《Journal of Dairy Science》：More rumination, better cows: Exploring genetic parameters of daily rumination time in Holstein dairy cows around first calving
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本文针对如何利用日常监测数据提升奶牛育种效率这一实际问题，研究人员围绕荷斯坦奶牛首次产犊前后日反刍时间(DRT)的遗传特性及其与关键性状的遗传关联开展了深入研究。研究发现，DRT在围产期具有遗传性，且产后更高的DRT与更高的产奶量、更好的繁殖性能及更强的抗病力存在遗传正相关。这一结果为在奶牛育种和管理项目中整合反刍数据提供了重要的科学依据，有望促进培育更高效、更健康的奶牛种群。
对于奶牛养殖业而言，奶牛的健康与生产力是决定经济效益的核心。尤其是在第一次产犊（初产）前后这个被称为“过渡期”的关键阶段，奶牛会经历一系列剧烈的生理和心理变化，首次面对产犊压力、能量负平衡以及疾病易感性增加的挑战。如何早期、高效地识别出那些能够平稳度过过渡期、保持高产且健康的个体，一直是养殖者和育种专家努力的目标。近年来，随着可穿戴传感技术的发展，通过佩戴智能项圈自动记录奶牛的日反刍时间(DRT)已成为可能。反刍活动与奶牛的消化、代谢和健康状态息息相关，先前的研究表明，DRT的变化可以作为奶牛性能、状况和健康状态的指标。但一个关键的科学问题随之浮现：奶牛在围产期的反刍行为模式，究竟在多大程度上受其遗传背景影响？并且，这种反刍模式与奶牛未来的产奶性能、繁殖能力以及疾病抵抗力在遗传层面有何关联？为了回答这些问题，由中国农业大学等单位的研究人员W. Lou、A. van der Linden、Y. Wang和B. Ducro共同完成了一项开创性研究，并将成果发表在《Journal of Dairy Science》上。
为了系统探究上述问题，研究人员进行了一项大样本的纵向研究。他们收集了2020年4月至2024年1月期间，来自中国山东省一个大型商业化牧场（存栏约6000头泌乳牛）的3517头荷斯坦后备牛（即将经历第一次产犊的青年母牛）的数据。所有牛只在产前约两个月被佩戴基于加速度计的智能项圈(HR tags)以监测反刍活动，数据记录持续至产后两个月，共获得超过30万条有效DRT记录。同时，研究还系统收集了每头牛的生产性状（如第一周平均产奶量MYFW、第一个月平均产奶量MYFM）、繁殖性状（如产犊难易度CE、首次配种间隔ICF等）以及产后60天内的疾病发生率(DF)等信息。在数据分析阶段，研究人员首先将产犊前后共121天（-60至60天，以产犊日为0）的数据划分为产前（-60至-1天）和产后（0至60天）两个主要阶段，并进一步细分为四个亚阶段以匹配不同的日粮配方。遗传参数分析采用了随机回归模型(RRM)和动物模型，通过马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法和吉布斯采样进行贝叶斯估计，计算了DRT的遗传力、重复性及各阶段间的遗传相关性。为了评估DRT与其他性状的遗传联系，研究者基于具有较高可靠性的公牛估计育种值(EBV)，计算了DRT与生产、繁殖及疾病性状之间的近似遗传相关系数。
一、 日反刍时间的表型描述
研究描绘了荷斯坦后备牛在初产前后的DRT变化模式。数据显示，在整个研究期间（-60至60天），个体的DRT在每天2到759分钟之间变化，平均为462分钟/天。具体而言，产前平均DRT为511分钟/天，而产后则降至423分钟/天。DRT的分布近似正态分布。从动态变化来看，DRT在产前大部分时间相对稳定，但在临近产犊时开始轻微下降，在产犊当天出现显著降低，随后在产后逐渐回升，呈现出一个典型的“V”字形模式。
二、 日反刍时间的遗传参数
