猪繁殖与呼吸综合征爆发期间纯种与杂交母猪繁殖性能的遗传学分析及其育种策略启示

《Genetics Selection Evolution》：Genetics of reproductive performance across Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome (PRRS) outbreak phases in purebred and crossbred sows

本研究针对猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)对全球养猪业造成的重大经济损失，通过分析四个扩繁场纯种(大白猪)和杂交(长白猪×大白猪)母猪的纵向繁殖性能数据，创新性地将PRRS爆发过程划分为前、中、后三个阶段进行遗传参数评估。研究发现PRRS爆发导致活产仔数(NBA)下降，死胎(NSB)和木乃伊胎(MUM)增加，且加性遗传方差和遗传力估计值在爆发期间最高。遗传相关性分析表明，在非挑战条件下选择提高繁殖性能同样有助于改善PRRS挑战条件下的表现(遗传相关系数>0.3)，但基因与环境互作(G×E)导致的动物重排(斯皮尔曼相关系数<0.5)表明整合挑战环境数据将更有效选育PRRS耐受母猪。该研究为通过遗传选择提高猪群PRRS耐受性提供了重要理论依据。

　　

猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)自1987年在北美首次发现以来，已成为困扰全球养猪业的头号传染病难题。这种由猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)引起的疾病，每年给美国养猪业造成约12亿美元的经济损失，其中种猪群损失高达3.8亿美元。PRRSV感染特别是在妊娠后期，会导致母猪繁殖障碍，包括流产、死胎、弱仔增多以及断奶前死亡率升高，对养猪生产造成毁灭性打击。

传统的疾病控制策略如疫苗接种和生物安全措施，由于PRRS病毒的快速进化而效果有限。因此，通过遗传选择提高猪群对PRRS的耐受性——即个体在患病时受影响较小或能快速恢复的能力——成为保障养猪业可持续发展的关键策略。然而，此前的研究多集中于纯种或杂交种群，缺乏对两者在PRRS爆发全周期繁殖性能的联合分析，这限制了我们全面理解PRRS耐受性的遗传基础。

为了解决这一知识空白，de Oliveira等研究人员在《Genetics Selection Evolution》上发表了一项创新性研究，系统分析了PRRS爆发期间纯种与杂交母猪繁殖性能的遗传变异规律。该研究不仅首次联合分析了纯种和杂交母猪在PRRS爆发前、中、后三个阶段的繁殖性能，还深入探讨了基因与环境互作对育种选择的影响。

研究人员主要运用了以下几个关键技术方法：首先，基于农场纵向繁殖性能数据，通过估计分娩年-周效应来客观识别PRRS爆发期；其次，利用动物模型和AI-REML算法估计各爆发阶段的遗传参数和遗传力；第三，通过双变量模型分析不同阶段间的遗传相关性，评估G×E效应；第四，结合基因组信息构建混合亲缘关系矩阵(H矩阵)，提高育种值估计准确性；最后，通过斯皮尔曼等级相关和顶级动物保留比例分析，评估不同阶段动物排名一致性。研究数据来自美国3个和西班牙1个扩繁场的纯种(大白猪)和杂交(长白猪×大白猪)母猪记录，包括48,459头动物的 pedigree 信息和23,301个SNP的基因型数据。

PRRS爆发期检测

通过分析标准化分娩年-周效应，研究成功识别出各农场的PRRS爆发期。结果显示，PRRS爆发对总产仔数(TNB)无显著影响，但导致活产仔数(NBA)和断奶仔数(NW)下降，死胎(NSB)、木乃伊胎(MUM)和总死亡仔数(NBD)增加。纯种母猪还出现妊娠期(GL)缩短和断奶至首次配种间隔(IWI)延长，而杂交母猪的GL和IWI受影响较小。各农场爆发期持续99-162天，纯种与杂交种群爆发时间基本同步。

方差组分估计

对纯种母猪的分析表明，大多数繁殖性状的加性遗传方差和遗传力在PRRS爆发期间最高。例如，死胎(NSB)的遗传力在爆发前、中、后三个阶段分别为0.08±0.01、0.12±0.02和0.14±0.02，显示疾病压力下遗传变异增加。爆发后阶段，由于残差方差降低，NSB、NBD、NW和活产比例(propBA)的遗传力进一步升高。

杂交母猪的分析显示类似趋势，TNB、NBA、NSB、MUM和NBD的遗传力在爆发期最高，但NW和断奶比例(propW)因残差方差大幅增加而遗传力降低。值得注意的是，由于杂交群 pedigree 信息不全和基因型数据有限，双变量模型未能收敛，可能造成遗传力估计偏低。

纯种-杂交遗传相关性分析显示，除MUM(0.11)、propW(0.55)和IWI(0.59)外，其他性状的遗传相关性均高达0.90以上，支持将纯种和杂交数据合并分析。

基因与环境互作(G×E)分析

遗传相关性分析揭示了显著的G×E效应。对于纯种母猪，同一性状在不同爆发阶段间的遗传相关系数为0.09-0.99，大多数性状在爆发前和爆发后阶段的遗传相关性最高。例如，活产仔数(NBA)在爆发前vs爆发中、爆发中vs爆发后、爆发前vs爆发后的遗传相关性分别为0.67±0.08、0.65±0.09和0.77±0.06。

合并纯种和杂交数据后，遗传相关性估计值较纯种数据降低0.03-0.59，标准误增大，表明G×E效应在考虑杂交性能后更为明显。除妊娠期(GL，0.88-0.94)外，大多数性状的遗传相关性为0.23-0.85，断奶比例(propW)的遗传相关性最低(0.12-0.23)。

动物重排分析

基因组估计育种值(GEBV)的重排分析证实了G×E的实践意义。斯皮尔曼等级相关显示，除GL、TNB和NSB外，大多数性状在不同爆发阶段间的排名相关性低于0.50。断奶比例(propW)的排名相关性最低，纯种数据中爆发前vs爆发中为-0.11。选择顶级1%、5%、10%和20%动物时，跨阶段保留比例普遍较低，GL最高(55.7%)，NW和propW最低。

研究结论与意义

本研究通过创新性地将PRRS爆发过程划分为三个阶段，揭示了繁殖性能遗传参数在疾病挑战下的动态变化规律。研究证实，PRRS爆发期间繁殖性能的遗传变异增加，为选育PRRS耐受性猪群提供了遗传基础。

最重要的发现是，虽然非挑战条件下选择可改善PRRS挑战下的繁殖性能(遗传相关系数>0.3)，但显著的G×E效应和动物重排表明，仅依靠健康环境数据难以最大化遗传进展。整合PRRS挑战环境下特别是杂交母猪的数据，将更准确地捕获PRRS耐受性的遗传变异，提高选育效率。

该研究对养猪育种实践具有重要指导意义：首先，验证了利用常规繁殖记录进行PRRS耐受性选育的可行性，为成本效益高的遗传改良方案提供了依据；其次，明确了在纯种选育中整合挑战环境数据的必要性，为优化育种策略指明了方向；最后，建立的爆发期检测和遗传参数评估方法，可为其他疾病耐受性研究提供参考。

研究局限性包括交叉哺育记录不全、杂交群 pedigree 信息缺失和基因型数据有限，未来扩大基因型数据量和完善记录系统将进一步提高研究准确性。总体而言，这项研究为通过遗传选择提高猪群PRRS耐受性提供了坚实科学基础，对保障全球养猪业可持续发展具有重要意义。