基于多性状模型内蒙古绒山羊早期生长性状基因组预测准确性研究.pdf
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1、Hereditas(Beijing)2024 年 5 月,46(5):421430 收稿日期:20240131;修回日期:20240425;网络发布日期:20240506 基金项目:国家重点研发计划项目(编号:2022YFE0113300,2022YFD1300201,2022YFD1300204),内蒙古自治区科技攻关项目(编号:2021GG0086),内蒙古自治区高等学校“青年科技英才支持计划”(编号:NJYT22038),财政部和农业农村部:国家绒毛用羊产业技术体系项目(编号:CARS-39),内蒙古农业大学高水平成果培育专项(编号:QT202201),内蒙古自治区高等学校创新团队发展计
2、划项目(编号:NMGIRT2322)和内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(编号:BR220112)资助Supported by the National Key Research and Development Program(Nos.2022YFE0113300,2022YFD1300201,2022YFD1300204),the Inner Mongolia Autonomous Region Science and Technology Research Project(No.2021GG0086),the Inner Mongolia Autonomous Region Highe
3、r Education Youth Science and Technology Talent Support Program(No.NJYT22038),the Ministry of Finance and the Ministry of Agriculture and Rural Affairs,the National Technical System for Woolen Sheep Industry(No.CARS-39),the High Level Achievement Cultivation Project of Inner Mongolia Agricultural Un
4、iversity(No.QT202201),the Inner Mongolia Autonomous Region Higher Education Innovation Team Development Program(No.NMGIRT2322)and the Basic Research Expenses of Universities Directly of Inner Mongolia Autonomous Region(No.BR220112)作者简介:高林豫,硕士研究生,专业方向:畜牧学。E-mail: 通讯作者:王志英,博士,副教授,研究方向:动物遗传育种与繁殖。E-mail
5、: DOI:10.16288/j.yczz.24-036 研究报告基于多性状模型内蒙古绒山羊早期生长性状基因组预测准确性研究 高林豫1,许琦1,何钰霄1,习海娇1,刘一帆1,张涛1,李金泉1,2,张燕军1,王瑞军1,吕琦1,梅步俊4,苏蕊1,王志英1,3 1.内蒙古农业大学动物科学学院,呼和浩特 010018 2.农业农村部肉羊遗传育种重点实验室,呼和浩特 010018 3.内蒙古自治区羊遗传育种与繁殖重点实验室,呼和浩特 010018 4.河套学院农学系,巴彦淖尔 015000 摘要:内蒙古绒山羊是经过长期自然选择和人工选育后形成的优良家畜品种,是目前世界一流的绒肉兼用山羊。多性状动物模型被
6、认为可以显著提高畜禽遗传评估的准确性,实现性状间的间接选择。本文基于内蒙古绒山羊个体的系谱、基因型、环境以及早期生长性状的表型记录,建立多性状动物模型,利用 ABLUP、GBLUP、ssGBLUP三种方法进行早期生长性状(初生重、断乳重、断乳前平均日增重、周岁重)遗传参数及基因组育种值的估计,进一步利用五倍交叉验证方法评价基因组育种值估计准确性和可靠性。结果显示,3 种方法估计的初生重遗传力为 0.130.15,断乳重遗传力为 0.130.20,日增重遗传力为 0.110.14,周岁重遗传力为 0.090.14,均属于中等偏低遗传力;断乳重和日增重、日增重和周岁重之间存在强的正遗传相关,相关系
7、数分别为 0.770.79 和0.560.67,表型相关发现同样的规律;ABLUP、GBLUP 和 ssGBLUP 法估计的初生重育种值准确性分别为 0.5047、0.6694、0.7156,断乳重分别为 0.6207、0.6456、0.7254;日增重分别为 0.6110、0.6855、0.7357,周岁重分别为 0.6209、0.7155、0.7756。综上所述,内蒙古绒山羊早期生长性状属于中等偏低遗传力,对其进行遗传选育改良速度相对较慢;通过对断乳重的选择可以实现其他生长性状的遗传改良;ssGBLUP 方法估计内蒙古绒山羊早期生长性状基因组育种值的准确性和可靠性均最高,且显著高于 ABL
8、UP 法,说明该方法是内蒙古绒山羊早期性状基因组选育的最佳方法。关键词:内蒙古绒山羊;早期生长性状;多性状动物模型;基因组育种值估计准确性 422 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 Comparison of genomic prediction methods for early growth traits of Inner Mongolia cashmere goats based on multi trait models Linyu Gao1,Qi Xu1,Yuxiao He1,Haijiao Xi1,Yifan Liu1,Tao Zhang1,Jinquan
