在准商业化禽舍中饲养的产蛋鸡的龙骨骨骨折的遗传分析

《Poultry Science》：Genetic analysis of keel bone fractures in laying hens housed in a quasi-commercial aviary

喙骨骨折（KBF）遗传力估计及候选基因分析：通过全基因组关联分析（GWAS）对1060只蛋鸡进行研究发现，KBF遗传力在原始评分下为0.08，对数转换后提升至0.22。显著SNP位于染色体2和20的4个区块，解释13.2%遗传方差，涉及BCAS1、CYP24A1、PFND4、TSHZ2和GDF6等与钙代谢、骨骼发育相关的基因。染色体20区块邻近影响产蛋量和性成熟早的QTL。

　　本研究探讨了在蛋鸡养殖业中，产蛋母鸡出现“龙骨骨折”（Keel Bone Fractures, KBF）这一问题的遗传学基础。KBF是一种严重的动物福利问题，尤其是在非笼养系统中，其发生率高达97%，并且与不适感密切相关，这使得KBF成为蛋鸡生产中最具挑战性的健康问题之一。尽管已知环境设计和营养是导致KBF的重要因素，但基因在KBF易感性中的作用仍不明确。本研究旨在评估KBF易感性的遗传率，确定与KBF相关的基因组区域和候选基因，从而为改善蛋鸡健康和福利提供科学依据。

### KBF的遗传学基础

KBF在不同基因型和个体之间表现出显著差异，这表明遗传因素在其中扮演了重要角色。例如，商业性棕色羽毛蛋鸡的KBF发生率是白色羽毛蛋鸡的约1.5倍。这种差异被归因于不同基因型之间龙骨形态和骨密度的差异。此外，同一基因型中也存在显著的个体间差异，这反映了KBF易感性的遗传多样性。这些观察结果支持了KBF易感性在个体之间存在重要的遗传基础。

### 遗传率与基因组关联分析

通过使用60K SNP芯片对1060只白色羽毛蛋鸡进行基因分型，研究者评估了KBF的遗传率。结果显示，KBF在原始性状尺度上的遗传率约为0.08，而在对数变换后的尺度上，遗传率增加到0.22。这一发现表明，KBF具有一定的遗传基础，但其遗传率较低，意味着环境因素仍然在其中发挥重要作用。此外，基因组范围的关联分析（GWAS）揭示了在染色体2和20上存在四个显著或提示性的单倍型块，这些区域共同解释了13.2%的总加性遗传变异。这些单倍型块包含多个候选基因，如BCAS1、CYP24A1、PFND4、TSHZ2和GDF6，这些基因与钙和维生素D的稳态、骨骼发育及骨密度有关。这些基因在人类和小鼠中已被研究与骨骼健康相关，进一步支持了KBF易感性不仅受骨骼强度直接影响，还可能受到维生素D代谢通路的影响，从而调节钙的再吸收。

### 候选基因的生物学意义

其中，CYP24A1和BCAS1在钙和维生素D的代谢中起着关键作用。CYP24A1编码一种关键的维生素D代谢酶，其功能在维持钙平衡中至关重要。BCAS1则与骨骼发育相关，其表达可能影响骨骼结构的完整性。此外，TSHZ2在人类中已被报道与骨密度相关，这提示其可能在蛋鸡中也发挥类似作用。GDF6（生长分化因子6）与骨骼形态和发育密切相关，而PFND4可能与骨骼强度有关。这些基因的发现为理解KBF的遗传机制提供了重要的线索。

### 基因组区域与蛋鸡生产性状的关联

研究还发现，染色体20上的一个基因组区域与蛋鸡的产蛋水平和性成熟年龄相关的数量性状位点（QTL）存在显著关联。这一发现提示，KBF易感性可能与蛋鸡的早期产蛋能力有关，而这一特性可能在基因层面受到共同调控。这为未来研究提供了方向，即探索KBF与产蛋性能之间的遗传联系，从而在遗传改良中同时考虑骨骼健康和生产性能。

### 基因组关联分析的挑战与解决方案

为了提高GWAS的准确性，研究者对数据进行了严格的预处理。首先，对KBF评分进行了对数变换，以减少数据的右偏特性。然后，通过使用PLINK 1.9进行基因组关联分析，研究者识别了与KBF显著相关的SNP。为了解决基因组范围内的统计偏差，研究者采用了一种经验性方法，通过回归分析对p值进行校正，从而确保结果的可靠性。这一过程涉及对固定效应进行主成分分析（PCA），并使用前11个主成分来调整模型，以减少群体结构带来的干扰。

### 未来研究方向与应用前景

本研究的发现为蛋鸡KBF易感性的遗传分析提供了重要的基础，同时也为未来研究指明了方向。首先，开发一种高效、可靠的KBF评估方法对于大规模商业化应用至关重要。虽然放射学评估方法已被证明是可靠的，但其在高通量应用中仍面临成本和操作上的挑战。因此，未来研究应关注于开发更加便捷、经济的评估手段，例如基于行为特征的替代指标，如运动模式的变化或蛋壳质量的评估。

其次，进一步研究KBF相关候选基因的具体功能，尤其是在鸡的钙代谢和骨骼发育中的作用，将有助于理解其遗传机制，并为基因改良提供理论支持。此外，探索KBF与其他相关性状（如骨骼质量、蛋壳质量等）之间的遗传相关性，可能为蛋鸡的综合育种策略提供新的思路。

最后，研究者还指出，KBF可能与蛋鸡的行为特征有关，如对环境的反应和运动模式。因此，未来研究可以结合行为学和遗传学方法，以更全面地理解KBF的发生机制，并为改善蛋鸡福利提供多方面的解决方案。这些研究将有助于构建更加全面的蛋鸡健康评估体系，从而在遗传改良中实现骨骼健康与生产性能的平衡。

### 研究的意义与局限性

本研究是首个报道蛋鸡KBF易感性遗传率的，为该领域的遗传学研究提供了重要的数据支持。然而，由于KBF的复杂性，其遗传基础仍需进一步探索。例如，KBF的发生可能涉及多个基因的相互作用，而非单一基因的主导作用。此外，虽然本研究识别了一些候选基因，但它们在蛋鸡中的具体功能仍需深入研究。因此，未来的研究应致力于解析这些基因在鸡骨骼代谢中的具体作用，并探索其与蛋鸡生产性状之间的遗传联系。

总的来说，本研究不仅揭示了KBF的遗传基础，还为蛋鸡的遗传改良提供了重要的科学依据。这些发现有助于推动蛋鸡养殖业向更加可持续和人道的方向发展，同时也为其他家禽的骨骼健康研究提供了参考价值。