《猪整合组学基因挖掘技术体系建立及其育种应用》

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我国是第一养猪大国,生猪年出栏达7亿头,产值超过1万亿元,生猪业是我国农业的支柱产业。位于“金字塔”繁育体系顶端的种猪质量是决定生猪产业效益的关键。育种是提升种猪质量的根本手段,分子育种较常规育种更高效,能加快种猪改良进程。分子标记是分子育种的基础,然而,猪多组学数据分析工具与整合挖掘技术不足,导致基因挖掘效率低、分子育种标记少,限制了猪分子育种的应用。针对上述问题,该项目团队通过14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.研发出涵盖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,涵盖基因组、转录组、表观组、表型组等多组学信息;开发了GWAS新箅法FarmCPU,解决了混合模型的混杂问题,基因检出效率提升10%-20%,为同期国际最优;开发出MVP、GAPIT2两个软件包,实现了TB级大数据的高效处理,速度提升101-2倍以上;设计了猪基因表达谱芯片,首先实现了猪104级高通量转录组分析;发展了猪表达谱芯片非特异过滤方法,将差异基因检出率提高5%以上;开发出4款功能基因组学研究软件,其中,sgRNAcas9是国际上首个适用于多物种基因组编辑设计的图形化界面工具。

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。利用文本挖掘技术提取生物学规则,联合多重组学信息构建智能化评分系统,开发出基于“多组学联动评分”的整合组学基因挖掘技术体系,实现了目标性状基因的精准筛选,解决了单一组学基因挖掘效率低、准确性不高的问题。针对产肉、饲料转化效率、免疫等性状,组建了5个猪资源群体,开发出114个新分子育种标记。

3.培育出1个优质猪母本新品系,创制出3个育种新材料。以项目提出的“系统数量遗传学”为指导,创建了多分子育种标记效应与传统估计育种值的一步整合评估法,提高了猪遗传评定的准确性。应用项目技术选育的种猪在农业部种猪质量监督检验测试中心(武汉)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1个优质猪母本新品系,筛选出2个三元杂优配套组合;对“硒都黑”猪进行了5个世代选育,新品种遗传性能基本稳定,获批开展中间试验;恩施黑猪肉获国家地理标志保护产品证书。

该项目有力地推动了我国猪分子育种技术的发展,丰富了种质创新方法,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。在PLoS Genet.等刊物发表论文86篇(SCI论文67篇),他引1227次:研究成果被国际经典专著收录;获湖北省技术发明一等奖和科技进步一等奖各1项;培养出国家万人计划科技创新领军人才、国家杰青等人才。项目成果应用于种猪企业累计新增销售额达15亿元,新增利润超过1.8亿元,种猪辐射效益超过200亿元,社会经济效益显著。

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