Valle del Belìce绵羊PRNP单倍型频率时间动态与抗瘙痒病选择策略优化

《The Veterinary Journal》：Temporal dynamics of PRNP haplotype frequencies and optimization of selection strategies for scrapie resistance in the Valle del Belìce sheep breed

　　

瘙痒病（scrapie）是一种影响小型反刍动物的致命性传染性海绵状脑病（transmissible spongiform encephalopathy, TSE），其易感性受朊蛋白基因（prion protein gene, PRNP）多态性的强烈影响。本研究的目的是评估Valle del Belìce绵羊品种在西西里瘙痒病抗性计划实施前后PRNP单倍型和基因型频率的变化趋势。此外，还进行了模拟分析，以评估修订后选择策略下的预期遗传反应。研究人员共对4341只动物进行了PRNP基因分型。在整体群体中，ARR（0.543）和ARQ（0.406）是最常见的单倍型。在选择计划实施前（2016年前）出生的动物中，ARR单倍型频率为0.462（雌性=0.459；雄性=0.537）。在计划实施后出生的动物中，ARR频率增加到0.589（雌性=0.566；雄性=0.774），反映出对种公羊施加了更大的选择强度。这些结果支持了靶向遗传选择在提高抗性ARR单倍型频率方面的有效性，同时强调了母羊作为易感基因型储存库这一常被忽视的作用。模拟结果表明，将选择扩展到母羊并实施受控交配方案可加速遗传进展，使ARR单倍型在大约七到八年内接近固定。这项研究表明，纳入整个繁殖群体对于优化瘙痒病抗性计划至关重要。这些发现为修订当前区域指南提供了定量基础，并为设计可持续的遗传控制策略提供了更广泛的见解。

瘙痒病（scrapie）是一种致死性传染性海绵状脑病（transmissible spongiform encephalopathy, TSE），主要影响绵羊和山羊，其易感性深受朊蛋白基因（prion protein gene, PRNP）多态性的影响。绵羊对瘙痒病的抗性主要由PRNP基因第136、154和171密码子的单核苷酸多态性决定，不同组合形成多种单倍型（haplotype），其中ARR赋予抗性，而VRQ、ARQ等与易感性相关。欧洲多国已实施遗传选择计划以提升抗性单倍型频率；意大利西西里地区也通过D.G.D. No. 1362/2016文件启动了强制种公羊基因分型和逐步淘汰易感基因型的抗性计划。然而，现行方案主要集中于公羊选择，对母羊遗传组成关注不足。由于母羊数量庞大且是易感单倍型的重要储存库，这种性别不平衡可能限制遗传进展。Valle del Belìce是西西里重要的乳用绵羊品种，其奶用于生产特色乳制品，评估该品种中PRNP频率动态对优化区域指南具有重要意义。因此，本研究旨在估计该品种在计划实施前后PRNP单倍型和基因型频率的时间趋势，并基于观察到的遗传动态评估修订现行区域选择策略的可能性。

研究人员分析了来自西西里15个羊群的4341只Valle del Belìce绵羊，包括3979只母羊和362只公羊，按出生年份分为2016年前（pre-plan组，1581只，其中母羊1540只、公羊41只）和2016年后（post-plan组，2760只，其中母羊2439只、公羊321只）。通过比较两组的单倍型和基因型频率，发现计划实施后整体的ARR频率从0.462升至0.589，公羊从0.537升至0.774，母羊则从0.459升至0.566；ARQ频率和VRQ频率均有下降。与此同时，抗性纯合子（ARR/ARR，即RR）频率整体上升，易感基因型（SS）频率下降，且卡方检验显示2016年前后频率分布差异显著。但性别分层显示公羊的变化远大于母羊，母羊中易感单倍型仍以较高频率持续存在。模拟分析表明，若将选择压力扩展至母羊，并对RR、RS、SS等基因型类别实施逐阶段递增的选择系数（selection coefficient, s），同时采用受控交配方案，则ARR频率可在约7至8年内接近固定（2031年达0.977），ARQ纯合子降至极低水平。该结果强调，将整个繁殖群体纳入选择是加速遗传进展、优化抗瘙痒病计划的关键，并为修订D.G.D. No. 1362/2016指南的Annex A提供了量化依据。

