《animal》：Random regression analysis to infer the genetic plasticity in superovulatory responses of donor cows by altering temperature-humidity index
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为未来实现可持续的高品质和牛牛肉生产，提供一种遗传改良日本黑牛的新方法十分重要。本研究利用包含温度-湿度指数（temperature-humidity index，THI）信息的随机回归模型，评估了该品种对热环境变化适应性的遗传评价可能性。研究分析了2008年
为未来实现可持续的高品质和牛牛肉生产，提供一种遗传改良日本黑牛的新方法十分重要。本研究利用包含温度-湿度指数（temperature-humidity index，THI）信息的随机回归模型，评估了该品种对热环境变化适应性的遗传评价可能性。研究分析了2008年1月9日至2024年1月29日期间从2,006头日本黑牛供体母牛采集的共计30,491条每次冲胚的回收胚胎和卵母细胞总数（total number of embryos and oocytes recovered，TNE）及优质胚胎数（number of good embryos，NGE）记录。首先，在2021年4月9日至2024年11月30日期间，使用数据记录器记录了1,231天的牛场温度和湿度数据。利用气象站的观测记录，估算了2007年1月1日至2024年1月29日期间Zen-noh胚胎移植中心所在地的日平均环境干球温度。通过二次回归分析，建立了一个利用估算温度估算牛场日平均THI的方程。利用该方程（决定系数为0.972）和2007年1月1日至2024年12月31日的估算温度计算估算THI，其范围为29.0至82.2。随后，对TNE和NGE进行多重回归分析，以确定将THI效应作为二次回归形式考虑的最适天数。胚胎采集前13天被确定为考虑THI效应的适宜天数，两个性状的估算曲线在研究THI范围内均呈凸向上。最后，将估算THI在适宜日的两性状随机回归模型拟合至TNE和NGE记录，以估算方差组分并预测育种值。在估算THI为30至80的范围内，随机回归模型估算的遗传力TNE为0.22至0.33，NGE为0.17至0.25。性状内不同估算THI间的遗传相关总体很高，但在THI<70与THI>70之间有时低于0.8。两性状间的估算遗传相关为0.09至0.65。综上，本研究利用气象观测记录和超数排卵反应性能记录，为日本饲养的日本黑牛提供了热环境适应性的遗传评价模型，并为提高牛耐热性的改良提供了基础性见解。
随机回归模型揭示供体母牛超数排卵反应的遗传可塑性——基于温度-湿度指数的研究解读
一、研究背景与目的
日本黑牛（Japanese Black）是日本代表性肉牛品种，以其优良的牛肉品质（如高程度的大理石纹）而闻名。为实现未来可持续的高品质和牛牛肉生产，亟需为该品种提供新的遗传改良途径。雌性繁殖效率是高效肉牛生产的关键特征，但日本黑牛的大多数繁殖相关性状（如初产月龄、产犊间隔和受胎率）遗传力均较低。研究人员此前的报道表明，超数排卵处理后的体内胚胎生产性状（如回收胚胎和卵母细胞总数，TNE；每次冲胚的优质胚胎数，NGE）可作为该品种的新型雌性繁殖性状，具备遗传改良的可能性。例如，利用重复力模型分析1,532头供体母牛的19,155条超数排卵反应记录，估算得到TNE和NGE的遗传力分别为0.26和0.17。
已有研究表明，日本饲养的日本黑牛的雌性繁殖性能在高温和低温条件下均可能下降。Zoda等也报道超数排卵反应性能在较热和较冷的月份均趋于下降。这些发现提出了一个假设：月份效应中相当一部分可由热环境信息解释，并有机会考虑日本黑牛热环境适应性的遗传改良。为从遗传改良角度应对气候变化，已有研究探索了随机回归模型在温度-湿度指数（THI）信息中的应用，以考虑基因型-热环境互作。然而，据研究人员所知，尚无研究报道将包含热环境信息的随机回归模型应用于牛的繁殖性状。以往关于肉牛品种的研究多集中于生长性能、饲料效率等性状，且多数使用邻近气象站或NASA POWER数据，较少验证牛场实际温湿度数据与气象观测记录的一致性。在日本黑牛中，虽有研究将年龄信息作为环境梯度开展随机回归分析，但尚无将热环境信息纳入随机回归模型的研究。因此，本研究旨在利用THI信息，评估日本黑牛对热环境变化适应性的遗传评价可能性，研究论文发表于《animal》期刊。
