基于新疆乳用型褐牛遺傳缺陷基因和致死單倍型檢測應用效果研究

摘要 為了提升新疆乳用型褐牛選育水平，應用93種牛遺傳缺陷基因和致死單倍型的引物組合及試劑盒，隨機抽樣296頭乳用型新疆褐牛遺傳缺陷基因（如脊髓性肌萎縮、髓鞘發(fā)育不良、蜘蛛腿綜合征等）的因果突變位點（SNP、短片段的插入或缺失）及致死單倍型（BH2、BH6、BH14、OH2、OH4等）進行檢測，篩選出具有單基因遺傳缺陷基因的攜帶者及致死單倍型攜帶者的牛，提示BH2、BH6、BH14和脊髓髓鞘發(fā)育異常在新疆褐牛母牛群體中存在一定的比例，對攜帶遺傳缺陷基因和致死單倍型牛只繁殖性能和疾病發(fā)病統(tǒng)計分析，其比較結果差異顯著（P<0.05）；對攜帶牛只采用選種、選配手段繁殖產(chǎn)生正常F1代（未檢測出缺陷基因和致死單倍型檢），分析其繁殖指標，結果表明繁殖性能有明顯提升。有必要定期對攜帶者母牛進行篩查并合理選種選配，為新疆褐牛乳用性能選育、群體遺傳改良和地方品種遺傳資源的保護提供依據(jù)。

關鍵詞 新疆褐牛；遺傳缺陷；基因

中圖分類號 S823 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）17-0098-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.021

Research on the Application Effect of Genetic Defect Denes and Lethal Haplotype Detection in Xinjiang Dairy Brown Cattle

JIANG Xiao-xin， GAO Xiang， LIU Peng-fei et al

（Xinjiang Agricultural Vocational Technical College， Changji， Xinjiang 831203）

Abstract In order to improve the breeding level of Xinjiang dairy brown cattle，this study used primer combinations and reagent kits of 93 genetic defect genes and lethal haplotypes in cattle， and randomly sampled 296 dairy type Xinjiang brown cattle to detect causal mutation sites （SNPs， short segment insertions or deletions） and lethal haplotypes （BH2， BH6， BH14， OH2， OH4， etc.） of genetic defect genes （such as spinal muscular atrophy， myelin dysplasia， spider leg syndrome， etc.） and lethal haplotypes （BH2， BH6， BH14， OH2， OH4， etc.）. Carriers of single gene genetic defect genes and carriers of lethal haplotypes were screened out， indicating that BH2， BH6， BH14， and abnormal spinal cord myelin development have a certain proportion in the population of Xinjiang brown cattle mother cows. The statistical analysis of reproductive performance and disease incidence between genetic defect genes and lethal haplotypes in cattle showed significant differences （P<0.05）; breeding and mating methods were used to breed and produce normal F1 generation （no defective genes or lethal haplotypes were detected） for carrying cattle. The reproductive indicators were analyzed， and the results showed a significant improvement in reproductive performance. Therefore，it is necessary to screen the carrier cows regularly and select and match them reasonably to provide basis for breeding of milk performance， population genetic improvement and protection of genetic resources of Xinjiang brown cattle.

Key words Xinjiang brown cattle;Genetic defects;Gene

基金項目 2022年度新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院資助項目（XJNZYKJ-202211）；2023年昌吉州科技特派員農(nóng)村科技創(chuàng)業(yè)行動項目（服務產(chǎn)業(yè)類6）。

作者簡介 蔣曉新（1978—），男，新疆昌吉人，副教授，碩士，從事奶牛養(yǎng)殖、繁殖技術研究。

通信作者，副教授，碩士，從事職業(yè)教育研究。

收稿日期 2024-04-10

迄今，牛已知的遺傳缺陷有656 種，屬于孟德爾遺傳的有303種，其中，已知因果突變的有209種，大多數(shù)突變是有害的。一些導致遺傳缺陷單基因的突變已經(jīng)被揭示，遺傳缺陷可嚴重影響牛的生產(chǎn)性能和經(jīng)濟價值以及牛群繁衍，基因出現(xiàn)純合時甚至導致個體早期死亡。因此，檢測牛遺傳缺陷基因，鑒定出牛群中的攜帶者，可在育種中制訂專門的控制牛遺傳缺陷的選配方案計劃，指導選種和計劃選配，避免攜帶者交配，降低攜帶者在群體中的頻率，減少隱形的經(jīng)濟損失。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品和檢測方法

