布萊恩·費根在《親密關系：動物如何塑造人類歷史》一書中記載，大約1.2萬年前，人們開始將野生動物馴化成家畜——山羊、綿羊、豬、牛等。再看家禽，幾千年時光中，人類將鳥類馴化成了雞鴨鵝。雞是從紅原雞馴化而來，鴨是從綠頭鴨馴化而來，鵝則是從鴻雁和灰雁馴化而來。
滄海桑田，陵谷變遷，漫長時光賦予了人類改變物種的力量。而如今，如何加快育種速度，選育出滿足需求的新品種，成為育種專家需要解決的難題。
目前，借助基因組單核苷酸標記(SNP)芯片，通過全基因組關聯研究(GWAS)，育種專家能夠識別與復雜性狀和常見疾病關聯的遺傳標記。
育種領域的一場芯片浪潮正在涌動。借此，能夠高效選育出產奶量更多的牛、出肉率更高的豬、產蛋量更多的雞。
在我國肉雞育種領域，SNP芯片研發與新品種選育交織并進，國內首款自主研發的肉雞基因組育種芯片“京芯一號”一經應用，就打破了國外壟斷，推動國內首批自主培育白羽肉雞品種之一“廣明2號”的誕生。
而這款芯片背后的故事，精彩動人卻少為人知。
“秘密武器”
2019年3月的一天晚上，趙桂蘋接到一個電話，讓她如墜冰窟。
這通電話來自廣東佛山新廣農牧有限公司(簡稱新廣農牧)副總經理馮甫榮：“趙老師，董事會決定了，要把雞全部‘砍掉’。”
要“砍掉”的雞，就是“廣明2號”配套系的親本雞群——尚在選育進程中的白羽肉雞品種。
其時，為培育出國產白羽肉雞新品種，新廣農牧聯合中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所(簡稱牧醫所)，已經育種六七年。趙桂蘋作為牧醫所的一名研究員，全面參與了這項工作。
如果把雞全部“砍掉”，就意味著多年的努力全部付之東流。
焦急之際，趙桂蘋聯系上新廣農牧董事長梁尚根：“如果必須要終止這個項目，請一定要保留最重要的幾個品系。”
梁尚根，正是新廣農牧白羽肉雞育種的啟動者。改革開放早年，他從國外引進白羽肉雞，掙到了錢，也感受到了國外公司完全壟斷雞苗、國內失去議價權的無奈。后來梁尚根憑借銷售黃羽肉雞，把公司做大，再“把黃雞上掙的錢投入到白雞育種中”。
育種多年未見收益，所以董事會要求放棄這一項目。
從年近花甲到年近古稀，梁尚根對白羽肉雞育種傾注了不少心血，自然也不甘心就此折戟。
最終，兩人商定盡量多保留“廣明2號”的重要品系，而不得不放棄暫時不重要的其他品系。
轉眼到了7月份，農業農村部啟動《國家畜禽良種聯合攻關計劃》，要加快培育一批具有自主知識產權的突破性畜禽新品種。其中，白羽肉雞作為種源100%被卡脖子的品種，將作為重點攻關項目。
新廣農牧的“廣明2號”被選中，如能達到品種審定要求，就可以進行生產性能測定和中試飼養，籌備新品種認定。
多年的堅守迎來了曙光，但是一個新的問題擺在眼前：因為之前“砍掉”了不少雞，選育群體數量不是很充足了。
要盡快啟動新品種認定程序，需要短時間內將現有群體擴繁，增加雞群數量，滿足測定和中試要求。
為盡快完成擴繁，趙桂蘋和團隊成員一次次從北京前往佛山，與新廣農牧人員制定解決方案。
一波未平，一波又起，為配合畜禽糞污治理要求，新廣農牧在佛山的育種基地需要搬遷到云南省彌勒市。
1200公里，耗時3個月，才將“廣明2號”選育雞群和素材全部轉運完成。
搬遷彌勒后，趙桂蘋團隊和新廣農牧爭分奪秒，抓緊擴繁工作，愣是在半年多時間把雞群擴繁了10倍，達到了既定要求。
事后回想起這段歷程，趙桂蘋心有余悸而又無比慶幸。
“如果不是用了育種芯片，一切都將無可挽回，‘廣明2號’不會出現在我國首批自主培育白羽肉雞新品種名單中，可能將錯過市場機遇，不會為人所知。”趙桂蘋說。
