基于累积采食量变异度评估羔羊广义抗逆性的数据驱动方法

《animal》：A data-driven approach to assess general resilience in lambs based on variability in cumulative feed intake

　　

动物抗逆性(Resilience)是畜牧生产中的关键概念，抗逆性更强的动物能更好地应对短期环境扰动。由于抗逆性并非可直接测量的性状，近年来学界做了大量努力开发抗逆性指示性状(Resilience Indicators)，以捕捉动物对扰动的响应并将其作为育种选择的候选标准。在此背景下，本研究的目标是：(1)基于累积采食量(Cumulative Feed Intake, CFI)变异度推导羔羊抗逆性指标并筛选最具潜力的精简指标子集；(2)评估不同绵羊品种与性别间抗逆性表型差异；(3)调查Texel、Corriedale和Creole三个绵羊品种中抗逆性指标与生产性能性状的表型相关(Phenotypic Correlation)。采集三个品种共436只羔羊（日龄176.2±47.4 d）在七次采食效率试验期间的高频个体采食量数据，试验平均持续53.1±6.0 d。研究人员使用平滑函数估计无扰动状态下的目标CFI轨迹，观测CFI与预测CFI间的偏差关联潜在扰动并据此推导十一个抗逆性参数，涵盖扰动形态的不同方面——振幅(Amplitude)、变异性(Variance of Deviation)、时间动态及恢复模式(Recovery Pattern)。个体羔羊平均经历1.89±0.91次扰动（范围1~5次）。Texel品种内发现性别间估计边际均值(Estimated Marginal Means)差异，公羔普遍抗逆性更高；雄性组内三个品种间也存在差异，但未发现某品种全面占优。抗逆性指标与平均日增重(Average Daily Gain, ADG)、眼肌面积(Rib Eye Area, REA)等生产性状呈不利表型相关(Unfavorable Correlation)，而与脂肪厚度(Fat Thickness, FT)呈有利相关。结果表明该数据驱动方法可有效评估动物轨迹及对未知环境扰动的响应。表型相关结果揭示了抗逆性与生产性能间潜在的权衡(Trade-off)值得进一步探究，包括估算遗传参数及对所推导抗逆性指标进行生物学验证，以便在家畜群体中实现改善生产性能与抗逆性的遗传选择。

论文解读——《animal》刊载：A data-driven approach to assess general resilience in lambs based on variability in cumulative feed intake

一、研究背景与立项依据

家畜抗逆性(Resilience，即遭受环境扰动时受影响极小或受扰后能快速恢复至原状态的能力)是应对全球变暖及极端气候频发、保障牧场可持续生产的重要育种目标。抗逆性本身不可直接测量，传统选育高度聚焦生产性状可能导致动物适应力下降。近年研究证明高频生产表型数据（如奶牛产奶量、猪与羔羊采食量、鸡体重等）可用来量化动物对未知扰动的响应并推导抗逆性指标。已有方法多基于日采食量变异，而累积采食量(Cumulative Feed Intake, CFI)较日采食量波动更小且更能反映预期—观测轨迹偏离。将CFI偏离法应用于多品种羔羊抗逆性评估的研究仍较少。为此，研究人员以乌拉圭三个代表性绵羊品种（Texel、Corriedale、Creole）的后断奶生长期羔羊为对象，利用自动饲喂系统采集高频采食数据，建立CFI目标轨迹模型，从轨迹偏离中提取抗逆性参数，筛选核心指标，分析品种与性别效应，并探明抗逆性指标与生长、饲料效率及胴体性状的表型关联，为将抗逆性纳入绵羊育种方案提供方法与数据基础。

二、主要关键技术方法

研究人员使用乌拉圭INIA塔夸伦博试验站密集型绵羊表型平台，收集436只羔羊（Texel、Corriedale、Creole，来自7批次2020–2024年试验，含公母）经RFID自动饲喂系统记录的高频个体采食量，经质控清洗后按日求和并折算为干物质基础累积采食量(CFI)。采用分位数回归样条(rqss)拟合τ=0.40与τ=0.95界定CFI包络，提取落入包络的数据以六阶平滑函数（λ=10?）拟合无扰动目标CFI轨迹(CFItarget)；计算每日ΔCFI=CFI?CFItarget，对ΔCFI做四阶B样条拟合获得平滑偏离曲线；以ΔCFI负向偏离超过目标CFI的3%定义扰动(Perturbation)起始与恢复，从中提取11项抗逆性指标——扰动次数(Number of Perturbations, NP)、振幅(Amplitude, AT)、扰动持续时间(Perturbation Time, PT)、恢复时间(Recovery Time, RT)、最大速度(Maximum Velocity, MV)、平均速度(Average Velocity, AV)、偏离曲线下面积(Area Under Curve, AUC)、恢复比(Recovery Ratio, RR)、偏离方差(Variance of Deviation, DV)、偏离自相关(Autocorrelation, ACF)、对数偏离方差(ln(DV), LDV)。经IQR法剔除离群值后用广义线性模型(GLM)拟合品种、性别、批次固定效应，估计边际均值比较组间差异；用Pearson相关分析抗逆性指标与平均日增重(ADG)、剩余体重增量(Residual Weight Gain, RWG)、剩余采食量(Residual Feed Intake, RFI)、眼肌面积(Rib Eye Area, REA)、脂肪厚度(Fat Thickness, FT)的表型相关；经主成分分析(PCA)和相关矩阵筛选低冗余、具生物学意义的5项核心抗逆性指标。

