作物/畜禽全基因组选择育种NGS解决方案
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2026-03-23
民以食为天，种为业之本。在人口持续增长与气候变化加剧的双重挑战下，如何培育出更高产、更抗病、更优质的动植物新品种，是全球农业科学家面临的终极考题。传统育种方法虽功不可没，但在改良产量、抗逆性等复杂数量性状时显得力不从心。
全基因组选择（Genomic Selection, GS）技术的出现，彻底改变了这一局面。这一技术的核心在于利用覆盖全基因组的高密度分子标记，通过训练群体建立基因型与表型的统计关联模型，进而对仅有基因型数据的候选群体进行育种值预测。随着下一代测序技术（NGS）成本的持续下降和计算方法的迭代升级，GS正从基于SNP芯片的"有限标记"时代迈向基于全基因组测序（WGS）的"全序列"时代。
图1 植物、水产、禽类育种（图片来源：网，侵删）
一、传统育种方法的局限性
传统育种主要依据个体的表型（如株高、产量、肉料比）进行选留，这不仅耗时，而且对于难以测量的性状（如抗病性、肉质风味）或晚期表达性状（如寿命、产奶持久性）束手无策。
传统的分子标记辅助选择（Marker-Assisted Selection, MAS）和全基因组关联分析（Genome-Wide Association Study, GWAS）主要聚焦于主效数量性状位点（QTL），而大量微效QTL在复杂性状中的作用往往被忽视。MAS需要一套从双亲杂交后代发展而来的分离群体，这个过程耗时、等位变异狭窄、分辨率低，导致在实际育种计划中影响有限。
二、从芯片到全基因组测序
2.1 SNP芯片技术
基因芯片，又称SNP芯片（Single Nucleotide Polymorphism Array）或DNA微阵列（DNA Microarray），是一种基于核酸杂交原理的高通量基因分型技术。其核心是将大量已知序列的寡核苷酸探针固定在固相基质（如玻璃片、硅片或尼龙膜）上，形成高密度的探针阵列。当标记有荧光信号的样本DNA与芯片杂交后，通过扫描荧光信号强度，即可判断样本在特定SNP位点的基因型。
SNP芯片（SNP Chip）曾是GS的主流基因分型平台，但其固有局限日益凸显。商业化芯片（如牛50K、猪60K芯片）仅包含预设的SNP位点，无法检测新突变。同时，拷贝数变异（CNV）、倒位、易位等大片段变异难以通过芯片检测。对于不同物种需定制不同芯片，开发成本高周期较长。
图2 芯片捕获流程（图片来源：网，侵删）
2.2 NGS解决方案
随着测序成本下降，基于NGS的策略展现出显著优势。全基因组测序（WGS）可全面解析物种的基因组结构，助力基因重组、变异检测和功能基因挖掘，为精准育种奠定坚实基础。针对目标群体进行重测序，结合群体遗传分析，可快速鉴定控制性状的遗传变异，优化选择育种策略。利用目标基因位点的 SNP/InDel 分型技术，可实现快速高效的标记辅助育种（MAS），降低传统育种的周期和成本。转录组测序（RNA-seq）可在不同生长阶段、环境条件下解析基因表达模式，挖掘影响生产性能的关键调控基因。微生物组测序可揭示动物肠道微生物群落的变化，助力饲料配方优化、疾病预防及健康管理，提升养殖效率。
三、全基因组选择的优势
GS的育种周期通常包括四个步骤，分别是训练群体构建、模型训练、育种值预测、选种决策。先进行收集具有完整基因型和表型记录的参考群体，然后利用统计方法估计每个标记的效应值，对候选个体仅基于基因型预测基因组估计育种值（GEBV），最后根据GEBV进行早期选择，缩短世代间隔。
相比传统育种，GS的优势非常明显。传统育种需等待个体完成性能测定才能选择，GS可在出生或种子阶段即进行预测，使世代间隔缩短30-50%。对于低遗传力性状（如繁殖性状、抗病性）和难以测定的性状（如肉质、加工品质），GS准确性显著高于基于系谱的BLUP方法。最重要的是，GS可以减少性能测定个体数量，降低维持核心群的成本，对于大型动物（如牛）的育种意义重大。
四、NGS在农牧业育种中的展望
随着测序成本的持续下降与测序和多组学技术的融合，NGS在农牧育种中的角色正从“辅助工具”迈向“核心引擎”。未来，泛基因组与结构变异（SV）图谱的完善将彻底揭开重要经济性状的遗传“暗物质”，让传统育种中难以利用的复杂基因资源得以精准挖掘。结合基因编辑技术，NGS能够快速锁定并验证关键功能基因，实现从“发现标记”到“创制新种质”的闭环。与此同时，高通量测序平台与人工智能算法的深度集成，将催生出更智能的基因组选择模型，使育种家能够在幼苗期即可多维预测个体的生长、抗逆与品质潜力，大幅提升选择准确性。更重要的是，国产化测序平台与定制化芯片的普及，正推动NGS技术下沉至中小型育种企业，使精准育种从“高精尖”走向“普惠化”。
五、总结
全基因组选择技术正在重塑作物和畜禽育种的格局。从训练群体的优化设计到统计模型的精进，从高通量基因分型到多组学数据整合，GS正在实现育种从“经验驱动”向“数据驱动”的转变。永利3044集团官网致力于为GS育种提供完整的NGS解决方案，从高质量核酸提取到稳定可靠的文库构建，助力每一位育种科研人员和育种家，解码生命密码，加速遗传进展。
永利3044集团官网农牧育种DNA建库选择指南
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试剂类别 |
产品名称 |
货号 |
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动物组织DNA提取 |
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植物DNA提取 |
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土壤/粪便DNA提取 |
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建库试剂 |
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杂交捕获试剂 |
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纯化磁珠 |
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接头 |
Hieff NGS® Stubby UDI Primer Kit for Illumina®Set1/Set2/Set3/Set4（板式） |
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Hieff NGS® Unique Dual Barcode Primer Kit for MGI® Set1/Set2/Set3/Set4（板式） |
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定量 |
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永利3044集团官网农牧育种RNA建库选择指南
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试剂类别 |
产品名称 |
货号 |
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植物RNA提取 |
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组织总RNA提取 |
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mRNA抓取 |
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rRNA去除 |
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Hieff NGS® MagSP rRNA Removal Kit (Prokaryote)with purification beads |
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建库试剂 |
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纯化磁珠 |
