荷斯坦奶牛牛嘴宽度影响因素分析及遗传参数估计

【目的】探究中国荷斯坦奶牛牛嘴宽度的群体规律,并估计其遗传参数。【方法】2021年7月至2021年8月分别在2个规模化奶牛场测定了628头泌乳期荷斯坦奶牛的牛嘴宽度及臀高、体高、体斜长和胸围等体尺性状,同时利用体斜长和胸围估计试验牛体重。利用SPSS 26.0软件分析了牧场、月龄和泌乳阶段等因素对牛嘴宽度的影响,以及牛嘴宽度与各体尺性状之间的相关关系;基于DMU软件采用单性状动物模型估计了牛嘴宽度的方差组分及遗传力。【结果】荷斯坦奶牛牛嘴宽度的群体平均值为17.28 cm,变异系数为5%,变异相对较小;牧场和月龄对牛嘴宽度均有极显著影响（P<0.01）,泌乳阶段对牛嘴宽度有显著影响（P<0.05）,牛嘴宽度随母牛月龄的增加呈逐渐增加的趋势,泌乳初期牛嘴宽度显著小于其他泌乳阶段（P<0.05）;牛嘴宽度与各体尺性状之间存在极显著正相关（P<0.01）;荷斯坦奶牛牛嘴宽度的遗传力估计值为0.28,为中高遗传力性状。【结论】牧场和月龄对奶牛牛嘴宽度影响极显著,泌乳阶段对奶牛牛嘴宽度影响显著,牛嘴宽度与臀高呈较弱相关。荷斯坦奶牛牛嘴宽度是一个具有中高遗传力的体尺性状。     

中国荷斯坦牛初产日龄遗传评估及全基因组关联分析

基于高通量SNPs测序的全基因组关联分析为奶牛繁殖性状相关基因的探索提供了契机。本研究基于课题组前期中国荷斯坦牛基因组测序芯片的结果,通过DMU(v 6.0)采用AI-REML结合EM算法的动物模型对北京地区2001-2011年10年间19 111头中国荷斯坦母牛初产日龄记录进行遗传参数估计,并应用PLINK(v 1.07)将大群估计的2 172头中国荷斯坦母牛初产日龄性状的育种值(EBV)作为表型值,进行基于无关群体设计的全基因组关联分析。通过全基因组水平的Bonferroni校正,共检测到1 700个SNPs与初产日龄显著相关。选取P值达到10-15的43个SNPs进行初步分析,其中12个位于X染色体上。显著SNPs上下游200kb范围内存在KLHL4、TRAM1、TRAM2、ZNF438、MATK等繁殖障碍疾病相关基因。7号染色体1 Mb(20.42~21.52 Mb)区域内多个SNPs位点与初产日龄显著相关。这些基因和区域可以作为影响初产日龄性状的重要候选基因和区域,为揭示奶牛繁殖性状的分子遗传基础积累了素材。     

冷热应激对牛PBMC和MDBK细胞活力及HSP70表达的影响

以奶牛原代培养细胞PBMC(peripheral blood mononuclear cells)和商业化细胞系MDBK(madin-darby bovine kidney)为细胞模型,采用MTS、实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR)及Western blot等方法检测不同程度的冷热应激对牛PBMC和MDBK细胞活力及HSP70表达水平的影响,分析不同温度的冷热应激条件下细胞活力和HSP70表达变化的规律,以及不同类型细胞应答冷热应激的差异。结果显示,冷应激和热应激均会使细胞活力降低,应激强度越大,细胞活力越低;冷热应激会调控细胞中HSP70的表达水平,重度冷应激(10℃)下调HSP70的表达,而热应激则上调HSP70的表达,但若超过细胞耐受极限度HSP70表达开始下降;HSP70表达水平应对冷热应激的变化与细胞的类型和冷热应激强度有关。结果表明,冷热应激会降低细胞活力,调控细胞HSP70的表达水平,HSP70的表达变化能够反映细胞冷热应激的强度,可作为评价奶牛冷热应激反应的澘在分子标记在奶牛个体中进行深入研究。     

