近日，中國海洋大學水產(chǎn)學院高勤峰教授團隊，聯(lián)合山東海洋集團有限公司和華智生物技術(shù)有限公司，利用cGPS靶向測序分型技術(shù)研發(fā)了我國首款虹鱒SNP育種芯片——“虹芯1號”。這是我國目前虹鱒育種領(lǐng)域唯一擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的行業(yè)專用芯片，意味著國產(chǎn)虹鱒育種芯片自主攻關(guān)實現(xiàn)重要突破，為虹鱒精準育種與產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入“芯”動力。

鮭鱒魚類良種“卡脖子”

虹鱒（Oncorhynchus mykiss）隸屬于鮭科，太平洋鮭屬，是全球重要的養(yǎng)殖經(jīng)濟魚類。我國自1959年從朝鮮引入虹鱒以來，其養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)逐步興起，并在60余年間迅速發(fā)展，目前養(yǎng)殖地區(qū)遍布12個省份，年產(chǎn)量約為4萬噸。近年來，我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖設施和大型鋼結(jié)構(gòu)深遠海養(yǎng)殖網(wǎng)箱的設計與建造取得關(guān)鍵技術(shù)突破，為海水養(yǎng)殖虹鱒產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展提供了裝備基礎。

“虹芯1號”研發(fā)團隊為深遠海養(yǎng)殖鮭鱒魚類遺傳和種質(zhì)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化團隊，團隊首席為中國海洋大學水產(chǎn)學院高勤峰教授，核心技術(shù)成員包括中國海洋大學水產(chǎn)學院田源副教授，山東海洋集團有限公司孟祥科高級工程師等，以及水產(chǎn)學院研究生何景鴻、黃銘、曾祥兵等。該團隊主要從事虹鱒種質(zhì)資源收集與保存、基因組圖譜的構(gòu)建與關(guān)鍵經(jīng)濟性狀遺傳學基礎和分子機制解析等方面研究工作。

該團隊介紹，目前我國虹鱒養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的優(yōu)良種質(zhì)資源嚴重依賴美國、加拿大、丹麥和挪威等西方國家，其苗種均以“全雌三倍體”的形式出售，種源被嚴格控制，制約著我國鮭鱒魚類海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。利用高效的現(xiàn)代分子育種技術(shù)和工具，快速培育優(yōu)質(zhì)的虹鱒苗種成為突破我國鮭鱒魚類良種匱乏“卡脖子”難題的關(guān)鍵。

近七成位點來源于國內(nèi)

基因組選擇育種是一種利用覆蓋全基因組的高密度標記進行遺傳選育的新方法，具有周期短、準確性高等優(yōu)勢，目前已被應用至許多重要水產(chǎn)經(jīng)濟物種的良種選育研究工作，其選育效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的群體選育和家系選育技術(shù)。鮭鱒魚類由于經(jīng)歷了特異性的第四次全基因組復制事件，導致其基因組大小約為普通硬骨魚類的2倍至4倍，由此產(chǎn)生的高昂測序費用和巨大計算資源消耗，成為鮭鱒魚類基因組選擇育種工作廣泛開展的重要限制因素。

“虹芯1號”液相育種芯片同時兼顧了國內(nèi)外虹鱒繁育和野生群體的遺傳信息，共有51,508個高質(zhì)量SNP位點，其中超過67%的位點來源于國內(nèi)虹鱒群體。其中，國內(nèi)虹鱒繁育群體來自山東濰坊、遼寧本溪、甘肅臨夏、四川攀枝花和新疆博樂等地區(qū)，國外虹鱒的遺傳信息則由美國、加拿大、挪威、丹麥、波蘭和西班牙等國家主流繁育和野生群體組成。“虹芯1號”液相芯片應用場景豐富，可同時滿足國內(nèi)外虹鱒野生和繁育群體的種質(zhì)資源鑒定、遺傳多樣性評估、全基因組選擇育種、全基因組關(guān)聯(lián)分析和遺傳圖譜構(gòu)建等多方面研究工作的需求，有助于其重要經(jīng)濟性狀遺傳基礎的解析與優(yōu)異基因資源的挖掘。

通用性強、成本低且高效

“虹芯1號”SNP背景位點基于國內(nèi)5個地區(qū)的虹鱒繁育群體以及美國、加拿大、挪威、丹麥、波蘭和西班牙等國家的虹鱒野生與繁育群體的495份高深度全基因組重測序數(shù)據(jù)構(gòu)建完成。此外，“虹芯1號”還涵蓋了國內(nèi)外科研院所篩選獲得的虹鱒重要經(jīng)濟性狀相關(guān)的SNP位點。同美國農(nóng)業(yè)部以及法國國家農(nóng)業(yè)研究院開發(fā)的虹鱒育種芯片相比，“虹芯1號”在國內(nèi)虹鱒繁育群體研究的適用性更強，尤其針對海水環(huán)境下虹鱒的生長速度和肌肉品質(zhì)，可推動我國海水養(yǎng)殖虹鱒良種的遺傳選育工作進程。

研究團隊前期基于“虹芯1號”完成了18個虹鱒群體的遺傳結(jié)構(gòu)分析，其與全基因組重測序數(shù)據(jù)分析結(jié)果高度一致。同傳統(tǒng)重測序方法相比，“虹芯1號”操作便捷，無需經(jīng)過復雜的數(shù)據(jù)分析流程，可在一周之內(nèi)快速完成SNP分型，且價格僅為重測序的四分之一左右，大幅提高了檢測效率，降低了成本。此外，相比傳統(tǒng)固相芯片，液相芯片可以捕獲更多mSNP（多核苷酸多態(tài)）標記，具有填充位點分布均勻、多樣性信息豐富、分型準確的突出優(yōu)勢。