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为探究奶牛数字皮炎（DD）遗传机制，研究人员分析 2192 头奶牛数据，发现相关基因，助力奶牛育种。
# 奶牛数字皮炎抗性遗传研究：突破与展望
在广袤的牧场中，奶牛作为重要的经济动物，为人类提供丰富的奶制品。然而，一种名为数字皮炎（Digital Dermatitis，DD）的传染病，正悄然威胁着奶牛的健康。它如同潜伏在暗处的 “杀手”，是一种感染性、疼痛且具有传染性的蹄部浅表溃疡性疾病，会导致奶牛跛行，降低奶牛的生产和繁殖效率，严重影响动物福利，给全球奶牛养殖业带来沉重的经济负担。据估算，每次发病给每头奶牛造成的经济损失在 64 美元到 132.96 美元之间。更棘手的是，由于其发病机制尚未完全明晰，目前还没有高效的疫苗，常用的抗生素和化学药物浴足法不仅效果有限，还可能诱导细菌耐药。在此背景下，探寻新的防控策略迫在眉睫。
来自苏格兰农村学院（SRUC）、利物浦大学等机构的研究人员敏锐地意识到，从遗传角度入手或许能为解决这一难题带来转机。他们开展了一项针对奶牛 DD 抗性遗传机制的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。这一研究旨在深入剖析 DD 的遗传架构，挖掘与抗性相关的基因和基因组区域，为奶牛育种提供关键依据，从而增强奶牛对 DD 的固有抵抗力，从根本上控制疾病传播。
为开展此项研究，研究人员精心挑选了英国四个农场的 2192 头荷斯坦奶牛。在奶牛的不同泌乳阶段，即产前（DRY）、产后不久（FRESH）、产奶高峰期（PEAK）和泌乳后期（LATE），由专业兽医对每头奶牛的蹄部进行细致检查，依据 M-stage 系统评分，确定是否患病以及健康蹄部的比例，进而定义了两个关键表型：表示疾病有无的二元表型（BINP）和健康蹄部比例（PROP）。同时，研究人员获取了奶牛的全基因组基因型数据，并进行质量控制，还利用系谱数据构建了全面的遗传关系矩阵。在分析方法上，他们运用单步基因组关联分析（ssGWA），结合所有可用的基因型、表型和系谱信息，深入挖掘与 DD 相关的遗传标记和区域；通过功能富集分析，探索候选基因的潜在功能。
研究结果
- 基因组参数：研究人员计算出不同泌乳阶段 BINP 和 PROP 的遗传力估计值，范围在 0.21 - 0.25 之间。这表明 DD 的发生具有明显的遗传基础，意味着通过遗传选择来提高奶牛对 DD 的抗性是可行的。同时，不同时间点蹄部检查的遗传相关性较高，在 0.88（SE = 0.04）到 0.99（SE = 0.04）之间，说明控制疾病发展的基因组特征在奶牛的生产周期中较为稳定。
- 单基因座分析：尽管没有单个单核苷酸多态性（SNP）达到全基因组显著性水平，但研究检测到多个提示性显著的 SNP。其中，位于 7 号和 15 号染色体上的两个标记对 BINP 和 PROP 两种表型均有影响。不过，这些 SNP 解释的遗传方差比例较低，表明 DD 表型可能受多基因控制。
- 基因组窗口分析：研究发现多个基因组窗口解释了较高比例的遗传方差。例如，14 号染色体上的一个 1-Mb 窗口在 PEAK 阶段对 BINP 方差的解释率高达 1.30%，对 PROP 方差的解释率为 1.17% 。多个位于不同染色体上的窗口在不同时间点对 DD 表型的遗传方差解释率超过 1%，进一步证明了 DD 遗传的复杂性和多基因特性。
- 功能富集分析：通过功能富集分析，研究人员确定了 29 个显著富集的基因本体（GO）生物学过程和 73 个相应基因。这些基因涉及脂氧合酶途径、白细胞介素 - 12 产生的负调控、皮肤屏障的建立等过程。其中，脂氧合酶家族的多个基因（如 ALOXE3、ALOX12B 等）参与上皮增殖、炎症和伤口愈合等过程，与蹄部健康密切相关；CMKLR1、C1QBP 和 ARRB2 等基因则在炎症调节和免疫反应中发挥作用。
研究结论与意义
这项研究成果为奶牛 DD 抗性的遗传机制提供了全新的认识。研究表明，DD 表型具有较高的遗传力，且受多基因控制，多个基因在基因组中广泛分布，共同影响奶牛对 DD 的抗性。这些发现为奶牛育种开辟了新的路径，基于基因组选择估计育种值，有望培育出具有更强 DD 抗性的奶牛品种，从遗传层面提升奶牛群体对疾病的抵抗力，减少 DD 对奶牛健康和养殖经济效益的负面影响。同时，研究中鉴定出的基因组变异可融入遗传评估过程，提高基因组选择的准确性。此外，这些结果还能为未来更大样本量的荟萃分析和多变量分析提供重要参考，助力发现全基因组显著标记，也为功能基因表达研究奠定了基础，有助于深入揭示影响 DD 的因果遗传因素。
总的来说，该研究在奶牛数字皮炎抗性遗传机制方面取得了重要突破，为奶牛养殖业的健康可持续发展提供了关键的理论支持和实践指导，有望推动奶牛育种领域的技术革新，使奶牛在面对 DD 威胁时更具 “抵抗力”，保障奶制品产业的稳定发展。