热应激条件下荷斯坦奶牛后段肠道差异微生物分析

本试验旨在分析热应激条件下,热应激耐受奶牛和热应激易感奶牛后段肠道菌群组成的差异,寻找与热应激相关的后段肠道微生物,为利用饲养管理和遗传选择等手段提高奶牛耐热能力提供理论依据。选择体况相近且健康的1胎中国荷斯坦泌奶牛19头,利用奶牛夏季上午直肠温度(MRT)和下午直肠温度(ART)差值(RTD)将其分为热应激易感组(H组,10头)和热应激耐受组(L组,9头)。采用Illumina PE250测序平台测定两组个体粪便中细菌16S rDNA V3～V4区序列,利用生物信息学方法筛选两组个体的差异微生物。结果表明:①L组的Shannon指数和Chao1指数高于H组,但组间差异不显著(P0.05)。②在门水平,两组个体的厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度之和均占总菌的95%以上;在属水平,L组中YRC22和普雷沃氏菌属(Prevotella)的相对丰度显著高于H组(P0.05),且YRC22、Prevotella的相对丰度与ART、RTD、呼吸评分(RS)、直肠温度极值(RTR)及流涎评分(DS)等5项热应激相关指标均呈负相关关系。③与热应激相关的6项指标(MRT、ART、RTD、RS、DS、RTR)中,RS、DS和MRT在冗余分析(RDA)结果中R2较大,表明这3项指标与奶牛后段肠道微生物菌群相关程度较大。综上所述,热应激影响奶牛后段肠道菌群结构,Prevotella是热应激相关的后段肠道微生物。     

公牛阴囊表面温差与精液品质关系的研究

本研究旨在利用红外热像仪检测阴囊表面温差(△SST),探究△SST与精液品质的关系。于2015年夏季实测北京奶牛中心种公牛站71头荷斯坦种公牛的△SST和牛舍环境温度,并收集同年7~9月份的精液品质检测数据,利用固定模型分析了不同影响因素对单次采精总精子数和早晨阴囊表面温差的影响。结果表明:(1)在早晨、下午环境温度平均值为22.15℃和27.71℃情况下,△SST分别为(3.28±0.69)℃、(2.98±0.58)℃;(2)不同的早晨△SST分组间第二次采精总精子数存在显著差异(P0.05),早晨△SST高于平均值加0.5倍标准差组的单次采精总精子数较高;(3)鲜精活力合格的种公牛,其早晨△SST显著高于不合格的。因此,利用红外热像仪获得阴囊表面温差,可预知是否需要对牛舍降温,或者针对性地对特定公牛体表(尤其阴囊部位)喷淋降温,以增强种公牛体温调节能力。本研究为利用热像图对种公牛生产进行辅助管理提供了实践依据。     

