中國荷斯坦公牛系譜完整性研究

楊湛澄，閆青霞，黃河天，陳紹祜，張勝利，張毅

（1.中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；2.中國奶業(yè)協(xié)會，北京 100192）

中國荷斯坦公牛系譜完整性研究

楊湛澄1，閆青霞2，黃河天1，陳紹祜2，張勝利1，張毅1

（1.中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；2.中國奶業(yè)協(xié)會，北京 100192）

我國奶牛良種補貼政策已實施十余年，補貼了大量公牛，有效調(diào)動了奶牛場使用良種公牛凍精的積極性，加速了我國良種奶牛的普及與推廣，同時也積累了大量系譜數(shù)據(jù)。本研究利用系譜完整性指數(shù)（Pedigree Completeness Index，PCI）統(tǒng)計分析了2 374頭中國荷斯坦良補公牛的6代系譜完整情況。結(jié)果顯示，總體上中國荷斯坦良補公牛系譜完整性良好，PCI平均為0.98±0.08（平均數(shù)±標準差），85%的良補公牛系譜無缺失信息（PCI=1），99%的公牛前三代系譜完整。對系譜信息不完整公牛的分析發(fā)現(xiàn)，父系系譜完整性一般高于母系系譜。來自澳大利亞、英國、新西蘭的公牛父親系譜完整性和來自法國的公牛母親系譜完整性相對較低（平均PCI＜0.9）。

中國荷斯坦牛；良種補貼；系譜完整性指數(shù)

為加速奶牛品種改良，促進中國奶業(yè)發(fā)展，我國于2005年出臺了奶牛良種繁育項目補貼政策，簡稱“奶牛良補”。該政策實施11年來，已累計補貼了2 374頭荷斯坦公牛，極大地調(diào)動了廣大奶牛養(yǎng)殖場（戶）選購和使用良種公牛凍精的積極性，加速了我國良種奶牛的普及與推廣，有效提升了奶牛養(yǎng)殖水平和生產(chǎn)效率[1～4]。

系譜記錄是奶牛生產(chǎn)和品種改良中的一項重要基礎性工作。建立完善的系譜不僅可以幫助牛場建立科學的檔案管理系統(tǒng)，為奶牛場生產(chǎn)管理提供參考依據(jù)；同時可為畜牧部門提供真實準確的奶牛信息，為開展制定行業(yè)政策和規(guī)劃、技術(shù)推廣、科學研究等工作提供可靠的依據(jù)。此外，在品種登記、生產(chǎn)性能測定、后裔測定、遺傳評估、科學選配等多項奶牛遺傳改良技術(shù)環(huán)節(jié)中都會涉及系譜。國內(nèi)外奶牛群體遺傳改良實踐證明，具有系譜等多種信息資料的牛群，其質(zhì)量提高速度遠高于無信息牛群[5]。

然而，系譜記錄十分冗雜，追溯系譜越深，數(shù)據(jù)量就越龐大，因此直接觀察不容易獲得有效信息。所以在系譜分析過程中，研究人員提出了一個重要參考指標——奶牛系譜完整性指數(shù)（Pedigree Completeness Index，PCI）。該指數(shù)最早由Maccluer 等提出[6]，用以對系譜的缺失與完整情況作出具象的展現(xiàn)和描述。在實際應用中，可以先通過PCI值判定系譜的完整情況，再進行下一步的數(shù)據(jù)分析工作，以避免因系譜缺失影響分析結(jié)果的可靠性，從而提高工作效率。

本研究對2 374頭中國荷斯坦良補公牛系譜數(shù)據(jù)進行了6代系譜PCI統(tǒng)計分析，探析了良補公牛的系譜完整性和系譜缺失的主要原因，旨在為今后不斷提升我國奶牛系譜數(shù)據(jù)質(zhì)量和利用效率提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

系譜數(shù)據(jù)來自中國奶業(yè)協(xié)會奶牛數(shù)據(jù)中心，共2 374頭荷斯坦良補公牛，系譜數(shù)據(jù)中包括8 463條系譜記錄。這些公牛的出生年份為1995～2014年，但主要集中在2001～2014年間（圖1-A）。它們來自24個省市（自治區(qū)），主要分布在河北（15%）、黑龍江(11%)、北京（9.4%）、山東（9.2%）、上海（8.9%）、新疆（7.2%）、內(nèi)蒙古（6.9%）、天津（6.7%）等地。自2008年起，每年良補公牛數(shù)量基本穩(wěn)定在750頭左右（圖1-B）。

