模式动物大设施遗传平台产出成果，支持农业动物新一代精准育种研究

2022年除夕夜，家家户户都在张灯结彩喜迎新春，模式动物大设施遗传系统胡晓湘教授团队正在召开紧急会议。“胡老师，我们现在手里有两万个样本要在大年初八拿到育种值结果，还有三万个样本要在两周内完成测序，时间可能来不及了”。“建库流程优化的怎么样了？分析加速软件算法调好了吗？另外设备通量不解决，后续十几万个样本根本来不及做！” 项目进度对接会，是大设施遗传团队这两年的家常便饭。

早在2021年，胡晓湘教授团队研发了低深度重测序基因分型技术，这是继简化测序、固液相芯片之后的全新一代育种技术，多位领域内专家都认为这将是未来主流的基因分型方法，该技术也吸引了国内外相关科研机构和育种企业的关注。然而，先进技术走向落地应用，还有很长的路要走。

育种工作的时效性要求高，为了解决高通量工程化的问题，近两年来，胡晓湘教授技术团队和模式动物大设施其他建设团队一起统筹遗传测定、遗传分析、超算中心等平台的建设。先后引进了华大智造、瀚辰光翼、人和未来、毅硕科技、赛乐基因等国产软硬件设备和算法，目前已经建成了“伯乐育种平台”和“羲和超算平台”两个支撑系统，据大设施基因组平台负责人王宇哲博士介绍，大设施的遗传测定、计算资源都是按照每年200万个样本的规模设计建设的，有了伯乐和羲和系统，就彻底解决了通量问题。除此之外，伯乐平台也已建设完成基于多维组学的遗传分析系统，可在短时间内完成大规模的DNA/RNA/单细胞转录组测序及molQTL图谱构建、整合组学共定位分析等工作。

多年的努力换来显著成效。4月8日，中国农业大学与丹麦奥胡斯大学，美国加州大学戴维斯分校以及中国农业科学院等多家研究单位合作的ChickenGTEx项目在国际著名期刊Nature Genetics上在线发表题为Genetic regulation of gene expression across multiple tissues in chickens的论文。该研究基于来自28个组织的大规模转录组数据，构建了鸡多组织遗传调控图谱，识别了数百万个影响转录和转录后过程的调控变异，强调了这些调控变异独特的分子机制以及对于复杂性状解析的重要作用，为鸡以及鸟类的基因功能和复杂性状的解析提供了非常宝贵的数据资源。大设施的“伯乐”平台提供了完备的加速分析流程，“羲和”高性能计算平台提供了运算支持。模式动物大设施遗传系统负责人胡晓湘教授是本研究共同通讯作者，王宇哲博士参与了本研究。

4月15日，Genomics, Proteomics & Bioinformatics杂志在线发表了中国农业大学模式动物大设施团队牵头，联合国内外多个单位合作完成的题为“GCRP: Integrated Global Chicken Reference Panel from 11,951 Chicken Genomes”的研究论文。研究团队发起并构建了全球首个10万规模鸡参考面板项目——100K GCRP（Global Chicken Reference Panel）的第一阶段成果，采用低深度测序获得了10104份商品鸡样本，此外搜集了1847个高深度测序样本，构建了两个高质量子面板（CBP与CMP）。通过系统评估，GCRP在8种典型场景下均表现出优越的基因型填充性能，在模拟和真实性状的GWAS分析中有效提升了统计效能，研究构建并上线了开放共享的GCRP数据平台，支持全球研究者开展多样化的基因组分析任务，并为后续多组学整合分析的基因组面板奠定了基础。模式动物大设施王宇哲博士为本文的通讯作者，胡晓湘教授为本文最后作者，博士生朱迪以及博士后王宇占为本文的共同第一作者。

种源安全关系到国家安全，随着国际局势的不断变化，实现种业科技自立自强、种源自主可控是当前工作的首要任务。“十四五”以来，科学规划、系统推进我国种业经济发展，是顺应全球动物生物技术加速演进趋势、实现高水平科技自立自强的重要方向。在此背景下，中国农业大学动物育种研究团队历经十余年、三次技术迭代，形成了全套自主知识产权的精准畜禽育种技术方案，在2019年获得了国家科学技术进步二等奖。

近三年，大设施狠抓现代种业提升工程，将上述农大方案在河北涿州快速落地。目前已建成由多组学测定系统、动物模型编辑系统、超算分析系统等组成的系统化精准育种产学研体系。整合了基因组选择、基因编辑、多模态人工智能等最先进的育种手段，根据性状遗传结构的差异实施个性化育种。目前每年为国内外科研院所和育种企业规划育种方案超过20万例，不仅覆盖了猪、鸡等主要畜禽物种，还拓展至对虾、鲍鱼等水产物种。通过育种组合拳对主要畜禽物种实施“优生优育”，真正做到了顶天立地：已主持或支撑国家重点研发项目近十项，发表高水平研究论文数十篇，在广东温氏食品有限公司、福建圣农食品有限公司等我国头部育种企业中合作，得到了充分认可和支持，样本测定规模在逐年增加。随着进一步开放运行，大设施将持续围绕动物种业开展遗传研究，对保障人类健康和肉类食品供给以及我国种业安全意义重大，也必将加快推进我国农业育种产业高速、高质量发展。