“中國的黃牛育種終於有了自主、低成本的檢測芯片！”近日，在位於陜西楊凌的西北農林科技大學國家肉牛改良中心實驗室內，該中心主任昝林森高興地告訴《中國科學報》。
前不久，昝林森團隊聯合北京康普森農業科技有限公司科研人員研發的“中國黃牛1號”50k育種芯片正式對外發布。該液相芯片是團隊繼2021年1月開發國內首款中國黃牛高密度SNPs（單核苷酸多態性）固相芯片、打破肉牛育種芯片國際壟斷後，在牛分子育種技術領域取得的又一重要突破。
不再依賴國外進口
昝林森介紹，我國是全球牛種質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、適應性廣、肉質好等優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、後軀欠發達、産肉量較低等影響了其肉用開發利用。
此外，傳統育種方法依賴表型觀察和經驗判斷，效率低、周期長，難以準確捕捉基因層面的優良性狀。因此，需要加強我國地方黃牛保護選育和高效利用，培育具有特色優異性狀、自主知識産權的肉牛良種，以提升産業核心競爭力。
昝林森團隊長期致力於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術積累。圍繞肉牛遺傳改良與種質創新，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徵，發現中國黃牛具有普通牛與瘤牛多重血統，並揭示了中國黃牛兼具瘤牛廣適性和普通牛肉用潛能的獨特進化特徵；系統篩選了調控中國黃牛肉用性狀形成的關鍵功能基因及分子標記位點，並深入闡明了其作用機制等。
近5年來，昝林森團隊聚焦中國黃牛主要品種基因組學研究，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。同時，他們運用生物信息學，對分佈於我國西北、華東、華中、華南、西南、東北等6個地理區係的30多個地方黃牛品種特異性位點進行精準篩選，並整合多年來在生長、肉質、繁殖及抗病等性狀相關功能位點的研究成果，成功研發“中國黃牛1號”50k育種芯片。
此前，這類芯片主要依靠國外進口，且芯片位點來源以歐美專門化品種為主。“一方面對我國地方黃牛的遺傳多樣性覆蓋度有限，另一方面成本較高，單次檢測超千元。”團隊成員、西北農林科技大學副研究員成功介紹。
“此次芯片利用康普森自主研發的CAGTR液相探針雜交捕獲測序技術，降低國外專利壁壘風險。”成功解釋道，芯片自主化後，將實現中國黃牛快速、精準、高效選育，為地方黃牛品種保護、定向選育和高效利用提供技術支撐，也為我國肉牛種業高質量發展注入新動力。
基因點位從600k到50k
作為國內首個針對中國黃牛進行全基因組測序分析的團隊，2021年，昝林森團隊首次解析了中國黃牛的遺傳圖譜，開發出國內首款中國黃牛600k高密度SNPs固相芯片。“只有搞清楚遺傳結構，才能為進一步的育種找到突破口。”昝林森説。
在600k高密度固相芯片基礎上，團隊對基因點位進行進一步篩選和優化，保留關鍵功能位點、關聯位點的同時，整合分佈在我國6個地理區係地方黃牛特徵位點，篩選出50k的基因位點。
整合後的芯片以中國五大良種黃牛為主，涵蓋中國6個地理區係38個黃牛品種基因組重測序數據，同時包含生長、肉質、繁殖及抗病等多個關鍵性狀相關功能位點18500個。
“這50k不僅能夠滿足企業肉牛育種需求，也將大幅降低企業的檢測成本，單次檢測降至300元以內。”成功告訴《中國科學報》，隨着進一步優化，這一成本將持續降低。
成功舉例説，養殖企業如果使用這款芯片，能夠解決傳統的品種鑒定中係譜記錄、微衛星標記等易出錯、分辨率低、通量低等問題，能準確獲悉牛的血統比例，實現快速、精準育種。
“選種時間將由原來的3~5年縮短到小牛出生3個月，甚至剛出生便可進行選種。”昝林森補充道。
打破學科壁壘
團隊成員、西北農林科技大學副研究員梅楚剛從研究生開始就跟隨導師昝林森做中國黃牛全基因組遺傳信息解析工作，參與了艱辛的採樣工作。“中國黃牛地方品種多，分佈在全國各地。我們的採樣工作從2012年開始，有時候為了尋求血統純種的品種，需要去邊遠山區，費盡功夫才能採回理想樣品。”梅楚剛回憶道，他們在整合全國30多個地區的黃牛品種數據時，也耗費了大量時間，整個樣品的數據大概有二三十個T。
讓團隊成員沒有想到的是，在芯片研發初期，以遺傳育種學為基礎的學校科研團隊與以生物信息科學為主的科技公司團隊間存在學科壁壘，在溝通中遇到了極大障礙。“我們學科基礎不一樣，剛開始都不能很好地理解對方意圖。”在長時間的磨合下，才最終有了兩代芯片的誕生。
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4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，結果表明“中國黃牛1號”50k育種芯片位點選擇合適、芯片設計合理，分型結果表現優異，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，進一步降低芯片的密度，進而降低成本。“根據用戶需求，我們還將針對性地進行定制化研發。同時對芯片的各項功能進行優化和提升，推動中國黃牛2號、3號等系列芯片研發。”昝林森説。（李媛）
