【筆記】李發(fā)弟教授：綿羊雙萬(wàn)羊基因組計(jì)劃及其進(jìn)展

畜牧人小李

2022年8月13日，中國(guó)天津種業(yè)振興大會(huì)-肉羊種業(yè)高峰論壇暨2022羊業(yè)發(fā)展高級(jí)研討會(huì)在天津隆重召開(kāi)。

國(guó)家肉羊技術(shù)體系崗位專家、蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院反芻動(dòng)物研究所所長(zhǎng)李發(fā)弟教授受邀分享了“綿羊雙萬(wàn)羊基因組計(jì)劃及其進(jìn)展”主題報(bào)告。

李教授的報(bào)告分為5部分，分別為“主要背景”，“總體設(shè)計(jì)”，“進(jìn)度安排”，“研究進(jìn)展”及“下一步工作計(jì)劃”。

下面是畜牧人網(wǎng)站小編線上學(xué)習(xí)整理的報(bào)告內(nèi)容。

1、主要背景

動(dòng)物育種已進(jìn)入基因組育種時(shí)代。

基因組選擇的優(yōu)勢(shì)：

1）無(wú)需性能測(cè)定，羔羊出生時(shí)測(cè)基因成本低，可以實(shí)現(xiàn)早選和縮短育種周期。

2）不受環(huán)境影響，選種效率和準(zhǔn)確性高，可快速準(zhǔn)確選出好基因。

3）實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)定難度大的性狀、活體無(wú)法度量的性狀和只有一個(gè)性別表現(xiàn)性狀的準(zhǔn)確選擇。

可以實(shí)現(xiàn)活體選肉質(zhì)，選擇好公畜提高母畜表現(xiàn)的性狀。

我國(guó)羊基因組選擇亟需突破的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：

1）大規(guī)模基因組選擇參考群，如澳大利亞、新西蘭參考群規(guī)模已突破萬(wàn)級(jí)。

2）低成本高效率的基因分型技術(shù)。固相芯片由國(guó)外壟斷，液相芯片技術(shù)成本低、效率高，且技術(shù)完全自主。

3）配套遺傳評(píng)估技術(shù)，羊種業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已制定適于本國(guó)的性能指數(shù)。

2、總體設(shè)計(jì)

第一個(gè)萬(wàn)羊基因組計(jì)劃為湖羊基因組選擇，參考群10000只（公羊3000只，母羊7000只），包含所有的經(jīng)濟(jì)性狀，基因組序列全覆蓋。第二個(gè)萬(wàn)羊基因組計(jì)劃為混合品種羊基因組選擇，參考群為12000只，包括引進(jìn)品種5000只，小尾寒羊1500只，灘羊1500只，毛用羊2000只，其他品種2000只，僅包含主要經(jīng)濟(jì)性狀，基因組序列全覆蓋。

整體分為三步，即摸家底、建標(biāo)尺和深挖掘。

3、進(jìn)度安排

主要分為兩步，第一步實(shí)現(xiàn)千羊計(jì)劃，第二步實(shí)現(xiàn)萬(wàn)羊計(jì)劃。

4、研究進(jìn)展

4.1 建立三大平臺(tái)

4.2 第一個(gè)萬(wàn)羊基因組計(jì)劃（湖羊）

4.2.1湖羊公羊基因組計(jì)劃

該計(jì)劃的目標(biāo)是2022年底實(shí)現(xiàn)湖羊公羊基因組選擇參考群達(dá)3000只以上。目前已有規(guī)模2710只，羊群來(lái)自10個(gè)湖羊種羊場(chǎng)，測(cè)定性能包括生長(zhǎng)性能（109個(gè)指標(biāo)）、胴體性狀（10個(gè)指標(biāo)）、機(jī)體組成（72個(gè)指標(biāo)）、肌肉品質(zhì)（18個(gè)指標(biāo)）及繁殖性能（20個(gè)指標(biāo)），總計(jì)229個(gè)指標(biāo)。已收集59.62萬(wàn)條表型數(shù)據(jù)。

性能測(cè)定人員包括全職老師12人，市縣技術(shù)人員5人，性能測(cè)定中心人員2人，博士生9人，碩士生106人，累計(jì)128人參加性能測(cè)定。總計(jì)達(dá)552人次，38560人時(shí)。

4.2.2湖羊母羊基因組計(jì)劃

該計(jì)劃的目標(biāo)是2022年底實(shí)現(xiàn)湖羊公羊基因組選擇參考群達(dá)7000只以上。目前已有規(guī)模5280只，羊群來(lái)自4個(gè)湖羊種羊場(chǎng)，測(cè)定性能包括生長(zhǎng)性能（109個(gè)指標(biāo)）、產(chǎn)羔數(shù)、產(chǎn)活羔數(shù)、妊娠期、產(chǎn)羔均勻度、乳頭數(shù)、乳房周徑及羔羊早期發(fā)育（初生重、3日齡重、7日齡重、15日齡重及30日齡重）。已收集5.81萬(wàn)條表型數(shù)據(jù)。

4.3 蘭大“羊芯1號(hào)”（LZU-SHEEP-45K）湖羊高性能基因組育種芯片

4.3.1簡(jiǎn)介

千羊計(jì)劃已獲得48617Gb原始數(shù)據(jù)，已繪制出越高密度、越高分辨率的湖羊基因組遺傳變異圖譜。

根據(jù)這些數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的“羊芯1號(hào)”（LZU-SHEEP-45K）湖羊高性能基因組育種芯片，芯片位點(diǎn)設(shè)計(jì)完成，已進(jìn)入測(cè)試階段除核心芯片外，還設(shè)計(jì)出滿足不同需求的衍生芯片，如飼料效率、生長(zhǎng)速度、胴體和肌肉品質(zhì)及品種鑒定芯片。