圖1 各出生年份及良補年份良補公牛數(shù)量

1.2 PCI計算方法

系譜完整性指數(shù)（PCI）[6,7]是對系譜完整情況的描述性統(tǒng)計，計算方法如下：

對于系譜深度d的系譜而言，先用公式（1）分別計算父系系譜完整情況（Csire）和母系系譜完整情況（Cdam），再用公式（2）對二者求調(diào)和平均數(shù)，即為PCI。

在公式（1）中：ai表示第i代中個體完整比例；n表示第i代中實際存在的個體數(shù)；d表示系譜深度（父母代作為第1代）。

以下是系譜深度d=2的3種情況下PCI計算實例：

（1）2代系譜完全完整：

（2）第2代系譜存在部分缺失：

（3）第1代系譜存在部分缺失

本研究分析了良補公牛向上追溯6代的系譜，故系譜深度d=6。

2 結(jié)果

2.1 荷斯坦良補公牛系譜完整性

圖2 2374頭荷斯坦良補公牛的PCI分布

本研究對2 374頭公牛系譜完整指數(shù)進行計算，得到公牛平均PCI為0.98±0.08（平均數(shù)±標準差）。公牛系譜完整性良好，其中2 015頭公牛6代系譜全部完整（PCI=1），占85%（表1）。剩余359頭公牛的6代系譜存在不同程度缺失（圖2），但即使系譜存在缺失，99%公牛的前3代系譜也是完整的，有14頭公牛前三代系譜不完整。每個出生年份的良補公牛中，大部分公牛的PCI=1，6代系譜完整（圖1A）。由于2002年以后出生的良補公牛數(shù)增加，系譜不完整的公牛數(shù)也隨之增加。除2014年以外，1995～2013年出生的良補公牛平均PCI均大于0.9。2014年出生的良補公牛平均PCI為0.64，但2014年出生的公牛只有2頭，因此結(jié)果會受到極端值的影響。由圖1B可知，所有良補年份組中PCI=1的公牛占大多數(shù)（68%～95%）。 由上述分析可得，各個出生年份和各個良補年份的公牛系譜完整性良好，未發(fā)現(xiàn)公牛系譜缺失與出生年份和良補年份之間存在相關(guān)性。

表1 2374頭公牛系譜完整情況

2.2 影響系譜缺失的因素

對2 374頭公牛的父系系譜完整性和母系系譜完整性作散點圖（圖3）發(fā)現(xiàn)，大部分點都集中在B區(qū)域，這說明大部分公牛的父系和母系系譜都較完整。所有2 374頭公牛的Csire＞=0.5，這說明所有公牛至少前三代父系系譜是完整的；C區(qū)域存在14頭公牛，這些公牛的母系系譜完整性較差（Csire＜0.5）。B區(qū)域?qū)蔷€上方牛頭數(shù)（139頭）少于對角線下方牛頭數(shù)（213頭），說明父系系譜完整性高于母系系譜完整性。分別對Csire和Cdam分級后，由圖4可知父系6代系譜完整比例要高于母系，除3代系譜完整組外，其余系譜缺失組母牛均高于公牛。因此，本研究得出，對于系譜缺失的公牛，父系系譜完整性要高于母系。

追溯2 374頭公牛的系譜，共有523頭父親，1 699頭母親。523頭父親中458頭父系系譜完整（Csire=1），最小Csire=0.50，即只能追溯3代。2 374頭公牛的523頭父親來自于美國、加拿大、澳大利亞、中國、荷蘭、德國、法國、新西蘭、意大利、英國、西班牙和以色列，共12個國家（其中12頭公牛的父親國籍未知）。其中美國公牛占比最多，達49.71%。來自澳大利亞、英國、新西蘭這三個國家的公牛系譜完整性相對較差（平均Csire＜0.9）。

