《Journal of Dairy Science》：More rumination, better cows: Exploring genetic parameters of daily rumination time in Holstein dairy cows around first calving
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本文針對(duì)如何利用日常監(jiān)測數(shù)據(jù)提升奶牛育種效率這一實(shí)際問題，研究人員圍繞荷斯坦奶牛首次產(chǎn)犢前后日反芻時(shí)間(DRT)的遺傳特性及其與關(guān)鍵性狀的遺傳關(guān)聯(lián)開展了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，DRT在圍產(chǎn)期具有遺傳性，且產(chǎn)后更高的DRT與更高的產(chǎn)奶量、更好的繁殖性能及更強(qiáng)的抗病力存在遺傳正相關(guān)。這一結(jié)果為在奶牛育種和管理項(xiàng)目中整合反芻數(shù)據(jù)提供了重要的科學(xué)依據(jù)，有望促進(jìn)培育更高效、更健康的奶牛種群。
對(duì)于奶牛養(yǎng)殖業(yè)而言，奶牛的健康與生產(chǎn)力是決定經(jīng)濟(jì)效益的核心。尤其是在第一次產(chǎn)犢（初產(chǎn)）前后這個(gè)被稱為“過渡期”的關(guān)鍵階段，奶牛會(huì)經(jīng)歷一系列劇烈的生理和心理變化，首次面對(duì)產(chǎn)犢壓力、能量負(fù)平衡以及疾病易感性增加的挑戰(zhàn)。如何早期、高效地識(shí)別出那些能夠平穩(wěn)度過過渡期、保持高產(chǎn)且健康的個(gè)體，一直是養(yǎng)殖者和育種專家努力的目標(biāo)。近年來，隨著可穿戴傳感技術(shù)的發(fā)展，通過佩戴智能項(xiàng)圈自動(dòng)記錄奶牛的日反芻時(shí)間(DRT)已成為可能。反芻活動(dòng)與奶牛的消化、代謝和健康狀態(tài)息息相關(guān)，先前的研究表明，DRT的變化可以作為奶牛性能、狀況和健康狀態(tài)的指標(biāo)。但一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問題隨之浮現(xiàn)：奶牛在圍產(chǎn)期的反芻行為模式，究竟在多大程度上受其遺傳背景影響？并且，這種反芻模式與奶牛未來的產(chǎn)奶性能、繁殖能力以及疾病抵抗力在遺傳層面有何關(guān)聯(lián)？為了回答這些問題，由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位的研究人員W. Lou、A. van der Linden、Y. Wang和B. Ducro共同完成了一項(xiàng)開創(chuàng)性研究，并將成果發(fā)表在《Journal of Dairy Science》上。
為了系統(tǒng)探究上述問題，研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)大樣本的縱向研究。他們收集了2020年4月至2024年1月期間，來自中國山東省一個(gè)大型商業(yè)化牧場（存欄約6000頭泌乳牛）的3517頭荷斯坦后備牛（即將經(jīng)歷第一次產(chǎn)犢的青年母牛）的數(shù)據(jù)。所有牛只在產(chǎn)前約兩個(gè)月被佩戴基于加速度計(jì)的智能項(xiàng)圈(HR tags)以監(jiān)測反芻活動(dòng)，數(shù)據(jù)記錄持續(xù)至產(chǎn)后兩個(gè)月，共獲得超過30萬條有效DRT記錄。同時(shí)，研究還系統(tǒng)收集了每頭牛的生產(chǎn)性狀（如第一周平均產(chǎn)奶量MYFW、第一個(gè)月平均產(chǎn)奶量MYFM）、繁殖性狀（如產(chǎn)犢難易度CE、首次配種間隔ICF等）以及產(chǎn)后60天內(nèi)的疾病發(fā)生率(DF)等信息。在數(shù)據(jù)分析階段，研究人員首先將產(chǎn)犢前后共121天（-60至60天，以產(chǎn)犢日為0）的數(shù)據(jù)劃分為產(chǎn)前（-60至-1天）和產(chǎn)后（0至60天）兩個(gè)主要階段，并進(jìn)一步細(xì)分為四個(gè)亞階段以匹配不同的日糧配方。遺傳參數(shù)分析采用了隨機(jī)回歸模型(RRM)和動(dòng)物模型，通過馬爾可夫鏈蒙特卡洛(MCMC)算法和吉布斯采樣進(jìn)行貝葉斯估計(jì)，計(jì)算了DRT的遺傳力、重復(fù)性及各階段間的遺傳相關(guān)性。為了評(píng)估DRT與其他性狀的遺傳聯(lián)系，研究者基于具有較高可靠性的公牛估計(jì)育種值(EBV)，計(jì)算了DRT與生產(chǎn)、繁殖及疾病性狀之間的近似遺傳相關(guān)系數(shù)。
一、 日反芻時(shí)間的表型描述
研究描繪了荷斯坦后備牛在初產(chǎn)前后的DRT變化模式。數(shù)據(jù)顯示，在整個(gè)研究期間（-60至60天），個(gè)體的DRT在每天2到759分鐘之間變化，平均為462分鐘/天。具體而言，產(chǎn)前平均DRT為511分鐘/天，而產(chǎn)后則降至423分鐘/天。DRT的分布近似正態(tài)分布。從動(dòng)態(tài)變化來看，DRT在產(chǎn)前大部分時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定，但在臨近產(chǎn)犢時(shí)開始輕微下降，在產(chǎn)犢當(dāng)天出現(xiàn)顯著降低，隨后在產(chǎn)后逐漸回升，呈現(xiàn)出一個(gè)典型的“V”字形模式。
二、 日反芻時(shí)間的遺傳參數(shù)
