近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)科動(dòng)醫(yī)學(xué)院趙書紅教授團(tuán)隊(duì)在Briefings in Bioinformatics期刊在線發(fā)表了題為“Development and application of an efficient genomic mating method to maximize the production performances of three-way crossbred pigs”的研究成果。該研究創(chuàng)建了完整的三元商品豬基因組精準(zhǔn)選配技術(shù)體系，包括性狀測(cè)定、基因組精準(zhǔn)選配新算法、新軟件和操作流程。研究首次利用基因組精準(zhǔn)選配技術(shù)開(kāi)展杜長(zhǎng)大三元商品豬生產(chǎn)，并且提出了一種快速估計(jì)標(biāo)記效應(yīng)值的新方法，能夠在不損失計(jì)算精度的條件下大幅降低計(jì)算復(fù)雜度，其計(jì)算過(guò)程不涉及任何大矩陣的直接求逆，尤其適用于囊括加性、顯性等多類遺傳效應(yīng)的多隨機(jī)效應(yīng)模型計(jì)算。研究結(jié)果顯示，通過(guò)應(yīng)用基因組精準(zhǔn)選配技術(shù)，三元豬飼料轉(zhuǎn)化效率、平均日增重等6個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀表型均值顯著優(yōu)于隨機(jī)交配組合。該研究為優(yōu)良基因的高效利用提供了新的技術(shù)體系。
當(dāng)前，杜洛克、長(zhǎng)白、大白三系配套雜交是商品豬生產(chǎn)的主流模式，滿足了我國(guó)90%的豬肉供應(yīng)，主要是通過(guò)品種間配合力測(cè)定來(lái)確定最佳品種組合，從而達(dá)到提高三元商品豬生產(chǎn)性能的目的。然而，配套系培育也有其不足，整個(gè)過(guò)程復(fù)雜，周期長(zhǎng)、成本高，且無(wú)法保證每個(gè)公母豬配對(duì)的雜種優(yōu)勢(shì)最大化。隨著高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)展，基因組信息開(kāi)始用于選配，能夠?qū)鹘y(tǒng)配套系的“品種水平”群體選配升級(jí)為“個(gè)體水平”精準(zhǔn)選配。基因組精準(zhǔn)選配流程包括：首先，利用三元商品豬參考群體估計(jì)標(biāo)記效應(yīng)值；然后，根據(jù)待配公母豬的基因組信息計(jì)算所有交配組合后代的基因型概率；最后，整合標(biāo)記效應(yīng)和基因型信息計(jì)算三元商品豬后代的期望遺傳值，根據(jù)后代期望遺傳值最大化原則推薦杜洛克公豬和長(zhǎng)大二元母豬最佳配對(duì)組合。
基因組精準(zhǔn)選配流程圖。三元商品豬參考群體的基因型數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)用于計(jì)算標(biāo)記效應(yīng)值，杜洛克公豬和長(zhǎng)大二元母豬的基因型數(shù)據(jù)用來(lái)計(jì)算所有交配組合后代的基因型概率，根據(jù)標(biāo)記效應(yīng)值與基因型信息計(jì)算交配組合后代的期望遺傳值，根據(jù)期望遺傳值最大化原則推薦杜洛克公豬和長(zhǎng)大二元母豬最佳配對(duì)組合。
基因組精準(zhǔn)選配流程圖。三元商品豬參考群體的基因型數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)用于計(jì)算標(biāo)記效應(yīng)值，杜洛克公豬和長(zhǎng)大二元母豬的基因型數(shù)據(jù)用來(lái)計(jì)算所有交配組合后代的基因型概率，根據(jù)標(biāo)記效應(yīng)值與基因型信息計(jì)算交配組合后代的期望遺傳值，根據(jù)期望遺傳值最大化原則推薦杜洛克公豬和長(zhǎng)大二元母豬最佳配對(duì)組合。
為測(cè)試基因組精準(zhǔn)選配應(yīng)用效果，該研究使用875頭純種杜洛克公豬、350頭長(zhǎng)大二元母豬和3573頭杜長(zhǎng)大三元商品豬的基因型和表型數(shù)據(jù)進(jìn)行基因組選配分析，系統(tǒng)評(píng)估了基因組精準(zhǔn)選配所能帶來(lái)的效益；與隨機(jī)交配相比，基因組精準(zhǔn)選配后代料重比下降0.12；30kg~120kg測(cè)定日齡縮短4.64天；眼肌面積增加2.65cm2；同時(shí)，研究還顯示可用的杜洛克公豬越多，基因組精準(zhǔn)選配三元后代生產(chǎn)性能提升效果越明顯。當(dāng)前，聯(lián)合應(yīng)用基因組選擇和基因組精準(zhǔn)選配技術(shù)，能夠最大限度利用優(yōu)良基因效應(yīng)來(lái)提升養(yǎng)殖效益，該模式尤其適用于具有高端核心群和大規(guī)模公豬站的龍頭企業(yè)。
未來(lái)，隨著多組學(xué)技術(shù)、智能表型組技術(shù)的發(fā)展，基因組精準(zhǔn)選配效果仍有較大提升空間；例如，基于多組學(xué)整合分析設(shè)計(jì)的功能位點(diǎn)基因芯片，能夠打破傳統(tǒng)標(biāo)記位點(diǎn)基因芯片的連鎖不平衡，提升芯片位點(diǎn)信息含量和位點(diǎn)效應(yīng)在不同群體中的通用性；團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的整合組學(xué)知識(shí)庫(kù)IAnimal將為功能位點(diǎn)基因芯片設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要支撐；同時(shí)，智能表型組技術(shù)能夠拓寬表型測(cè)定的維度和準(zhǔn)確性，兩項(xiàng)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用將進(jìn)一步提高基因組精準(zhǔn)選配效果。另外，基因組精準(zhǔn)選配算法具有通用性，不僅可以用于豬，也可以用于牛、羊、禽等物種的精準(zhǔn)選配分析。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)科動(dòng)醫(yī)學(xué)院博士生唐振雙和博士后尹立林為論文共同第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)趙書紅教授、李新云教授和劉小磊教授為論文共同通訊作者。該研究工作得到廣西揚(yáng)翔、武漢影子基因等公司的支持，研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、國(guó)家生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項(xiàng)目的資助。
HiBLUP基因組精準(zhǔn)選配模塊：https://www.hiblup.com/tutorials#genomic-mating
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/bib/bbac587
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