兰大“芯片”，重大突破！

湖羊与羊崽

手抓羊肉、黄焖羊肉均是常见于西北饮食中的美味佳肴，但西北绵羊普遍繁殖力相对低，很难满足规模化饲养的需求。湖羊是太湖流域地方绵羊品种，因繁殖性能突出和所产羔皮花纹美观而著称，堪称“国宝”。然而，因远离原产区且生态条件差异巨大，湖羊在2012年以前未曾成功踏足西北并在此繁衍生息。

2023年6月，兰大“华羊芯”（LZU-SHEEP-45K）湖羊高性能基因组育种芯片完成全面测试并开始量产，并于2023年12月9日在天津召开的“2023羊业发展高级研讨会”上公开发布。该项目由王维民教授负责，乐祥鹏、李万宏、李发弟等老师协同，历时十余年完成了湖羊从南方引入至北方、乃至全国的风土驯化、选育提高及高效利用关键技术的研发工作。

“华羊芯”建立了适于我国绵羊育种的、具有完全自主知识产权的基因组育种技术体系，研制出适用于本土湖羊基因测定的具有完全自主知识产权的液相芯片，实现了我国在绵羊基因组育种领域比肩国际同行的重大突破。

团队携带“华羊芯”成果参加2023羊业发展高级研讨会

“湖羊北养”是一场接力跑

近年来，随着国家草原生态保护力度的加大，放牧养羊的空间不断被压缩，舍饲养羊的比重日益增大。

基于此，兰州大学反刍动物研究所于2012年开始了对舍饲羊品种的筛选。为了找到更加适合集约化饲养（舍饲）的绵羊品种，项目组对不同绵羊品种开展长期多维度的适应性观察，最终将目标对准太湖流域一带的高繁殖力品种—湖羊，并联合甘肃农业大学、武威市畜牧兽医科学研究院、民勤县畜牧兽医工作站等相关技术力量组建湖羊选育扩繁和高效利用关键技术项目组。

“湖羊的优势显而易见，其不仅繁殖力高，且生存适应性强，非常适合大规模舍饲”，团队负责人王维民教授介绍。湖羊繁殖力尤其突出，一般两年可生3胎，每胎约2至3只，最多可达6只，是当前我国舍饲养羊的首选品种，也是目前市场占有率最高的绵羊品种。

但湖羊长期舍饲于南方，能否将湖羊成功引种至气候差异较大的甘肃仍要打上问号。

2012年，团队带着质疑声知难而上，开始积累原始数据。育种是一个漫长的过程，从引种、选育到推广都充满不确定性。值得庆幸的是，在两年多的风土驯化过程中，湖羊并没有“水土不服”。通过两年适应性观察，项目组发现湖羊的呼吸脉搏、生长速度、繁殖率、生理生化等各项指标都证明其适合在西北地区大规模舍饲，用实实在在的结果打消了各方的质疑。

“引进来是第一步，关键在于保持品种的性能优势，甚至通过持续选育的湖羊要比原产地性能更好”，王维民在回忆研究初始时说。然而湖羊“闯北”并不是一件容易事，十余年的接力跑也令他感慨：“团队老一辈有担当、甘愿坐冷板凳，给年轻老师和学生带来了潜移默化的影响，大家始终都能保持初心。”

找到了湖羊在西北地区舍饲的生长和繁殖规律后，2014年，项目组的育种研究步入正轨。“育种逻辑其实也不复杂，无非就是选种选配，通过选优去劣选出好种羊，再给它找个好对象，然后产出更好的羊羔”，王维民笑道。但是科学选育要有准确的测定数据做支撑，在开展性能测定、遗传评估的基础上才能选种、选配，选育之后还要有配套的繁殖调控技术、疫病防控技术、饲养管理技术来做保障。

团队在进行基因检测工作

没有性能测定就难以准确选出好种羊，羊只性能测定是整个育种工作最关键也是最困难的环节。

“性能测定是测定待选羊只具有重要经济价值的性状数值，这是一切育种工作的基础。”王维民解释道。这项工作不仅投资大、周期长，还要在枯燥的称重、屠宰、数据记录工作中循环往复。由于在性能测定站集中测定周期恰好为100天左右，他们的工作也恰好撞上了“酷暑与严寒”，即春季开始选羊、酷暑时屠宰测定；秋季开始选羊，在寒冬进行测定，这项周而复始的工作已经持续了9年，累计投入了23.5万人时。

