有了基因芯片，不再“以貌取羊”

本文转自：中国科学报

安小鹏（右一）培育的黑白花奶山羊。受访者供图

■本报记者 严涛

多年前，还是西北农林科技大学（以下简称西农）研究生的安小鹏站在弥漫着羊粪味的羊圈里，用自己肿胀的双手揉了揉肩膀。几个月的实习期，他每天要给几十只奶山羊挤奶。这不是个轻松活，但安小鹏早已成了“熟练工”。

安小鹏像检阅部队一样仔细观察着望不到头的羊群。哪些羊是“产奶大户”，他用传统的“四长”观察法一眼就能看出来。但是，能不能找到一种更科学、高效的方法，精准筛选出产奶量高的奶山羊，是一直萦绕在他心头的问题。

现在，已是西农动物科技学院研究员、奶羊产业技术创新团队科研骨干之一的安小鹏，终于得到了寻找高产奶山羊良种的答案。他所在的课题组开发了一款奶山羊选育液相芯片，不仅方法高效，而且检测成本低，是目前国内性价比最高的育种芯片。这一芯片通过检测与产奶性能密切相关的基因位点，找到了一条不同于传统“以貌取羊”方法的科技路径，有助于打破繁育奶山羊良种的瓶颈。

奶山羊良种遭遇“卡脖子”

提到国内的奶山羊产业发展，绕不开陕西。提到陕西的奶山羊产业，又绕不开原西北农业大学（西农前身）畜牧系教授、奶山羊研究室主任刘荫武，正是他开创了陕西的奶山羊科研事业。而作为后辈的“安小鹏”们，则一直在思考如何才能让这一事业继续发扬光大。

2018年，陕西省出台了“3+X”政策，“3”即3个千亿产业，分别为苹果、设施农业和奶山羊产业。陕西奶山羊产业发展正式驶入“快车道”。然而，由于民间杂交乱配，奶山羊谱系混乱，良种严重短缺，成为制约产业发展的瓶颈。

截至目前，全国已进口了4万多只所谓“奶山羊良种”。但据西农奶羊团队调查发现，其中大约有七成并不是真正的良种，而是普通商品羊。

“国外最优质的种羊是不会卖给咱们的。良种繁育技术属于核心技术，国外会对我们‘卡脖子’。”安小鹏告诉《中国科学报》，良种繁育技术只能靠我们自己去突破。

经过5年研究，安小鹏找到了繁育良种的答案——奶山羊育种液相芯片。

团队找到谱系清晰、生产记录清晰的5000只群体样本，将生产记录按照高中低产分布，经过全基因组测序后，分析出哪些基因会影响泌乳量和乳成分。拿到与高泌乳量有关的基因组之后，团队制作出芯片盒，与其他奶山羊血液采样中的基因做对比匹配，就可以从理论上判断出其是否属于高产良种，从而提高育种的准确性。

安小鹏介绍说，多年来，主要通过观察品种的外貌判断是否属于高产良种，“以貌取羊”的准确度不超过60%。采用基因芯片对比分析之后，准确度可以提高到85%以上。

“通过芯片对比基因进行判断，还有一个优点是可以做到早期选育，现在我们已经可以做到羊羔一出生就进行良种选育。而采用以前的普通方式，良种长大、繁殖、产奶再进行观察等全部过程结束，至少需要两年多。”安小鹏说。

这样一来，奶山羊良种就能实现快速“拔尖儿”，不仅可以自主培育我国奶山羊良种，而且可以进一步提高总产奶量，扩大奶山羊产业规模，做到“做实一小片，带动一整片”。

据安小鹏介绍，目前团队研制出的芯片有5K和20K两种，分别代表5000个和2万个影响产奶量的基因位点。为何会选择这两个数值？安小鹏解释说，影响产奶量的位点很多，但在增加位点的同时，选育准确度并非一直呈直线上升，而是从上升到趋于平缓。

