豬整合組學(xué)基因挖掘技術(shù)體系建立及其育種應(yīng)用

主要完成人：

趙書紅（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)），

梅書棋（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所），

李新云（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)），

朱猛進（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)），

喬 木（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所），

劉小磊（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）

提名單位：教育部

種豬質(zhì)量直接影響?zhàn)B豬業(yè)的生產(chǎn)水平。種豬品質(zhì)的提升則依賴于經(jīng)濟性狀的遺傳改良。但豬經(jīng)濟性狀遺傳機理復(fù)雜，常規(guī)育種周期長，分子育種則能加快進程。然而，豬基因組學(xué)研究方法和工具不足，整合組學(xué)基因素材挖掘技術(shù)體系不健全，基因及分子育種標記鑒定效率低下，制約了種豬的遺傳改良進程。針對上述問題，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授趙書紅及其團隊通過15年的研究，突破了豬基因組學(xué)研究方法和工具數(shù)量不足、效率不高的局限，在豬基因組學(xué)工具創(chuàng)新、分子育種標記開發(fā)及應(yīng)用等方面取得了重要進展，豐富了豬種質(zhì)創(chuàng)新方法，有力地推動了豬分子育種技術(shù)的發(fā)展。趙書紅主持的“豬整合組學(xué)基因挖掘技術(shù)體系建立及其育種應(yīng)用”項目獲得2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

該項目構(gòu)建了首個豬整合組學(xué)數(shù)據(jù)庫，涵蓋基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀組、表型組等多組學(xué)信息。同時，還開發(fā)了GWAS新算法等10個豬基因組學(xué)研究的方法和工具，并結(jié)合機器學(xué)習(xí)開發(fā)出基于“多組學(xué)聯(lián)動評分”的整合組學(xué)基因挖掘技術(shù)體系，發(fā)掘出39個新分子育種標記。而且，該項目還構(gòu)建了基于分層混合線性模型（SMLM）的豬育種值評估模型，制定出1套適用于優(yōu)質(zhì)豬母本選育的綜合選擇指數(shù)，培育出1個優(yōu)質(zhì)豬母本新品系，篩選出2個三元雜優(yōu)配套組合；完成恩施黑豬優(yōu)質(zhì)豬配套系“硒都黑”的4個世代選育，獲批開展中間試驗，恩施黑豬肉獲國家地理標志保護產(chǎn)品證書。

該項目獲國家發(fā)明專利35項，軟件著作權(quán)9項，發(fā)表論文86篇（SCI論文69篇），獲國家地理標志保護產(chǎn)品證書1項。成果獲湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎和湖北省科技進步一等獎各1項。世界養(yǎng)豬業(yè)和豬病研究領(lǐng)域的經(jīng)典著作Diseases of Swine最新版（第十版）在 55 章中詳細介紹了該項目免疫基因組研究的成果；該項目“系統(tǒng)數(shù)量遺傳學(xué)”的文章，被國外植物遺傳育種領(lǐng)域優(yōu)秀教材Principles of Plant Genetics and Breeding以及多部專著引用或收錄。

該項目開發(fā)的軟件也獲得了良好評價。項目開發(fā)的sgRNA設(shè)計與評估軟件自2014年開發(fā)完成后已有126名注冊用戶；MacPhersorn等人在Nature Biotechnology文章（2015）中肯定了sgRNA設(shè)計與評估軟件的靈活性和高效性，軟件被國際同行廣泛應(yīng)用，并被麻省理工、Kent大學(xué)等科研機構(gòu)用于教學(xué)；Nat. Genet.,Nat. Plants, Genome Biol.等雜志肯定了FarmCPU算法在解決GWAS模型中混雜問題所做的貢獻，顯著提升了統(tǒng)計效力，相應(yīng)算法文章在PLoS Genetics發(fā)表1年多時間內(nèi)被瀏覽14000余次，作物學(xué)報（2016）的專題綜述文章評論該算法的多標記模型策略為今后模型的重點研究方向；GWAS分析算法和相應(yīng)軟件被哈佛大學(xué)、康奈爾大學(xué)等數(shù)十所國內(nèi)外研究機構(gòu)廣泛使用，目前已有近300名國內(nèi)外注冊用戶，并被普渡大學(xué)等用于2016年秋季基因組學(xué)課程教學(xué)。

項目開發(fā)的分子標記及育種值評估模型，在包括多家國家核心育種場在內(nèi)的9家種豬育種公司應(yīng)用，效果顯著，豬只死亡率下降3%～6%；生豬出欄時間提前3～7天，出欄成本下降20～40元；項目制定出了適用于優(yōu)質(zhì)母本選育的綜合選擇指數(shù)，培育了湖北白豬優(yōu)質(zhì)系、“巴大湖”和“杜大湖”配套系；完成了以恩施黑豬為基礎(chǔ)的“硒都黑”優(yōu)質(zhì)豬配套系4個世代的選育，并以“科研院所+公司+品牌+畜牧技術(shù)中心（站）+合作社+農(nóng)戶” 優(yōu)質(zhì)黑豬產(chǎn)業(yè)化開發(fā)模式，在湖北恩施州咸豐等國家級貧困縣建立了10個優(yōu)質(zhì)黑豬養(yǎng)殖合作社，256戶“161”精準扶貧點，年出欄優(yōu)質(zhì)黑豬雜交商品豬達10萬余頭。近三年，項目合作公司新增利潤約1億元。技術(shù)與產(chǎn)品推廣應(yīng)用取得了顯著的經(jīng)濟社會效益，有力促進了行業(yè)技術(shù)升級和科技進步，推動了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。