隨機采集296頭新疆地區(qū)乳用褐牛母牛的全血樣品，使用93種牛遺傳缺陷基因和致死單倍型的引物組合及試劑盒。利用DNA提取、PCR多重擴增技術、單堿基延伸技術和飛行質(zhì)譜技術，對遺傳缺陷基因和致死單倍型同時進行基因分型，確定該牛是否攜帶隱性遺傳缺陷基因和致死單倍型，過程中包括牛群隱性遺傳缺陷基因和致死單倍型的剔除和個體標注、牛群的選種選配、β-酪蛋白特定型牛奶的奶牛等篩選方法。

1.2 統(tǒng)計和分析方法

1.2.1 統(tǒng)計方法。對檢測新疆乳用褐牛群體的配種季節(jié)、配種人員、凍精批次、流產(chǎn)天數(shù)、產(chǎn)犢數(shù)量數(shù)據(jù)的進行統(tǒng)計。

1.2.2

分析方法。采用SPSS 19.0 軟件，對新疆褐牛群各項繁殖指標數(shù)據(jù)進行整理，進行卡方檢驗單因素分析，保留具有統(tǒng)計意義因素，用于 Logistic 多項回歸開展多因素分析。經(jīng)過不斷調(diào)整回歸模型中的相關變量，將配種季節(jié)、配種人員、凍精批次、飼養(yǎng)管理、產(chǎn)犢數(shù)等歸模型如下：

logit（P）=lnP1-P=B0+B1X1+B2X2+B3X3+B4X4+B5X5

式中：P為21 d妊娠率、情期受胎率、年總受胎率、配種次數(shù)、始配種天數(shù)、胎間距、年繁殖率、半年以上未妊娠、年流產(chǎn)率、后代犢牛成活率；B0為總體均值（截距）；B1～B5為回歸系數(shù)；X1、X2、X3、X4、X5分別為配種季節(jié)、配種人員、凍精批次、飼養(yǎng)管理、產(chǎn)犢數(shù)，并代入 Logistic 多項回歸開展多因素分析［1］。

1.2.3 影響因素顯著性判定標準?？ǚ綑z驗結果：P<0.05具有統(tǒng)計學意義，當 0.01<P<0.05 時為顯著影響因素，當P<0.01 時為極顯著影響因素。Logistic 分析結果中P<0.05 的因素為顯著影響因素。

2 結果與分析

2.1 牛群中遺傳缺陷基因檢測結果

采用基于液相探針雜交的靶向基因捕獲技術，對177種牛遺傳缺陷基因的目標位點（包含167個SNP，78個InDel）進行了探針的設計、合成和檢測。檢測出純合缺陷單倍型BH2攜帶者16頭，攜帶率為5.41%；純合缺陷單倍體BH6攜帶者26頭，攜帶率為8.79%；純合缺陷單倍體BH14攜帶者20頭，攜帶率為6.76%；脊髓髓鞘發(fā)育異常16頭，異常占比5.41%；檢測純合缺陷單倍型BH2、BH6、BH14和脊髓髓鞘發(fā)育異常突變前后序列見表1，其余遺傳缺陷基因檢測均為正常個體，無攜帶者。

2.2 遺傳缺陷基因攜帶個體繁殖指標對比

通過致死單倍型BH2、BH6、BH14攜帶者母牛21 d妊娠率、情期受胎率、年總受胎率、配種次數(shù)、始配種天數(shù)、胎間距、年繁殖率、半年以上未妊娠、年流產(chǎn)率、后代犢牛成活率，經(jīng)過調(diào)整回歸模型中的相關變量，并采用SPSS 19.0 軟件進行對比分析，結果表明：純合缺陷單倍型攜帶者可能對上述繁殖指標有影響，部分指標和牛群全群指標相比呈極顯著差異（P<0.01）和顯著差異（P<0.05）（表2），說明在缺陷位點純合時，可能會導致胚胎早期死亡和母牛流產(chǎn)［2］。

2.3 育種手段對遺傳缺陷基因的影響

對上述攜帶致死單倍型BH2、BH6、BH14的62頭生產(chǎn)母牛采用選種、選配育種技術后，對F1代未檢出純合遺傳缺陷基因的39頭母牛開展繁殖生產(chǎn)，并對21 d妊娠率、情期受胎率、年總受胎率、配種次數(shù)、始配種天數(shù)、胎間距、年繁殖率、半年以上未妊娠率、年流產(chǎn)率、后代犢牛成活率經(jīng)過調(diào)整回歸模型中的相關變量，采用SPSS 19.0軟件進行對比分析，結果表明，各項指標均有顯著提高，部分指標和牛群平均指標相比呈極顯著差異（P<0.01）和顯著差異（P<0.05）（表3），說明通過制訂科學選配方案，可以提高生產(chǎn)效率。