考虑到推广的成本因素，团队必须将芯片的成本控制在市场可接受的范围内。“这也是为什么现在一些位点达到50K的产品并没有被市场接受的原因。”安小鹏说，检测一只羊的成本在300元以上是推广不下去的。团队的20K芯片检测成本为260元，而5K的单只羊检测成本可以控制在100元以内。

“科研是科研，推广是推广，市场是市场。”安小鹏说。

十几年的数据积累

万事开头难。5年前，团队负责人曹斌云教授带领安小鹏等团队成员开始着手进行良种基因采样提取，但困难很大。小奶羊场不感兴趣，场里也没有相应的技术人员来配合完成；大奶羊场又嫌麻烦，对效果半信半疑。

于是，团队对陕西省内的育种场进行“地毯式”拜访，甚至提出了给育种场按采样奶羊数量进行现金补贴的办法，终于说服了10家核心育种场尝试合作。

“育种场按照我们最初的公羊指数加双基因聚合的方法进行实验，两年后整个群体的泌乳量提升很大。”安小鹏说。

陕西省博富乐关中奶山羊育种有限公司杨源博介绍说：“我们场是比较早进行试点的单位，原来的奶山羊平均泌乳量不到2.2公斤，经过选育后可以达到3公斤以上。”

陕西三原星火养羊合作社采用安小鹏团队培育的乳房形状方圆、产奶量高、抗病性强的黑白花奶山羊之后，母羔出生3个月后就可以卖到3000元以上，而之前的普通白羊只能卖1000元。

能在短时间内取得这么好的育种效果，主要得益于曹斌云和安小鹏团队十几年耕耘陕西奶山羊市场所掌握的庞大样本库资料。团队对奶山羊基因数据库实现了高中低不同档次和效果的系统性积累，因此在提取基因位点时游刃有余。一些效果不是很明显的位点可以直接剔除，快速找到对产奶量影响最显著的核心基因位点。

产学研一体发展

育种芯片的技术和产品都有了，下一步需要寻找合作企业，但什么样的企业才适合？安小鹏坚守的一个原则是知识产权归属。“奶山羊的基因位点是我们的核心知识产权，不能用作其他商业用途，这是我们合作的底线。”

现在与安小鹏团队签约合作的北京康普森农业科技有限公司，拥有比较先进的检测手段和仪器。最终双方成功签约，生产芯片盒子。

为了再降低成本，安小鹏在每个芯片盒子的检测数量上也下了功夫。每个芯片盒子的检测数量可以达到300只羊甚至更多，但他最终确定每个盒子检测200只羊，以达到成本和效率的最佳平衡。

说到产业化，安小鹏坦陈，目前奶山羊育种芯片项目团队已经申请了一个专利，还有另外一个专利也在申请中，之后或许会进一步推动商业合作。

“对我们搞养殖行业的来说，转移转化并不容易。”安小鹏说。团队目前探索的比较成熟的方式，是与甘肃、山西、黑龙江等全国各地有育种养殖需求的政府或者农业部门合作，卖出技术的“使用权”，比如鲜精保存、胚胎移植等技术，同时派专门的技术人员现场指导，提供技术服务。

据了解，西农对团队的技术产品转移转化给予了相应的政策支持。“像我们和各地政府的这种技术合作方式，学校最多会拿出30%作为奖励，鼓励科研团队进行成果转移转化，实现产学研一体发展。”安小鹏说。

虽然芯片离全面推向市场还有很长一段路要走，但安小鹏已经提前做好了规划。“5K的芯片成本低廉，主要面向基层养殖户。20K芯片将主要用于培育黑白花奶山羊。”

黑白花奶山羊育种是安小鹏主抓的方向，现在年泌乳量在750公斤以上的已经达到1000多只。“我们希望在3年到5年内能培育出乳房形状好、产奶量高、抗病性强的黑白花奶山羊新品种。”安小鹏说。