9、 Li1,2,Yanjun Zhang1,Ruijun Wang1,Qi L1,Bujun Mei4,Rui Su1,Zhiying Wang1,3 1.College of Animal Science,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018,China 2.Key Laboratory of Meat Sheep Genetic Breeding of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Hohhot 010018,China 3.Key Laboratory of S
10、heep Genetic Breeding and Reproduction in Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010018,China 4.Department of Agriculture,Hetao University,Bayannur 015000,China Abstract:Inner Mongolia cashmere goat is an excellent livestock breed formed through long-term natural selection and artificial breeding,a
11、nd is currently a world-class dual-purpose breed producing cashmere and meat.Multi trait animal model is considered to significantly improve the accuracy of genetic evaluation in livestock and poultry,enabling indirect selection between traits.In this study,the pedigree,genotype,environment,and phen
12、otypic records of early growth traits of Inner Mongolia cashmere goats were used to build multi trait animal model.,Then three methods including ABLUP,GBLUP,and ssGBLUP wereused to estimate the genetic parameters and genomic breeding values of early growth traits(birth weight,weaning weight,average
13、daily weight gain before weaning,and yearling weight).The accuracy and reliability of genomic estimated breeding value are further evaluated using the five fold cross validation method.The results showed that the heritability of birth weight estimated by three methods was 0.13-0.15,the heritability
14、of weaning weight was 0.13-0.20,heritability of daily weight gain before weaning was 0.11-0.14,and the heritability of yearling weight was 0.09-0.14,all of which belonged to moderate to low heritability.There is a strong positive genetic correlation between weaning weight and daily weight gain befor
15、e weaning,daily weight gain before weaning and yearling weight,with correlation coefficients of 0.77-0.79 and 0.56-0.67,respectively.The same pattern was found in phenotype correlation among traits.The accuracy of the estimated breeding values by ABLUP,GBLUP,and ssGBLUP methods for birth weight is 0
16、.5047,0.6694,and 0.7156,respectively;the weaning weight is 0.6207,0.6456,and 0.7254,respectively;the daily weight gain before weaning was 0.6110,0.6855,and 0.7357 respectively;and the yearling weight was 0.6209,0.7155,and 0.7756,respectively.In summary,the early growth traits of Inner Mongolia cashm
17、ere goats belong to moderate to low heritability,and the speed of genetic improvement is relatively slow.The genetic improvement of other growth traits can be achieved through the selection of weaning weight.The ssGBLUP method has the highest accuracy and reliability in estimating genomic breeding v