2017年，牧醫所首創的雞SNP育種芯片“京芯一號”一經問世，就應用到“廣明2號”選育中。
“‘京芯一號’為育種節省了至少3年時間。”趙桂蘋認為，芯片應用后，加快了種雞的飼料報酬、產肉率和繁殖性能的育種進展，并在最后關頭，最高限度地提升擴繁后的雞群性能。
“應用‘京芯一號’育種芯片，進行肉雞全基因組選擇，對育種工作起到巨大推動作用：提高遺傳評定準確性;縮短選育周期;減少不易測定表型的工作量和成本投入；實現標準化、自動化檢測和數據分析等。”牧醫所副所長、國家肉雞產業技術體系首席科學家文杰表示。
2021年12月，“廣明2號”白羽肉雞新品種發布會召開，“京芯一號”育種芯片作為核心育種技術才漸為人知。
為了修煉這一“秘密武器”，牧醫所雞遺傳育種團隊穿越了一條無人之徑，勇攀高峰，才摘得寶劍。
必然之路
正如科普作家悉達多·穆克吉所說，一旦人類認識到個體基因組編碼的本質，并且掌握了定向改變這些編碼的技術，我們的未來將發生天翻地覆的變化。
1953年，脫氧核糖核酸(DNA)結構被發現，生物遺傳的基因密碼開始得到破解。20世紀70年代，基因測序與基因克隆技術問世，代表著人類擁有“讀取”與“復制”基因的能力。20世紀80年代，人類遺傳學家開始使用基因技術鑒別人類疾病相關基因，例如人類孕期檢查中，可以利用DNA測序技術檢測胎兒是否患有唐氏綜合征等染色體疾病。
世紀之交，全基因組關聯分析開始得到應用。2010年前后，牧醫所雞遺傳育種團隊也開始使用這一技術研究肉雞性狀遺傳密碼。
在育種工作中，開展全基因組關聯分析，使用全基因組SNP芯片是性價比最高的一種方法。當時雞SNP芯片在國際上推出僅有兩三年時間。這種芯片最早是由荷蘭瓦格寧根大學等機構研發，后來英國羅斯林研究所開發了另一款標記密度更高的600K SNP芯片。英國羅斯林研究所就是在20世紀末創造出克隆羊多莉的機構。
國內尚無雞SNP芯片，趙桂蘋和團隊成員研究所用芯片均要從國外購買。
“我們當時用的一款60KSNP芯片，每張價格1000元人民幣左右，幾年下來，買芯片花了至少200萬元。”趙桂蘋說。
價格偏高，效果也不太理想。“可能由于國外芯片設計中選用的品種不符合國內研究實際，導致芯片應用效果不明顯。”團隊成員劉冉冉說。
這一切讓育種團隊意識到，使用國外芯片不是長久之計。
2014年前后，SNP芯片開始在奶牛和豬育種中得到廣泛應用，尤其是奶牛育種，使用效果很好。
趙桂蘋因此認為，奶牛和豬育種應用芯片已取得成功，雞育種也應該使用。
育種團隊首先用國外育種芯片在北京油雞上做初步實驗，發現有一定效果。“如果我們自己設計芯片，兼顧本土品種，選育效果將會更顯著。”
國內大量雞育種企業，對育種芯片有大量需求，如果沒有自己的芯片，國產新品種的選育將面臨困難。
趙桂蘋和團隊成員下定決心，一定要研發出自己的育種芯片。
芯片研發還未啟動，質疑聲已經從學術界傳來。
當時學術界對是否要在小動物育種中使用芯片，存在很大爭論。有的人認為，牛、豬等大動物育種使用SNP芯片很合理，因為這些動物單個價值大，但是雞育種使用SNP芯片劃不來，投入會比產出更大。
育種團隊使用芯片進行初步實驗時，已經聽到“有錢沒地兒用”的評價，如今還要自研芯片，更是被推到了爭論和質疑的風口浪尖。
對于這種質疑，劉冉冉回憶，當時團隊討論認為，芯片對雞育種的價值，不能憑單只雞的價值來衡量，而要考慮到行業整體規模。肉雞繁育體系，是金字塔式結構，按照“曾祖代種雞—祖代種雞—父母代種雞—商品代雞”的層級，數量逐漸放大。因此，一只種雞的性狀，會影響千千萬萬的后代雞。
