猪整合组学基因挖掘技术体系建立及其育种应用
完成单位:华中农业大学

支撑项目(平台):

参与单位:华中农业大学

所属学科:畜牧学

主要贡献者:赵书红,梅书棋,李新云,朱猛进,乔木,刘小磊

成就简介:项目组通过近15年的研究,在猪多组学分析方法与工具创新、猪整合组学基因挖掘技术体系创建、分子育种标记高效开发及应用等方面取得了重要进展。

种猪质量直接影响养猪业的生产水平。种猪品质的提升依赖于经济性状的遗传改良,但猪经济性状遗传机理复杂,常规育种周期长,分子育种能加快进程。然而,猪多组学数据海量堆砌而整合挖掘技术与分析工具不足,导致基因鉴定效率低,分子育种标记数量少,制约了种猪的改良进程。该项目针对上述问题,通过近15年的研究,在猪多组学分析方法与工具创新、猪整合组学基因挖掘技术体系创建、分子育种标记高效开发及应用等方面取得了重要进展:
       1.针对支撑猪多组学整合方法与工具不足的局限,研发出涵盖基因组、转录组、基因组编辑等多组学多层次的方法和工具10个。构建了首个猪整合组学数据库,实现了融合多组学信息的基因和标记高效挖掘;创造性地开发了GWAS新算法FarmCPU,通过固定效应和随机效应模型的交替使用,解决了混合线性模型的混杂问题,实现了计算速度与统计效力的完美结合,并开发出MVP、GAPIT2等3个软件包,可高效处理TB级大数据,且统计效力为同期国际最优;主导设计了猪第一代寡核苷酸基因芯片,在4国际上率先实现猪10级高通量转录组分析;发展了猪Affymetrix表达谱芯片非特异过滤方法,将单一法优化为组合法,差异基因检出率提高5%以上;开发出基因组编辑及核苷酸探针设计等4款软件,其中,sgRNA设计与评估软件是国际上首个适用于多物种基因组编辑设计与分析的图形化界面工具。
       2.创建了猪整合组学基因挖掘技术体系,开发出114个新分子育种标记。以上述方法与工具为基础,构建了“资源群体-GWAS-转录组-整合组学-分子育种标记”的基因素材贯通挖掘技术体系:建立了5个针对产肉、抗病性状的资源群体、10个用于猪性状分子机理解析的病毒/细菌刺激与肌肉生长的细胞和活体模型;利用猪整合组学基因挖掘技术体系开发出114个显著影响猪产肉、饲料转化效率、免疫等性状的新分子育种标记,解决了单一组学基因素材挖掘效率低、准确性不高的问题。
       3.创建了同时整合多分子育种标记和传统育种值的猪育种值评估新方法,培育出1个优质猪母本新品系,创制出3个育种新材料。以该项目提出的“系统数量遗传学”理论为指导,发展了多分子育种标记与传统育种值的一步整合估计法,使育种效率、育种进展显著提高,选育种猪在“农业部种猪质量监督检验测试中心”集中测定中多次获冠亚军;制定出1套适用于优质猪母本选育的综合选择指数,培育出优质猪母本新品系,筛选出2个三元杂优配套组合,完成了“硒都黑”新品种4个世代选育,并获中试证书,恩施黑猪肉获国家地理标志保护产品证书。
       该项目推动了我国猪基因组学育种技术发展和种质创新,共获34项国家发明专利、7项软件著作权和1项国家地理标志保护产品证书,发布GWAS工具3套。研究成果被《DiseasesofSwine》等国际经典专著收录;获湖北省技术发明一等奖和科技进步一等奖各1项。新增利润超过1亿元,种猪辐射效益超过30亿元,社会经济效益显著。

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