不再依赖进口！中国黄牛育种有了“中国芯”

“中国的黄牛育种终于有了自主、低成本的检测芯片！”近日，在位于陕西杨凌的西北农林科技大学国家肉牛改良中心实验室内，该中心主任昝林森高兴地告诉《中国科学报》。

前不久，昝林森团队联合北京康普森农业科技有限公司科研人员研发的“中国黄牛1号”50k育种芯片正式对外发布。该液相芯片是团队继2021年1月开发国内首款中国黄牛高密度SNPs（单核苷酸多态性）固相芯片、打破肉牛育种芯片国际垄断后，在牛分子育种技术领域取得的又一重要突破。

团队在采样。受访者供图

不再依赖国外进口

昝林森介绍，我国是全球牛种质资源最丰富的国家之一，拥有58个地方黄牛品种，形成耐粗饲、抗逆性强、适应性广、肉质好等优点突出的遗传多样性。但与国外专门化肉牛品种相比，中国黄牛生长速度较慢、后躯欠发达、产肉量较低等影响了其肉用开发利用。

此外，传统育种方法依赖表型观察和经验判断，效率低、周期长，难以准确捕捉基因层面的优良性状。因此，需要加强我国地方黄牛保护选育和高效利用，培育具有特色优异性状、自主知识产权的肉牛良种，以提升产业核心竞争力。

昝林森团队长期致力于中国黄牛肉用选育改良及遗传多样性研究，有丰硕的科研成果和学术积累。围绕肉牛遗传改良与种质创新，团队率先从全基因组水平解析了中国黄牛遗传多样性和起源进化特征，发现中国黄牛具有普通牛与瘤牛多重血统，并揭示了中国黄牛兼具瘤牛广适性和普通牛肉用潜能的独特进化特征；系统筛选了调控中国黄牛肉用性状形成的关键功能基因及分子标记位点，并深入阐明了其作用机制等。

近5年来，昝林森团队聚焦中国黄牛主要品种基因组学研究，解析遗传背景、进化及多样性，为肉牛定向高效育种提供理论依据。同时，他们运用生物信息学，对分布于我国西北、华东、华中、华南、西南、东北等6个地理区系的30多个地方黄牛品种特异性位点进行精准筛选，并整合多年来在生长、肉质、繁殖及抗病等性状相关功能位点的研究成果，成功研发“中国黄牛1号”50k育种芯片。

此前，这类芯片主要依靠国外进口，且芯片位点来源以欧美专门化品种为主。“一方面对我国地方黄牛的遗传多样性覆盖度有限，另一方面成本较高，单次检测超千元。”团队成员、西北农林科技大学副研究员成功介绍。

“此次芯片利用康普森自主研发的CAGTR液相探针杂交捕获测序技术，降低国外专利壁垒风险。”成功解释道，芯片自主化后，将实现中国黄牛快速、精准、高效选育，为地方黄牛品种保护、定向选育和高效利用提供技术支撑，也为我国肉牛种业高质量发展注入新动力。

基因点位从600k到50k

作为国内首个针对中国黄牛进行全基因组测序分析的团队，2021年，昝林森团队首次解析了中国黄牛的遗传图谱，开发出国内首款中国黄牛600k高密度SNPs固相芯片。“只有搞清楚遗传结构，才能为进一步的育种找到突破口。”昝林森说。

在600k高密度固相芯片基础上，团队对基因点位进行进一步筛选和优化，保留关键功能位点、关联位点的同时，整合分布在我国6个地理区系地方黄牛特征位点，筛选出50k的基因位点。

整合后的芯片以中国五大良种黄牛为主，涵盖中国6个地理区系38个黄牛品种基因组重测序数据，同时包含生长、肉质、繁殖及抗病等多个关键性状相关功能位点18500个。

“这50k不仅能够满足企业肉牛育种需求，也将大幅降低企业的检测成本，单次检测降至300元以内。”成功告诉《中国科学报》，随着进一步优化，这一成本将持续降低。

成功举例说，养殖企业如果使用这款芯片，能够解决传统的品种鉴定中系谱记录、微卫星标记等易出错、分辨率低、通量低等问题，能准确获悉牛的血统比例，实现快速、精准育种。

“选种时间将由原来的3~5年缩短到小牛出生3个月，甚至刚出生便可进行选种。”昝林森补充道。

打破学科壁垒

团队成员、西北农林科技大学副研究员梅楚刚从研究生开始就跟随导师昝林森做中国黄牛全基因组遗传信息解析工作，参与了艰辛的采样工作。“中国黄牛地方品种多，分布在全国各地。我们的采样工作从2012年开始，有时候为了寻求血统纯种的品种，需要去边远山区，费尽功夫才能采回理想样品。”梅楚刚回忆道，他们在整合全国30多个地区的黄牛品种数据时，也耗费了大量时间，整个样品的数据大概有二三十个T。

让团队成员没有想到的是，在芯片研发初期，以遗传育种学为基础的学校科研团队与以生物信息科学为主的科技公司团队间存在学科壁垒，在沟通中遇到了极大障碍。“我们学科基础不一样，刚开始都不能很好地理解对方意图。”在长时间的磨合下，才最终有了两代芯片的诞生。

目前，团队利用该芯片分别对秦川牛、南阳牛、鲁西牛和延边牛4个品种共计28个个体进行了SNP位点检测，对存在地理差异的10个品种共47个个体进行检测，结果表明“中国黄牛1号”50k育种芯片位点选择合适、芯片设计合理，分型结果表现优异，能够满足大量样本的检测需求。

未来，团队计划针对单一品种或者抗逆性等特定性状进行专用芯片的开发，进一步降低芯片的密度，进而降低成本。“根据用户需求，我们还将针对性地进行定制化研发。同时对芯片的各项功能进行优化和提升，推动中国黄牛2号、3号等系列芯片研发。”昝林森说。

（见习记者 李媛）