對上述攜帶致死單倍型BH2的16頭生產(chǎn)母牛采用選種、選配等育種技術后，對其F1代未檢出純合遺傳缺陷基因的12頭母牛開展發(fā)病情況調(diào)查，結果表明，攜帶致死單倍型BH2個體與全群發(fā)病頭次相比，呼吸系統(tǒng)疾病提升（表4）。在生產(chǎn)中由于發(fā)病率增長增加了藥物和人工成本，影響牛只正常發(fā)育生長。

調(diào)查攜帶脊髓髓鞘發(fā)育異常16頭生產(chǎn)母牛呼吸系統(tǒng)疾病、消化系統(tǒng)疾病、營養(yǎng)代謝疾病、繁殖系統(tǒng)疾病、蹄病發(fā)病時是否有明顯神經(jīng)癥狀，結果表明，攜帶脊髓髓鞘發(fā)育異常牛發(fā)病中神經(jīng)癥狀高于全群均數(shù)（表5），增加病牛發(fā)病癥狀。

3 討論

在養(yǎng)牛生產(chǎn)中，遺傳缺陷直接危害是雜交出現(xiàn)隱性純合，呈現(xiàn)隱性遺傳。同一遺傳缺陷基因的攜帶者母牛與攜帶者公牛交配，F(xiàn)1代有1/4為缺陷基因，是隱性純合子，這些基因的攜帶者一般表現(xiàn)正常，而這些純合子均表現(xiàn)發(fā)病癥狀［3］。當隱性基因純合時，會導致不同程度的遺傳缺陷，如早期流產(chǎn)、胚胎畸形或者犢牛早期死亡等［4］。胚胎致死性遺傳缺陷，隱性純合導致胚胎56 d內(nèi)致死后導致母牛流產(chǎn)［5］，對母牛的健康造成影響，嚴重影響母牛繁殖指標。另外，純合子減少或缺失的單倍型也可能攜帶有害的等位基因，當這些有害單倍型隱性純合時，就會表現(xiàn)出不同類型的臨床疾病癥狀，如純合子可使犢?；加新院粑兰膊?，導致生長性能低下和增加死亡率，同樣影響群體繁殖效率和生產(chǎn)效益［6］。

脊髓髓鞘發(fā)育異常遺傳缺陷基因突變后，當缺陷位點純合時，可導致牛脊髓髓鞘發(fā)育不良（BSD），BSD是隱性先天性神經(jīng)退行性疾?。?］，以脊髓髓鞘的病理變化為特征，目前確認的BSD攜帶者都是雜合子，而所有受影響的犢牛都是純合子，谷氨酰胺等位基因與潛在突變的隱性傳播和純合狀態(tài)下的完全外顯性一致，導致犢牛生理異常和短期內(nèi)死亡（BS、CVM、BLAD、HCD），如果在選種、選配中能得到有效控制，或凈化處理，可以避免這一現(xiàn)象發(fā)生［8］。

當前國際褐牛遺傳物質(zhì)交換頻繁，我國不斷從國外進口優(yōu)秀褐牛個體、胚胎、凍精，要嚴格系譜登記制度，經(jīng)過遺傳缺陷基因和致死單倍型檢測，在公牛系譜上標注這些新發(fā)現(xiàn)有害遺傳基因的攜帶信息，科學指導選種選配，降低遺傳缺陷單倍型有害影響［9］。開發(fā)出更準確高效的分子檢測技術，嚴格檢測進口褐牛遺傳缺陷基因的攜帶情況，對保護我國褐牛種質(zhì)資源，并將其應用于科學選種、選配中，逐步剔除群體中有害突變，對于減少甚至避免該致病單倍型或遺傳缺陷基因?qū)ιa(chǎn)造成的經(jīng)濟損失，提高母牛繁殖率和生產(chǎn)性能，提升養(yǎng)牛生產(chǎn)經(jīng)濟效益具有重要意義［10］。

4 結論

通過檢測，新疆褐牛群中存在攜帶致死單倍型BH2、BH6、BH14和脊髓髓鞘發(fā)育異常的遺傳缺陷基因；通過生產(chǎn)數(shù)量性狀數(shù)據(jù)分析，致死單倍型BH2、BH6、BH14基因均能影響母牛繁殖性能，當缺陷位點純合時，可能會導致胚胎早期死亡和母牛流產(chǎn)。攜帶脊髓髓鞘發(fā)育異常遺傳缺陷基因牛只發(fā)病時，多伴明顯發(fā)神經(jīng)癥狀。在生產(chǎn)中，通過制訂科學選種、選配方案，人工控制攜帶遺傳缺陷基因的牛只交配，避免隱形純合出現(xiàn)，降低攜帶者在群體中的頻率，減少隱形的經(jīng)濟損失，作為種畜場來說，可作淘汰處理。

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