三、研究结果

Descriptive statistics（描述性统计）

最终纳入414只羔羊、956条偏离记录。羔羊全期平均经历1.89±0.91次扰动（最多5次），61.9%的扰动发生于试验初期。NP_avg均值1.9(CV 48.3%)，AT_avg均值2.2 kg(CV 48.8%)，PT_avg均值6.0 d(CV 69.4%)，RT_avg均值6.2 d(CV 64.9%)，RR_avg均值0.9%(CV 7.8%)，AUC_avg均值15.2 kg·d(CV 101.8%)。

Identification of a reduced subset of most promising resilience indicators（筛选最具潜力的抗逆性指标精简子集）

PCA显示PC1解释57.4%总方差（关联RT_avg、AUC_avg、ACF_avg、AT_avg、DV_avg、LDV_avg、RR_avg），PC2解释16.4%（关联NP_avg、MV_avg、AV_avg、AT_avg）。结合强相关对（DV_avg–AT_avgr=0.90，LDV_avg–AT_avgr=0.88）选出五项低冗余核心指标：NP_avg（扰动频率）、AT_avg（扰动偏离幅度，值越高受扰越严重）、RR_avg（恢复能力）、AUC_avg（偏离幅度×持续时间综合，值越高受扰越严重）、PT_avg（扰动持续天数）。

Sex and breed effects on resilience indicators（性别与品种对抗逆性指标的影响）

Texel品种内公羔RR_avg显著高于母羔(P=0.004)，母羔AT_avg(P=0.027)与PT_avg(P=0.042)显著高于公羔，表明Texel公羔抗逆性较高（偏离幅度小、扰动短、恢复好）。雄性组内品种比较：Creole羔羊RR_avg显著低于Texel与Corriedale(P=0.002)，PT_avg显著长于Texel(P=0.003)，Corriedale居中；AT_avg、AUC_avg、NP_avg品种间无显著差异。因试验设计不平衡且仅雄性Creole与Corriedale，此差异需谨慎解读。

Phenotypic correlations（表型相关）

RFI与RWG与五项核心抗逆性指标均无显著相关。ADG与AT_avg呈弱正相关(r=0.28, P<0.001)，与AUC_avg(r=0.11, P<0.05)及RR_avg(r=0.14, P<0.01)亦呈弱正相关——高产羔羊伴随较大采食偏离与较短恢复比，暗示抗逆性与高产间潜在拮抗。REA与AT_avg呈弱正相关(r=0.20, P<0.001)。FT与核心抗逆性指标无显著相关，但与DV_sum呈弱负相关(r=-0.13)。NP_avg与PT_avg呈负相关(r=-0.62, P<0.001)；AUC_avg与AT_avg强相关(r=0.73, P<0.001)。

四、讨论与结论总结

讨论指出CFI轨迹偏离法可有效捕捉羔羊对未知环境扰动的生物学有意义变异；PCA与相关分析联合CV可筛选兼具生物学意义与可解释性的核心指标。三种汇总方式（平均值、首扰、累加）中平均值与首扰更适用于抗逆性评估，累加不适用于RR类比值。多数扰动出现在试验前期可能与断奶后适应、社群重组及新环境应激有关。Texel公羔较高抗逆性与商业母羊需长期维持抗逆以保障繁殖寿命形成对比，提示未来应重视母羊抗逆性选育。品种差异可能受各品种驯化/选择历史及试验集约环境对本地Creole品种的挑战性影响。ADG、REA与抗逆性指标的不利弱相关符合资源分配理论——高生产投入可能挤占维持与适应资源，但相关强度弱至中等，可通过平衡育种同步改良。需后续估算遗传参数及在已知人工挑战下验证指标生物学含义。局限含未施加人工挑战、3%阈值在试验后期敏感性低、样本量不足以可靠估遗传参数、试验设计未均衡覆盖品种×性别交互。

结论(Conclusion)翻译总结：

本研究从CFI推导11项抗逆性指标并经三种汇总方式得到33个指标值，筛选出最具信息量的五项精简子集——振幅(AT_avg)、偏离曲线下面积(AUC_avg)、恢复比(RR_avg)、扰动时间(PT_avg)及扰动次数(NP_avg)。三个品种间发现差异但无某品种全面优越；Texel品种内公羔较母羔表现出更高抗逆性。ADG、REA与抗逆性指标呈不利表型相关，提示生产与抗逆性间可能存在权衡，有待遗传参数估算与生物学验证后纳入绵羊育种方案。