“我们中国的黄牛育种终于有了自主、低成本的检测芯片！”8月7日，在位于陕西杨凌的西北农林科技大学国家肉牛改良中心实验室内，该中心主任昝林森高兴地告诉《中国科学报》。

近日，昝林森团队联合北京康普森农业科技有限公司，成功研发出“中国黄牛1号”50K育种芯片并正式对外发布。该液相芯片是团队继2021年1月成功开发国内首款中国黄牛高密度SNPs（单核苷酸多态性）固相芯片、打破肉牛育种芯片国际垄断后，在牛分子育种技术领域取得的又一重大突破。

不再依赖国外进口

昝林森介绍，我国是全球牛种质资源最丰富的国家之一，拥有58个地方黄牛品种，形成耐粗饲、抗逆性强、适应性广、肉质好等优点突出的遗传多样性。但与国外专门化肉牛品种相比，中国黄牛生长速度较慢、后躯欠发达、产肉量较低等影响了其肉用开发利用。

同时，传统的育种方法依赖表型观察和经验判断，效率低、周期长，难以准确捕捉基因层面的优良性状。因此，需要加强我国地方黄牛保护选育和高效利用，培育具有特色优异性状的自主知识产权的肉牛良种，以提升产业核心竞争力。

秦川牛原种。受访者供图

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团队长期致力于中国黄牛肉用选育改良及遗传多样性研究，有丰硕的科研成果和学术积累。围绕肉牛遗传改良与种质创新，团队率先从全基因组水平解析了中国黄牛遗传多样性和起源进化特征，发现中国黄牛具有普通牛（Bos taurus）与瘤牛（Bos indicus）多重血统，揭示中国黄牛兼备瘤牛广适性和普通牛肉用潜能的独特进化特征；系统筛选了调控中国黄牛肉用性状形成的关键功能基因及分子标记位点，并深入阐明了其作用机制等。

近五年来，昝林森团队聚焦中国黄牛主要品种基因组学研究，解析遗传背景、进化及多样性，为肉牛定向高效育种提供理论依据。同时，运用生物信息学，对以秦川牛为代表的分布于我国西北、华东、华中、华南、西南、东北等6个地理区系的30多个地方黄牛品种特异性位点进行精准筛选，并整合多年来在生长、肉质、繁殖及抗病等性状相关功能位点的研究成果，成功研发“中国黄牛1号”50K育种芯片。

在此前，这类芯片主要依靠国外进口，且芯片位点来源主要以欧美专门化品种为主。“一方面对我国地方黄牛的遗传多样性覆盖度有限，另外一方面成本较高，单次检测超过千元。”团队成员、西北农林科技大学副研究员成功介绍。

“此次芯片利用康普森自主研发的CAGT?液相探针杂交捕获测序技术，降低国外专利壁垒风险。”成功进一步解释道，芯片自主化后，将实现中国黄牛快速、精准、高效选育，为地方黄牛品种保护、定向选育和高效利用提供了技术支撑，也为我国肉牛种业高质量发展注入了新的动力。

基因点位从600k到50k

作为国内首个针对中国黄牛进行全基因组测序分析的团队，2021年，团队首次解析了中国黄牛的遗传图谱，成功开发出国内首款中国黄牛600k高密度SNPs固相芯片。“只有搞清楚了遗传结构，才能为进一步的育种找到切入点和突破口。”昝林森坦言。

昝林森团队。受访者供图

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据介绍，在600k高密度固相芯片基础上，团队对基因点位进行进一步筛选和优化，保留关键功能位点、关联位点同时，整合分布在我国6个地理区系地方黄牛特征位点，成功筛选出50k的基因位点。

整合后的芯片主要以中国五大良种黄牛为主，涵盖中国6个地理区系38个黄牛品种基因组重测序数据，同时包含生长、肉质、繁殖及抗病等多个关键性状相关功能位点18500个。

团队在实验室工作。受访者供图

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“这50k不仅能够满足企业肉牛育种需求，相对应的，企业的检测成本也将大幅降低，单次检测降至300元以内。”成功告诉《中国科学报》，随着研发的进一步优化，这一成本还将持续降低。

成功举例说，养殖企业如果使用这款芯片，能够解决传统的品种鉴定中系谱记录、微卫星标记等易出错、分辨率低、通量低等问题，能准确的获悉牛的血统比例，达到快速、精准育种。

“将选种时间由原来的3-5年缩短到3月龄以内，甚至是刚出生。”昝林森补充道。

打破学科壁垒

团队成员、西北农林科技大学副研究员梅楚刚从研究生开始就跟随导师昝林森做中国黄牛全基因组遗传信息解析工作，亲历了采样的艰辛。“中国黄牛地方品种多，分布在全国各地，我们的采样工作从2012年开始，经常全国各地的跑，有时候为了寻求血统纯种的品种，需要去边远山区，费尽功夫才能采回理想样品。”梅楚刚回忆道。

昝林森（右二）带领团队在采样。受访者供图

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团队在整合全国30多个地区的黄牛品种数据时，也耗费大量时间。“整个样品的数据大概有二三十个T，最开始的时候我们觉得半年时间能分析出来，随着工作的推进，才发现巨大的数据量以及国内外牛种较大的遗传差异，使得整个工作相当耗时耗力。”梅楚刚告诉《中国科学报》，这种理想和现实的差距贯穿整个科研攻关过程。

让团队成员没有想到的是，在芯片研发初期，以遗传育种学为基础的学校科研团队与以生物信息科学为主的科技公司团队间遭遇学科壁垒，在沟通中存在极大障碍。“理论上讲是完全没问题的，但双方的学科基础不一样，刚开始都不能很好的理解对方的意图。我们经常开视频会议，甚至也让对方来实验室待过一段时间，以此来加强跨学科沟通融合。” 为此，梅楚刚和另外一名博士研究生有两年的时间驻扎在位于深圳的合作公司内。

在长时间的磨合下，才最终有了两代芯片的诞生。基于此，团队也开始重视跨学科合作，目前也已经开始培养有生物信息科学基础的研究生，以此来打破学科壁垒。

团队在采样中。受访者供图

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目前，团队利用该芯片分别对秦川牛、南阳牛、鲁西牛和延边牛四个品种共计28个个体进行了SNP位点检测，对存在地理差异的10个品种共47个个体进行检测，结果表明“中国黄牛1号”50k育种芯片位点选择合适、芯片设计合理，分型结果表现优异，能够满足大量样本的检测需求。

未来，团队计划针对单一品种或者抗逆性等特定性状进行专用芯片的开发，进一步缩小芯片的密度，让其成本更低。“根据用户需求，我们还将针对性的进行定制化研发。同时对芯片的各项功能进行优化和提升，推动‘中国黄牛2号、3号……’系列芯片研发。”昝林森介绍。