基于智能项圈系统荷斯坦牛发情相关指标的遗传参数估计及全基因组关联分析

【目的】探究基于奶牛智能项圈系统产生的发情指数和活动峰值指标的群体规律及其影响因素,对其进行遗传参数估计,并利用全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)挖掘与奶牛发情相关指标的遗传标记,以期为从遗传育种角度制定选育策略提高奶牛繁殖力提供有用信息。【方法】试验以北京市某规模化牧场健康的泌乳期荷斯坦牛为研究对象,收集了该牧场2017年7月至2020年5月2 074头泌乳牛的发情记录,包括发情指数和活动峰值,同时收集了试验牛的产犊记录;采用SAS 9.4中MIXED过程,分析了非遗传因素对发情指数和活动峰值的影响;基于DMU软件DMUAI模块,使用双性状动物模型估计了发情指数与活动峰值的遗传力及遗传相关,并计算了发情指数与常规繁殖性状的近似遗传相关;以逆回归育种值为关联分析的表型,利用Farm CPU软件分别对发情指数和活动峰值进行了GWAS。【结果】荷斯坦牛发情指数为(71.77±19.13)au,活动峰值为(105.94±30.73)au/2h。发情指数遗传力为0.04±0.01,活动峰值遗传力为0.19±0.04,均为低遗传力性状;发情指数与活动峰值之间的遗传相关为0.45±0.03;发情指数与经产牛首末次配种间隔、首次产犊日龄和青年牛首末次配种间隔的近似遗传相关分别为0.37、-0.41、-0.55。两个性状的GWAS共找到7个在全基因组水平上显著的SNP位点,分别位于7条染色体上,显著位点附近(300 kb内)共发现基因31个。【结论】通过项圈系统获得的发情指数和活动峰值是可遗传的,两者之间存在中等遗传相关,活动峰值为中低遗传力,且能够一定程度上反映奶牛的发情指数,活动峰值和发情指数为研究奶牛的发情行为以及提高母牛的繁殖力提供了新的方向。GWAS鉴定到的候选基因PTGS1(Prostaglandin-Endoperoxide Synthase1)和NDUFA8(Ubiquinone Oxidoreductase Subunit A8)的功能与供体胚胎总数有关,VEGFA(Vascular Endothelial Growth Factor A)基因功能与奶牛繁殖有关,可作为奶牛发情相关指标的候选基因进行深入研究。

基于牧场管理数据的奶牛健康性状定义及遗传参数估计

【目的】利用牧场管理数据定义奶牛健康性状,并对各健康性状进行遗传分析。为奶牛抗病选育和研究提供参考。【方法】收集了华北地区46个规模化牧场的奶牛健康事件记录,通过对原始记录中1 326种健康事件进行整理,将所有健康事件分为5类,并在每类中筛选出记录数相对较多的常见健康事件,共计18个。根据各健康事件在每个泌乳期内是否至少发生一次,定义了18个二分类的单一健康性状(观测值为0或1);为了考虑奶牛对某类健康问题的整体抗性,根据每个泌乳期内是否至少发生一次某类健康事件,定义了5个二分类的类别健康性状(观测值为0或1)。利用单性状和二性状重复力动物模型估计了新定义的23个健康性状的遗传参数。【结果】健康性状的遗传力在0(瘤胃酸中毒)至0.03(产乳热)之间。5个类别健康性状中,乳房健康类、繁殖障碍类和代谢障碍类为遗传力最高的3个性状,遗传力均在0.02左右,而消化障碍类(0.01)和肢蹄健康类(0.007)的遗传力相对较低。其中,繁殖障碍和消化障碍中,考虑整体抗性的类别健康性状的遗传力高于其对应类别内的任一单一性状,而乳房健康、代谢障碍和肢蹄健康类别性状的遗传力均分别低于类别内遗传力最高的单一性状。不同类别的健康性状之间,存在较低的遗传相关;同类别健康性状之间,存在一定程度的遗传相关。其中,肢蹄健康类各健康性状间的遗传相关最高,为0.63(蹄叶炎与腐蹄)—0.99(蹄叶炎与蹄底溃疡);繁殖障碍中,胎衣不下分别与子宫炎(0.47)、子宫内膜炎(0.46)存在中等遗传相关;消化障碍中,腹泻与肠炎(0.94)、消化不良与前胃迟缓(0.80)分别存在较高的遗传相关;代谢障碍中,酮病与胎衣不下(0.42)存在中低遗传相关。【结论】基于当前我国奶牛群体健康事件的数据记录质量以及本研究的分析结果,本研究建议将5个单一健康性状(临床乳房炎、子宫炎、酮病、真胃变位及产乳热)和2个类别健康性状(消化障碍及肢蹄健康)作为我国奶牛群体健康性状研究和选育中重点关注的目标性状。本研究探究了基于牧场管理数据定义奶牛健康性状的可行性,利用我国牛群数据对健康性状进行了系统的遗传分析,为我国奶牛疾病抗性的选育和研究提供了参考信息,有助于我国奶牛群体的平衡育种。