“新技術探索存在爭議是正常的，我們自己真正想明白了為什么要做這件事，就沒有再受到質疑干擾了。”劉冉冉說。
在趙桂蘋看來，是技術發展要求必須做這件事，她注意到，國際上很多白羽肉雞育種公司都在研發芯片了。
“我們沒有另外一條路，只能這么走下去。”趙桂蘋感到被一股力量推向這條必然之路。
2014年，在文杰、趙桂蘋的帶領下，肉雞育種團隊啟動了雞全基因組SNP育種芯片研發。
不謀而合
2016年2月初，來自西伯利亞的寒風還在北京城內徘徊，在城市西北角，中國農業大學圖書館一層的咖啡廳里溫暖如春，書香、茶香、咖啡香相互混合，氤氳彌散。趙桂蘋應中國農業大學教授劉劍鋒之約趕來這里。
彼時趙桂蘋團隊的芯片研發正在進行中，面臨著資金短缺問題。
芯片設計完成后，需要從國外購買硬件，將信息標記到硬件上，但是訂制一批芯片硬件需要6000張起，需要至少先墊付180萬元。
“作為科研單位的研發團隊，我們只能提供技術方案，從技術到產品，還需要借助社會資金，科研成果轉化離不開企業的力量。”趙桂蘋說。
在趙桂蘋四處尋找資金之時，劉劍鋒也在為豬育種芯片研發尋找資金。他得知一家公司有意投資畜禽育種芯片，這才叫來了趙桂蘋，一同來見這家公司的董事長劉繼強。
這家公司名叫北京康普森生物技術有限公司(簡稱康普森)，由“80后”劉繼強在2011年成立，為育種企業提供技術服務和產品，也在代理國外基因芯片訂制服務。
在與畜禽育種企業合作過程中，劉繼強看到國外產品并不完全適合國內育種群體，而國內企業嚴重依賴國外育種技術，處境艱難。“在基因組育種這個技術集約型行業，我們意識到需要貢獻自己的一份力量。”劉繼強說。
三人碰面后，不謀而合。
“趙老師，您盡管去做吧，資金我來墊付。”劉繼強告訴趙桂蘋。
確定合作后，三人隨即開始討論芯片生產和推廣中可能會遇到的問題。
資金問題有了著落，趙桂蘋開始擔憂芯片的銷售問題。自己團隊一年的芯片需求只有幾百張，6000張芯片賣給誰呢?企業投入資金，需要獲得收益，不能讓這筆錢打了水漂。
回想起當時面臨的諸多不確定性，育種團隊成員都認為康普森的勇氣和擔當非常難得。
“康普森堅信國家實施種業振興、實現育種強國建設的決心，這是我國農業的未來，也是我們上下游相關企業的未來。而且，康普森多年來和牧醫所等機構合作，了解其擁有先進科研水平和扎實數據基礎，搭建了國內先進的雞育種平臺。”劉繼強說，“本土企業的責任、對國家種業振興的信心和對我國科研水平的信任，讓康普森愿意從始至終地支撐育種事業。”
基因溯源
世界上沒有相同的兩片葉子，也沒有相同的兩只雞。就像人有高矮胖瘦的不同特征，雞也會有體型、生長速度、抗病能力等性狀的不同。
當科研人員把探求的視角，不斷精細到生命更小單元，來尋找這種生命現象的本質原因，揭示代際遺傳的奧秘，總是會感到震撼又著迷。
DNA雙螺旋結構，像是公寓里盤旋延伸的螺旋梯，構成螺旋梯一層層梯級的是數以億計的堿基。SNP就是不同個體DNA同一位置上的堿基差異，是一種遺傳標記。找到SNP位點，就找到了生命差異的基因源頭。
肉雞育種團隊要做的，就是要將數萬個DNA遺傳標記序列排列在玻片或特殊硅片上，固定形成SNP探針陣列。芯片應用時，樣本基因組與固定在芯片上的DNA標記序列發生堿基配對反應，就能夠精準鑒定基因信息。
研發過程中，最艱難和重要的工作，就是從雞的基因組里尋找和篩選SNP位點。這些位點影響著雞的飼料報酬率、產肉率、肉品質、抗病力、繁殖能力等性狀。
