猪整合组学基因挖掘技术体系建立及其育种应用

主要完成人：

赵书红（华中农业大学），

梅书棋（湖北省农业科学院畜牧兽医研究所），

李新云（华中农业大学），

朱猛进（华中农业大学），

乔 木（湖北省农业科学院畜牧兽医研究所），

刘小磊（华中农业大学）

提名单位：教育部

种猪质量直接影响养猪业的生产水平。种猪品质的提升则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，分子育种则能加快进程。然而，猪基因组学研究方法和工具不足，整合组学基因素材挖掘技术体系不健全，基因及分子育种标记鉴定效率低下，制约了种猪的遗传改良进程。针对上述问题，华中农业大学教授赵书红及其团队通过15年的研究，突破了猪基因组学研究方法和工具数量不足、效率不高的局限，在猪基因组学工具创新、分子育种标记开发及应用等方面取得了重要进展，丰富了猪种质创新方法，有力地推动了猪分子育种技术的发展。赵书红主持的“猪整合组学基因挖掘技术体系建立及其育种应用”项目获得2018年度国家技术发明奖二等奖。

该项目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。同时，还开发了GWAS新算法等10个猪基因组学研究的方法和工具，并结合机器学习开发出基于“多组学联动评分”的整合组学基因挖掘技术体系，发掘出39个新分子育种标记。而且，该项目还构建了基于分层混合线性模型（SMLM）的猪育种值评估模型，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；完成恩施黑猪优质猪配套系“硒都黑”的4个世代选育，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。

该项目获国家发明专利35项，软件著作权9项，发表论文86篇（SCI论文69篇），获国家地理标志保护产品证书1项。成果获湖北省技术发明一等奖和湖北省科技进步一等奖各1项。世界养猪业和猪病研究领域的经典著作Diseases of Swine最新版（第十版）在 55 章中详细介绍了该项目免疫基因组研究的成果；该项目“系统数量遗传学”的文章，被国外植物遗传育种领域优秀教材Principles of Plant Genetics and Breeding以及多部专著引用或收录。

该项目开发的软件也获得了良好评价。项目开发的sgRNA设计与评估软件自2014年开发完成后已有126名注册用户；MacPhersorn等人在Nature Biotechnology文章（2015）中肯定了sgRNA设计与评估软件的灵活性和高效性，软件被国际同行广泛应用，并被麻省理工、Kent大学等科研机构用于教学；Nat. Genet.,Nat. Plants, Genome Biol.等杂志肯定了FarmCPU算法在解决GWAS模型中混杂问题所做的贡献，显著提升了统计效力，相应算法文章在PLoS Genetics发表1年多时间内被浏览14000余次，作物学报（2016）的专题综述文章评论该算法的多标记模型策略为今后模型的重点研究方向；GWAS分析算法和相应软件被哈佛大学、康奈尔大学等数十所国内外研究机构广泛使用，目前已有近300名国内外注册用户，并被普渡大学等用于2016年秋季基因组学课程教学。

项目开发的分子标记及育种值评估模型，在包括多家国家核心育种场在内的9家种猪育种公司应用，效果显著，猪只死亡率下降3%～6%；生猪出栏时间提前3～7天，出栏成本下降20～40元；项目制定出了适用于优质母本选育的综合选择指数，培育了湖北白猪优质系、“巴大湖”和“杜大湖”配套系；完成了以恩施黑猪为基础的“硒都黑”优质猪配套系4个世代的选育，并以“科研院所+公司+品牌+畜牧技术中心（站）+合作社+农户” 优质黑猪产业化开发模式，在湖北恩施州咸丰等国家级贫困县建立了10个优质黑猪养殖合作社，256户“161”精准扶贫点，年出栏优质黑猪杂交商品猪达10万余头。近三年，项目合作公司新增利润约1亿元。技术与产品推广应用取得了显著的经济社会效益，有力促进了行业技术升级和科技进步，推动了产业发展。