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賦能科研丨基於華大智造DNBSEQ-T7測序平臺，中國農科院牧醫所開發肉牛110...
2024-04-22 18:18
近日，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所（以下簡稱「中國農科院牧醫所」）牛遺傳育種科技創新團隊在Animal Research and One Health期刊上發表了題為「Developinga liquid capture chip to accelerate the genetic progress of cattle」的最新研究成果，通訊作者為李俊雅研究員和陳燕副研究員，陳燕副研究員與博士生郭應威、葛菲為共同第一作者。該成果以創新團隊最新研發的肉牛液相芯片為基礎，系統全面地論證其在肉牛全基因組選擇（Genomic Selection, GS）和全基因組關聯分析(Genome-wideassociation study, GWAS)中的應用。該研究中，液相芯片捕獲片段的測序工作基於華大智造DNBSEQ-T7平臺完成。
研究背景基因組選擇（Genome Selection，GS）能夠提升動物植物的育種選擇準確性，降低育種成本，加速整個育種進程，目前在奶牛、豬、雞等畜禽中被廣泛應用。其中，標記密度、基因分型準確性、表型測量準確性、參考羣體大小、統計模型以及參考羣與測試羣間關係是決定GS準確性的主要因素，而標記密度以及基因型準確性尤為重要。
過去研究中，在牛的GS、GWAS、羣體遺傳等應用中通常採用固相芯片進行基因分型。傳統固相芯片只能檢測已知單核苷酸多態性(singlenucleotide polymorphism，SNPs)，高通量測序技術檢測全基因組變異信息，可有效解決這個問題。靶向測序的基因型檢測方法是通過對感興趣區域設計探針進行捕獲，並進行高深度測序，該方法綜合了固相芯片和高通量測序的低成本、高準確性和靈活的特點。研究團隊基於此方法開發肉牛110K液相芯片，並通過與固相芯片結果的對比測試。
研究成果 01 肉牛110K液相芯片開發在該芯片設計階段，研究團隊在肉牛主要經濟性狀候選基因鑑定挖掘和全基因組選擇技術應用研究的基礎上，從GWAS，BayesB，eQTL-mapping，ATAC-seq等方法篩選的候選功能變異中，挑選出該芯片的目標單核苷酸多態性位點，再結合backgroundsites, gap‐filling sites，經過參考基因組版本轉換、位點評估和樣本測試，最終保留112180個SNPs。
圖1 肉牛110K液體芯片的設計、評估和應用路線圖
表1 各項SNPs來源及數量
02 肉牛110K液相芯片的基因型檢測性能經液相捕獲測序分析，110K靶向區域的平均測序深度為98X。93%靶向區域中可捕獲1-20個SNPs，同時採用該110K液相芯片檢測相同樣本的基因型的重複性高，另外該110K液相芯片與傳統的770K 固相芯片一致性平均在99.14% 。圖2 肉牛110K液相芯片評估
03肉牛110K液相芯片全基因組選擇應用性能
在全基因組選擇應用實踐應用上，研究團隊比較了肉牛110K液相芯片與Bovine 770K固相芯片在體尺、屠宰性狀上基因組估計育種值（GEBV）準確性方面的差異。結果表明，肉牛110K液相芯片在基因組預測方面具有與Bovine 770K固相芯片具有相當的性能，在宰前活重、屠宰率等上，該芯片基因組估計育種值的（GEBV）準確性均有所提高。圖 3 肉牛110K液相芯片與Bovine 770 K固相芯片在GEBV準確性比較
總結中國農科院牧醫所牛遺傳育種科技創新團隊結合不同數據集(芯片、WES, RNA‐seq, ATAC‐seq)，以及不同方法 (GWAS, BayesB, eQTL mapping)，研發出肉牛110K液相芯片。該款芯片包含了與肉牛重要經濟性狀相關的位點，位點分佈均勻，分型準確性高，性價比好。經測試，該款芯片在全基因組關聯分析（GWAS）和全基因組選擇（GS）的研究中都展示出較好的可靠性和準確性。
參考文獻Chen Y, Guo Y, Ge F, et al. Developing a liquid capture chip to accelerate the genetic progress of cattle[J]. Animal Research and One Health, 2024.
·(華大智造)