“要讓芯片未來應用更廣泛，在收集SNP位點的基礎數據時，就要考慮各種品種。”劉冉冉說。
育種團隊搜集了9個國內外代表性品種的基因數據，包括白羽肉雞以及我國地方雞種。地方雞種又涵蓋了偏肉用品種清遠雞、文昌雞、茶花雞、蘆花雞、鹿苑雞、大骨雞等，以及蛋用品種白耳雞和仙居雞，保證了芯片的本土適用性。
位點數據來源廣泛，也意味著工作量巨大。
“團隊成員都多多少少參與了這些工作，不同研究領域的老師都貢獻了各自領域的相關位點。”研究家禽抗病問題的李慶賀，則協助提供了部分抗病力相關位點。
在雞育種中，抗病力是重要的選育指標，肉雞產業對此有過慘痛的教訓。我國曾經自主培育的白羽肉雞，2002年國內市場份額一度達到55%以上，最終因疫病等原因無奈終結。
“有的雞品種比較脆弱。如果我現在穿著紅色衣服，去雞舍里跑一圈，可能就會有幾只雞‘崩潰’而死。”北京市平谷區一家養殖場的員工說道。
在家禽生產中，沙門氏菌、禽流感病毒、禽白血病病毒、馬立克氏病毒等是威脅雞群健康的主要病原。針對這些疾病，李慶賀協助提供了3000多個位點，這些位點能夠讓芯片選育出抗病力更強的種雞。
在初步完成數據收集后，育種團隊還要從海量位點中不斷篩選出最優位點，以實現育種芯片的最佳性能。
在此過程中，育種團隊感受到越來越大的研發競爭壓力，國外全基因組SNP芯片正在加速迭代，國內也有機構躍躍欲試要開展研究。此外，團隊逐漸與一些企業建立了合作，感受到必須要盡快把芯片推廣應用。
2016年2月，育種芯片研發進入最后攻關階段，團隊成員都集中時間投入到研究中。
“除了處理必要的日常生活事務外，我們基本都會在實驗室，這其實是科研工作的常態。”劉冉冉說，大家經常周末也會來實驗室工作。
眼看研究進展沒有達到預想速度，趙桂蘋萬分焦急，一邊指導和督促研究進度，還要不斷與各個合作企業開會溝通。
“趙老師全程處于高能狀態。”劉冉冉負責芯片設計的整體協調和匯總工作，每隔幾天向趙桂蘋匯報進度。
“一定要爭一口氣！”趙桂蘋說，支撐她堅持下來的除了作為一位農業科技工作者的責任感外，還想證明自己能行、團隊能行。
對待畜禽科研事業，趙桂蘋幾十年來一直是咬緊牙關、從未松懈。20世紀80年代末，趙桂蘋考入張家口農業高等專科學校，50多人的班級里，她是考上大學的3個女生之一。1992年大學畢業后，趙桂蘋被分配到國家家禽育種中心，當時是隸屬于原農業部的白羽肉雞種雞場，工作4年后考上中國農業科學院研究生，走上了畜禽育種的科研之路。
對芯片研究工作的嚴格、高效要求，讓趙桂蘋偶爾會有跟團隊成員著急的時候，但事后往往會自責后悔。
“趙老師把自己修煉成了‘六邊形戰士’，但是對我們學生像媽媽一樣。”團隊成員王巧說道，“她其實舍不得責備我們，有難題都是自己頂上去。”
集中攻關階段雖然很辛苦，但劉冉冉回憶起那段時間，卻感到充實愉快。“集體工作中，我們團隊成員合作非常默契，以至于我都想不起來那段時間遇到過什么困難了。”劉冉冉說。
2016年11月，育種團隊從1400萬個SNP位點中，最終篩選出5.5萬個位點，完成了雞55KSNP芯片的設計工作。
“看，就是這個6746KB的文檔，里面就是我們篩選的位點。”劉冉冉打開了一個Excel文檔，里面是5.5萬條位點信息，是育種團隊兩年多的奮戰，以及在肉雞育種領域長期積累的成果。
“大家在短時間內完成了一件非常困難的工作。”趙桂蘋說。
終極目標
芯片設計完成后，借助康普森的資金支持，2017年3月，6000張芯片順利完成生產。
第一次見到芯片，育種團隊成員很興奮。