荷斯坦牛血浆催乳素浓度遗传参数估计及其与PRL、PRLR和TRH基因关联分析

为探究奶牛血浆催乳素(Prolactin,PRL)浓度的群体特征及其在不同环境条件和生理阶段下的变化规律,估计牛血浆PRL浓度的遗传参数,探究PRL、PRLR和TRH基因多态性与血浆PRL浓度之间的相关性,本研究于2014和2017年对北京地区某规模化牧场的472头泌乳期荷斯坦牛进行血浆PRL浓度测定,共获得1 169条数据。首先,采用固定模型分析采样季节、胎次、挤奶前后和泌乳阶段对奶牛血浆PRL浓度的影响;然后,采用重复力动物模型估计血浆PRL浓度的遗传参数;此外,通过扫描PRL、PRLR和TRH基因的多态位点,对血浆PRL浓度进行基于多态位点和单倍型的关联分析。结果显示:1)泌乳期荷斯坦牛血浆PRL平均浓度为224.29 mIU/L,胎次、采样季节和泌乳阶段对血浆PRL浓度有显著或极显著影响,血浆PRL浓度随胎次和泌乳阶段的推移而逐渐升高,春季和夏季时奶牛血浆PRL浓度极显著高于秋季和冬季(P<0.01);2)血浆PRL浓度的遗传力为0.02,为低遗传力性状;3)PRL和PRLR基因基因中未发现与血浆PRL浓度显著相关的SNP位点,TRH基因的rs137596325、rs109144892、rs108991567、rs109468305和rs109330999与血浆PRL浓度显著或极显著相关;4)对3个基因的SNP进行连锁不平衡分析发现,PRLR基因上的单倍型块与血浆PRL浓度具有显著相关的趋势(P<0.1),TRH基因中的2个单倍型块与血浆催乳素浓度显著相关。综上,本研究获得了荷斯坦牛血浆PRL浓度的群体特征、遗传参数,探究了与血浆PRL浓度分泌相关基因的多态性及与其显著关联的分子标记,为深入理解血浆PRL浓度的遗传基础提供参考。

我国北方地区娟姗牛泌乳曲线分析及其与荷斯坦牛的比较

为分析娟姗牛泌乳曲线的特征及其305d产奶量的影响因素,并重点比较娟姗牛和荷斯坦牛两品种泌乳曲线间的差异,本研究收集了河北地区某规模化牧场2017年1月—2021年1月共1721头娟姗牛和6093头荷斯坦牛的日产奶量连续监测记录,利用Wood模型对奶牛的个体泌乳曲线进行拟合,并根据曲线特征确定了高峰奶、高峰日、日产奶量变化速率、各泌乳阶段产奶总量等指标对泌乳曲线进行剖析。利用SAS 9.4软件的GLM过程分析了胎次、产犊季节等因素对娟姗牛305d产奶量的影响及两群体泌乳曲线间的差异。结果表明:1)Wood模型对娟姗牛泌乳曲线的拟合效果较好,泌乳曲线拟合度(R2)可达0.86;2)娟姗牛305d产奶量受胎次、产犊季节等因素影响显著(P<0.05),较高胎次及春季产犊的娟姗牛305d产奶量更高;3)娟姗牛和荷斯坦牛的泌乳曲线在高峰奶、高峰日及日产奶量变化速率等方面均表现出显著差异(P<0.05),娟姗牛的高峰日较荷斯坦牛提前了39.84天,而高峰奶占总产奶量的比例较荷斯坦牛高0.036%,且娟姗牛的泌乳主要集中于泌乳前期(1~99d),在泌乳后期(200~305d)产奶量显著降低(P<0.05)。综上,本研究利用连续测定的日产奶量记录全面揭示了娟姗牛的泌乳特征,同时通过与荷斯坦牛泌乳曲线的比较为研究娟姗牛与荷斯坦牛的种间差异提供了有用信息,为今后利用连续监测的日产奶量记录进行奶牛产奶性能的遗传选育和牛群的精准管理提供了参考。