蘭大“羊芯1號(hào)”（LZU-SHEEP-45K）五大特點(diǎn)：

1）100%技術(shù)自主。羊芯1號(hào)采用液相芯片技術(shù)體系，沒(méi)起定量，不受“卡脖子”限制。

2）基于“千級(jí)”規(guī)模參考群體設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)首款基于羊大規(guī)模基因組選擇參考群設(shè)計(jì)，擁有完全配套的基因組選擇參考群和基因組遺傳評(píng)估技術(shù)體系。

3）基因組序列全覆蓋。基于超過(guò)2000只綿羊的海量基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)，鑒別出的4000萬(wàn)個(gè)高質(zhì)量遺傳變異位點(diǎn)甄選出基因組均勻公布的45080個(gè)SNPs。

4）包含所有的重要經(jīng)濟(jì)性狀。如飼料轉(zhuǎn)化率、生長(zhǎng)、胴體、肉品質(zhì)、繁殖等225個(gè)重要經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)。

5）靈活度高。羊芯1號(hào)在滿足45k標(biāo)記區(qū)段檢測(cè)的同時(shí)，衍生出25K和10K的系列芯片，適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景。

4.3.2技術(shù)參數(shù)

芯片擁有1Mb窗口的SNP數(shù)量，標(biāo)記間距的概率平均密度為62.327Kb，最小等位基因頻率分布0.3951。SNP集合的LD值從0.80衰減至0.03，平均LD為0.05（2Mb范圍）。嵌入了3177個(gè)自主鑒定的功能性關(guān)聯(lián)位點(diǎn)（遺傳變異解釋度超過(guò)10%）。

4.3.3配套遺傳評(píng)估技術(shù)

包括3個(gè)不同應(yīng)用場(chǎng)景的性能指數(shù)，分別為湖羊性能指數(shù)（HSI，基礎(chǔ)版）、湖羊性能指數(shù)（HSI+，升級(jí)版）及湖羊基因組選擇性能指數(shù)（GHSI）。

4.4 第二個(gè)萬(wàn)羊基因組計(jì)劃（混合品種）

2023年底，完成收集約2000只國(guó)內(nèi)外綿羊品種（84個(gè)）基因組數(shù)據(jù)。已完成1969只，84個(gè)品種。數(shù)據(jù)來(lái)源包括團(tuán)隊(duì)自測(cè)54個(gè)中國(guó)地方品種，13個(gè)引進(jìn)品種及NCBI公共數(shù)據(jù)庫(kù)，測(cè)序深度約10X，已得到的基因組數(shù)據(jù)量為49.5T。

2028年底，完成引進(jìn)品種5000只、小尾寒羊1500只、灘羊1500只、毛用羊2000只的基因組數(shù)據(jù)。已完成杜泊羊83只、灘羊113只，羊群來(lái)源于2個(gè)國(guó)家核心育種場(chǎng)。測(cè)定性狀包括生長(zhǎng)性狀（109個(gè)指標(biāo)）、機(jī)體組成（72個(gè)指標(biāo)）、胴體性狀（10個(gè)指標(biāo)）、肌肉品質(zhì)（18個(gè)指標(biāo)）、公羊繁殖性狀（20個(gè)指標(biāo)），總計(jì)229個(gè)指標(biāo)。已獲得4.49萬(wàn)條表型數(shù)據(jù)，2.94T基因組數(shù)據(jù)。

基于以上國(guó)內(nèi)外品種基因數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出湖羊DNA條形碼。

國(guó)內(nèi)外綿羊品種遺傳結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)：

1）野羊與家綿羊明顯分離，野羊、中國(guó)地方綿羊品種、非洲地方綿羊品種、引進(jìn)品種分別各聚一支。

2）與野羊相比，基因組受選擇強(qiáng)度依次為引進(jìn)品種、中國(guó)地方品種、非洲地方品種。

3）野羊與家綿羊存在明顯的基因交流。

4）中國(guó)地方綿羊品種明顯分為蒙古系、藏系和哈系。

5）家綿羊在馴化過(guò)程中，免疫和神經(jīng)視覺(jué)能力相關(guān)基因受到了強(qiáng)烈選擇。

6）引進(jìn)品種在培育過(guò)程中，控制毛色、毛產(chǎn)量和肌肉發(fā)育相關(guān)基因受到了強(qiáng)烈選擇。

5、下一步工作計(jì)劃

1）深度挖掘湖羊萬(wàn)羊基因組計(jì)劃數(shù)據(jù)，鑒定出具有育種價(jià)值的優(yōu)異基因。

2）優(yōu)化基因分型技術(shù)與芯片位點(diǎn)分布，降低基因組選擇成本。

3）突破綿羊表型組高通量精準(zhǔn)測(cè)定技術(shù)，加快混合品種萬(wàn)羊基因組計(jì)劃進(jìn)程。

4）設(shè)計(jì)中國(guó)地方品種和引進(jìn)品種的DNA身份證，建立品種精準(zhǔn)鑒定技術(shù)體系。

5）推動(dòng)基因組育種技術(shù)在綿羊育種中應(yīng)用，建立商業(yè)化育種體系，培育突破性綿羊新品種和特色綿羊新品系。

版權(quán)申明：筆記記載，版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明專家版權(quán)。感謝李發(fā)弟教授的精彩分享，感謝會(huì)議主辦方天津市農(nóng)業(yè)農(nóng)村委、全國(guó)畜牧總站。