一种新型耐热性状的鉴定，以及随后基于单倍型块的分析，用于确定荷兰荷斯坦牛中与该性状相关的基因区域

《Journal of Dairy Science》：Characterization of a novel heat tolerance trait and subsequent haplotype block-based analysis to identify associated regions in Dutch Holstein cattle

热应激对奶牛生产的影响及遗传育种策略研究。基于677,318头荷兰荷斯坦奶牛数据，通过人工智能处理流程量化热应激对种群的影响，并定义个体热耐受性状。研究发现，温度-湿度指数（THI）超过60后牛奶产量损失显著，脂肪和蛋白质百分比呈线性下降。遗传方差分析显示，热耐受性状遗传潜力较高，1个遗传标准差改进可补偿69%的脂肪损失。GWAS发现多个染色体区域（BTA5、14、20）与热耐受显著相关。建议结合管理策略和跨品种育种提升长期适应性。

　　在当今全球气候变化日益加剧的背景下，热应激已成为影响奶牛生产效率和动物福利的关键环境挑战。热应激不仅会导致奶牛的行为变化，还会造成显著的生产损失，甚至对奶牛健康产生深远影响。随着气候变暖，热应激事件的频率和强度预计将上升，这使得识别和培育能够有效应对热应激的奶牛品种变得尤为迫切。本研究通过开发一种新的分析流程，旨在量化热应激对奶牛群体的整体影响，并据此定义个体层面的耐热性性状，从而为奶牛育种提供科学依据。

### 热应激的总体影响

研究分析了来自荷兰的677,318头荷斯坦奶牛的数据，其中包括1560万份中红外光谱（MIR）和7.62亿份自动挤奶系统的记录。通过使用核回归方法进行迭代建模，研究者估计了热应激对奶牛群体的总体影响。结果表明，随着温度湿度指数（THI）的升高，奶脂肪和蛋白质含量会呈线性下降趋势，THI从30增加到70时，脂肪和蛋白质含量分别下降约0.3%。相比之下，奶产量在THI达到60之前保持相对稳定，但之后随着THI的升高，产量损失开始以二次方的形式增加，当THI为75时，奶产量损失达到5.0%。这一结果揭示了热应激对奶牛生产性状的复杂影响，不仅涉及直接的产量下降，还包括间接的生理变化和行为反应。

### 个体层面的耐热性性状

基于上述群体层面的模型，研究者进一步定义了个体层面的耐热性性状。具体而言，每个奶牛的耐热性被定义为其在不同THI水平下的产量变化斜率。这种定义方式与传统的反应规范模型有所不同，因为本研究将个体记录合并为一个联合记录后再进行建模，从而提高了计算效率并增强了模型设计的灵活性。通过这种方式，研究者能够更准确地捕捉个体在热应激条件下的反应差异。

研究结果显示，脂肪和蛋白质含量的耐热性性状遗传力分别为0.046和0.116，而奶产量的耐热性性状遗传力为0.095。这意味着，通过遗传改良，奶牛群体的耐热性性状具有显著的遗传潜力。具体而言，如果一个奶牛的耐热性性状比群体平均水平高一个遗传标准差（gSD），那么其在THI为70时，脂肪含量可能比平均奶牛高0.086%，蛋白质含量高0.059%，奶产量高0.2%。这些结果表明，遗传改良可以显著缓解热应激对奶牛生产性能的影响。

### 遗传相关性与商业性状

为了评估耐热性性状在育种中的应用潜力，研究者还分析了这些性状与其他商业性状之间的遗传相关性。结果显示，基于奶产量的耐热性性状与总生产性状（NVI）的遗传相关性为0.29，尤其与持久性（longevity）表现出显著的正相关性。然而，基于脂肪和蛋白质含量的耐热性性状则与健康和抗逆性（resilience）表现出负相关，这可能意味着这些性状在热应激条件下会影响奶牛的健康状况。因此，在实际育种中，需要综合考虑这些性状与生产性能的关系，以确保育种目标的科学性和实用性。

### 全基因组关联分析（GWAS）

研究者还利用HaploBlocker软件生成的单核苷酸多态性（SNP）和基因块（haplotype blocks）进行了全基因组关联分析。结果表明，多个染色体上存在显著的关联信号，其中BTA5、BTA14和BTA20染色体上的信号尤为显著。这些染色体上的基因块可能与耐热性性状的遗传基础有关。例如，BTA20染色体上的一个基因块在脂肪含量、蛋白质含量和奶产量的耐热性性状中表现出显著的正效应。这表明，这些区域可能包含重要的基因，能够影响奶牛对热应激的反应。

### 技术方法与模型选择

在技术方法上，研究者采用了一种结合参数模型和非参数模型的迭代方法，以估计群体层面的热应激影响。这种方法通过将前一步的残差作为下一步的响应变量，逐步优化模型参数，从而提高估计的准确性。此外，研究者还考虑了使用更复杂的模型，如反应规范模型，以捕捉环境与基因型之间的交互效应。然而，由于数据的限制，研究者最终选择了较为简单的模型，以确保计算效率和模型稳定性。

### 实际应用与管理策略

尽管遗传改良具有长期潜力，但在短期内，热应激的影响仍需通过管理策略进行缓解。例如，通过调整饲料配方、增加冷却措施、优化舍内环境等手段，可以有效减少热应激对奶牛生产性能的影响。研究者指出，荷兰在育种目标中已经纳入了一种综合抗逆性性状，而澳大利亚则明确将耐热性纳入其选择指数。这表明，不同国家在应对热应激方面采取了不同的策略，但遗传改良仍然是一个重要的长期解决方案。

### 未来展望

研究者强调，未来的育种策略应结合遗传改良和管理措施，以实现最佳的热应激应对效果。此外，随着数据采集技术的进步，未来的分析流程可以进一步优化，例如采用更细粒度的天气数据、更频繁的记录频率等。这些改进将有助于更精确地捕捉热应激对奶牛生产性能的影响，并为育种提供更全面的科学依据。

总之，本研究通过开发一种新的分析流程，揭示了热应激对奶牛群体和个体层面的影响，并定义了新的耐热性性状。这些性状具有显著的遗传潜力，可以作为育种的重要工具。然而，实际应用中仍需结合管理策略，以确保在短期内有效缓解热应激带来的负面影响。未来的研究应进一步探索这些性状的遗传基础，并评估其在不同环境条件下的适用性。