模拟牛的小群体育种中引入外来公牛冻精的利弊

国内目前一些养殖企业或者省份想要培育属于自己特色的牛群体。但是在培育过程中，需要避免高度近亲繁殖，出现近交衰退，还是会使用国外或者国内其他地区公牛的冻精（国内则可能出现只使用外来公牛冻精情况）。这可能会给自己培育特色的小群体牛带来收益，但是也可能会带来弊端（削弱国内育种计划的重要性；将内部种群基因转变为外来种群）。所以，使用外来公牛冻精的比例是一个值得探索的事情。本笔记是根据JDS最新的一个模拟研究给出的结果。

1 摘要

图摘要：

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背景

小型牛群育种计划在获得竞争性遗传收益方面受到限制，并且容易出现高近亲繁殖率。 因此，他们经常进口遗传物质以增加遗传增益并限制遗传变异性的损失。 然而，导入的好处取决于基因型与环境相互作用的强度。 进口还降低了国内选择和使用国内种畜的相关性。 基因组选择的引入可能会加剧这个问题，但也为小型育种计划带来了潜力。

目的

通过量化遗传增益以及遗传增益的来源，确定小型育种计划何时以及在多大程度上受益于进口遗传材料。

方法

• 模拟了同一品种的 2 个牛育种计划，分别代表了大型国外育种计划和小型国内育种计划。 这些程序在父系选择的选择参数、初始遗传平均值和年度遗传增益方面有所不同。
• 评估了国内育种计划中不使用外国种公牛的对照情景和 24 个情景，这些情景改变了国内母畜与外国种公牛交配的比例、育种计划之间的遗传相关性（0.8 或 0.9），以及与外国育种计划相比在国内实施基因组选择的时间（同时或延迟 10 年）。 我们根据遗传增益和基因标准差比较了场景。
• 最后，我们对情景的育种值和遗传趋势进行了划分，以量化国内选择和进口对国内遗传增益的贡献。

结果

• 模拟显示，当两个育种计划同时实施基因组选择时（现实一般小群体实施GS会更晚），仅当遗传相关性为 0.9 时，使用外国种公牛才能增加国内遗传增益（增加 10%–18%）。

• 相比之下，当国内育种计划延迟 10 年实施基因组选择时，引进外来冻精增加了两种测试相关性的遗传增益：0.8（增加 5%–23%）和 0.9（增加 15%–53%）。

• 当我们将至少 10% 或 25% 的国内母牛与外国公牛交配时，这种增加是显着的，并且随着外国公牛的使用的增加而增加，但回报递减。

• 划分分析显示，随着外国种公牛的使用增加，进口的贡献预计会增加。 然而，这种增加并不取决于遗传相关性，并且与国内遗传增益的增加不成正比。 这对小型育种计划来说是一个危险，因为它们可能过度依赖进口，导致遗传增益的收益递减、遗传变异的边际效益以及国内种质的大量损失。

结论

• 进口的好处和风险取决于遗传相关性、使用外国种公牛的程度以及育种计划的相互作用。 因此，小型群体育种计划评估进口在国内选择之外可能带来的好处至关重要。 应权衡进口的好处与国内公牛使用减少以及国内选择的贡献和价值下降的危险。
• 模拟研究中，j进口外来冻精应在 25% 到 50% 之间

2 一些感兴趣细节，其他详细请自行查看文献（最后给出）。

• 用不同环境中某个性状的遗传相关性来衡量 GxE。小于 1 的相关性意味着 GxE 的存在，这可能会导致不同环境中基因型的重新排序。如果环境差异很大，进口可能没有什么好处。为了通过常规选择在同等规模的育种计划中导入短期遗传增益最大化，环境之间的相关性需要至少为 0.7-0.8，并且超过 0.9 以允许育种计划之间的长期引入。
• 最近引入的基因组选择使得长期合作能够以稍低的相关性实现，对于相同规模的群体，相关性在 0.85 到 0.875 之间
• 通过基因组选择缩短世代间隔可以使进口遗传物质在国内种群的育种和商业部分更快地传播。其次，育种计划可以交换从基因组研究中获得的汇总统计数据，这可用于提高选择的准确性，并可能更准确地预测不同环境中的育种值，并以此管理 GxE 交互，即使遗传相关性低至 0.4。
• 最初的基因组数据集包括来自所有活跃母牛（每个群体约 10,000 头）和所有精英公牛（小群体 80 头，大群体 200 头）的基因型
• 通过将平均真实育种值回归到动物的出生年份来表示年度遗传增益； 将基因方差计算为 2Σni=1(piqiα2i)，作为遗传变异性的度量；根据基因方差或平均观察到的杂合性计算了有效群体大小（Ne）。

讨论部分

• 遗传相关性影响：使用外来公牛冻精来增加国内遗传增益的好处随着遗传相关性的增加而增加。在考虑北半球和南半球之间遗传物质的交换时，环境和相关的 GxE 尤为重要。
• 外国公牛的使用比例：在国内种群中增加使用外国种公牛增加了国内遗传增益。但是作者推荐了25%-50%。超过后，会产生不利影响。
• GS在小群体中的实施时间：GS在国内种群中的较晚实施改变了遗传相关性和外国公牛使用程度对国内遗传增益的影响。 当国内种群比外国种群晚10年进行GS时，0.8的遗传相关性足以使国内种群从使用外国公牛中受益。
• 外来公牛使用的影响： 牛育种计划进口遗传物质以增加遗传价值、改善国家之间的联系并增加遗传多样性。
• 研究的局限性之一是模拟没有方向优势的纯加性性状，这可能会增加由于短期杂种优势而带来的进口效益。

参考文章：Investigating the benefits and perils of importing genetic material in small cattle breeding programs via simulation
其他文献均在上述文章中给出。