【筆記】李發弟教授：綿羊雙萬羊基因組計劃及其進展

畜牧人小李

2022年8月13日，中國天津種業振興大會-肉羊種業高峰論壇暨2022羊業發展高級研討會在天津隆重召開。

國家肉羊技術體系崗位專家、蘭州大學草地農業科技學院反芻動物研究所所長李發弟教授受邀分享了“綿羊雙萬羊基因組計劃及其進展”主題報告。

李教授的報告分為5部分，分別為“主要背景”，“總體設計”，“進度安排”，“研究進展”及“下一步工作計劃”。

下面是畜牧人網站小編線上學習整理的報告內容。

1、主要背景

動物育種已進入基因組育種時代。

基因組選擇的優勢：

1）無需性能測定，羔羊出生時測基因成本低，可以實現早選和縮短育種周期。

2）不受環境影響，選種效率和準確性高，可快速準確選出好基因。

3）實現對測定難度大的性狀、活體無法度量的性狀和只有一個性別表現性狀的準確選擇。

可以實現活體選肉質，選擇好公畜提高母畜表現的性狀。

我國羊基因組選擇亟需突破的關鍵技術環節：

1）大規模基因組選擇參考群，如澳大利亞、新西蘭參考群規模已突破萬級。

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

3）配套遺傳評估技術，羊種業發達國家已制定適于本國的性能指數。

2、總體設計

第一個萬羊基因組計劃為湖羊基因組選擇，參考群10000只（公羊3000只，母羊7000只），包含所有的經濟性狀，基因組序列全覆蓋。第二個萬羊基因組計劃為混合品種羊基因組選擇，參考群為12000只，包括引進品種5000只，小尾寒羊1500只，灘羊1500只，毛用羊2000只，其他品種2000只，僅包含主要經濟性狀，基因組序列全覆蓋。

整體分為三步，即摸家底、建標尺和深挖掘。

3、進度安排

主要分為兩步，第一步實現千羊計劃，第二步實現萬羊計劃。

4、研究進展

4.1 建立三大平臺

4.2 第一個萬羊基因組計劃（湖羊）

4.2.1湖羊公羊基因組計劃

該計劃的目標是2022年底實現湖羊公羊基因組選擇參考群達3000只以上。目前已有規模2710只，羊群來自10個湖羊種羊場，測定性能包括生長性能（109個指標）、胴體性狀（10個指標）、機體組成（72個指標）、肌肉品質（18個指標）及繁殖性能（20個指標），總計229個指標。已收集59.62萬條表型數據。

性能測定人員包括全職老師12人，市縣技術人員5人，性能測定中心人員2人，博士生9人，碩士生106人，累計128人參加性能測定。總計達552人次，38560人時。

4.2.2湖羊母羊基因組計劃

該計劃的目標是2022年底實現湖羊公羊基因組選擇參考群達7000只以上。目前已有規模5280只，羊群來自4個湖羊種羊場，測定性能包括生長性能（109個指標）、產羔數、產活羔數、妊娠期、產羔均勻度、乳頭數、乳房周徑及羔羊早期發育（初生重、3日齡重、7日齡重、15日齡重及30日齡重）。已收集5.81萬條表型數據。

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

4.3.1簡介

千羊計劃已獲得48617Gb原始數據，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。

根據這些數據設計的“羊芯1號”（LZU-SHEEP-45K）湖羊高性能基因組育種芯片，芯片位點設計完成，已進入測試階段除核心芯片外，還設計出滿足不同需求的衍生芯片，如飼料效率、生長速度、胴體和肌肉品質及品種鑒定芯片。

蘭大“羊芯1號”（LZU-SHEEP-45K）五大特點：

1）100%技術自主。羊芯1號采用液相芯片技術體系，沒起定量，不受“卡脖子”限制。

2）基于“千級”規模參考群體設計。國內首款基于羊大規模基因組選擇參考群設計，擁有完全配套的基因組選擇參考群和基因組遺傳評估技術體系。

3）基因組序列全覆蓋。基于超過2000只綿羊的海量基因組重測序數據，鑒別出的4000萬個高質量遺傳變異位點甄選出基因組均勻公布的45080個SNPs。

4）包含所有的重要經濟性狀。如飼料轉化率、生長、胴體、肉品質、繁殖等225個重要經濟性狀指標。

5）靈活度高。羊芯1號在滿足45k標記區段檢測的同時，衍生出25K和10K的系列芯片，適用于不同應用場景。

4.3.2技術參數

芯片擁有1Mb窗口的SNP數量，標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個自主鑒定的功能性關聯位點（遺傳變異解釋度超過10%）。

4.3.3配套遺傳評估技術

包括3個不同應用場景的性能指數，分別為湖羊性能指數（HSI，基礎版）、湖羊性能指數（HSI+，升級版）及湖羊基因組選擇性能指數（GHSI）。

4.4 第二個萬羊基因組計劃（混合品種）

2023年底，完成收集約2000只國內外綿羊品種（84個）基因組數據。已完成1969只，84個品種。數據來源包括團隊自測54個中國地方品種，13個引進品種及NCBI公共數據庫，測序深度約10X，已得到的基因組數據量為49.5T。

2028年底，完成引進品種5000只、小尾寒羊1500只、灘羊1500只、毛用羊2000只的基因組數據。已完成杜泊羊83只、灘羊113只，羊群來源于2個國家核心育種場。測定性狀包括生長性狀（109個指標）、機體組成（72個指標）、胴體性狀（10個指標）、肌肉品質（18個指標）、公羊繁殖性狀（20個指標），總計229個指標。已獲得4.49萬條表型數據，2.94T基因組數據。

基于以上國內外品種基因數據設計出湖羊DNA條形碼。

國內外綿羊品種遺傳結構分析發現：

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

2）與野羊相比，基因組受選擇強度依次為引進品種、中國地方品種、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）家綿羊在馴化過程中，免疫和神經視覺能力相關基因受到了強烈選擇。

6）引進品種在培育過程中，控制毛色、毛產量和肌肉發育相關基因受到了強烈選擇。

5、下一步工作計劃

1）深度挖掘湖羊萬羊基因組計劃數據，鑒定出具有育種價值的優異基因。

2）優化基因分型技術與芯片位點分布，降低基因組選擇成本。

3）突破綿羊表型組高通量精準測定技術，加快混合品種萬羊基因組計劃進程。

4）設計中國地方品種和引進品種的DNA身份證，建立品種精準鑒定技術體系。

5）推動基因組育種技術在綿羊育種中應用，建立商業化育種體系，培育突破性綿羊新品種和特色綿羊新品系。

版權申明：筆記記載，版權所有，轉載請注明專家版權。感謝李發弟教授的精彩分享，感謝會議主辦方天津市農業農村委、全國畜牧總站。