“我們中國的黃牛育種終于有了自主、低成本的檢測芯片！”8月7日，在位于陜西楊凌的西北農(nóng)林科技大學(xué)國家肉牛改良中心實驗室內(nèi)，該中心主任昝林森高興地告訴《中國科學(xué)報》。
近日，昝林森團隊聯(lián)合北京康普森農(nóng)業(yè)科技有限公司，成功研發(fā)出“中國黃牛1號”50K育種芯片并正式對外發(fā)布。該液相芯片是團隊繼2021年1月成功開發(fā)國內(nèi)首款中國黃牛高密度SNPs（單核苷酸多態(tài)性）固相芯片、打破肉牛育種芯片國際壟斷后，在牛分子育種技術(shù)領(lǐng)域取得的又一重大突破。
不再依賴國外進口
昝林森介紹，我國是全球牛種質(zhì)資源最豐富的國家之一，擁有58個地方黃牛品種，形成耐粗飼、抗逆性強、適應(yīng)性廣、肉質(zhì)好等優(yōu)點突出的遺傳多樣性。但與國外專門化肉牛品種相比，中國黃牛生長速度較慢、后軀欠發(fā)達、產(chǎn)肉量較低等影響了其肉用開發(fā)利用。
同時，傳統(tǒng)的育種方法依賴表型觀察和經(jīng)驗判斷，效率低、周期長，難以準(zhǔn)確捕捉基因?qū)用娴膬?yōu)良性狀。因此，需要加強我國地方黃牛保護選育和高效利用，培育具有特色優(yōu)異性狀的自主知識產(chǎn)權(quán)的肉牛良種，以提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力。
秦川牛原種。受訪者供圖
團隊長期致力于中國黃牛肉用選育改良及遺傳多樣性研究，有豐碩的科研成果和學(xué)術(shù)積累。圍繞肉牛遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新，團隊率先從全基因組水平解析了中國黃牛遺傳多樣性和起源進化特征，發(fā)現(xiàn)中國黃牛具有普通牛（Bos taurus）與瘤牛（Bos indicus）多重血統(tǒng)，揭示中國黃牛兼?zhèn)淞雠V適性和普通牛肉用潛能的獨特進化特征；系統(tǒng)篩選了調(diào)控中國黃牛肉用性狀形成的關(guān)鍵功能基因及分子標(biāo)記位點，并深入闡明了其作用機制等。
近五年來，昝林森團隊聚焦中國黃牛主要品種基因組學(xué)研究，解析遺傳背景、進化及多樣性，為肉牛定向高效育種提供理論依據(jù)。同時，運用生物信息學(xué)，對以秦川牛為代表的分布于我國西北、華東、華中、華南、西南、東北等6個地理區(qū)系的30多個地方黃牛品種特異性位點進行精準(zhǔn)篩選，并整合多年來在生長、肉質(zhì)、繁殖及抗病等性狀相關(guān)功能位點的研究成果，成功研發(fā)“中國黃牛1號”50K育種芯片。
在此前，這類芯片主要依靠國外進口，且芯片位點來源主要以歐美專門化品種為主?！耙环矫鎸ξ覈胤近S牛的遺傳多樣性覆蓋度有限，另外一方面成本較高，單次檢測超過千元?！眻F隊成員、西北農(nóng)林科技大學(xué)副研究員成功介紹。
“此次芯片利用康普森自主研發(fā)的CAGT?液相探針雜交捕獲測序技術(shù)，降低國外專利壁壘風(fēng)險。”成功進一步解釋道，芯片自主化后，將實現(xiàn)中國黃?？焖佟⒕珳?zhǔn)、高效選育，為地方黃牛品種保護、定向選育和高效利用提供了技術(shù)支撐，也為我國肉牛種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入了新的動力。
基因點位從600k到50k
作為國內(nèi)首個針對中國黃牛進行全基因組測序分析的團隊，2021年，團隊首次解析了中國黃牛的遺傳圖譜，成功開發(fā)出國內(nèi)首款中國黃牛600k高密度SNPs固相芯片?！爸挥懈闱宄诉z傳結(jié)構(gòu)，才能為進一步的育種找到切入點和突破口。”昝林森坦言。
昝林森團隊。受訪者供圖
據(jù)介紹，在600k高密度固相芯片基礎(chǔ)上，團隊對基因點位進行進一步篩選和優(yōu)化，保留關(guān)鍵功能位點、關(guān)聯(lián)位點同時，整合分布在我國6個地理區(qū)系地方黃牛特征位點，成功篩選出50k的基因位點。
