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“华羊芯”——何以选出最好的羊?

牛羊养殖网 |2024-4-29 20:29 | 阅读: 162

国内研究团队用了9年时间,研发出了“华羊芯”育种芯片,能够在羔羊一出生就检测其是否携带特定基因,预测其未来的生长潜力,而不再需要经历漫长世代的选育。还规避了传统育种中误差较大的弊端,提升了选育的准确性。

最近,甘肃润牧生物工程有限公司湖羊养殖场里传来了好消息。这家养殖场利用绵羊基因组育种芯片“华羊芯”,开展湖羊新品系的选育,短时间内显著提升了湖羊的繁殖率和节粮能力,湖羊产羔率、饲料转化率分别提升了27.7%、8.9%,尾脂降低了6.5%。

作为国内首款基于大规模基因组选择参考群的高性能绵羊基因组育种芯片,“华羊芯”怎样实现比肩国际的重大突破?如何帮助企业选出最好的羊?如何改变我国肉羊品种生产性能落后的局面?

都是基因在“操控”

到过内蒙古和新疆牧区的人,可能会对蒙古羊的大尾巴和哈萨克羊的肥臀印象深刻。这些羊的尾巴和臀部脂肪多达十几公斤,看起来圆滚滚、沉甸甸,走动时左右摇晃、上下颠簸。事实上,善于奔跑的野绵羊的尾巴原本十分短小,人类经过很长时间才选育出这些肥尾羊,满足对油脂的需求。

而今,科学家发现羊尾的大小其实是基因在背后“操控”,例如与脂肪囤积相关的基因变异,影响了尾部肥瘦。我国已有研究者利用相关基因突变,快速选育出了短尾的细毛羊,满足当前对短尾绵羊的需求。因为长尾易引发感染性疾病,还可能会降低羊毛品质。

绵羊的所有特征差异,都能够从基因变异的角度得到解释,这让基因组选育成为可能,能够极大缩短育种时间。

传统的动物育种师要靠观察来选育品种,不仅要明察秋毫,还必须坚持不懈。而在基因组育种时代,利用基因组育种芯片就能识别携带特定基因的羊群,高效选育出绵羊良种。

基因组育种技术在国外羊育种以及国内猪、禽、牛育种中应用进展迅速,但是我国羊种业基因组选择技术研发及推广仍相对滞后。

王维民团队在持续关注着全球育种技术的发展,意识到要跟上基因组选择的技术趋势,必须尽快研发育种芯片。而研发基因组育种芯片,首先需要弄清哪些基因变异影响着羊的高矮胖瘦、生老病死等特征差异。

王维民团队在实验室测定湖羊相关性能。资料图

如果把DNA比作螺旋形的梯子,构成梯子台阶的是一种叫碱基对的物质,正是这些碱基对导致了绵羊的差异。而绵羊体内有26亿-30亿个碱基对,其中已观测到的遗传变异位点有几千万个,随着技术进步这一数值可能还会更大。更困难的是,基因与表型很少表现出一一对应的关系,要分辨出特定基因的影响非常困难。

遗传密码并不像简单的计算机程序,能在每台计算机上完美地复现。因此,要找到影响绵羊特征的基因突变,并开发出育种芯片,注定是一条复杂曲折的漫漫长路。

在羊群中寻找答案

茫茫草原上,一只羊的足迹难以寻查,但是一群羊却走出了一条清晰的牧道。基因序列的影响规律,无法通过一只羊揭示,却能够在羊群中找到。但是,建立大规模参考群体是一个无比艰辛且漫长的过程,也是基因组育种芯片开发中的最大难题。

早在2012年,兰州大学反刍动物研究所和甘肃农业大学动物科学技术学院的师生们已经在西北探索养殖湖羊。最初目的是为选育适合舍饲养殖的品种,却为育种芯片的研发打下了基础。

