蔡更元:建立全基因组选择技术,打破国外猪芯片垄断

种猪选育,技术先行。我国的种猪选育技术经历了三个阶段,目前仍在探索。华南农业大学教授、广东省养猪行业协会秘书长、广东温氏种猪科技有限公司副总畜牧师蔡更元在第二届中国匠心种猪高峰论坛上,分享了《种猪全基因组选择技术及其育种实践》,主要介绍了全基因组选择技术,三代基因分型技术以及温氏应用效果。

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 华南农业大学教授、广东省养猪行业协会秘书长、广东温氏种猪科技有限公司副总畜牧师蔡更元

我国选育技术历经三个阶段才实现全基因组选择技术

蔡更元介绍,选育技术经过了四个阶段:第一个阶段是表型+系谱选择;第二个阶段是BLUP选择;第三阶段是分子标记辅助选择+BLUP;第四个阶段是全基因组选择。

过去只能通过表型来估计育种值进行选种,但常规表型选择不能实现早期选种,无法对肉质、繁殖力等难以度量和低遗传力性状进行有效改良。而全基因组选择给生猪育种带来全新革命。全基因组选择技术是新一代分子育种技术,可实现种猪早期选种,准确性更高,对产仔数等性状选择效果好。科技部将该技术列为中国“十四五”核心关键技术 。

那全基因组选择技术到底是什么?蔡更元介绍,全基因组选择技术是通过分析参考群体全基因组SNP基因型信息与性状表型值的相关性,在候选种群中依据基因组信息而不是表型值进行个体选择。

全基因组选择技术流程如下:

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蔡更元表示,全基因组选择技术具有以下优势:
1、提高种猪选择准确性,特别是对遗传力低性状更明显;
2、在仔猪断奶前即可获得其基因组育种值,实现早期选择;
3、对测定成本高或生命末期才可度量的性状具有优势,如饲料转化率、屠体性状、肉质性状等;
4、不依赖系谱记录,避免了由于系谱记录错误或丢失带来的问题;
5、全基因组选择可与体细胞克隆技术相结合,在早期采集耳组织建立克隆细胞系,提高特级种猪的克隆效率;
6、全基因组选择技术可与人工授精技术相结合,在早期选择优秀公猪进入公猪站,提高优秀种公猪的使用效率。
 
突破核心技术,打破国外芯片技术垄断

“自1998年以来,温氏种猪育种团队在分子育种技术方面经历了单标记应用、多标记聚合应用、全基因组选择三个发展阶段。”蔡更元介绍,温氏在2013年就有了第一例全基因组选择的种猪,实现了断奶时早期选择。

自2010年以来,温氏先后建立了基于基因芯片、简化基因组测序、低深度全基因组测序的种猪全基因组选择技术,打破国外芯片技术的垄断。具体如下:

2010-2013年:验证国外基因芯片并应用于杜洛克猪选育
2013-2015年:建立基于简化基因组测序的全基因组选择技术并推广应用
2015-2018年:自主创制针对育种群体专门设计的专用型基因芯片并推广应用。
2018-2021年:建立基于低深度全基因组测序的全基因组选择技术并创制一体机。

蔡更元详细介绍了三代基因组分型技术:

第一代:自主创制专用SNP芯片( PorcineWENS55K )。该芯片是针对温氏所有瘦肉型品系种猪设计;SNP分布均匀,在温氏所有品系中多态性较好;重要候选基因和重组热点区域标记密度增加;多组探针确保文献报道的单基因遗传疾病致因突变SNP能够被检出。筛选在温氏所有瘦肉型猪品系中呈高多态性的SNP位点(从23,741,304 SNPs 筛选了56,380 SNPs)。

第二代:简化基因组测序技术( GBS )。该技术有五个步骤:酶切,纯化,扩增,测序和分型分析。温氏曾采用GBS技术对>10000头杜洛克种公猪进行测序,平均测序乘数为10×,测序数据均一性好、结果稳定,个体基因型缺失率控制在20%以内。此外,基因型填充后GBS SNP准确性达95%;采用GBS SNPs验证个体之间遗传相关,结果是基因组遗传相关系数与系谱记录吻合。

第三代:基于全基因组测序的基因组选择技术研究。这是基于国产测序仪设备开发育种专用测序分析一体机系统;采用靶向测序技术实现芯片位点的测序检测;不同高通量分型方法对基因组选择准确性影响,利用WGS标记显著提高40%-65%。该技术已经打通了从样本采集到现场选种选配的全流程各个环节,待进一步开发落地。
 
全基因组技术,温氏应用效果显著

蔡更元介绍,全基因组技术在温氏的应用效果:
1、提高选择准确性。生长速度、背膘厚等常规育种性状,提高6%-15%;饲料转化效率相关性状,提高4%-12%;提高繁殖性状选择准确性15.79%-40.00%;遗传进展加快。
2、实现种猪早期选择。断奶前,预淘汰排名后40%个体。
3、帮助核心群组建和群体划分。应用效果表明,采用全基因组选择组建的核心群繁殖指数、总仔数、健仔数均明显提高。
4、实现亲缘关系及血统成分鉴定。在构建全基因组选择“表型-基因型”数据库的基础上,挖掘不同品种和品系的特征DNA位点,可应用于同一品种不同品系之间的亲缘关系分析和种猪血统成分鉴定。

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劲豹雄猪特约“2021第二届中国匠心种猪高峰论坛”由南方报业传媒集团、南方农村报社主办,《农财宝典》新牧网承办,指导单位中国兽药协会,联合承办单位河南省养猪行业协会,支持单位包括广东省养猪行业协会、山东省畜牧协会猪业分会、福建省畜牧业协会。

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