牛？牛！

原创 中国农业大学 中国农业大学

奶制品是我们营养获取的重要来源

长期以来，奶牛育种却受制于人

科研人员肯下大功夫

敢用大智慧

且来看看中国农大动科学院孙东晓团队如何突破“卡脖子”的芯片困境！

奶牛的育种研究

荷斯坦牛是当前世界奶牛的主要品种，作为单胎大型动物，选择出优秀种公牛是奶牛育种的核心工作。在今年九月，我国首款中高密度荷斯坦牛基因组选择育种芯片正式发布，这是目前我国奶牛育种领域唯一拥有自主知识产权的行业专用芯片，意味着国产奶牛育种芯片自主攻关实现重要突破。

孙东晓介绍团队为“长期和奶牛打交道的团队”。在1999年7月，孙东晓博士毕业留校工作后，一直从事奶牛育种工作。多年来，经过不断探索，团队在奶牛遗传育种方面取得了多项研究进展。

在研究期间，为了挖掘奶牛重要性状功能基因，需要大规模试验群体的样本和屠宰实验，研究团队多次前往北京、河北、山东、河南和内蒙古等地的牧场进行采样。有时候研究生团队会在前一天晚上租好大巴车，并准备很多大的泡沫箱，装满采样所用的离心管和试剂，同时备好液氮罐和干冰，一行人浩浩荡荡地前往牛场采样。大动物的组织样品采集困难重重，有时候也到河北的屠宰场采样。疫情期间采样更加艰难，封困在家的研究生只能暂做线上数据分析的工作，研究进展也因为疫情变得缓慢。面对重重困难，研究团队依然义无反顾地扎入这片深水中，探索奶牛遗传育种的秘密。

时间倒退到2007年，过往摸索皆为此刻，国际上第一款牛的基因组育种芯片在美国研发成功，这款芯片包含了5万个遗传标记位点，投入商业后更是垄断市场。

在这样的环境激励下，2009年，中国农业大学张沅教授、张勤教授带领奶牛育种团队开始探索我国奶牛基因组选择技术。2012年，成功构建了中国荷斯坦牛基因组选择技术平台并在全国范围内推广应用。2016年，“中国荷斯坦牛基因组选择分子育种技术体系的建立与应用”项目获国家科技进步二等奖。

即使搭建了这样的平台，我国奶牛基因组检测依旧需要依赖国外芯片技术。一直使用美国的芯片，国内奶牛检测样品需要送到国外实验室检测。为了突破国产奶牛育种芯片关键短板，2020年8月，北京奶牛中心与华智生物技术有限公司签订技术合作协议，联合中国农业大学，启动奶牛育种芯片自主设计开发联合攻关工作。

路途是艰难的，前方是光明的

奶牛育种芯片自主开发经历了一系列科学严谨的设计、验证和反复论证。基于过去多年的科研成果，挖掘、鉴定了一批针对我国荷斯坦牛群体遗传背景的基因位点，自主设计了涵盖超12万个位点（即126K）的育种芯片，可通过牛的毛发或血液等，检出基因突变位点、遗传缺陷位点、亲子鉴定位点、其他多组学来源数据位点等。126K芯片位点平均检出率达99.5%，重复样品检测平均一致性达99.4%，性能良好，已经达到国际先进水平。

2023年7月，奶牛126K液相基因组育种芯片通过了专家论证，专家组一致认为，该款芯片可用于奶牛基因组选择参考群体的构建及种牛评价，可以推广使用。

育种首款，验证科学，应用突出

在奶牛基因组选择育种时代，覆盖全基因组的高密度单核苷酸多态位点（SNP）及高通量检测技术被称为育种芯片。

“育种芯片是奶牛基因组选择育种的关键工具之一。奶牛的基因组选择育种从传统技术所需的6年缩短到了2年左右。这样大幅度缩短了世代间隔，也大大提高了种公牛的选育效率，有较大的优势，可使育种效率大幅度提高。”孙东晓说。

孙东晓进一步解释，有了基因组选择技术之后，只要小牛一出生，就可以采集毛囊、血液或耳组织等，使用育种芯片进行基因组检测和基因组评估后，就可以准确预测其育种价值，大大提高种公牛的选育效率。

近年来，国际上已进入奶牛基因组选择育种时代。为此，我国加速构建和优化奶牛基因组选择育种技术平台。

一张全基因组育种芯片上均匀分布超12万个基因位点，检出率和检测准确率超99%，技术达国际先进水平。在第三十届中国北京种业大会上，荷斯坦牛中高密度基因组选择育种芯片发布，标志着我国荷斯坦牛中高密度育种芯片自主设计开发取得重要突破。

在实际生活的应用上面，对于奶牛育种来讲，牛奶安全是液态奶、酸奶、奶酪等一切乳制品安全的基础，从根本上讲，就是要保证原奶的安全。

从母牛产犊开始泌乳，通常每天三班挤奶，然后保存在4摄氏度冷藏大罐里，这样就能保证原料奶（也叫“生鲜乳”）的新鲜纯正。乳品公司每天会从牛场把这些冷藏的牛奶拉走，然后再进行灭菌和加工，制作成液态奶、酸奶、奶酪、奶粉等等。总的来讲，人们在商场中见到的所有乳制品，最原始的原料就是牛场奶牛挤出的奶，因此上游牛奶的安全十分重要。

有了这个育种芯片之后，通过基因组选择技术提高我国优秀种牛的培育能力，同时提高奶牛场的育种效率，从而提高产奶量，就会供应更多的生鲜乳；其次，可以提高牛奶的乳蛋白率、乳脂率、乳脂肪酸含量、乳球蛋白含量等，原料奶更加优质，从而降低生物安全的风险。“我们上游的原料奶质量高，会减少不规范的人工添加，更保证乳制品的食品安全。”孙东晓说。

未来已来，青年接棒！

谈及我国奶牛育种的未来，孙东晓给出了以下几点期望，也是她自己的目标。

首先，育种技术平台要继续优化，参考群体要持续扩大到5万头甚至更多，或许到10万头。同时，团队需要挖掘更多的奶牛产奶量、乳成分、健康、饲料效率、抗病等重要性状新基因位点，育种芯片不断优化，整个技术平台不断完善。

另外，要重视技术的应用。目前基因组选择技术主要应用于公牛，下一步还要更多应用于母牛群体，用于组建核心群，筛选优秀的种子母牛，科学地选种选配，提高我国优秀种牛自主培育的能力，提升国际竞争力。

第三，目前多组学、生物信息、统计分析算法等技术发展日新月异，我们要与时俱进地学习和应用于奶牛遗传育种研究及行业，从而不断提高育种技术水平。

“党和国家也一直在强调科技创新、科技自立自强的重要性，我们要尽力做好科研自主创新工作，使之更好地在全国实现产业化。”孙东晓坚定地讲。

中国农大的畜禽育种领域仍有很多年轻人走在种业振兴路上，对于年轻人，孙东晓给出了几点期待和建议：首先最重要的是要踏实、坚持不懈；第二就是要与时俱进，及时了解国内外理念和技术的最新研究与应用动态。“能够有定力，能够静下心来去做一件事情，这是非常难得的。”孙东晓对年轻人满怀期待。

长时间的科研，经历众多困难

联合攻关终于研究出了自主育种芯片

奶牛育种技术关乎动物生殖关乎人类食品安全

每一次技术上的突破

都值得万千人为之欢呼

科技创新，中国农大人一直在努力！

文字 | 姜明慧 王雨姿

来源 | 新华社 中国科技网

原标题：《牛？牛！》

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