赋能科研丨基于华大智造DNBSEQ-T7测序平台，中国农科院牧医所开发肉牛110K液相芯片
近日，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所（以下简称“中国农科院牧医所”）牛遗传育种科技创新团队在Animal Research and One Health期刊上发表了题为“Developing a liquid capture chip to accelerate the genetic progress of cattle”的最新研究成果，通讯作者为李俊雅研究员和陈燕副研究员，陈燕副研究员与博士生郭应威、葛菲为共同第一作者。该成果以创新团队最新研发的肉牛液相芯片为基础，系统全面地论证其在肉牛全基因组选择（Genomic Selection, GS）和全基因组关联分析(Genome-wide association study, GWAS)中的应用。该研究中，液相芯片捕获片段的测序工作基于华大智造DNBSEQ-T7平台完成。
基因组选择（Genome Selection，GS）能够提升动物植物的育种选择准确性，降低育种成本，加速整个育种进程，目前在奶牛、猪、鸡等畜禽中被广泛应用。其中，标记密度、基因分型准确性、表型测量准确性、参考群体大小、统计模型以及参考群与测试群间关系是决定GS准确性的主要因素，而标记密度以及基因型准确性尤为重要。
过去研究中，在牛的GS、GWAS、群体遗传等应用中通常采用固相芯片进行基因分型。传统固相芯片只能检测已知单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNPs)，高通量测序技术检测全基因组变异信息，可有效解决这个问题。靶向测序的基因型检测方法是通过对感兴趣区域设计探针进行捕获，并进行高深度测序，该方法综合了固相芯片和高通量测序的低成本、高准确性和灵活的特点。研究团队基于此方法开发肉牛110K液相芯片，并通过与固相芯片结果的对比测试。
研究成果01肉牛110K液相芯片开发在该芯片设计阶段，研究团队在肉牛主要经济性状候选基因鉴定挖掘和全基因组选择技术应用研究的基础上，从GWAS，BayesB，eQTL-mapping，ATAC-seq等方法筛选的候选功能变异中，挑选出该芯片的目标单核苷酸多态性位点，再结合background sites, gap‐filling sites，经过参考基因组版本转换、位点评估和样本测试，最终保留112180个SNPs。
图1 肉牛110K液体芯片的设计、评估和应用路线图
表1 各项SNPs来源及数量
02 肉牛110K液相芯片的基因型检测性能
经液相捕获测序分析，110K靶向区域的平均测序深度为98X。93%靶向区域中可捕获1-20个SNPs，同时采用该110K液相芯片检测相同样本的基因型的重复性高，另外该110K液相芯片与传统的770K 固相芯片一致性平均在99.14% 。
图2 肉牛110K液相芯片评估
肉牛110K液相芯片全基因组选择应用性能
在全基因组选择应用实践应用上，研究团队比较了肉牛110K液相芯片与Bovine 770K固相芯片在体尺、屠宰性状上基因组估计育种值（GEBV）准确性方面的差异。结果表明，肉牛110K液相芯片在基因组预测方面具有与Bovine 770K固相芯片具有相当的性能，在宰前活重、屠宰率等上，该芯片基因组估计育种值的（GEBV）准确性均有所提高。
图 3 肉牛110K液相芯片与Bovine 770 K固相芯片在GEBV准确性比较
中国农科院牧医所牛遗传育种科技创新团队结合不同数据集(芯片、WES, RNA‐seq, ATAC‐seq)，以及不同方法 (GWAS, BayesB, eQTL mapping)，研发出肉牛110K液相芯片。该款芯片包含了与肉牛重要经济性状相关的位点，位点分布均匀，分型准确性高，性价比好。经测试，该款芯片在全基因组关联分析（GWAS）和全基因组选择（GS）的研究中都展示出较好的可靠性和准确性。
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.