“就像懷孩子似的，終于把它生出來了。”趙桂蘋形容自己的心情。
“這個小小的玻璃片，只有7-8厘米長、2-3厘米寬，乍一看，外人還真看不出來背后付出了多少努力。”李慶賀說。
“趙老師，咱們芯片起什么名字呢?”劉冉冉問道。
“這個芯片在北京誕生，就叫‘京芯一號’吧。”趙桂蘋思索道。
“京芯一號”一經推出，首批6000張很快售完，新廣農牧在“廣明2號”研發中使用了2000張，山東益生種畜禽股份有限公司訂購了全部芯片并應用到育種中。
為加快推廣“京芯一號”芯片和全基因組選擇技術，牧醫所還推動成立了肉雞全基因組選擇育種聯盟，廣東溫氏南方家禽育種有限公司、江蘇立華牧業股份有限公司等8家單位成為聯盟成員。
走向市場并不意味著研發的結束，育種團隊一邊收集市場反饋，一邊改進芯片性能。“‘京芯一號’目前升級到第三版，產品已經非常成熟了。”劉冉冉說。
在芯片推廣中，文杰和趙桂蘋感受到了新的挑戰，不亞于芯片研發。
許多國內雞育種企業對全基因組SNP芯片仍處于觀望狀態。有些企業在育種中嘗試使用替代技術，如簡化基因組測序等。目前全基因組選擇技術是最有效的，但是企業對技術缺乏了解。
還有些企業對芯片表現得很感興趣，但是始終猶豫不決，認為芯片成本太高，擔心不能獲得良好回報。趙桂蘋認為，投入1年芯片成本，能夠加快2年的選育時間，還能夠節省養殖成本，其實性價比很高。
隨著近兩年畜禽育種的快速發展，也有些企業主動上門，要購買芯片。“市場競爭和技術發展，都在推動企業越來越關注這項技術。”趙桂蘋說。
目前，“京芯一號”已應用7.2萬張，2022年預定總量達到了10.6萬張，在7家國家級核心育種場應用，并獲得了國家發明專利和北京市新技術新產品證書。
除應用于“廣明2號”新品種培育外，“京芯一號”還分別在10家企業的選育工作中應用，支撐了“益生909”小型白羽肉雞等5個肉雞新品種的培育，有效地縮短了核心品系選育的世代間隔，加快了13萬余只選育核心群的產蛋數、產肉率、飼料報酬等性狀的遺傳進展。
對使用芯片的育種企業，育種團隊需要全程提供詳盡的技術服務，幫助企業制定技術方案，培訓技術人員。
這近乎是一種公益行為，只為將新技術盡快推廣到所有育種企業中去。“這也是我們研究的最終目的和最大意義。”趙桂蘋說。
“京芯一號”的應用，不會止步于新品種的育成，還將在新品種的持續選育和市場推廣中發揮重要作用。
今年8月，農業農村部辦公廳印發《關于加快自主培育白羽肉雞品種推廣應用工作的通知》，要統籌各方力量，強化政策扶持，加快我國自主培育白羽肉雞新品種推廣應用。
今年9月，中國農業科學院白羽肉雞研究中心宣布成立，11家高新技術研發機構和產業頭部企業，構建起白羽肉雞研究創新共同體。成立大會上，牧醫所與康普森、河北玖興農牧發展有限公司分別簽署了“京芯一號”育種芯片專利轉讓和肉雞新品種培育合作協議，合作金額達1000萬元，這意味著“京芯一號”技術成果轉化進入新階段，市場化應用加速。
同樣在9月，中國農業科學院發布了《2022年中國食物與營養發展報告》，建議實施白肉增長計劃，推動以禽肉和水產品為代表的白肉消費和健康低碳飲食。禽肉脂肪含量較低，不飽和脂肪酸含量較高，在養殖過程中飼料轉化率高，對資源環境壓力顯著小于其他肉類產品。
實施白肉增長計劃，新品種創制和技術創新尤為重要，“京芯一號”育種芯片作為肉雞育種領域的關鍵核心技術，將為這一戰略提供底層支撐。
保障優質蛋白供應安全，沖破肉雞品種國際壟斷，“京芯一號”是極限追趕的加速器，也將是后發超車的彎道線。