泌乳期中国荷斯坦牛转化孕酮浓度的影响因素分析及其表型预测

【目的】本研究基于试验测定的中国荷斯坦牛血液和乳汁中的孕酮浓度表型，探究了影响中国荷斯坦牛体内孕酮分泌的环境因素、孕酮浓度的变化趋势、孕酮浓度与乳成分的关联程度以及血乳中孕酮浓度的预测方法。【方法】试验于2021年8月在北京、山东两个牧场采集不同胎次、泌乳阶段和妊娠状态的中国荷斯坦泌乳牛的奶样、尾根血样，测定孕酮浓度，最终获得402条乳汁孕酮浓度和298条血液孕酮浓度表型用于数据分析。对孕酮浓度进行数据转化使其近似服从正态分布后，采用固定效应模型探究胎次、泌乳阶段、妊娠状态、牧场等固定效应对奶牛孕酮表型的影响，运用R语言cor函数计算孕酮与各乳成分间的关联，并利用偏最小二乘法和个体及乳成分信息对孕酮浓度进行预测，以建立孕酮浓度表型高通量获取手段。【结果】妊娠状态对转化乳汁孕酮浓度存在极显著影响（P<0.01），胎次、场效应对转化乳汁孕酮浓度均有显著影响（P<0.05），而转化血液孕酮浓度只受到妊娠状态影响（P<0.01）；全乳固体、乳脂率、乳蛋白率、脂蛋比与转化乳血孕酮浓度均存在显著或极显著的正相关关系（r=0.14~0.37，P<0.05；P<0.01）；基于本试验数据，乳成分与个体信息对转化乳血孕酮浓度的预测准确性不高（R²=0.030~0.17），但如果增加血液或乳汁的转化孕酮浓度对乳汁或血液的转化孕酮浓度进行预测，预测效果则有大幅提升（R²=0.40）。【结论】影响泌乳期中国荷斯坦牛转化孕酮浓度的因素除妊娠状态外，可能还包括饲养条件与胎次。此外转化孕酮浓度与乳脂率、乳蛋白率等乳成分呈极显著相关。基于乳成分信息与转化孕酮的关系，获得了对中国荷斯坦牛乳血转化孕酮浓度预测的可用策略，为今后牧场的繁殖辅助管理、奶牛育种新性状研发以及孕酮浓度的高通量获取等提供了新思路。     

中国荷斯坦牛干奶期长度的群体特征及其与生产性能的关系

本研究旨在探究北京地区中国荷斯坦牛干奶期长度（DPL）的变化规律及其变异对奶牛各项生产性能的影响，包括产奶性能、繁殖性能、初乳品质和乳房健康。收集了北京地区34个牧场出生于2009—2018年136 231头中国荷斯坦牛的干奶日期、生产性能记录、繁殖性能记录等。通过整理试验牛群的干奶记录，揭示了北京地区中国荷斯坦牛1胎和2胎DPL的群体规律，利用固定模型分析了胎次、产犊季节、场-产犊年和初产月龄对DPL的影响；此外，利用固定模型分析了DPL的变异对日产奶量、乳脂率、乳蛋白率、首末次配种间隔（interval from first to last insemination，IFL）、产犊至首次配种间隔（interval from calving to first insemination，ICF）和初乳品质的影响，利用Logistic回归过程分析了DPL的变异对首次配种受胎率（conception rate of first insemination，CR）、首次配种56 d不返情率（56-days non-return rate of first insemination，NRR56）、难产率和乳房健康的影响。研究结果显示，北京地区中国荷斯坦牛DPL平均为58.81 d，胎次、产犊季节、场-产犊年和初产月龄均对DPL有显著影响（P<0.05）。DPL的变异对日产奶量、乳蛋白率、ICF、CR、NRR56、难产率和乳房健康有显著影响（P<0.05）。干奶期短的奶牛测定日平均乳蛋白率、CR和NRR56更高；DPL适中的奶牛测定日平均产奶量更高、乳房健康水平更好、ICF更短、难产率更低。本研究在国内利用大规模牛群数据揭示了中国荷斯坦牛DPL的群体规律，可为中国规模化奶牛场提升管理水平提供参考。     

GnRH1基因多态性与奶牛繁殖、产奶和热应激反应性状的关联分析

为探究GnRH1基因多态性与奶牛繁殖性状、产奶性状和热应激抗性的关系，本研究基于70头中国荷斯坦公牛的DNA混池测序，对GnRH1基因全序列及上下游2 000 bp进行SNP位点扫描，在外显子2上发现1处同义突变位点g.72735118A>G，采用竞争性等位基因特异性PCR(KASP)技术对1 160头泌乳期健康荷斯坦牛进行SNP分型，并采用GLM模型对SNP位点g.72735118A>G与繁殖、产奶和热应激反应性状的育种值进行关联分析。群体遗传学分析显示，位点g.72735118A>G符合哈代-温伯格平衡，基因型AA、AG和GG的频率分别为0.48、0.44和0.08，最小等位基因频率为0.30，多态性信息含量为0.42。关联分析表明，位点g.72735118A>G与初产日龄、首次配种受胎率、产犊至首次配种间隔、青年牛和经产牛首末次配种间隔等繁殖性状极显著相关，与头胎产奶量、乳脂量和乳蛋白量等产奶性状极显著相关，同时与直肠温度极显著相关。位点g.72735118A>G的不同基因型中，GG型个体的头胎产奶性状和繁殖性状均表现更优，但抗热应激能力较差；然而，...     

