数据科学服务于牛健康:一种创新方法揭示了33种前所未见的遗传异常

牛的养殖是法国农业中的关键部门,由养殖者、现场操作员(养殖咨询、选择)、兽医和研究人员组成的强大网络所支持。遗传改良是提高养殖经济效益和环境效率的一个杠杆,其目标是发现并推广最有前途的育种者,特别是在动物健康方面。突变是每个生物中的自然现象,可能产生遗传异常。如果这种现象由一个单染色体携带,通常不易察觉;然而,当个体为纯合子,即携带同一基因的两个异常副本时,这些异常可能表现出来并影响其健康。

这一现象通常发生在远亲交配后,某些携带突变的育种者的大规模推广也会促使这一现象发生。面对这一挑战,法国在2002年率先建立了一个名为国家牛异常观察站(Observatoire National des Anomalies Bovines)的监测网络,其角色是收集异常牛犊的报告和生物样本,促发研究并告知专业人士。

然而,这种策略依赖于观察明显的临床症状,无法检测到负责免疫或代谢紊乱的突变,因为这些症状可能与环境原因(如病原体或不适当的饮食)混淆。HHED方法(纯合单倍型富集/消耗)应用于法国的三大乳牛品种(荷斯坦牛、蒙贝利亚德牛和诺曼底牛),成功检测到33个与未成年牛高死亡率和/或产奶母牛生产生活减少相关的基因组区域。

候选突变在这些基因组区域中的八个被鉴定出来,其中三个位点进行了详细分析以理解其潜在的生物学原因。一个重大发现是描述了荷斯坦牛中的BLIRD综合征(牛白细胞肠滞留缺陷),这是由整合素beta 7(ITGB7)基因突变引起的,这是一种对肠道免疫至关重要的细胞粘附蛋白。这一遗传异常在该品种中存在至少40年之久,却未被检测到,这表明了新方法的强大力量。

自法国团队在2022年世遗大会(WCGALP)上公布初步结果以来,欧洲、美国和澳大利亚的其他研究团队已确认BLIRD综合征对患病母牛的生存、增长和产奶性能的有害影响。在法国,每年估计有29,000头尚未成年牛犊为纯合子的至少一个已发现的33个基因组区域相关的高死亡率,导致数百万欧元的损失。通过对这些突变的表征和逐步的反选择,将有助于改善牛群的健康和可持续性。

初步研究分析了牛基因组的50,000个遗传标记,这些标记的信息通过常规基因组评估为包括超过500,000个个体及其祖先的遗传信息提供了支持。HHED方法帮助识别了在自然死亡的母牛中观察到纯合子过多的基因组区域。这些相同的区域在成年乳牛中较少见,相比于其祖先的遗传构成,这有助于查找可能导致未成年牛高死亡率的遗传异常。

这些基因组区域的影响通过分析包括880万头牛的验证群体的多种性状和生活历史得到了验证和细化。通过分析包括70个牛种中最具影响力的公牛在内的1869个动物的基因组,识别出这些区域的候选突变。最后,将这些候选突变添加到这些品种的基因组评估所考虑的遗传标记中,促进了纯合子和非携带者牛犊的招募,通过比较它们的表型特征,详细描述了检测到的遗传异常的病理后果。