这是首次针对初产前后后备牛DRT遗传性能的研究。分析结果显示，DRT在围产期是一个可遗传的性状。在产前阶段（-60至-1天），其平均遗传力(h2)为0.27，产后阶段（0至60天）的平均遗传力为0.23。遗传力在产前-30至-1天达到较高水平（平均0.32），在产后0至15天降至最低（平均0.07），之后逐渐回升至产后16-60天的0.29。研究还发现，相邻天数之间的DRT遗传相关性很高，但随着天数间隔增加而降低。对四个细分阶段（产前1：-60至-31天；产前2：-30至-1天；产后1：0至15天；产后2：16至60天）的分析表明，它们之间存在中度到高度的近似遗传相关性（0.57 ± 0.07 至 0.89 ± 0.08）。此外，遗传方差在临近产犊时（-20至0天）迅速增加，而永久环境方差和残差方差在产前保持稳定。产后，遗传方差从低水平缓慢增加，而永久环境方差和残差方差则呈下降趋势。产后0至15天的残差方差达到峰值，是产前水平的3-4倍，表明此阶段环境因素（如管理和疾病）对个体DRT差异的影响非常大。
三、 日反刍时间与其他性状的近似遗传相关性
研究人员评估了DRT与生产、繁殖及疾病性状之间的近似遗传相关性。结果表明，这些相关性总体为低到中度，并因DRT记录时段的不同而变化。
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与生产性状的关系：产前DRT与第一周平均产奶量(MYFW)和第一个月平均产奶量(MYFM)的遗传相关性接近于零。而产后DRT（特别是产后1和产后2阶段）与MYFW和MYFM呈正相关，范围在0.16 ± 0.09 至 0.36 ± 0.08之间。
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与繁殖性状的关系：产犊难易度(CE)与DRT存在关联。在产前一个月（产前2阶段），CE与DRT呈负相关（-0.23 ± 0.10）。在产后0-15天，这种负相关关系更强（-0.52 ± 0.12），表明产犊越困难，产后早期的反刍时间遗传趋势越短。首次配种间隔(ICF)和首次到最后一次配种间隔(IFL)与各阶段DRT均呈微弱的负相关（范围分别在-0.02至-0.15和-0.03至-0.17之间）。
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与疾病发生率的关系：疾病发生率(DF)与DRT呈负相关。与产前-30至-1天（-0.08 ± 0.11）和产后16-60天（-0.21 ± 0.12）相比，DF与产后0-15天的DRT遗传负相关性最强（-0.34 ± 0.11），意味着产后早期反刍时间越长的牛，在遗传上患病的风险可能越低。
研究得出结论：奶牛在首次产犊前后的日反刍时间是一个具有遗传性的性状，尤其在临近产犊时遗传力最高可达0.62，产后遗传力虽降低但呈上升趋势。遗传分析表明，在产后0至60天内具有更高DRT的奶牛，在遗传上倾向于拥有更高的产奶量、更好的繁殖性能以及更低的疾病发生率。然而，产前DRT与产后的生产、繁殖（除产犊难易度外）及疾病性能的遗传相关性很弱。这些发现具有双重重要意义。
首先，从牧场管理实践的角度，研究提供了直接的遗传学证据，支持利用产前DRT的变化模式来预测初产母牛可能面临的产犊困难。对于管理者而言，这意味着可以通过监测产前反刍活动，提前识别高风险个体并实施干预，从而改善动物福利和生产力。
其次，从遗传育种的角度，研究首次系统地揭示了围产期DRT与多个重要经济性状之间的遗传联系。结果表明，将产后早期（特别是0-60天）的DRT纳入育种选择指标，有望在不增加额外复杂性状测量的情况下，实现对产奶量、繁殖力和抗病力的同步遗传改良。这为将传感器采集的反刍数据整合到现代奶牛育种程序中，以选育出更能适应过渡期挑战、整体性能更优的“更好奶牛”奠定了坚实的科学基础。该研究不仅为个性化奶牛管理提供了新工具，也为利用高性价比的行为传感数据驱动精准育种开辟了新路径。