18、alue of early growth traits in Inner Mongolia cashmere goats,and is significantly higher than that from ABLUP method,indicating that it is the best method for genomic breeding of early growth weight in Inner Mongolia cashmere goats.Keywords:Inner Mongolia cashmere goat;early growth traits;multi trai
19、t animal model;accuracy of genomic estimated breeding value 内蒙古绒山羊是经过长期自然选择和人工选育后形成的优良家畜品种,是目前世界一流的绒肉兼用山羊1,以产绒量高、羊绒品质好和遗传性能稳定而闻名,被作为众多绒山羊品种的优质父本,是第一批被列为我国畜禽遗传资源保护名录的重要品种,被誉为“飘向世界的云”。第5期 高林豫等:基于多性状模型内蒙古绒山羊早期生长性状基因组预测准确性研究 423 2001 年,Meuwissen 等2首次提出了一种基于全基因组范围内所有基因的高密度表达系谱分析(genomic selection,GS)技术,通
20、过对 DNA 标记的仿真分析,得出了基于遗传标记所预测的育种值,并被成功地用于动物品种改良,提高其育种水平。目前,大多数畜禽性状的基因组选择研究采用单性状动物模型开展3。然而,单性状动物模型的遗传评估不能评定性状间的遗传相关。对于低遗传力性状、难以测量的性状以及测量中具有破坏性的性状,若存在基因的一因多效,或者相关性状间存在强的遗传相关,可以通过多性状动物模型开展性状间遗传相关的评价,判定是否能够实现以上性状的间接选择4。Henderson5首次提出并实施了多性状动物模型的遗传评估方法,该方法距今已有数十年的历史,是一种利用个体间的遗传相关和性状间的遗传相关信息来进行遗传评定的方法。多性状动物
21、模型与单性状动物模型相比具有两大优势:第一,多性状动物模型在估计遗传参数时利用了性状间的遗传关系,从而提高了育种值估计的准确性;第二,对于测定昂贵或难以准确测量的性状,多性状动物模型可以通过评价该性状与其他容易测量的性状之间的遗传相关对其进行间接选择6。目前,多性状动物模型的基因组选择技术在奶牛7、肉牛8、猪9、鸡10等育种工作中已取得显著进展,但是尚未应用于内蒙古绒山羊早期生长性状的遗传选育。为此,本研究基于内蒙古绒山羊个体的系谱、基因型、环境以及早期生长性状的表型记录,建立多性状动物模型,利用 ABLUP、GBLUP、ssGBLUP三种方法对绒山羊早期生长性状进行遗传参数和基因组育种值估计
22、,进一步利用五倍交叉验证方法评价各性状基因组育种值估计的准确性和可靠性,确定内蒙古绒山羊早期生长性状基因组选择的最优方法,同时根据性状之间的遗传相关,确定合理的育种方案,以期为内蒙古绒山羊生长性状的遗传改良提供理论基础和技术指导。1 材料与方法 1.1 数据来源 本研究所用数据来源于内蒙古亿维白绒山羊有限责任公司的绒山羊参考群体,共有 2256 只个体的系谱、基因型、系统环境效应以及早期生长性状的表型数据。所用 2256 只内蒙古绒山羊来源于20102021 年的个体,公羊和母羊个体数分别为 372和 1884 只,是由 121 个父本和 1575 个母本交配所得,共经历了 10 个世代。研究
23、性状包括初生重、断乳重、断乳前平均日增重(以下简称日增重)及周岁重,相关数据记录详实且完整。1.2 表型数据预处理 从绒山羊育种信息数据库中提取有基因型记录的个体,利用 Excel 对其早期生长性状的表型记录进行预处理,删除平均值2.58 倍标准差范围外的数据进行质量控制,质控后的表型数据用于后续分析。1.3 基因型数据质控 本研究所用基因型数据为课题组前期积累的基于 Illumina GGP_Goat_70K BeadChip 芯片测序的内蒙古绒山羊 2299 只个体的基因型数据,利用PLINKv1.90 软件对所有个体的基因型数据进行质量控制,质量控制的标准为:(1)删除染色体位置信息缺失
24、的 SNP 标记位点;(2)删除样本 SNP 位点缺失率大于 10%的个体;(3)删除样本个体缺失率高于10%的个体;(4)删除最小等位基因频率小于 5%的SNP 位点;(5)删除不符合哈代-温伯格平衡定律或 P值小于 105的 SNP 位点,最后保留 50,728 个高质量SNP 用于后续分析。1.4 动物模型建立 课题组前期利用混合线性模型确定了影响内蒙古绒山羊早期生长性状的固定效应为性别(公/母)、测定年份(20102021)、群(19)、母亲年龄(27)和出生类型(单羔/双羔),基于单性状动物模型利用 LogL、AIC 和 BIC 法确定影响内蒙古绒山羊早期生长性状的随机效应包含个体加
25、性遗传效应、母体加性遗传效应、母体永久环境效应、个体加性遗传效应和母体加性遗传效应的交互作用和残差效应。因此,建立的多性状动物模型如下:yi=Xibi+Ziai+Wimi+Sici+ei (a,m0)式中:yi为第 ith个性状的观测值向量;bi为第ith个性状的固定效应向量;ai为第 ith个性状的个体 424 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 加性遗传效应向量;mi为第 ith个性状的母体遗传效应向量;ci为第 ith个性状的母体永久环境效应向量;Xi、Zi、Wi和 Si分别为第 ith个性状对应的固定效应、个体加性遗传效应、母体遗传效应和母体永久环境效应的结构矩
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