2023年12月，团队成员正在民勤测定中心工作

起初，他们采用人工抱羊的称重方式，测量过程费时又费力。团队博士研究生张德印说：“最头疼的事情就是在测量的时候羊不听话，喜欢乱跑。”从人工手动测定到自动化测定，团队不断改进羊只性能测定方式，开发性能测定智能化装备，“比如类似于抓娃娃机的机器手，可以直接将羊只提起来称重，这为我们节省了很多人力。”

打造肉羊种业的“中国芯”

经过长期的跟踪观察，团队积累了大量关于湖羊表型特征和基因测序的相关数据，研发出羊重要经济性状的表型组测定新技术——图像识别技术。通过对实时视频、图像等资料进行处理，对羊的姿势、动作与体形等特征以及羊肉的肉色、大理石花纹等进行智能识别与分析，测量出图片上的各线段长度、面积、颜色，根据数学模型转换成羊的表型数据。结合这些技术，团队降低了羊只性能测定工作难度，测量准确性也大大提升。

“一开始我们没有自己的性能测试站，处于‘借鸡下蛋’阶段，一年只能测200只；后来在民勤有了自己的性能测定站，从去年的652只到852只，今年已经接近1000只了。”在下一批接近2000只的任务完成后，他们离五年内实现两万只的目标更近了一步。目前，团队已建立起万级规模的、具有精准表型记录和基因组遗传变异信息的基因组选择参考群，这些羊群来自全国8家国家湖羊核心育种场和4家规模化湖羊场。这些羊场在构建万级规模湖羊基因组选择参考群的过程中，给予了团队大力支持。“全球羊基因组选择参考群达到万级规模的国家只有三个，新西兰、澳大利亚和我们”，王维民补充道。

提升羊育种的准确性和效率，必须在技术层面实现突破，从表型组测定技术到分子标记辅助选择技术，再到基因组选择技术，育种技术的研究不断迭代更新。基因组选择技术是当前国际上科学育种的“高、精、尖”核心技术，通过基因组选择技术能够实现早选、准选，同时对于限性性状、测定成本高或难度大的性状具有非常大的优势，能够大大地提高育种效率。

王维民教授在2023羊业发展高级研讨会上介绍研究成果

目前，国内外的基因芯片有固相芯片和液相芯片2种。事实上，两种芯片同样都是基于碱基互补杂交特性，以羊的基因位点设计探针检测羊的基因组信息。“固相以载玻片为载体放置位点，就像棋子放置在棋盘上一样。液相就以混合溶液为载体，把它们放置在液体中。”

固相芯片生产制造技术一直被国外垄断，且价格高昂。“我们有了庞大的数据库，为什么不能制造中国人自己的育种芯片？”于是团队转换思路，开始设计液相芯片。

大规模基因组选择参考群能够为育种研究提供重要数据资源，深度挖掘湖羊基因组，鉴定出具有育种价值的优异基因。根据上万只湖羊的基因组数据的系统分析，团队逐步破译了湖羊的基因组遗传密码，解析出优质基因与特定性状的调控关系及其遗传规律，据此挑选重要功能位点设计探针，然后将探针溶解到试剂盒中，每一段探针都能捕获到对应区域的遗传位点。从羊的血液、羊毛、组织等样品提取DNA放入液相芯片体系中，这些DNA样品中的目标区域与探针相结合后就可以进行基因序列检测，确定重要遗传位点的基因型信息。

王维民说：“液相芯片的制作技术国内已经比较成熟，关键是做好基因探针的设计以及解析出每个基因的遗传效应。”与手机芯片不同，育种芯片其实是一种检测工具，其背后的技术逻辑是通过探针检测目标基因，“就像雷达一样，把检测物体放进去，它就能自动找出它有什么基因。”

