基于基因组反应规范模型的热应激对热带肉牛饲料效率影响研究

本研究针对全球气候变化下热带地区肉牛热应激(HS)导致的饲料效率下降问题，通过建立双性状基因组反应规范模型(RNM)，分析22,838头内洛尔牛在温度湿度指数(THI)梯度下的干物质采食量(DMI)和剩余采食量(RFI)遗传参数。研究发现THI>76时基因型与环境互作(G×E)显著，遗传相关系数低于0.80，为热带地区选育耐热高效肉牛提供了重要理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，热带地区畜牧业面临严峻挑战。高温高湿环境导致肉牛频繁遭受热应激(HS)，引发采食量下降、代谢紊乱和能量需求增加等一系列问题，严重影响动物生产性能。在巴西等热带地区，内洛尔(Nellore)牛作为主要肉牛品种，其饲料效率性状如何响应环境变化成为育种领域亟待解决的科学问题。传统育种方案往往忽视基因型与环境互作(G×E)，可能导致选育出的种牛在实际生产环境中表现不稳定。

为破解这一难题，研究人员开展了一项大规模研究。通过分析2011-2023年间21个巴西农场22,838头内洛尔牛的饲养数据，结合18,567头牛的基因组信息，创新性地采用双性状基因组反应规范模型(RNM)，以温度湿度指数(THI)作为环境梯度描述符，系统评估了干物质采食量(DMI)和剩余采食量(RFI)的遗传特性。

研究采用了多项关键技术：1) 基于NASA POWER气象数据和四种THI计算方法的综合环境评估；2) 使用单步基因组最佳线性无偏预测(ssGBLUP)进行遗传参数估计；3) 采用K-means聚类确定异质残差方差的最佳分类；4) 通过贝叶斯推断和Gibbs采样算法进行模型拟合。这些方法为准确量化热应激对饲料效率的影响提供了可靠的技术支撑。

环境梯度特征分析
研究发现THI值从2018年起显著升高(>71)，春季和夏季THI≥76的天数占比最高达63%。这表明热带地区肉牛面临的热应激风险正在逐年加剧，亟需采取应对措施。

表型均值变化规律
在THI梯度下，DMI和RFI呈现明显变化趋势：THI升至81时，DMI从9.75 kg/天降至6.93 kg/天；RFI在THI<73时为负值，表明牛只在较凉爽环境下饲料转化效率更高。这种变化揭示了热应激对采食行为和代谢效率的双重影响。

模型比较与选择
通过比较25种反应规范模型，确定采用5类异质残差的线性模型(Lin_het_5)最优，其偏差信息准则(DIC)值最低(-871,322.55)。该模型能更准确地捕捉不同环境下的遗传变异。

遗传参数估计
关键发现包括：

1. DMI遗传力(h²)在THI梯度下为0.22-0.39，RFI为0.08-0.28，均呈现随THI升高而降低的趋势；
2. 加性遗传方差在高温环境下显著降低；
3. 当THI>76时，相同性状的遗传相关性降至0.80以下，表明显著G×E效应。

遗传与环境相关性
RFI与DMI的遗传相关性在THI梯度下为0.64-0.72，显示两者关系受环境调节。这一发现对多性状协同选择具有重要指导意义。

基因组估计育种值
对前50名种公牛的GEBV分析发现，18%的种牛对RFI表现出高度环境可塑性，而54%的种牛对DMI变化不敏感，这种差异为选育环境稳健型种牛提供了依据。

选择一致性分析
极端THI条件(66 vs 81)下，RFI的Spearman排序相关性仅为0.55，显著低于DMI的0.76，证实RFI对环境变化更为敏感，这对育种方案制定具有重要启示。

这项研究首次系统阐明了热带肉牛饲料效率性状对环境应激的遗传响应规律，其创新性主要体现在三个方面：一是建立了THI梯度下的基因组反应规范模型，为量化热应激遗传效应提供了新方法；二是揭示了THI>76时G×E效应显著增强的关键阈值；三是提出了考虑环境可塑性的育种策略。这些成果对应对气候变化、选育适应热带环境的肉牛品种具有重要实践价值，为可持续畜牧业发展提供了科学依据。

研究同时指出，未来需要开展更精细的时程分析，考察日内THI波动对采食行为的影响，这将有助于进一步完善热应激评估体系。该研究成果发表在《Animal》期刊，为热带地区肉牛遗传改良提供了重要理论支撑和技术指导。