爲提高牛奶和牛肉的品質及生產效率，日本的畜牧業多年來一直在推進牛的品種改良。北海道大學的川原學副教授的研究團隊正致力於加快育種速度的研究。目前已成功地利用在體外培養10天的受精卵誕生出了牛仔。透過在受精卵階段分析基因體（全部遺傳資訊），預計可大幅縮短育種週期。到2050年，有望普及使用受精卵的「基因體育種」。
利用新方法在體外培養的牛受精卵（圖片由北海道大學川原副教授提供）
哺乳動物的受精卵最初是一個單細胞。透過反復分裂成長變成「囊胚」狀態，形成將來發育爲胎兒的部分和發育爲胎盤的部分。人和小鼠的囊胚會在子宮中著床，進入妊娠狀態，胎兒逐漸成長。而牛的受精卵即使成爲囊胚也不會著床，還會繼續操作分裂一段時間。
北海道大學的川原副教授表示：「即使同爲哺乳動物，牛的發育程序也與人和小鼠不同，研究相對落後」。牛的受精卵以前最多只能在體外培養8天，即從受精後到分裂成囊胚時。川原副教授和當時的研究生秋澤宏紀（現爲美國馬薩諸塞州大學的博士研究員）等人與東京農業大學等合作，成功地將牛的受精卵在體外培養了10天以上。
體外受精後的前8天在微小的培養液中培養胚胎，然後轉移到培養液浸透的凝膠上繼續操作培養。培養液中加入了大量營養成分。透過這些努力，胚胎在第9天以後也會繼續操作細胞分裂並成長。將其移植到母牛的子宮中後，母牛成功妊娠，並正常分娩出小牛。
透過延長牛受精卵的體外培養時間，可以詳細研究牛的發育程序。對人和小鼠的胚胎的研究已經實施了可以分化成所有體細胞的胚胎幹細胞（ES細胞）等，還發現了iPS細胞。未來也有望在牛身上開發各種幹細胞。
體外受精培養的胚移置在牛的育種和繁殖中被廣泛採用。爲了提高妊娠的成功率，篩選優質胚胎進行移植是很重要的。如果能較以往進一步延長胚胎的體外培養時間，剔除劣質胚胎，就可以實施更嚴格的篩選，有助於提高妊娠的成功率。
川原副教授預測，今後還有望大幅加快牛的育種。育種時選擇優良的種牛非常重要。以前爲應答種牛的能力，要哺育成成牛後進行繁殖，再調查出生的牛的品質。近年來，透過詳細分析公牛的基因體，無需進行繁殖即可預測其能力。
今後在受精卵階段就有望評估基因體。因爲受精卵在體外培養的時間越長，胚胎的細胞數量也就越多，所以可以採集部分細胞高精度分析基因體。在傳統的培養技術中，胚胎的細胞數量較少，很難採集到分析基因體所需的幾十個細胞。利用受精卵的基因體分析進行育種的方式，有可能到2040～2050年前後被廣泛使用。
透過改良還有望削減溫室氣體
| 牛受精卵移植和育種的相關動向與前景 | |
| 1890年 | 在兔子身上首次成功實施哺乳動物的受精卵移植 |
| 1964年 | 農林省畜產試驗場的杉江博士等透過非手術方式成功實施牛的受精卵移植 |
| 1973年 | 實施冷凍保存的牛胚胎（受精卵）移植 |
| 1982年 | 成功實施牛的體外受精 |
| 2010年前後 | 利用基因體分析的“基因體育種”普及 |
| 2021年 | 成功移植在體外培養10天的牛胚胎（受精卵） |
| 2040年前後 | 在受精卵階段分析基因體的基因體育種實施實用化 |
| 2050年前後 | 分析受精卵的基因體育種普及 |
作爲家畜，牛的繁殖一般採用人工授精方式。在過去，一軸根據繁殖出生的牛的成績和血統資訊來推測種牛的能力，篩選候品系選拔牛。這種篩選需要花費大量的時間和金錢。肉牛篩選一頭種牛需要4～5年的時間，耗資約1500萬日元。乳牛則必須將繁殖出生的母牛飼養大來調查產奶量。
隨着基因體解碼技術的進步和研究的隊形變換，情況發生了顯著變化。現在已經可以從公牛的基因體中預測其作爲種牛的能力。利用基因體分析的「基因體育種」從2010年前後開始普及，牛的品種改良速度大幅加快。日本國内方面，家畜改良事業團和畜產試驗場也在致力於根據基因體調查種牛和繁殖用母牛的能力的「基因體評估」。
透過育種提高牛奶和牛肉的品質及生產效率有助於改善農戶的經營，消費者也能以合理的價格享用優質的牛奶和牛肉。另一方面，畜牧業是大量排放甲烷等溫室氣體的產業。包括增加乳牛的產奶量在内，提高生產效率在減量溫室氣體方面也有重要意義。隨着家畜育種目的的擴大，關於發育和繁殖的研究也變得越來越重要。
日文：越川智瑛、《日經產業新聞》，2021/11/05
中文：JST客觀日本編輯部