整合后的芯片主要以中國五大良種黃牛為主，涵蓋中國6個地理區(qū)系38個黃牛品種基因組重測序數(shù)據(jù)，同時包含生長、肉質(zhì)、繁殖及抗病等多個關(guān)鍵性狀相關(guān)功能位點18500個。
“這50k不僅能夠滿足企業(yè)肉牛育種需求，相對應(yīng)的，企業(yè)的檢測成本也將大幅降低，單次檢測降至300元以內(nèi)?！背晒Ω嬖V《中國科學(xué)報》，隨著研發(fā)的進一步優(yōu)化，這一成本還將持續(xù)降低。
成功舉例說，養(yǎng)殖企業(yè)如果使用這款芯片，能夠解決傳統(tǒng)的品種鑒定中系譜記錄、微衛(wèi)星標(biāo)記等易出錯、分辨率低、通量低等問題，能準(zhǔn)確的獲悉牛的血統(tǒng)比例，達到快速、精準(zhǔn)育種。
“將選種時間由原來的3-5年縮短到3月齡以內(nèi)，甚至是剛出生。”昝林森補充道。
打破學(xué)科壁壘
團隊成員、西北農(nóng)林科技大學(xué)副研究員梅楚剛從研究生開始就跟隨導(dǎo)師昝林森做中國黃牛全基因組遺傳信息解析工作，親歷了采樣的艱辛?！爸袊S牛地方品種多，分布在全國各地，我們的采樣工作從2012年開始，經(jīng)常全國各地的跑，有時候為了尋求血統(tǒng)純種的品種，需要去邊遠(yuǎn)山區(qū)，費盡功夫才能采回理想樣品?！泵烦偦貞浀馈?span style="display:none">Aaz速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
昝林森（右二）帶領(lǐng)團隊在采樣。受訪者供圖
團隊在整合全國30多個地區(qū)的黃牛品種數(shù)據(jù)時，也耗費大量時間。“整個樣品的數(shù)據(jù)大概有二三十個T，最開始的時候我們覺得半年時間能分析出來，隨著工作的推進，才發(fā)現(xiàn)巨大的數(shù)據(jù)量以及國內(nèi)外牛種較大的遺傳差異，使得整個工作相當(dāng)耗時耗力?！泵烦偢嬖V《中國科學(xué)報》，這種理想和現(xiàn)實的差距貫穿整個科研攻關(guān)過程。
讓團隊成員沒有想到的是，在芯片研發(fā)初期，以遺傳育種學(xué)為基礎(chǔ)的學(xué)?？蒲袌F隊與以生物信息科學(xué)為主的科技公司團隊間遭遇學(xué)科壁壘，在溝通中存在極大障礙?！袄碚撋现v是完全沒問題的，但雙方的學(xué)科基礎(chǔ)不一樣，剛開始都不能很好的理解對方的意圖。我們經(jīng)常開視頻會議，甚至也讓對方來實驗室待過一段時間，以此來加強跨學(xué)科溝通融合?！?為此，梅楚剛和另外一名博士研究生有兩年的時間駐扎在位于深圳的合作公司內(nèi)。
在長時間的磨合下，才最終有了兩代芯片的誕生?；诖耍瑘F隊也開始重視跨學(xué)科合作，目前也已經(jīng)開始培養(yǎng)有生物信息科學(xué)基礎(chǔ)的研究生，以此來打破學(xué)科壁壘。
目前，團隊利用該芯片分別對秦川牛、南陽牛、魯西牛和延邊牛四個品種共計28個個體進行了SNP位點檢測，對存在地理差異的10個品種共47個個體進行檢測，結(jié)果表明“中國黃牛1號”50k育種芯片位點選擇合適、芯片設(shè)計合理，分型結(jié)果表現(xiàn)優(yōu)異，能夠滿足大量樣本的檢測需求。
未來，團隊計劃針對單一品種或者抗逆性等特定性狀進行專用芯片的開發(fā)，進一步縮小芯片的密度，讓其成本更低?！案鶕?jù)用戶需求，我們還將針對性的進行定制化研發(fā)。同時對芯片的各項功能進行優(yōu)化和提升，推動‘中國黃牛2號、3號……’系列芯片研發(fā)。”昝林森介紹。
本文鏈接：黃牛育種有了“中國芯”http://www.sq15.cn/show-11-24513-0.html
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