湖羊45K液相芯片

实际上，项目团队解锁的奥秘并不在于芯片本身，而是与芯片配套的遗传评估技术。遗传评估是用不同信息来源的资料对个体的遗传价值所进行的评价。即羊只如被选为种羊，便要评价它对后代的遗传贡献值。

目前，团队可依据庞大的基因数据库对基因遗传效应给予精准评估。遗传评估能够为选种选配提供科学依据，同时评价育种进展，可利用的数据信息越多，遗传评估的准确性就越高，“通过芯片能选出具有优异基因的羊，那么它的基因表现怎么样？能不能稳定遗传给它的后代……这些才是我们为用户给出的核心信息”。

作为需要真正投入市场的成果，降低成本也是研发过程中不可忽视的环节。目前，国外进口的固相芯片市场价格在300元左右，项目团队研发的液相芯片仅为国外固相芯片1/2左右的价格。这款育种芯片不仅价格“亲民”，在进入市场前的测验中，其准确性也非常喜人。在盲测阶段，团队仅收集验证羊场羊只的血液，通过芯片测定及遗传评估选出最好的种羊进行“排队”，测定结果几乎与实际无差，“我们盲测出的羊和场里实际育种表现最好的羊是一致的。”王维民透露，现在这款芯片市场订单量已达69000张，预计每年应用10万张以上。

“中国盘装中国肉”

育种技术有着落后，团队又要解决推广难题。

兰州大学和甘肃农业大学发起全国湖羊联合育种组，开国内肉羊联合育种之先河。通过种羊的跨场、跨地区、乃至全国性的联合遗传评估，从而促成种羊的跨场选择使用，实现优秀遗传资源共享。

为了推动联合育种，团队联合数十家科研单位和50余家种业企业，形成“产学研用”紧密结合的选育扩繁利用体系。迄今，累计推广湖羊种羊65万只，扩繁湖羊180万只；且分布广泛，联合育种工作已将湖羊重点推广到甘肃、新疆等北方8省区500余家企业和合作社。

市场为导向，企业为主体，学校和科研机构提供技术保障，让技术能够真正落地使用。育种和产业有效衔接后，高繁、快长、节粮、低脂的湖羊成为脱贫攻坚、乡村振兴进程中致富增收的“羊引擎”，百万农户受益。

然而，研究团队在十余年中也经历过经费断裂的窘境。2019年，“双万羊基因组计划”还处于“千羊基因组计划”阶段，长期且持续的投入令经费逐渐“捉襟见肘”。此时，恰逢农业农村部启动“国家畜禽良种联合攻关计划”，湖羊选育及其新种质创制列入了联合攻关任务，研究才得以延续。

2021年，“绵羊双万羊基因组计划”进行到一半，团队再次遭遇“经费危机”。幸而，团队成功揭榜国家重点研发计划项目“绵羊新品种新品系培育及良繁”，才使得“绵羊双万羊基因组计划”有了持续的经费支持。“老一辈专家是我们团队的定海神针，有什么问题他们解决，有什么压力他们扛着，我们做好研究就行。”王维民开玩笑说。在此努力下，团队成功扎根西北，建立起联合育种体系和以市场为导向、企业为主体、产学研用紧密融合的育种模式，将科技成果化作经济收益的形式，送至了千家万户。

性状的遗传受到环境、饲养管理等多方面因素的影响，要在不断重复的测选工作中保留优质基因，淘汰劣质基因。如何保证优质基因能够持续稳定进入繁殖体系？

谈到未来，团队的共识是：“做育种工作要能耐得住寂寞，很有可能三代人才出成果。”“中国芯”也需要在持续的技术迭代中升级，团队计划将“华羊芯”每年更新一版，不断提高其性能和市场认可度。

团队的下一个目标是实现湖羊基因组选择参考群5年内突破10万只。“我们希望能尽可能地为我国绵羊种业科技自立自强赋能，让中国盘装更多的中国肉”。

内容来源｜党委宣传部（融媒体中心）

文字丨孔子俊 闻晓奥 吕玲娇

图片丨受访者供图

编辑｜陈全康黎 郭梨鑫

责任编辑｜郭梨鑫

主编｜李晖

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