**单倍型频率**：基于4341只动物的总体分析显示，最常见的单倍型为ARR（0.543）和ARQ（0.406），AHQ（0.035）、ARH（0.007）、VRQ（0.009）频率较低。比较2016年前后，ARR频率在总群体中明显上升，公羊的升幅（0.537→0.774）显著高于母羊（0.459→0.566），而ARQ频率下降，尤其是公羊（0.451→0.198）；VRQ在母羊中亦显著下降（0.017→0.004）。这说明现行选择主要作用于公羊，母羊的遗传变化较为缓慢。

**基因型频率**：整个取样期（2000—2023年）内，整体群体显著偏离哈代-温伯格平衡（Hardy-Weinberg equilibrium, HWE），χ² = 45.41，df = 10，P < 0.001。抗性纯合子（RR）占0.318，其中公羊为0.583、母羊仅为0.294；易感基因型（SS）在母羊中占0.245，约为公羊（0.088）的三倍，证实母羊是易感单倍型的主要储存库。

**2016年前后的时间变化**：2016年后RR频率从0.222升至0.373，SS频率从0.299降至0.194，差异有统计学意义（χ² = 190.73，df = 11，P < 0.001）。分性别看，公羊RR频率从0.317升至0.617，SS从0.244降至0.068；母羊RR仅从0.219升至0.341，SS从0.300降至0.210。说明现行公羊导向的选择策略显著改变公羊的基因型分布，但对母羊的效应有限。

**性别差异**：2016年前，杂合抗性（RS）在两个性别中均为最常见类别；2016年后，公羊的优势类别转变为RR（0.617），而母羊的基因型分布仍较均衡，RS仍是主要类别。这一结果表明选择强度在公母羊之间存在明显不对称，母羊的基因型变化主要依赖后代逐步替代，进展更慢。

**模拟模型**：以观测到的2023年ARR频率0.543为起点，在逐步扩大选择压力至杂合子和母羊的方案下，模拟预测ARR频率在2031年达到0.977，ARQ频率降至0.023；ARR/ARR基因型从0.295升至0.954，ARQ/ARQ从0.209降至0.001。易感单倍型频率在2029年降至0.10以下，2027年将选择压力扩展至RS杂合子后加速了遗传进展。该结果表明，将母羊纳入选择并实施结构化交配可显著加速抗性基因频率的固定。

讨论指出，本研究观察到的ARR频率上升与欧洲其他品种相比呈相似趋势，但母羊中ARQ持续较高暴露出现行计划的根本瓶颈——缺乏对母羊的系统基因分型与选择。模拟结果支持修订策略可加速遗传进展，但同时需警惕遗传多样性风险。Valle del Belìce品种的有效群体大小（effective population size, N_e）已从约369（50代前）降至当代约45，因此采用渐进式选择、避免一次性淘汰大量易感动物，有助于在提高ARR频率的同时保留遗传变异，并与产奶等经济性状的选择相平衡。该模拟基于随机交配、无迁移、无遗传漂变等简化假设，也未使用系谱信息，因此预测可能偏乐观，但量化结果仍为区域政策调整提供了参考。

结论：本研究对Valle del Belìce绵羊品种对西西里抗瘙痒病计划（D.G.D. No. 1362/2016）的遗传反应进行了全面评估。计划实施前后PRNP单倍型和基因型频率的分析显示，群体明确朝向抗性转变，ARR及ARR/ARR频率上升，证明选择携带ARR的种公羊有效塑造了群体的遗传结构。然而，易感单倍型在母羊中持续存在，凸显了当前计划未纳入母羊系统基因分型选择的主要局限性。模拟结果表明，修订Annex A（细化基因型分类、扩展选择至母羊、实施受控交配）可显著加快遗传进展，使ARR频率约七年内接近固定（0.977），ARQ/ARQ降至极低水平。总体而言，纳入整个繁殖群体对于快速和持续实现瘙痒病抗性至关重要，同时选择策略应平衡抗性提升与遗传多样性保护，尤其是对具有保护价值的地方品种。本研究为未来政策更新和育种策略优化提供了定量框架。