奶牛全基因組新興技術的研究進展及應用

基因組學已經能夠滿足我們想要儘早瞭解一頭剛出生的犢牛未來潛力的需要。與傳統的基因評估系統相比,全基因組測序能夠從一個DNA樣本中能收集更大量的信息。2016年4月,一項新的基因組測試發佈,加入了與經濟效益相關的健康性狀,包括:乳房炎、蹄病、子宮炎、真胃移位、胎衣不下和酮病,使每位育種者都可以通過基因組選擇更健康的奶牛。另外,還有一些新興的基因技術可以識別某些特定基因,這些基因可以在不影響產奶量的情況下,提高奶牛的繁育性能。

奶牛全基因組新興技術的研究進展及應用

全基因組測定的研究進展

育種業通過選擇預測體細胞傳遞能力分數(PTA SCS)來降低乳房炎,通過觀察女兒懷孕率(PTA DPR)來提高繁育能力,通過選擇較高生產壽命分數(PTA PL)來提高奶牛的整體健康水平,這些健康性狀的選擇取得了一些進展,但是進展緩慢。愛達荷大學的Joe Dalton認為,選擇DPR性狀百分比較高的公牛精液已成為行業趨勢。DPR與很多繁育性狀有關,包括首次參配的天數、受孕率和懷孕率。另外,女兒的懷孕率一個百分點的差異相當於空懷天數±4天

現在,育種人員可以通過Clarifide Plus基因檢測技術獲得奶牛這6個健康性狀的基因組,這6個健康性狀有各自的健康特徵指數(WT$)。而奶農更關注培育奶牛的整體情況,因此這6個健康性狀被納入了奶牛健康效益指數(DWP$)。同時,這6個健康性狀也被納入到淨利潤指數(NM$)之中。

研究小組根據美國農業部和相關文章數據,將這6個健康性狀與經濟成本進行關聯。奶牛健康效益指數(DWP$)30%的權重是健康特徵指數(WT$)

,其他包括,產奶量34%、健康和產犢19%、體型10%和繁育能力7%。牧場中奶牛乳房炎的成本最高,蹄病次之。因此乳房炎佔了健康特徵指數(WT$)權重的41%,蹄病佔了27%,子宮炎佔了19%,這三種健康性狀共佔了健康特徵指數(WT$)權重的87%。WT$其他三種健康性狀的權重佔比為,真胃移位(DA)6%、胎衣不下(RP)6%,酮病1%。

目前還有一些基因技術可以識別某些特定基因。例如,有關繁育性狀的基因選擇研究發現了與後備牛懷孕率(HCR)相關的68個基因位點,與成母牛懷孕率(CCR)相關的74個基因位點,並鑑定了與DPR和胚胎早期發育有關的40個單核苷酸多態性(SNPs),其中有29個與奶牛的產奶性能沒有負相關,因此可以在不影響產奶性能的情況下來選擇改善奶牛繁育性能的基因。

全基因組測定在健康性狀選擇上的應用

奶牛健康性狀的選擇有利於幫助奶農提高經濟收益,可以通過這個選擇提高培育高產後備牛的幾率,從而降低後備牛培育的勞動力成本、飼料成本和其他相關成本。遺傳學家Dan Weigel提到:“

經產牛的產奶量要比頭胎牛高25%,奶牛一般需要到第二胎次,其產出的效益才會高於飼養管理成本,牧場才開始有收益。”

動物健康公司的遺傳學家David Erf提到:“在評估過程中要避免使用負數,例如,母牛或公牛乳房炎的平均健康特徵指數為100,最好的奶牛乳房炎健康特徵指數將接近115(患乳房炎的風險低),而最差的將在76左右(患乳房炎的風險高)。其他指標見表1。

奶牛全基因組新興技術的研究進展及應用

以上6個健康特徵性狀的基因組預測基於數百萬頭奶牛健康紀錄,與沒有進行基因組檢測的其他性狀相比,以上6個健康特徵性狀具有49%-51%的可靠性,每個健康特徵性狀的平均值都是100。以上6個健康特徵性狀指數,每年會更新三次,並且它們的基礎數據庫每五年會更新一次,從而為每一個健康特徵的基因組預測奠定了基礎。

奶牛全基因組新興技術的研究進展及應用

基因組學的研究取得了巨大的進展,目前美國全國

7%-8%的荷斯坦牛已有基因組譜。使用DWP$來選擇母牛時,排名前10%與最後10%的終身盈利能力差異可能達到1200美元(約7656元)。根據淨利潤指數來選擇(沒有直接評估健康造成的結果差異),該值約990美元(約6316元)。

全基因組選擇在奶牛繁育性狀上的應用

在過去的50年裡,奶牛遺傳選育的工作重點在於提高產奶性能。50年前,美國奶牛的平均產奶量約4.5噸,而2017年,這一數值達到了約10.35噸,但是,奶牛的繁育性能並沒有隨著產奶量的增加而提高,在同一時期內,全國大多數奶牛的懷孕率下降。目前,美國奶牛的平均懷孕率為19%,繁殖問題不僅增加了奶牛的空懷天數,而且由此被淘汰的後備奶牛數量增加,未懷孕奶牛的淘汰率是懷孕奶牛的7.5倍,從而造成了很大的經濟損失。

密蘇里大學、弗羅裡達大學、愛達荷大學、華盛頓州立大學和美國農業部農業研究服務部的其他科學家們正在進行一項為期五年的研究,研究的重點是要發現與繁育性能相關的新的基因標記,包括對基因通路和女兒懷孕率(DRP)的研究以及有關這些新的基因標記的經濟適用策略的研究。

該研究鑑定了68個與後備奶牛懷孕率(HCR)相關的基因位點,74個與成母牛懷孕率(CCR)相關的基因位點,這兩項結果表明,可以通過基因測定來提高奶牛的繁育性能。同時,科研人員鑑定了與DPR和胚胎早期發育有關的單核苷酸多態性(SNPs),發現共有40個SNPs與DPR有關,其中有29個與奶牛的產奶性能沒有負相關。鑑於這些SNPs的數量較多,因此可以在不影響產奶性能的情況下來選擇DPR性狀。

使用全基因組選擇奶農可以儘早選留健康犢牛,並可以在不影響產奶性能的情況下改善奶牛的繁育性能,從而加快培育健康群體的效率,增加群體的生產年限,提高群體的終身盈利能力。


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