湖羊产于太湖地区,源于早期北方移民南下带去的蒙古羊,适应了南方气候和舍饲环境,具有繁殖率高、生长速度快的优点。兰州大学反刍动物研究所所长李发弟等人多次到江浙等地考察,将湖羊引入甘肃。

南方的“小绵羊”到北方,能适应吗?一时间质疑声四起。在实际养殖过程中,团队还是遇到了一些挑战。“最大问题就是羊羔死亡率过高。”王维民回忆,团队之前接触的绵羊品种都是单胎,羊羔出生后不用人管也能成活。而湖羊繁殖率高,一胎甚至能产四五只,一些羊羔出生后没有人照料,不久就死了。

甘肃省民勤县湖羊养殖场里,王维民团队在测定湖羊性能。资料图

研究团队不断尝试改进饲养方法,提高母羊的营养水平。还化身“奶爸”“奶妈”,加强羊羔的早期护理,很快提升了羊羔的成活率。经过两年多的驯化,研究团队掌握了湖羊的生长和繁殖规律,证明了湖羊适合在西北地区大规模舍饲,打消了各方的质疑。
九年测了万只羊

位于河西走廊东北部的甘肃省民勤县,是沙漠和绿洲的交汇处,是“蚂蚁森林”梭梭树种下的地方,也是研究团队养了万余只绵羊的地方。

“每天很充实也很规律,早上8点进羊圈采集数据,测量每只羊的体重、体尺等性状,有时还要测羊只体温,采集血样和粪便,一上午能采集30-40只羊的数据。中午12点开始做饭,蔬菜是养殖场外空地上种植的,肉蛋来自隔壁的养猪场、养鸡场,米面粮油是每个月去15公里外的民勤县城买来的。下午要去给羊添料,把饲料背到羊圈里,一袋饲料有40公斤,饲料库到羊圈有200米左右。晚上的时间用来看文献、写论文。”张煜坤描述着在养殖场的日常生活。

每年1月和8月,一年中最热和最冷的时期,是羊群出栏屠宰的时候,也是研究团队在民勤工作的“重头戏”。王维民带上兰州大学反刍动物研究所的全部学生、几位热心帮忙的老师,还有从甘肃农业大学“借”来的十几位学生,一行四五十人,到民勤与“驻守”养殖场的团队成员汇合。

王维民团队在展示养殖的湖羊。资料图

屠宰过程中要收集记录很多性状的关键数据,有一套复杂的操作流程,需要团队分工配合、通力协作。为了提高测定效率和测定通量,民勤肉羊性能测定中心不断改进测定设施设备,新建了测定舍,研发了配套的表型组智能化测定装备,大幅提升了性能测定效率,加速了更大规模参考群体的建立。
“9年时间里,我们累计投入23.5万人时,构建规模达10318只羊的基因组选择参考群,测定了饲料转化率、生长速度、尾脂重、肌内脂肪等性状的299个指标,摸清了影响这些重要经济性状的关键基因。研究过程中,累计获得了80万条表型数据和78TB的基因组数据,绘制出包含2000万个高质量遗传变异位点超高分辨率的湖羊基因组遗传变异图谱。这是目前国内性状记录最全、遗传变异最丰富的绵羊基因组选择参考群体。”王维民说。
绵羊育种有了新利器

羊羔出生后,只需要采集2毫升的血液,就能通过芯片预测这只羊未来的生长情况,王维民称这个过程为科学“算命”。

“‘华羊芯’能帮助企业选出最好的羊。”王维民在向育种企业和养殖场推广芯片时,会这样告诉他们。芯片不仅能够预测体重等外在表型,还能检测以前活体无法测量的一些性状,例如羊肉的大理石花纹情况、肋骨数目、体内脂肪重量等,这些特征代表着羊肉产量和品质状况,影响着肉羊养殖的经济效益。

然而,“华羊芯”的推广应用依然任重道远。研究团队在推广芯片的同时,还肩负着普及先进育种技术的责任。

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