2024年01月19日

历时十余年 完成湖羊从南方引入北方乃至全国风土驯化

王维民团队和湖羊种业的“中国芯”

团队在进行基因检测工作

湖羊45K液相芯片

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刚刚过去的2023年,兰州大学王维民教授团队研发的湖羊高性能基因组育种芯片——“华羊芯”完成全面测试并开始量产。日前,这一喜讯向社会公布。项目组历时十余年,完成了湖羊的风土驯化和品种育种工作。

“华羊芯”建立了适于我国绵羊育种的、具有完全自主知识产权的基因组育种技术体系,研制出适用于本土湖羊基因测定的具有完全自主知识产权的液相芯片,实现了我国在绵羊基因组育种领域比肩国际同行的重大突破。

1 “湖羊北养”是一场接力跑

近些年来,随着国家草原生态保护力度的加大,放牧养羊的空间不断被压缩,舍饲养羊的比重日益增大。但西北绵羊普遍繁殖力相对低,很难满足规模化饲养的需求。

为了找到更加适合西北地区舍饲的绵羊品种,兰州大学王维民教授团队于2012年开始了对舍饲羊品种的筛选。经过对不同绵羊品种开展长期多维度的适应性观察,团队最终将目标对准了太湖流域一带的高繁殖力品种——湖羊,并联合甘肃农业大学、武威市畜牧兽医科学研究院、民勤县畜牧兽医工作站等相关技术力量组建了湖羊选育扩繁和高效利用关键技术项目组。

“湖羊不仅繁殖力高,且生存适应性强,非常适合大规模舍饲。”团队负责人王维民教授介绍,湖羊一般两年可生3胎,每胎约2至3只,最多可达6只,是当前我国舍饲养羊的首选品种,也是目前市场占有率最高的绵羊品种。

然而,将长期舍饲于南方的湖羊成功引种至气候差异较大的甘肃,还需要实践和证明。

2012年,项目组在质疑声中从积累原始数据入手,经过两年适应性观察,项目组发现,湖羊的生长速度、繁殖率、生理生化等各项指标都证明其适合在西北地区大规模舍饲。

2014年,项目组育种研究步入正轨。

科学选育要有准确的测定数据作支撑。在开展性能测定、遗传评估的基础上才能选种、选配。选育之后还要有配套的繁殖调控技术、疫病防控技术、饲养管理技术来作保障。而羊只性能测定是整个育种工作最关键也是最困难的环节,没有性能测定就难以准确地选出好种。“育种就是通过选优去劣选出好种羊,再给它找个好‘对象’,然后产出更好的羊羔。”王维民说。

当前,我国绵羊的基因组选择技术的研发和应用明显不足,严重制约了我国羊种业以及产业的高质量发展。突破绵羊基因组选择技术和高通量智能化性能测定技术,将显著提升我国绵羊核心种源自主育种效率,加速群体遗传改良进程。

“性能测定是测定待选羊只具有重要经济价值的性状数值,这是一切育种工作的基础。”王维民说,这项工作不仅投资大、周期长,还很枯燥,称重、屠宰、数据记录,循环往复。由于性能测定站集中测定周期为100天左右,所以使得这项工作恰好撞上了“酷暑与严寒”,即春季选羊、酷暑屠宰测定;秋季选羊,寒冬进行测定。而这项工作王维民他们一干就是9年,累计投入23.5万人时。

2 打造肉羊种业的“中国芯”

在长期的跟踪观察中,团队积累了大量关于湖羊表型特征和基因测序的相关数据,并研发出图像识别技术。这些技术不仅降低了羊只性能测定工作难度,也大大提升了测量准确性。

“一开始我们没有自己的性能测试站,一年只能测200只;后来在民勤有了自己的性能测定站,从2022年最初的652只,到2023年的近千只。”在下一批接近2000只的任务完成后,他们离五年内实现两万只的目标又近了一步。目前,团队已建立起万级规模的、具有精准表型记录和基因组遗传变异信息的基因组选择参考群,羊群来自全国8家国家湖羊核心育种场和4家规模化湖羊场。“全球羊基因组选择参考群达到万级规模的国家只有三个,新西兰、澳大利亚和我们。”王维民自豪地说。

要提升湖羊育种的准确性和效率,必须在技术层面实现突破。目前,国际上基因芯片有固相芯片和液相芯片两种。固相芯片生产制造技术一直被国外垄断,且价格高昂。“我们有了庞大的数据库,为什么不能制造中国人自己的育种芯片?”于是团队转换思路,开始设计液相芯片。

根据上万只湖羊的基因组数据系统分析,团队逐步破译了湖羊的基因组遗传密码,解析出优质基因与特定性状的调控关系及其遗传规律,最终研发出国内首款基于大规模参考群、具有完全自主知识产权的适于我国绵羊育种的高性能基因组育种系列芯片——“华羊芯”。与手机芯片不同,育种芯片其实是一种检测工具,其背后的技术逻辑是通过探针检测目标基因,“就像雷达一样,把检测物体放进去,它就能自动找出基因。”王维民说。

目前,国外进口的固相芯片市场价格在300元左右,而该项目团队研发的液相芯片价格仅为进口固相芯片1/2左右。这款育种芯片不仅价格“亲民”,而且在进入市场前的测验中,准确性也非常喜人。在盲测阶段,团队收集了验证羊只的血液,并通过该育种芯片进行了测定及遗传评估,最终选出最好的种羊进行“排队”,测定结果与羊场实际育种表现最好的羊是一致的。王维民还透露,目前“华羊芯”育种芯片的市场订单已达69000张。

3 让中国盘装更多中国肉

种业是国家的基础性产业。育种技术,是影响育种效率的最关键的因素之一。育种技术有了着落,但推广又成了一个新问题。为此,兰州大学和甘肃农业大学发起全国湖羊联合育种组,开国内肉羊联合育种之先河。通过种羊的跨场、跨地区乃至全国性的联合遗传评估,从而促成种羊的跨场选择使用,实现优秀遗传资源共享。

同时,为了推动联合育种,将科技成果转化为经济效益,项目组联合了数10家科研单位和50家余家种业企业,形成了产学研用紧密结合的选育扩繁利用体系。迄今,累计推广湖羊种羊65万只,扩繁湖羊180万只。已将湖羊推广到甘肃、新疆等8省区的500余家企业和合作社。育种和产业的有效衔接,不仅让湖羊成为了脱贫攻坚、乡村振兴进程中致富增收的“羊引擎”,也使得百万农户受益。

与此同时,团队与合作单位还培育出“天华肉羊”新品种,选育了4个湖羊新品系,正在培育的新品种有“奥白肉羊”“金武肉羊”等,努力为种业振兴贡献更多力量。

为了不断提高“华羊芯”的性能和市场认可度,团队计划将其每年更新一版。“我们的下一个目标是实现湖羊基因组选择参考群5年内突破10万只。并希望尽可能地为我国绵羊种业科技自立自强赋能,让中国盘装更多中国肉。”王维民说。

通讯员 孔子俊 兰州日报社全媒体记者 马文艳 (项目组供图)