【笔记】李发弟教授：绵羊双万羊基因组计划及其进展

29625248 · 发表于 2022-9-1 14:07:12

2022年8月13日，中国天津种业振兴大会-肉羊种业高峰论坛暨2022羊业发展高级研讨会在天津隆重召开。

国家肉羊技术体系岗位专家、兰州大学草地农业科技学院反刍动物研究所所长李发弟教授受邀分享了“绵羊双万羊基因组计划及其进展”主题报告。

李教授的报告分为5部分，分别为“主要背景”，“总体设计”，“进度安排”，“研究进展”及“下一步工作计划”。

下面是畜牧人网站小编线上学习整理的报告内容。

1、主要背景

动物育种已进入基因组育种时代。

基因组选择的优势：

1）无需性能测定，羔羊出生时测基因成本低，可以实现早选和缩短育种周期。

2）不受环境影响，选种效率和准确性高，可快速准确选出好基因。

3）实现对测定难度大的性状、活体无法度量的性状和只有一个性别表现性状的准确选择。

可以实现活体选肉质，选择好公畜提高母畜表现的性状。

我国羊基因组选择亟需突破的关键技术环节：

1）大规模基因组选择参考群，如澳大利亚、新西兰参考群规模已突破万级。

2）低成本高效率的基因分型技术。固相芯片由国外垄断，液相芯片技术成本低、效率高，且技术完全自主。

3）配套遗传评估技术，羊种业发达国家已制定适于本国的性能指数。

2、总体设计

第一个万羊基因组计划为湖羊基因组选择，参考群10000只（公羊3000只，母羊7000只），包含所有的经济性状，基因组序列全覆盖。第二个万羊基因组计划为混合品种羊基因组选择，参考群为12000只，包括引进品种5000只，小尾寒羊1500只，滩羊1500只，毛用羊2000只，其他品种2000只，仅包含主要经济性状，基因组序列全覆盖。

整体分为三步，即摸家底、建标尺和深挖掘。

3、进度安排

主要分为两步，第一步实现千羊计划，第二步实现万羊计划。

4、研究进展

4.1 建立三大平台

4.2 第一个万羊基因组计划（湖羊）

4.2.1湖羊公羊基因组计划

该计划的目标是2022年底实现湖羊公羊基因组选择参考群达3000只以上。目前已有规模2710只，羊群来自10个湖羊种羊场，测定性能包括生长性能（109个指标）、胴体性状（10个指标）、机体组成（72个指标）、肌肉品质（18个指标）及繁殖性能（20个指标），总计229个指标。已收集59.62万条表型数据。

性能测定人员包括全职老师12人，市县技术人员5人，性能测定中心人员2人，博士生9人，硕士生106人，累计128人参加性能测定。总计达552人次，38560人时。

4.2.2湖羊母羊基因组计划

该计划的目标是2022年底实现湖羊公羊基因组选择参考群达7000只以上。目前已有规模5280只，羊群来自4个湖羊种羊场，测定性能包括生长性能（109个指标）、产羔数、产活羔数、妊娠期、产羔均匀度、乳头数、乳房周径及羔羊早期发育（初生重、3日龄重、7日龄重、15日龄重及30日龄重）。已收集5.81万条表型数据。

4.3 兰大“羊芯1号”（LZU-SHEEP-45K）湖羊高性能基因组育种芯片

4.3.1简介

千羊计划已获得48617Gb原始数据，已绘制出越高密度、越高分辨率的湖羊基因组遗传变异图谱。

根据这些数据设计的“羊芯1号”（LZU-SHEEP-45K）湖羊高性能基因组育种芯片，芯片位点设计完成，已进入测试阶段除核心芯片外，还设计出满足不同需求的衍生芯片，如饲料效率、生长速度、胴体和肌肉品质及品种鉴定芯片。

兰大“羊芯1号”（LZU-SHEEP-45K）五大特点：

1）100%技术自主。羊芯1号采用液相芯片技术体系，没起定量，不受“卡脖子”限制。

2）基于“千级”规模参考群体设计。国内首款基于羊大规模基因组选择参考群设计，拥有完全配套的基因组选择参考群和基因组遗传评估技术体系。

3）基因组序列全覆盖。基于超过2000只绵羊的海量基因组重测序数据，鉴别出的4000万个高质量遗传变异位点甄选出基因组均匀公布的45080个SNPs。

4）包含所有的重要经济性状。如饲料转化率、生长、胴体、肉品质、繁殖等225个重要经济性状指标。

5）灵活度高。羊芯1号在满足45k标记区段检测的同时，衍生出25K和10K的系列芯片，适用于不同应用场景。

4.3.2技术参数

芯片拥有1Mb窗口的SNP数量，标记间距的概率平均密度为62.327Kb，最小等位基因频率分布0.3951。SNP集合的LD值从0.80衰减至0.03，平均LD为0.05（2Mb范围）。嵌入了3177个自主鉴定的功能性关联位点（遗传变异解释度超过10%）。

4.3.3配套遗传评估技术

包括3个不同应用场景的性能指数，分别为湖羊性能指数（HSI，基础版）、湖羊性能指数（HSI+，升级版）及湖羊基因组选择性能指数（GHSI）。

4.4 第二个万羊基因组计划（混合品种）

2023年底，完成收集约2000只国内外绵羊品种（84个）基因组数据。已完成1969只，84个品种。数据来源包括团队自测54个中国地方品种，13个引进品种及NCBI公共数据库，测序深度约10X，已得到的基因组数据量为49.5T。

2028年底，完成引进品种5000只、小尾寒羊1500只、滩羊1500只、毛用羊2000只的基因组数据。已完成杜泊羊83只、滩羊113只，羊群来源于2个国家核心育种场。测定性状包括生长性状（109个指标）、机体组成（72个指标）、胴体性状（10个指标）、肌肉品质（18个指标）、公羊繁殖性状（20个指标），总计229个指标。已获得4.49万条表型数据，2.94T基因组数据。

基于以上国内外品种基因数据设计出湖羊DNA条形码。

国内外绵羊品种遗传结构分析发现：

1）野羊与家绵羊明显分离，野羊、中国地方绵羊品种、非洲地方绵羊品种、引进品种分别各聚一支。

2）与野羊相比，基因组受选择强度依次为引进品种、中国地方品种、非洲地方品种。

3）野羊与家绵羊存在明显的基因交流。

4）中国地方绵羊品种明显分为蒙古系、藏系和哈系。

5）家绵羊在驯化过程中，免疫和神经视觉能力相关基因受到了强烈选择。

6）引进品种在培育过程中，控制毛色、毛产量和肌肉发育相关基因受到了强烈选择。

5、下一步工作计划

1）深度挖掘湖羊万羊基因组计划数据，鉴定出具有育种价值的优异基因。

2）优化基因分型技术与芯片位点分布，降低基因组选择成本。

3）突破绵羊表型组高通量精准测定技术，加快混合品种万羊基因组计划进程。