基于GWAS后分析策略研究TRAPPC9基因对奶牛产奶性状的遗传效应

本研究基于课题组前期对北京地区中国荷斯坦牛群体产奶性状全基因组关联分析结果,在新的中国荷斯坦牛群中将转运蛋白颗粒复合体9(TRAPPC9)基因作为产奶性状的候选基因进行遗传效应验证。研究利用混池测序寻找SNPs位点,结合前期GWAS结果筛选到的SNPs位点,进而分析这些多态性位点与中国荷斯坦牛产奶性状的相关性。结果发现,SNP1、SNP2位点对乳蛋白率和乳糖率效应均显著(P0.05);SNP3位点对乳脂率和乳蛋白率的效应均极显著(P0.01);SNP4位点对乳脂率有极显著影响(P0.01);SNP5位点对乳脂率和乳糖率的效应显著(P0.05)。同时发现TRAPPC9基因的表达量对产奶性状也有显著影响(P0.05),而TRAPPC9基因启动子区DNA甲基化对产奶性状无直接显著影响。该结果进一步表明,TRAPPC9基因可以考虑作为分子遗传标记应用于中国荷斯坦牛产奶性状的标记辅助选择。     

中国荷斯坦牛PIK3CB基因多态性及其与繁殖和产奶性状的关联分析

【目的】 探究磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶催化亚单位β（PIK3CB）基因多态性及其与中国荷斯坦牛繁殖和产奶性状的关系。【方法】 通过混池测序对中国荷斯坦牛PIK3CB基因进行单核苷酸多态性（SNP）位点筛选,采用竞争性等位基因特异性PCR （KASP）技术在1 160头健康泌乳中国荷斯坦牛中进行SNP分型并进行群体遗传学分析,采用线性模型进行SNP与11个繁殖和产奶性状基于单位点和单倍型组合的关联分析。【结果】 在PIK3CB基因中共检测到了17个SNPs,筛选出7个SNPs用于后续分析。关联分析发现,7个SNPs与多个目标性状存在显著或极显著的关联（P<0.05;P<0.01）;位于外显子区域的g.130433743 A>G位点AA基因型个体和位于可变剪接区域的g.130448069 G>A位点GG基因型个体,其经产牛首末次配种间隔、产奶量、乳蛋白量和乳脂量最低,体细胞评分最高,上述基因型个体具有较短的首末次配种间隔,而产奶性能相对较差;g.130387717 G>A位点AA基因型个体,其初配日龄和青年牛首末次配种间隔最低,产奶量、乳蛋白量和乳脂量最高,该基因型个体的繁殖和产奶性能均较好,上述3个SNPs位点可作为中国荷斯坦牛繁殖和产奶性状的候选位点重点关注。单倍型分析发现,PIK3CB基因的g.130387717 G>A、g.130430832 A>－、g.130433743 A>G、g.130433982 C>T、g.130446073 C>T和g.130448069 G>A 6个SNPs紧密连锁形成一个单倍型块,且与多个目标性状存在显著或极显著关联（P<0.05;P<0.01）,其中H2H3和H2H4单倍型组合个体的繁殖和产奶性能较好,为优势单倍型组合。【结论】 中国荷斯坦牛PIK3CB基因存在丰富的遗传变异,其多态性与繁殖和产奶性状存在关联,g.130433743 A>G、g.130448069 G>A和g.130387717 G>A位点可作为潜在分子标记,为中国荷斯坦牛的平衡育种提供理论依据。