二、关键技术与方法
本研究使用了2008年1月9日至2024年1月29日期间Zen-noh胚胎移植中心（位于日本北海道）的30,491条超数排卵处理记录，来自2,006头日本黑牛供体母牛，表型性状为TNE和NGE。牛场气温和湿度通过数据记录器（farmlog，ITKOBO-Z Co. LTD）在2021年4月9日至2024年11月30日期间以10分钟间隔记录，共获得1,231天数据。利用周边上士幌、糠平源泉乡和士幌三个气象站的观测记录，采用高程差修正与逆距离加权法估算牛场位置的日平均气温。通过二次回归分析建立由估算气温推算牛场日平均THI的方程（决定系数0.972）。采用多重回归分析和赤池信息准则（AIC）与贝叶斯信息准则（BIC）确定最适合考虑THI效应的天数（胚胎采集前13天）。随后拟合以估算THI为二次回归子模型的两性状随机回归模型，使用Gibbs抽样（gibbsf90+软件）估算方差组分，通过blupf90+软件预测育种值，并与重复力模型进行比较。
三、研究结果
1. 牛场温湿度与THI的相互关系：对数据记录器获取的每日最低、最高和平均值进行分析，发现日平均T与THI之间呈极强线性关系（决定系数0.998），日平均最大和最小T及THI间的相关系数均大于0.95，而RH对THI变异的贡献较小。日平均RH全年相对稳定，月平均值介于67.9%至79.0%之间。研究还发现，估算T和NASA POWER T的月平均值均低于实测日平均T，且NASA POWER的RH与实测值一致性较差，因此本研究采用基于气象站观测记录的估算T来构建THI估算方程。
2. THI估算与热环境范围：利用估算方程计算2007年1月1日至2024年12月31日期间的估算THI，范围为29.0至82.2，均值为51.5。该范围内包含了从冷应激到热应激的广泛热环境条件。
3. 适宜考虑THI效应的天数确定：对TNE和NGE进行一系列回归分析比较发现，不包含超数排卵月份效应的模型AIC和BIC值始终更低。胚胎采集前13天给出了两个性状的最低AIC和BIC值，该时间点与FSH（促卵泡激素）激素处理的时间吻合。TNE和NGE的估算THI效应曲线均呈凸向上，表明过高或过低的THI均会使超数排卵反应性能下降。
4. 遗传参数估计与基因型-环境互作：重复力模型估算的遗传力在TNE和NGE分别为0.27和0.18，遗传相关为0.57。随机回归模型在估算THI为30至80范围内，遗传力在TNE为0.22至0.33、NGE为0.17至0.25。TNE的遗传力随THI升高而下降，NGE则随THI升高而上升。绝大多数情况下性状内不同THI间的遗传相关很高，但在估算THI>70与<70之间有时低于0.8，提示存在基因型-热环境互作。重复力模型与随机回归模型预测育种值之间的Spearman秩相关随THI升高而下降，尤其在THI>70时更为明显，进一步支持了互作的存在。TNE与NGE间的遗传相关为0.09至0.65，且随THI变化而改变。
四、讨论与结论
本研究首次在日本黑牛中报道了利用随机回归模型分析基因型-热环境互作并估计超数排卵反应性状遗传参数的结果。研究的一个特点是表型数据在广泛的THI范围内（约30至80）采集，且同一供体母牛在一年内多次重复记录，为评估不同热环境下的遗传表现提供了条件。本研究中日平均T的变异性较大而RH变异性较小，导致T对THI变异起主导作用，这提示在湿润或至少非干燥环境下获得的结果可能与其他气候条件有所不同。研究通过比较多站点的气象观测记录，采用逆距离加权法和高程差修正提高估算精度，并利用二次回归方程更准确地反映实际热环境。研究人员发现，胚胎采集前13天的THI效应最为显著，该时间与FSH处理期相对应，提示急性热应激可能比慢性应激对超数排卵反应的影响更为重要。基于遗传相关低于0.8的判据，高THI（约>70）与其他THI之间存在基因型-热环境互作，说明日本黑牛的体内胚胎生产性能对热环境的遗传响应存在差异。研究结论表明，本研究利用公开免费的气象观测记录和超数排卵反应性能记录，成功构建了日本黑牛热环境适应性的遗传评估模型，无需额外经济成本。TNE和NGE受到激素处理及随后的人工授精前后时期THI的影响，高、低THI均降低性能表现。下一步研究将检验该模型在基因组预测中的性能，并将研究扩展至生长、饲料效率、胴体和牛肉品质等经济重要性状，以推动未来可持续高品质和牛牛肉生产的发展。
