國外荷斯坦奶牛健康性狀基因及基因組評估的發(fā)展

郭光成

(黑龍江省家畜遺傳資源保護中心， 哈爾濱 150069)

國外荷斯坦奶牛健康性狀基因及基因組評估的發(fā)展

郭光成

(黑龍江省家畜遺傳資源保護中心，哈爾濱150069)

本文介紹了目前荷斯坦奶牛健康性狀的基因組評估在國外的發(fā)展情況，并對未來通過提高奶牛健康性狀基因選擇來增加奶牛養(yǎng)殖效益提出設(shè)想。

健康性狀；奶牛；基因；可靠性

在奶牛的健康管理中，使用遺傳改良策略的作用越來越大。結(jié)合健康性狀信息的育種策略有可能改善動物的健康狀況和整個乳業(yè)的運作。罹患疾病的奶牛，由于撲殺、獸醫(yī)費用、勞動力，以及牛奶產(chǎn)量減少等，對養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益產(chǎn)生負面影響[1]。2009 年，Guard估測，通常奶牛疾病的花費從酮癥181美元到皺胃異位391美元不等[2]。奶牛研究者和生產(chǎn)者一直致力于提供最好的環(huán)境，通過營養(yǎng)、管理和牛舍衛(wèi)生來減少疾病。然而，從基因上提高功能性狀是一個挑戰(zhàn)，因為健康性狀遺傳力較低，測量和記錄可能比較困難和昂貴。

1 其他國家健康性狀基因評估的發(fā)展

健康性狀的基因評估在那些健康數(shù)據(jù)記錄常規(guī)化的國家有著悠久的歷史。在北歐，自1970年代中期就開始了包括健康性狀在內(nèi)的育種規(guī)劃[3]；目前，超過97%的挪威奶牛都在系統(tǒng)記錄里[4,5]。在一些國家，健康數(shù)據(jù)在遺傳評估中的直接應(yīng)用發(fā)展迅速。2006年，德國和奧地利開始了健康性狀的常規(guī)數(shù)據(jù)收集和遺傳評估[6]。在法國，自2010年以來，臨床性乳腺炎已經(jīng)被納入常規(guī)的基因評估[7]。2014年，加拿大對奶牛的乳腺炎抗性進行了基因評估；評估是基于第1、第2哺乳期的臨床乳腺炎發(fā)病率以及體細胞數(shù)量[8,9]。2016年，加拿大開始進行的研究是酮病和皺胃異位進行基因評估，隨后在接下來的幾年里會研究子宮炎和胎盤滯留、肢蹄健康和跛足，以及其他的功能性狀[10]。

2 美國健康性狀基因評估的發(fā)展

目前，美國的遺傳評價和奶牛健康性狀的選擇是在指標性狀基礎(chǔ)上進行的。在其國家系統(tǒng)基因評估中，包括體細胞、某些肢蹄性狀、以及生產(chǎn)年限等指標性狀在近年來呈現(xiàn)出令人滿意的遺傳趨勢。但是，對這些性狀預測的可能性并沒有引起奶牛群中預期的乳腺炎、跛足或代謝性疾病發(fā)病率的減少[11]，這可能是由于指標性狀的遺傳力較低或者是與目標性狀不完全相關(guān)造成的。不使用直接健康數(shù)據(jù)的原因是沒有一個國家系統(tǒng)收集記錄健康數(shù)據(jù)。盡管大多數(shù)奶牛生產(chǎn)者記錄了他們的牛群的健康信息，但由于記錄的準確性不足和記錄的不一致，導致健康數(shù)據(jù)存在很大程度的自定義，這導致在基因評估中使用健康數(shù)據(jù)變得更加困難了[12]。

