华南地区荷斯坦奶牛DHI报告分析及与产奶性状相关功能基因的挖掘

摘要

目前，奶牛选育种工作成为制约南方奶牛业发展的主要因素之一，其中DHI测定体系是世界上最为科学、有效的奶牛生产管理工具，成为奶牛选育种工作的重要参考依据。近年来，在我国南方地区，规模较大的奶牛公司已经开始实施DHI测定，积累了一定量的生产性能测定数据。本研究主要通过对 DHI数据分析，了解和评估 DHI体系在我国南方的运用效果，为南方地区 DHI体系的应用和推广提供科学的参考依据。同时为了加快南方奶牛遗传育种进展，缩短育种周期，分子育种成为最有效的方法之一，而与奶牛产奶性状相关功能基因的挖掘和验证是奶牛分子育种的重要前提和基础。本研究利用质谱SNP分型技术对奶牛重要产奶性状的候选变异位点进行检测，并与之进行关联分析，同时，对其进行功能验证，以期挖掘到真正影响我国南方荷斯坦奶牛产奶性状的候选基因及其功能变异位点，为奶牛分子标记辅助选择提供依据。
　　本研究以广东地区某大型奶牛公司2008年以来的DHI数据为研究对象，采用SAS9.2的GLM过程进行单因素方差分析，用严格的Bonferroni多重比较方法进行显著性检验，同时利用最小二乘模型对影响牛群生产性能的固定效应进行分析；采用单标记回归分析方法对质谱分析的奶牛群体进行标记-性状关联分析，利用 R语言分析软件进行关联研究。主要结果如下：
　　1、产犊年份对产奶性能的影响达到极显著水平。2009年至今，奶牛的产奶量呈稳步上升趋势，体细胞评分SCS呈逐年下降趋势。平均产奶量由2009年的6936.57Kg（22.59kg/头·日）增加到2014年的8356.50Kg（30.51kg/头·日），增幅高达35％，差异极显著；乳脂率由3.3%上升到3.9%，脂蛋比由原来的1.00提高到1.25（正常水平范围内），乳蛋白率无显著提升。自参加DHI以来，奶牛生产性能有了显著提升。
　　2、不同泌乳阶段对奶牛产奶量、乳成分都具有显著影响。第一泌乳期产奶量最高达30.17 kg/头·日；第三泌乳期乳品质最高，分别为乳脂率（4.009%）、乳蛋白率（3.475%）和SCS（4.283）。
　　3、产犊季节和胎次对产奶性能的影响均达到极显著水平。一年当中冬季产犊对生产对为有利，夏季最为不利。夏季产奶量、乳脂率和乳蛋白率均低于其他季节，其中乳脂率为3.597%，乳蛋白率为3.190%；在体细胞评分方面，南方地区奶牛受热应激的影响产奶量较低而体细胞评分相应较高，春、夏两季最高，且和其它两季节间差异极显著。在胎次方面，奶牛产奶量在第三胎达到最高，为8581.33Kg；乳脂率第一胎最高（3.916%），乳蛋白率第二胎最高（3.257%）；体细胞评分随胎次增加有升高的趋势。
　　4、对295头荷斯坦奶牛样本的90个与荷斯坦奶牛产奶性状显著相关的SNP位点进行基因分型，结果表明：分型的平均Call rate为98.39%，且分型成功的SNP中多态性比例98.82%，平均MAF为0.27。利用单标记回归分析方法对五个产奶性状进行标记-性状关联分析，结果有45个SNP显著影响奶牛产奶性状，其中17个SNP位于14号染色体上。深入分析表明，45个SNP位点中影响多种产奶性状的有23个，影响单一产奶性状的SNP有22个。其中已报道的影响产奶量的主效基因DGAT，GHR，PPP1R16A，TRAPPC9等也被定位到。
　　5、通过对DGAT1，GHR，TRAPPC9和ATP1A1基因多态性进行群体验证，结果表明，DGAT1基因rs109421300位点、TRAPPC9基因rs110017379位点、ATP1A1基因 rs110256520位点和GHR基因 rs61639260位点可以用于我国南方荷斯坦奶牛的分子标记辅助选择工作中。

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1 前言

1.1 我国南方奶牛业发展的现状

1.1.1南方奶牛业发展的优势

1.1.2 南方奶牛业发展的劣势

1.2 DHI体系在南方奶牛生产中的应用

1.2.1 DHI体系的研究进展

1.2.2 DHI体系在奶牛生产中的应用

1.3 分子标记辅助选择(MAS)在奶牛生产中的应用

1.3.1基因定位

1.3.2 QTL研究

1.3.3奶牛遗传育种和品种改良

1.4 SNP检测技术的发展与应用

1.5 研究目的与意义

1.6 研究技术路线

2材料与方法

2.1实验材料

2.1.1 DHI报告数据的收集与整理

2.1.2 质谱分析用奶牛群体的构建

2.1.3关联分析用标记位点的选择

2.1.4质谱分析用奶牛群体产奶性状的表型记录

2.1.5 牛耳组织DNA的提取与质控

2.1.6主要试剂

2.1.7主要仪器设备

2.2试验方法

2.2.1平均乳脂率的计算

2.2.2平均乳蛋白率的计算

2.2.3体细胞评分的计算

2.2.4 效应水平划分

2.2.5飞行时间质谱基因分析技术

2.2.6统计分析方法

3结果与分析

3.1 DHI数据分析

3.1.1 表型性状的描述性统计

3.1.2 DHI测定在奶牛生产性能上的应用效果分析

3.1.3 不同季节对奶牛生产性能的影响

3.1.4 不同泌乳阶段对奶牛生产性能的影响

3.2影响产奶性能诸因素的分析

3.2.1 影响生产性能诸因素的显著性检验

3.2.2不同产犊年份对产奶量、乳脂率、乳蛋白率、SCS的影响

3.2.3 产犊季节对产奶量、乳脂率、乳蛋白率、SCS的影响

3.2.4胎次对产奶量、乳脂率、乳蛋白率、SCS的影响

3.3 影响产奶性状的基因标记与产奶性状的关联分析

3.3.1奶牛基因组DNA抽提和电泳检测

3.3.2 标记位点的SNP分型

3.3.3 标记性状关联分析

3.3.4 TRAPPC9、DGAT1、GHR、ATP1A1基因多态性分析

4讨论

4.1 DHI测定对产奶性能的影响效果研究

4.2 不同季节和泌乳阶段对产奶量和乳成分的影响

4.3产犊年份、产犊季节、胎次对产奶性能的影响

4.4 SNPs与产奶性状关联分析结果

5结论

6展望

致谢

参考文献

附表A

附表B