内洛尔牛先天性睾丸缺陷复合性状的遗传参数估计

《Discover Animals》：Genetic parameters for a composite trait of congenital testicular defects in Nellore cattle

　　

背景：雄性生殖系统先天性缺陷会损害瘤牛（Bos taurus indicus）的生育力并降低其繁殖潜力；然而，在商业群体中单个缺陷的发生频率较低。目的：研究人员旨在通过将相关异常组合成一个反映生殖健全性连续体的单一有序分类性状，估计内洛尔公牛睾丸缺陷的遗传参数。方法：研究人员从DeltaGen?育种计划（1999–2023）获取隐睾症（cryptorchidism）、睾丸发育不全（testicular hypoplasia）、单睾症（monorchidism）和睾丸不对称（testicular asymmetry）的表型记录，包括50,205头表型个体和24,562头基因型个体。由于每种缺陷的发生率较低（0.38–2.80%），将所有异常合并为一个有序分类性状（ordered categorical trait）。使用GIBBSF90+软件中实现的贝叶斯框架下的单步阈值动物模型（single-step threshold animal model）估计方差组分。在潜在变量尺度（liability scale）上，加性遗传方差（σ²_a）为0.54，残差方差（σ²_e）为1.11，得到遗传力（heritability）估计值为0.33。当转换为观察尺度（observed scale）时，由于类别频率不均衡，遗传力降至0.07。这些结果表明，先天性睾丸缺陷具有中等遗传组分，但受环境和发育因素的强烈影响。尽管其低发生率限制了直接选择增益，但持续记录和基因分型受影响动物可以提高遗传评估的精度，并支持改善内洛尔牛生殖健全性的长期策略。

先天性睾丸缺陷是影响内洛尔（Nellore）牛繁殖效率的重要因素，包括隐睾症、睾丸发育不全、单睾症和睾丸不对称等类型。这些缺陷会损害精子发生与睾丸热调节功能，导致雄性育种价值下降。尽管阴囊围等指示性状的选育已改善整体繁殖性能，但其与特定缺陷的遗传相关不够强，无法有效间接选择。同时，单个缺陷在商业群体中发生率极低（0.38%–2.80%），使得传统单性状或多元分析因统计效力不足而无法收敛。为此，研究人员将上述四种异常整合为一个有序分类性状（ordered categorical trait），代表从严重缺陷到正常个体的生殖健全性连续谱，旨在首次估计该复合性状的遗传参数，为育种策略提供依据。该研究发表在《Discover Animals》。

研究人员利用DeltaGen?育种计划1999–2023年的表型数据，共50,205头表型动物（分布于1,584个当代群体），其中24,562头具有基因型数据。系谱包含1,192,464头个体，追溯至12代。核心技术方法包括：（1）表型采集：在断奶（约7月龄）、一岁龄（约16月龄）和终检（约18月龄）三个阶段由技术人员记录隐睾、睾丸发育不全、单睾、睾丸不对称及无缺陷五类信息，异常动物立即淘汰，每头仅保留一条记录。（2）基因型数据：使用Neogen? GGP Indicus 50K芯片检测，基于内洛尔参考群体（n=6,105）填充至777K SNPs，经质量控制（剔除偏离哈迪-温伯格平衡p<10^-15、检出率<0.90、最小等位基因频率<0.02的位点）后保留24,562头个体和583,769个SNPs。（3）模型分析：采用贝叶斯框架下单步阈值动物模型（ssGBLUP），将系谱关系矩阵（A）与基因组关系矩阵（G）整合为H矩阵（G*=0.95G+0.05A₂₂），用GIBBSF90+软件估计方差组分。潜在变量尺度上残差方差固定为1，MCMC链运行800,000次迭代，前400,000次退火，每50次抽样，基于Gelman-Rubin诊断判断收敛。（4）遗传力转换：采用Gianola公式将潜在尺度遗传力转换为观察尺度遗传力，以反映类别频率不均衡的影响。

研究结果如下：
**缺陷发生率**：在群体中，94.8%动物为正常个体。睾丸不对称发生率最高（2.80%），其次为单睾症（1.23%）、睾丸发育不全（0.65%）、隐睾症（0.38%）。因单个缺陷频率过低，单性状阈值模型均无法收敛，证实复合性状分析的必要性。
**遗传参数估计**：在潜在变量尺度上，加性遗传方差（σ²_a）后验均值为0.54（95%最高后验密度区间0.43–0.66），残差方差（σ²_e）为1.11（0.91–1.31），遗传力（h²）为0.33（0.27–0.39），表明该潜性状受中等程度的加性遗传控制。转换为观察尺度后，因大多数个体集中在“无缺陷”类别导致表型方差膨胀，加性遗传方差降至0.01（0.01–0.02），残差方差0.18（0.17–0.18），遗传力仅为0.07（0.06–0.08），提示表型变异主要由非遗传因素解释。

讨论部分指出，这是首项针对内洛尔牛先天性睾丸缺陷复合性状的遗传参数研究。低发生率是组合分析的必要前提，但整合生物学上不同的缺陷可能掩盖其各自的遗传架构，未来需积累更多数据以开展多元性状分析。潜在尺度遗传力0.33与以往关于睾丸发育不全和隐睾的研究一致，证实缺陷存在部分遗传基础；而观察尺度遗传力大幅降低，反映了分类性状中类别频率严重失衡的统计后果。从育种实践看，潜在尺度中等遗传力说明存在遗传改良可能性，但观察尺度低遗传力及缺陷的早期淘汰（异常公牛通常在配种前被剔除）导致选择进展缓慢。因此，研究人员建议持续记录异常表型，并在淘汰前对受影响个体进行基因分型，使基因组模型能追踪家系关系以提升预测准确性。

研究结论翻译如下：内洛尔牛先天性睾丸缺陷的发生率较低，潜在变量尺度上的遗传力为中等（0.33），表明这些性状具有遗传组分但快速遗传进展的潜力有限。转换到观察尺度后，遗传力降至0.07，反映了环境和发育因素的强烈影响以及分类数据的不平衡性。尽管罕见，这些缺陷损害生育力并导致早期淘汰，强化了在育种项目中持续记录的重要性。整合基因组信息并确保受影响动物在淘汰前完成基因分型，可以提高遗传评估的准确性并帮助识别携带者。