這是首次針對(duì)初產(chǎn)前后后備牛DRT遺傳性能的研究。分析結(jié)果顯示，DRT在圍產(chǎn)期是一個(gè)可遺傳的性狀。在產(chǎn)前階段（-60至-1天），其平均遺傳力(h2)為0.27，產(chǎn)后階段（0至60天）的平均遺傳力為0.23。遺傳力在產(chǎn)前-30至-1天達(dá)到較高水平（平均0.32），在產(chǎn)后0至15天降至最低（平均0.07），之后逐漸回升至產(chǎn)后16-60天的0.29。研究還發(fā)現(xiàn)，相鄰天數(shù)之間的DRT遺傳相關(guān)性很高，但隨著天數(shù)間隔增加而降低。對(duì)四個(gè)細(xì)分階段（產(chǎn)前1：-60至-31天；產(chǎn)前2：-30至-1天；產(chǎn)后1：0至15天；產(chǎn)后2：16至60天）的分析表明，它們之間存在中度到高度的近似遺傳相關(guān)性（0.57 ± 0.07 至 0.89 ± 0.08）。此外，遺傳方差在臨近產(chǎn)犢時(shí)（-20至0天）迅速增加，而永久環(huán)境方差和殘差方差在產(chǎn)前保持穩(wěn)定。產(chǎn)后，遺傳方差從低水平緩慢增加，而永久環(huán)境方差和殘差方差則呈下降趨勢(shì)。產(chǎn)后0至15天的殘差方差達(dá)到峰值，是產(chǎn)前水平的3-4倍，表明此階段環(huán)境因素（如管理和疾病）對(duì)個(gè)體DRT差異的影響非常大。
三、 日反芻時(shí)間與其他性狀的近似遺傳相關(guān)性
研究人員評(píng)估了DRT與生產(chǎn)、繁殖及疾病性狀之間的近似遺傳相關(guān)性。結(jié)果表明，這些相關(guān)性總體為低到中度，并因DRT記錄時(shí)段的不同而變化。
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與生產(chǎn)性狀的關(guān)系：產(chǎn)前DRT與第一周平均產(chǎn)奶量(MYFW)和第一個(gè)月平均產(chǎn)奶量(MYFM)的遺傳相關(guān)性接近于零。而產(chǎn)后DRT（特別是產(chǎn)后1和產(chǎn)后2階段）與MYFW和MYFM呈正相關(guān)，范圍在0.16 ± 0.09 至 0.36 ± 0.08之間。
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與繁殖性狀的關(guān)系：產(chǎn)犢難易度(CE)與DRT存在關(guān)聯(lián)。在產(chǎn)前一個(gè)月（產(chǎn)前2階段），CE與DRT呈負(fù)相關(guān)（-0.23 ± 0.10）。在產(chǎn)后0-15天，這種負(fù)相關(guān)關(guān)系更強(qiáng)（-0.52 ± 0.12），表明產(chǎn)犢越困難，產(chǎn)后早期的反芻時(shí)間遺傳趨勢(shì)越短。首次配種間隔(ICF)和首次到最后一次配種間隔(IFL)與各階段DRT均呈微弱的負(fù)相關(guān)（范圍分別在-0.02至-0.15和-0.03至-0.17之間）。
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與疾病發(fā)生率的關(guān)系：疾病發(fā)生率(DF)與DRT呈負(fù)相關(guān)。與產(chǎn)前-30至-1天（-0.08 ± 0.11）和產(chǎn)后16-60天（-0.21 ± 0.12）相比，DF與產(chǎn)后0-15天的DRT遺傳負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)（-0.34 ± 0.11），意味著產(chǎn)后早期反芻時(shí)間越長的牛，在遺傳上患病的風(fēng)險(xiǎn)可能越低。
研究得出結(jié)論：奶牛在首次產(chǎn)犢前后的日反芻時(shí)間是一個(gè)具有遺傳性的性狀，尤其在臨近產(chǎn)犢時(shí)遺傳力最高可達(dá)0.62，產(chǎn)后遺傳力雖降低但呈上升趨勢(shì)。遺傳分析表明，在產(chǎn)后0至60天內(nèi)具有更高DRT的奶牛，在遺傳上傾向于擁有更高的產(chǎn)奶量、更好的繁殖性能以及更低的疾病發(fā)生率。然而，產(chǎn)前DRT與產(chǎn)后的生產(chǎn)、繁殖（除產(chǎn)犢難易度外）及疾病性能的遺傳相關(guān)性很弱。這些發(fā)現(xiàn)具有雙重重要意義。
首先，從牧場管理實(shí)踐的角度，研究提供了直接的遺傳學(xué)證據(jù)，支持利用產(chǎn)前DRT的變化模式來預(yù)測初產(chǎn)母牛可能面臨的產(chǎn)犢困難。對(duì)于管理者而言，這意味著可以通過監(jiān)測產(chǎn)前反芻活動(dòng)，提前識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)個(gè)體并實(shí)施干預(yù)，從而改善動(dòng)物福利和生產(chǎn)力。
其次，從遺傳育種的角度，研究首次系統(tǒng)地揭示了圍產(chǎn)期DRT與多個(gè)重要經(jīng)濟(jì)性狀之間的遺傳聯(lián)系。結(jié)果表明，將產(chǎn)后早期（特別是0-60天）的DRT納入育種選擇指標(biāo)，有望在不增加額外復(fù)雜性狀測量的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)奶量、繁殖力和抗病力的同步遺傳改良。這為將傳感器采集的反芻數(shù)據(jù)整合到現(xiàn)代奶牛育種程序中，以選育出更能適應(yīng)過渡期挑戰(zhàn)、整體性能更優(yōu)的“更好奶牛”奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。該研究不僅為個(gè)性化奶牛管理提供了新工具，也為利用高性價(jià)比的行為傳感數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)育種開辟了新路徑。