2 374頭公牛的1 699頭母親中，1 469頭系譜完整（Cdam=1），最小Cdam=0.17，即只有該頭母牛牛號，無母牛父母信息。Cdam=0.17的母牛共有10頭，其中1頭國籍未知，1頭來自中國，8頭來自澳大利亞。1 469頭母親分別來自于美國、加拿大、澳大利亞、中國、新西蘭、英國、法國、荷蘭和德國，共9個國家（其中187頭母親國籍未知）。其中來自美國和加拿大的母牛最多，其次是澳大利亞和中國。來自法國的母牛系譜完整性相對較差（平均PCI＜0.9）。

圖3 2374頭公牛的父系系譜完整性（Csire）和母系系譜完整性（Cdam）散點圖

圖4 Csire和Cdam完整級別頻率直方圖

3 討論

本研究分析了2 374頭奶牛良種補貼公牛的系譜完整性，總體上良補公牛系譜完整性良好，這為開展全國奶牛遺傳評估和科學選配奠定了堅實基礎。但同時發(fā)現(xiàn)，仍存在部分公牛系譜不完整。我國主要種公牛的來源主要有四種：①從國外直接引進胚胎；②引進國外優(yōu)秀種公牛冷凍精液，再選擇國內(nèi)優(yōu)秀種子母牛交配選育種公牛；③利用國內(nèi)后裔測定成績優(yōu)秀種公牛選配優(yōu)秀種子母牛交配選育種公牛；④直接進口國外活體公牛[8]。在做好國內(nèi)信息記錄工作的同時，為了減少系譜缺失的發(fā)生，本研究建議購買國外種公牛凍精或胚胎時，注意查看它們的系譜信息，從而為選種選配及中國良種推廣工作提供更多的有效信息。

品種登記、生產(chǎn)性能測定、個體遺傳評定、青年公牛聯(lián)合后裔測定等多項實際生產(chǎn)工作中都會涉及系譜。系譜為選種選配和遺傳改良提供了大量有效信息。但是直接面對龐大系譜數(shù)據(jù)，除了使用相應軟件進行分析外，工作人員無法直接獲得有效信息。而PCI可以對系譜的缺失與完整情況進行具象的展現(xiàn)和描述。在實際生產(chǎn)工作中，PCI可以使工作人員直接獲得系譜完整信息，從而簡化工作流程，具有應用價值。

[1] 李競前,李勝利,張萬金. 國家奶牛良種補貼政策對奶牛生長及生產(chǎn)性能的影響[J]. 中國奶牛,2013,13:1-5.

[2] 三石. 河北省奶牛良種補貼成效顯著[J]. 中國牧業(yè)通訊, 2009,22:9.

[3] 吳美玲,祁永志,龍燕,等. 北京市延慶縣奶牛良種化發(fā)展成果綜述[J]. 北京農(nóng)業(yè),2013,6:92-95.

[4] 王雅春,孫飛舟,張勝利,等. 奶牛良種補貼項目實施10 年遺傳改良工作長足發(fā)展[J]. 中國畜牧雜志,2015,51(14):37-42.

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Evalutation of Pedigree Completeness in Chinese Holstein Bulls

YANG Zhan-cheng1, YAN Qing-xia2, HUANG He-tian1, CHEN Shao-hu2, ZHANG Yi1
(1.College of Animal Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193; 2.Dairy Association of China , Beijing 100192)

Seed subsidy policy for dairy cattle has been implemented for more than ten years in China. A large number of dairy bulls have been subsidized.The policy not only improves the use of high-quality frozen semen and the popularization of superior bulls, but also accelerates the accumulation of pedigree data. In this study, we used pedigree completeness index (PCI) to analyse pedigree completeness of 2374 Chinese Holstein bulls in a 6-generation depth scale. The result shows pedigree completeness is excellent in Chinese Holstein subsidy bulls with 85% of the bulls having complete pedigrees of six generations and 99% of the bulls having complete pedigree of three generations. Analysis of the incomplete pedigree indicates that paternal pedigree completeness is better than maternal pedigree completeness. The pedigree completeness of sires form Australia, Britain, New Zealand and dams from French is relatively lower with mean PCI＜0.9.

Chinese Holstein; Seed subsidy bull; Pedigree completeness index

S823.3

A

1004-4264（2017）03-0022-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.02.006

2016-09-03

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（奶牛）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項資金（CARS-37）；國家科技支撐計劃（2011BAD28B02）。

楊湛澄（1993-），女，浙江余姚人, 碩士研究生,主要從事動物遺傳育種研究工作。

張毅，副教授。