农业技术

1.1 推进生物育种产业化是我国畜牧业生产可持续发展的重要基础习总书记指示 “要下决心把民族种业搞上去，抓紧培育具有自主知识产权的优良品种，打赢种业翻身仗”。种业事关国家农业战略安全，是我国畜牧业可持续发展的动力。上个世纪九十年代，美国农业部评估表明畜牧业生产中，家畜遗传育种对提高家畜生产效率的贡献最高，平均为40%，饲料为20%，疫病防治占10%，饲养管理水平20%，其他占10%。有其他资料调查显示，在白羽肉鸡生产中，遗传育种对于生产效率提升的贡献率更是高达90%。2022年中央一号文件提出，大力推进种源等农业关键核心技术攻关；全面实施种业振兴行动方案；启动农业生物育种重大项目。加快生物育种产业化是我国实现种业创新进入世界科技前沿和保障国家畜牧业经济安全的战略选择，种业创新的基础是育种技术创新。1.2 全基因组选择是本世纪以来的革命性育种技术2001年，Theo Meuwissen等人首次提出了全基因组选择 (Genomic Selection, GS) 技术的创新思想，这是继上世纪BLUP育种技术实施以来的又一项创新技术，它利用覆盖全基因组的高密度标记进行选择育种，通过①早期选择缩短世代间隔，②提高育种值 (Genomic Estimated Breeding Value, GEBV) 估计准确性等加快遗传进展，尤其对低遗传力、难测定的复杂性状具有较好的预测效果，真正将基因组技术用于了育种实践，目前正在推动以奶牛为代表的动植物育种的革命性进步，是现代种业中最重要、最前沿的共性技术之一。在基因组选择实施过程中，大规模高通量基因型分析技术是最重要的限制性因素之一。过去10年，高通量SNP分析主要依赖于SNP芯片技术，而该技术在国际上主要为两家外国公司垄断 (Illumina公司和Affymatrix公司)。芯片技术不仅存在着无我国自主知识产权的重大隐患，在技术上也存在着①标记密度低、②不同群体的通用性差、③在单体价值低的动物、植物、水产物种中成本高昂等缺陷，上述问题均限制了全基因组选择技术在育种中大规模推广应用。1.3 新一代测序加速基因组选择技术的产业化应用升级，突破卡脖子的技术问题近几年，中国农业大学研究团队致力于开发基于测序的高通量基因型分析技术，其中，2021年研发成功低深度测序全基因组基因分型技术，该技术实现了在没有先验参考单倍型数据库的物种中进行全基因组百万级别遗传标记的鉴定开发，其分析的准确性已接近100%，比现有同类技术提升5到15个百分点；更重要的是，该技术的分型成本比现有SNP固、液相芯片、简化基因组测序等技术降低1个数量级。基于该技术，研究团队目前还开发了多种针对不同育种目标的不同通量的基因型分析策略，已形成完整的理论实践环，为基因组选择技术的应用推广提供了行之有效的解决方案。利用上述分型技术获取的高密度、高准确度遗传信息，有条件实现对传统基因组选择GBLUP模型的改进创新，目前已实现的改进策略包括提升重要位点权重、设置多个GRM矩阵进行不同位点权重配置等，开发了畜禽物种中的新型GFBLUP、WGBLUP以及SLDP-GBLUP等模型，利用这些模型最终可以实现每个特定性状的精准预测策略。目前该技术已经在猪、鸡等畜禽生长、繁殖性状中展开应用，预测准确性提升5到20个百分点，显著提高了遗传进展。基于低深度测序的基因组选择育种技术是一项种业关键共性技术，目前不仅在畜禽物种中吸引到石家庄市畜牧站、华南农业大学、中科院动物所、广东温氏集团、四川德康农牧食品集团等十余家单位进行应用推广，还在玉米、鲍鱼、对虾等作物、水产物种中展开了合作研究。本项目还具备典型的学科交叉属性，依托人工智能算法、基因组测序、基因编辑、精准化表型等前沿技术，同时整合国内动物育种核心科研团队和育种领军企业，实施畜禽物种“十千万亿”育种系统性工程，通过建立智能组合优良等位基因的自然变异、人工变异、数量性状位点的育种设计方案，引领动物育种步入育种4.0的时代，从科学到智能的革命性转变，最终实现高效、定向培育新品种。该技术解决了基因组选择育种中重要的“卡脖子”问题，为我国十四五规划种业振兴行动方案提供了完全自主知识产权的新型遗传分析方法和育种理论依据。

当前，河北特色种业位居全国前列。但是育成重大突破性品种的能力，以及育种、种业、产业的有机衔接方面仍面临着一些挑战。种业振兴的关键在于科技创新、机制改革和产业升级等问题。为落实“十四五”规划《纲要》中强化国家战略科技力量的要求，应加强生物育种领域原创性、引领性技术科技攻关。本技术利用低深度测序基因组选择育种技术，结合多组学大数据精准解析农业物种重要特色经济性状的遗传调控机制；建立畜禽、作物、水产等物种特定品种系的精准参考遗传数据库，综合功能位点先验信息、标记优选的各类GBLUP方法、多种贝叶斯算法、深度学习算法、配合力选配等策略，建立和优化基因组育种值估计模型，形成河北省升级乃至国家级基因组育种大数据平台，极大改善育种值估计的准确性，加快河北省种业研发进程，促进产业经济发展。该技术是一整套生物育种新技术，在国际上处于技术领先状态。“十四五”期间，预期将基于测序的基因组选择技术推广至以河北省重点农业院校、畜牧企业为主的10家以上头部单位。在猪、鸡、牛、羊等主要畜禽物种核心群样本推广1万只/头/羽以上，并建立“1万+”样本规模育种参考群数据库，并实现核心数据在国内科研单位/育种企业的开放共享使用。利用该技术大幅加速畜禽物种各类性状的遗传进展，在育种实践中应用实现年产值20亿元以上。新品种的培育和推广，将有效开发和利用了河北地方品种遗传资源；以大企业带动其他小型企业共同发展的模式，争创国家级核心育种场，培育高端育种技术人才，发挥龙头企业引领作用，带动产业从业人员和养殖户就业增收，使其快速脱贫致富，促进整个经济社会的发展。