育技术来实现的话，那就需要2000年的时间来达成目的。

全基因组选育技术，依靠基因芯片来选择优秀动物，选择准确性大为提升，其产业应用已经势不可挡；基因编辑技术CRISPR/Cas9的发明者：法国和美国科学家埃曼纽尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna），于去年也获得了诺贝尔奖，正是因为这些新技术、新工艺不断涌现，产业级应用在很多领域实现了开创性进展。作为国家生物育种战略的关键发展路径，动物精准繁育技术是众多生物技术的高度集成，对于我们畜牧业及相关产业的发展具有不可替代的价值。

我国是一个猪种资源非常丰富的国家，在1984年已列入《中国猪品种志》的猪种就有66个品种。在猪种资源中，许多地方猪种都有其自身的优势，例如太湖流域的太湖猪有高繁殖力，东北地区的民猪具有强适应性，我国特有的香猪肉质好等。然而在保种手段单一、外来品种的无序杂交和疫情等多种因素影响下，原有品种数量减少、品质下降，甚至有的猪种濒临绝种。地方猪种资源的多元保种工作至关重要，对我国猪种资源可持续性利用具有重大意义。活体保存是应用最普遍的方法，但它存在许多弊端，例如所需成本高、实际操作困难、易受环境影响等。建立组织库、细胞库、配子库和胚胎库，充分利用动物精准繁育技术，可以更佳有效地增强良种的保护能力。

创源生物近年来启动了动物保种育种“方舟计划”，并自主建立了“方舟云基因库”。联合全国同行保护地方良种猪品种，制作良种猪基因近10000份，累计保存包括海南五指山猪、广西陆川猪、安徽六白猪、湖北白猪、四川内江猪、藏猪等在内的地方良种猪品种20多个。联合良种猪育种企业保护包括大白、长白和杜洛克在内的良种猪冻存组织、细胞样本近3000多份，保存成功率接近100%，得到行业的充分肯定与认可。目前，已经对巴马香猪、五指山猪、陆川猪、八眉猪、淞辽黑猪、莱芜猪、二花脸猪、苏淮猪、青裕猪和藏香猪等实现了产业级体细胞克隆复群能力，为地方猪种保种工作提供了可靠技术支撑。

畜禽遗传资源是生物多样性的重要组成部分，是维护国家农业安全、生态安全的重要战略资源，是畜牧业可持续发展的物质基础。基因库技术结合体细胞克隆技术，可实现地方品种遗传资源保护，以及地方猪遗传材料的长期保存和活体恢复，构建起了更加完整的遗传资源保护技术体系。其最大的现实意义，在于可长久保存地方猪群体遗传资源并在需要时实现活体恢复，既降低了疫情下保种的风险，更能够完善地方猪遗传资源保护体系。从育种技术层面上讲，体细胞冻存和克隆技术还可以大量复制特别优良的种猪个体，从而加快猪的遗传改良进展，对在重大疫情形势下保护地方猪种质资源和现实生产都具有重大意义。

“目前从国外购买一头优良种猪的费用是3万元左右，一个合作伙伴刚刚从丹麦购进1万头种猪，花费近3亿元。按照我们的技术效率，利用体细胞克隆技术扩繁一头最优良的种猪，仅仅需要1万元左右。也就是说，单从建立相同规模的种猪群体来说，克隆技术可以为合作伙伴节约2亿元的费用，这还不包括运用全基因组选育技术改良，降低个体的料肉比，提前出栏所节省的大量饲喂成本、防疫成本。”10月21日，在河南创源生物技术有限公司的会议室，刘红波博士给记者用最浅显的语言讲解了克隆技术对于畜牧生产的重要意义。

创源生物作为一家提供猪产业级体细胞克隆技术服务的公司，猪体细胞克隆平台关键技术指标达到了世界领先水平，代孕母猪移植分娩率接近人工授精水平，代孕母猪怀孕率达70%—100%，代孕母猪平均窝产仔数达6—8头，平均窝产断奶仔猪头数达到5头。截至今年7月底，公司的科技人员已经累计操作猪卵母细胞40万枚，重构克隆胚胎20万枚，获得体细胞克隆猪1300多头。公司已经与数十家大型企业和科研院所开展业务合作，共同培育了抗蓝耳病、抗感染性胃肠炎猪，双肌臀猪和高瘦肉率地方猪等种猪新种质，还联合培育出了可诱导人类癌症、肥胖症、渐冻症、先天性营养不良、免疫缺陷、糖尿病、心脏病等医用模型猪，以及用于人类异种器官移植的供体猪。

2016年，创源生物启动了马现代精准繁育项目，旨在建立自主化马现代精准繁育技术体系，具体为：逐步建立产业级马体内胚胎技术、试管马技术、性别控制技术、体细胞克隆技术和全基因组选育技术，有力支持我国马业的长期可持续性高质量发展。启动至今，相关工作覆盖河南、河北、吉林、新疆和山西五省，累计测试马属动物卵母细胞170000枚，重构胚胎30000多枚，累计投资过千万，基本建立了领先的、完全自主化马体细胞克隆技术平台。该项目第一批成果，中国首例体细胞克隆马——德保矮马（名字：天天），已经于2020年8月16日健康出生，目前已经过周岁，健康状态良好。项目至今，团队共获得健康体细胞克隆马16匹，成功实现了7个品种马的高效克隆，形成了产业级克隆能力。从目前的技术效率来看，我国已成为继美国和阿根廷之后第三个具备产业级体细胞克隆马核心技术能力的国家。

刘红波博士介绍：“用基因芯片选出良种动物，用繁殖新技术快速扩群。这样的话我们的生物育种战略就可以实现了。精准繁育实际上就是支撑我们从传统繁育到现代畜牧的基本路径。也就是说，2035年我们畜牧业现代化的实现，就是要大力发展动物精准繁育技术。”这也是世界畜牧业发展的潮流方向。虽然动物精准繁育技术的产业化发展，在国内还处于起步阶段，但是我们的市场体量大，已经有一定的基础，未来十五年之内完全可以取得非常大的进展。

刘红波博士总结，动物精准繁育技术的研究及推广，可以广泛应用于畜牧行业，甚至说可能改变整个的行业现状。首先，针对畜牧行业目前所面临的引种贵、保种难等关乎优质品种留存的问题，通过全基因选择技术，可实现良种的精准识别与选择，并且能大幅提升育种效率；其次，针对畜牧行业中最核心的良种扩繁问题，传统的繁殖方式面临着周期长、效率低等实际问题。通过体细胞克隆技术，可使种群数量得到几何级的增长，更为关键的是，优质品种得到100%的保留，且是稳定、可控的；再次，针对畜牧行业种面临的种群暴毙，如非洲猪瘟所带来的种群扑杀等情况，可以做到快速恢复如初，解决因为种族基因的缺失，传统的繁育手段已不能使用的困境。面对这种不利局面，只要保存有原物种的组织、细胞等物品，就可迅速完成物种的基因提取，从而可以精准恢复种群。通过试管动物技术，良种动物的遗传潜能，又可以进一步得到数十倍乃至上百倍的提升。可以说，动物精准繁育技术可以助推畜牧业规模化、标准化发展进程，提供稳定的优质畜禽种源；助推我国的生物育种国家战略目标的实现，充分满足人民群众日益增长的对“有肉吃、吃好肉、还要吃得多样”的需求。