伊朗荷斯坦奶牛体细胞计数与产奶性状的候选基因网络鉴定：基于全基因组关联研究的突破性发现

本研究针对伊朗荷斯坦奶牛产奶性能与乳腺健康的关键遗传机制，通过单步全基因组关联分析(GWAS)结合全基因组序列填补技术，鉴定出与产奶量(MY)、乳脂率(FP)、乳蛋白率(PP)及体细胞计数(SCC)显著相关的184个SNP位点，定位到ATE1、FGFR2、LYZ等21个核心功能基因。研究首次揭示这些基因通过脂代谢、免疫调控等通路影响产奶性状，为抗乳腺炎育种提供新靶点，对提升奶牛经济性状具有重要实践价值。

　　

牛奶产量与质量背后的基因密码

在全球人口增长和营养需求增加的背景下，提升奶牛产奶性能已成为育种工作的核心目标。然而，乳腺炎这一由环境、管理因素和动物免疫力下降共同导致的疾病，每年给乳业带来巨大经济损失。更棘手的是，产奶量与乳腺健康之间存在"此消彼长"的拮抗关系——高产奶牛往往更易发生乳腺感染。这种困境促使科学家们深入探索控制这些性状的遗传机制。

传统育种方法面临瓶颈：直接记录乳腺炎发生率在多数国家并不常规，而作为替代指标的体细胞计数(SCC)虽便于检测，但其遗传机制仍不明确。随着基因组学技术的发展，单核苷酸多态性(SNP)标记为解析复杂性状提供了新工具。在此背景下，Narges Maddahi等研究人员在《Scientific Reports》发表重要成果，首次对伊朗荷斯坦奶牛开展全基因组关联研究，揭示影响产奶性能的关键基因网络。

技术方法精要

研究团队从伊朗两个牛群选取210头荷斯坦奶牛，分别使用30K和50K SNP芯片进行基因分型，并通过1000 Bull Genomes项目参考面板将基因型填补至全基因组序列水平，最终获得6,583,595个高质量SNP用于分析。采用混合线性模型(EMMAX)进行关联分析，设定P值<1×10^-8为显著性阈值。通过基因注释、QTL定位和GeneMANIA网络分析揭示候选基因功能。

重要发现层层解析

遗传参数特征

数据显示伊朗荷斯坦奶牛日均产奶量38.32kg，乳脂率3.304%，乳蛋白率2.899%，体细胞计数64.41×10³/mL。遗传力估计表明这些性状受中等至高度遗传控制，其中产奶量遗传力最高(53%)，体细胞评分(SCS)最低(39%)。

基因组热点区域

GWAS鉴定出分布在10条染色体上的184个显著SNP：

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  产奶量(MY)：86个SNP集中在BTA2、BTA5等6条染色体

• •

  乳脂率(FP)：18个SNP位于BTA7和BTA21

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  乳蛋白率(PP)：22个SNP分布在BTA7、BTA21等区域

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  体细胞计数(SCC)：58个SNP富集于BTA17和BTA19

候选基因宝库

研究鉴定出33个关键基因，按功能可分为：

1. 1.

   脂代谢调控组：CIDEA通过调节脂滴分泌影响乳脂合成；THRSP与脂肪酸组成相关；HADH和CYP2U1参与脂肪酸β氧化

2. 2.

   免疫防御组：LYZ编码溶菌酶，其抗菌特性直接影响乳腺健康；CD52调控T细胞活性

3. 3.

   细胞信号组：FGFR2通过生长因子信号通路调控乳腺发育；ATE1参与应激反应和蛋白稳定性调控

基因网络互作

GeneMANIA构建的137个基因互作网络显示，CAND1、VEGFA等基因在细胞内运输过程中发挥核心作用。值得注意的是，ATE1与FGFR2在26号染色体上形成功能模块，同时影响乳脂率和乳蛋白率。

突破性结论

这项研究首次系统描绘了伊朗荷斯坦奶牛产奶性状的遗传图谱，其价值体现在：

1. 1.

   发现21个具有育种价值的候选基因，其中ATE1、LYZ等基因为首次报道与奶牛生产性状相关

2. 2.

   揭示脂代谢与免疫通路协同作用机制，为破解"高产-易病"悖论提供新思路

3. 3.

   建立SNP标记与QTL的对应关系，如BTA17上SCLT1基因座与脂肪酸组成相关

4. 4.

   提出的基因组选择策略可直接应用于育种实践，预计可提升15-20%的遗传进展

研究人员特别强调，LYZ基因的双重功能——既能提升产奶量又可增强乳腺免疫力，使其成为理想育种靶点。而物种特异性发现（如伊朗牛群特有的FBXO36变异）提示，地域适应性育种需要本土化基因组数据支持。这些发现不仅为奶牛育种提供分子工具，也为理解哺乳动物泌乳的进化机制提供新视角。

未来研究将聚焦于基因编辑验证和跨品种比较，进一步优化标记辅助选择方案。随着更多功能研究的开展，这些遗传发现有望转化为实际生产力，推动可持续乳业发展。