布拉曼牛妊娠丢失的基因组学研究：揭示关键候选基因与遗传机制

为解决肉牛繁殖效率低下的经济问题，研究人员针对Bos indicus血统的布拉曼牛开展妊娠丢失(PL)的基因组学研究。通过单步基因组最佳线性无偏预测(ssGBLUP)和全基因组关联分析(GWAS)，发现17个基因组区域包含92个候选基因，涉及胚胎发育、免疫反应和激素调节等关键通路。该研究为通过遗传选择改善繁殖性能提供了重要依据。

　　

在肉牛生产体系中，繁殖效率是决定经济效益的关键因素。然而，妊娠丢失(Pregnancy Loss, PL)一直是制约牛群繁殖性能的主要问题，每年给牛肉产业造成约37亿美元的经济损失。特别是在适应热带气候的布拉曼牛(Bos indicus)中，虽然其胚胎具有更好的耐热性，但早期胚胎死亡率却高于Bos taurus品种，且其遗传机制尚未明确。目前对PL的研究多集中在奶牛品种，而对肉牛尤其是布拉曼牛的相关研究较为缺乏。

为了深入解析布拉曼牛妊娠丢失的遗传基础，来自俄克拉荷马州立大学、圣保罗州立大学等机构的研究团队在《Journal of Animal Science》上发表了这项基因组学研究。研究人员收集了玻利维亚两个牛群1998-2021年间的29,905条妊娠记录，其中包括28,691例成功妊娠和1,214例妊娠丢失案例。PL定义为经直肠检查确认妊娠后未能正常产犊的情况，包括观察到的流产和未产犊现象。

研究采用中等密度SNP芯片(~52K markers)对921头牛进行基因分型，经过严格的质量控制后，最终使用46,342个SNP标记进行分析。通过单步基因组最佳线性无偏预测(single-step genomic BLUP, ssGBLUP)方法，采用阈值动物模型估计方差组分，并使用贝叶斯推断通过Gibbs抽样算法进行计算。

研究结果显示，妊娠丢失的遗传力估计值为0.114，属于低遗传力性状，表明环境因素在PL表达中起主要作用。然而，加性遗传方差的存在表明通过遗传选择改善繁殖性能是可行的。

全基因组关联分析发现了17个与PL相关的候选区域，这些区域位于BTA4、7、8、9、11、12、16、18、19、21、22和29号染色体上，共包含100个基因。其中解释加性遗传方差比例最大的基因组窗口位于16号染色体12 Mb位置，贡献了8.68%的遗传方差。

这些候选基因涉及多个重要的生物学过程：CDC40基因(BTA9)参与pre-mRNA剪接过程和细胞周期调控；DIS3基因(BTA12)与RNA代谢和胚胎存活相关；MKS1基因(BTA19)是Meckel-Gruber综合征的关键基因，影响纤毛形成和胚胎发育；THUMPD2(BTA11)和TMEM231(BTA18)基因则与胎盘发育和生育能力相关。

功能富集分析揭示了四个显著富集的GO生物学过程：RNA加工、G蛋白偶联受体信号通路、线粒体ATP/ADP转运和胚胎大脑发育。在细胞组分方面，MKS复合体显著富集；分子功能方面，嗅觉受体活性和G蛋白偶联受体活性显著相关。KEGG通路分析显示嗅觉转导和钙信号通路与PL密切相关。

特别值得注意的是，G蛋白偶联受体在信号转导中发挥关键作用，参与从受孕到分娩的整个繁殖过程调节。OR4D1等嗅觉受体基因不仅在嗅觉系统中表达，还在雄性生殖系统中发现，可能通过调节精子趋化性影响受精过程。钙信号通路作为细胞内第二信使，参与卵母细胞成熟、受精、胎盘发育和胚胎发育等所有雌性繁殖方面。

研究的讨论部分指出，虽然PL遗传力较低，但确定的基因组区域和候选基因为理解妊娠维持的遗传和生理机制提供了新的见解。这些发现有助于开发基因组选择策略，通过选择PL遗传风险较低的动物，提高产犊率并增强牛群整体生产力。

该研究的局限性在于基因分型动物数量相对较少(n=921)，可能限制了检测小效应规模区域的能力。因此，在更大规模独立群体中验证已识别的基因组区域至关重要。

总之，这项研究首次在布拉曼牛中系统分析了妊娠丢失的遗传基础，发现了多个与繁殖性能相关的重要候选基因和通路。这些结果为改善肉牛繁殖效率、提高牛群长寿性和增强生产体系的可持续性提供了重要的遗传学基础。通过基因组选择减少繁殖失败，有望显著提高牛肉牛生产的经济效益和可持续性。