近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動科動醫(yī)學(xué)院趙書紅教授團(tuán)隊在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)開展杜長大三元商品豬生產(chǎn)，并且提出了一種快速估計標(biāo)記效應(yīng)值的新方法，能夠在不損失計算精度的條件下大幅降低計算復(fù)雜度，其計算過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)模型計算。研究結(jié)果顯示，通過應(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90%的豬肉供應(yīng)，主要是通過品種間配合力測定來確定最佳品種組合，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，整個過程復(fù)雜，周期長、成本高，且無法保證每個公母豬配對的雜種優(yōu)勢最大化。隨著高通量測序技術(shù)發(fā)展，基因組信息開始用于選配，能夠?qū)鹘y(tǒng)配套系的“品種水平”群體選配升級為“個體水平”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標(biāo)記效應(yīng)值；然后，根據(jù)待配公母豬的基因組信息計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大二元母豬最佳配對組合。
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)用于計算標(biāo)記效應(yīng)值，杜洛克公豬和長大二元母豬的基因型數(shù)據(jù)用來計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大二元母豬最佳配對組合。
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)用于計算標(biāo)記效應(yīng)值，杜洛克公豬和長大二元母豬的基因型數(shù)據(jù)用來計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大二元母豬最佳配對組合。
為測試基因組精準(zhǔn)選配應(yīng)用效果，該研究使用875頭純種杜洛克公豬、350頭長大二元母豬和3573頭杜長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)評估了基因組精準(zhǔn)選配所能帶來的效益；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測定日齡縮短4.64天；眼肌面積增加2.65cm2；同時，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，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)計的功能位點基因芯片，能夠打破傳統(tǒng)標(biāo)記位點基因芯片的連鎖不平衡，提升芯片位點信息含量和位點效應(yīng)在不同群體中的通用性；團(tuán)隊創(chuàng)建的整合組學(xué)知識庫IAnimal將為功能位點基因芯片設(shè)計和優(yōu)化提供重要支撐；同時，智能表型組技術(shù)能夠拓寬表型測定的維度和準(zhǔn)確性，兩項技術(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)動科動醫(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翔、武漢影子基因等公司的支持，研究受到國家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、國家生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項目的資助。
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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魯公網(wǎng)安備 37060202000128號