在基因組評估方法中所取得的進展，提高了那些低遺傳力和不完全信息性狀選擇的準確性。單階基因組BLUP(single-step genomic BLUP, ssGBLUP)方法作為基因組評價的選擇方法被廣泛采用[13,14]。該方法在單一分析中使用系譜、表現(xiàn)型和基因組數(shù)據(jù)的聯(lián)合信息。ssGBLUP的工作方式與傳統(tǒng)的BLUP相同，只是它通過結(jié)合估測基因型動物的關(guān)系來修改附加關(guān)系矩陣。ssGBLUP方法由于其簡單性以及適用于大多數(shù)評估模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在研究和商業(yè)領(lǐng)域中迅速流行起來。該方法被認為能避免重復計算和預選偏誤[15]。2014年，Parker等[16]將ssGBLUP方法應(yīng)用于大約30萬份病歷檔案的記錄，并得出結(jié)論，基因組數(shù)據(jù)將大大提高健康性狀選擇的準確性。

為了適應(yīng)對奶牛健康性狀進行遺傳改良的市場需要，Zoetis Gnetics發(fā)起了一個項目，與美國的荷斯坦協(xié)會、雅典的喬治亞大學以及客戶進行合作，為奶牛的健康性狀進行基因和基因組的評估。值得一提的是，這個項目的重點是創(chuàng)建基因組工具，基于生產(chǎn)-記錄的數(shù)據(jù)和ssGBLUP方法來建立荷斯坦奶牛商業(yè)可行的基因和基因組評估的健康性狀，方便奶農(nóng)根據(jù)他們小母牛的遺傳素質(zhì)來做出管理和選擇決定，而這些遺傳素質(zhì)將在它們以后的生活中逐漸表現(xiàn)出來。

2016年3月，碩騰遺傳(Zoetis Gnetics)首次對外提供了關(guān)于荷斯坦奶牛健康特征的商業(yè)性可行性評估[17]。該評估中涉及到的健康狀況、血統(tǒng)和基因型的表型數(shù)據(jù)等從奶農(nóng)處獲得。其中健康狀況的評估包含6種疾病：乳腺炎、子宮炎、胎盤滯留、皺胃異位、酮癥和跛足。數(shù)據(jù)記錄的數(shù)量從180萬例酮癥到410萬例乳腺炎不等。此外，評估還包括超過1 400萬份譜系記錄和114 216個基因型數(shù)據(jù)。采用重復觀測值的單變量閾值動物模型對所有性狀進行了分析，包括產(chǎn)犢的季節(jié)、年齡，動物和不變的環(huán)境對胎次的固定效應(yīng)和牛群的隨機效應(yīng)等。在基因組分析中總共使用了45 425個單核苷酸多態(tài)性。用低密度芯片進行基因輸入被認為是單核苷酸多態(tài)性的必需數(shù)量。所有的分析都是以ssGBLUP為基礎(chǔ)的。預測傳遞力以百分數(shù)表示，與基本群體中出現(xiàn)的一種疾病的平均估計概率不同。通過將可靠性的函數(shù)劃分為記錄、譜系和基因型的貢獻，獲得了育種值的可靠性?；蚪M預測的可靠性預測，在發(fā)生疾病的已知基因型和血統(tǒng)青年母牛的傳遞力平均有50.2%(皺胃異位)和51.9%(乳腺炎)。此外，乳腺炎與體細胞數(shù)高度相關(guān)，其遺傳相關(guān)系數(shù)為0.72，與Boichard和Rupp的研究結(jié)果相同[18]。

3 結(jié)論

利用農(nóng)場收集的健康數(shù)據(jù)進行常規(guī)基因和基因組評估在美國已經(jīng)有了成功例子。如果有了對健康性狀基因組預測的選擇工具，就可以應(yīng)用于改善奶牛的健康狀況，而這明顯是一個一勞永逸的解決辦法。因為改善健康性狀的基因選擇將永久改善群體的健康狀況，而不是通過抗生素、疫苗和其他管理干預手段暫時緩解。同時，包括對健康性狀的基因組預測以及對生產(chǎn)、生育和健康的預測，可以為奶農(nóng)提供一個更完整的工具來選擇潛在的經(jīng)濟效益更大的青年母牛。

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S823.2

： B

： 1005-2739(2017)05-0006-03

2017-06-28

郭光成(1978-)，男，碩士，高級畜牧師。