《Small Ruminant Research》：Genome-wide association analysis identifies potential candidate genes for udder conformation traits in Egyptian goats
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伊布拉欣·阿布索利曼（Ibrahim Abousoliman）、哈姆迪·阿卜杜勒-沙菲（Hamdy Abdel-Shafy）、亨利·雷耶（Henry Reyer）、拉莎·M·艾哈迈德（Rasha M. Ahmed）、梅松·M·马赫卢夫（Maysoon M. Makhlouf）、阿
伊布拉欣·阿布索利曼（Ibrahim Abousoliman）、哈姆迪·阿卜杜勒-沙菲（Hamdy Abdel-Shafy）、亨利·雷耶（Henry Reyer）、拉莎·M·艾哈迈德（Rasha M. Ahmed）、梅松·M·马赫卢夫（Maysoon M. Makhlouf）、阿德尔·阿布尔纳加（Adel Aboulnaga）、克劳斯·维默斯（Klaus Wimmers）、艾哈迈德·M·萨拉姆（Ahmed M. Sallam） 埃及开罗沙漠研究中心动物与家禽育种部门（Animal and Poultry Breeding Department, Desert Research Center, Cairo, Egypt）
摘要
乳房形态是影响牲畜产奶效率和乳房健康的关键因素。然而，在埃及山羊种群中，其遗传基础尚未得到充分研究。将基因组数据与小农户农业系统中的系谱信息相结合，为识别遗传标记提供了有前景的方法，从而可以改进育种计划。本研究采用单步全基因组关联分析（single-step genome-wide association study, ss-GWAS）方法，确定了与三种埃及山羊品种（努比亚山羊、大马士革山羊和巴基山羊）乳房形态特征相关的基因组区域和候选基因。利用GoatSNP50 Illumina测序芯片，在多个染色体上发现了23个基因组窗口。每个特征中排名前10的窗口解释了最大的遗传变异比例，并被用于基因注释。研究发现了一些功能相关的基因，如ABCG2、SPP1、LCORL、FAM13A和SIRT1，这些基因已知对产奶量、乳成分和乳房健康具有多效性影响。此外，基因富集分析揭示了15个显著富集的生物通路（FDR < 0.05），突出了生物矿化、免疫反应和调节性T细胞分化等关键过程。这些发现揭示了与埃及山羊乳房形态相关的基因组区域和候选基因，包括那些已知对产奶量和乳房健康具有多效性的位点。尽管还需要进一步验证，但这些发现的位点为在育种计划中引入基因组选择方法提供了起点。
引言
山羊（Capra hircus）是提高家庭收入和支持低收入及资源有限地区农村发展最重要的牲畜物种之一（Colli等人，2018年）。它们体型小、适应性强且管理要求低，适合不同环境下的小农户饲养。山羊在恶劣条件下表现出很强的生存能力，通常单独饲养或与其他牲畜（如牛）共同饲养（Aboulnaga等人，2025年）。在埃及，山羊在保障当地社区粮食安全方面发挥着重要作用，主要有努比亚山羊（也称为Zaraibi山羊）、大马士革山羊和巴基山羊等品种，这些品种主要用于肉用和奶用生产（Almasri等人，2023年；Sallam等人，2023年；Rabee等人，2025年）。努比亚山羊以其高繁殖力和产奶量著称，巴基山羊主要分布在埃及西部沙漠地区，而大马士革山羊则是中东地区的多用途品种，以其高产性能闻名（Aboul-Naga等人，2025年）。
乳房形态特征在乳品生产中具有经济重要性（Devani等人，2020年），是衡量产奶量、乳房健康和整体生产性能的关键指标（Vuka?inovi?等人，1995年；Mavrogenis等人，1989年；Wang，1989年）。在山羊中，产奶量受多种因素影响，包括品种、年龄、营养状况、体重和乳房形态（Akba?等人，2019年）。重要的是，乳房形态与山羊的乳腺内感染抵抗力有关（Margatho等人，2020年），而乳腺内感染会负面影响牛奶的质量和数量（Contreras等人，2007年）。因此，了解乳房形态与乳腺炎易感性之间的关系对于旨在提高产奶量和乳房健康的育种计划至关重要（Schutz等人，1990年；Margatho等人，2020年）。多项研究表明，乳房形态特征与多种奶品特征（包括产奶量和乳成分、挤奶能力和乳房健康）之间存在强相关性（Capote等人，2006年；Josip Vrdoljak等人，2020年；Marshall等人，2024年）。例如，在贝都因山羊中，产奶量与乳房宽度和周长呈正相关（Fatima Kouri等人，2019年）。同样，在大马士革山羊和Zaraibi山羊品种中，乳房周长、乳房内外长度、乳房状况评分和乳头长度等特征显著影响产奶量和乳成分（E等人，2014年）。此外，一些乳房形状测量指标也被认为可以可靠地预测奶牛的产奶量和泌乳期长度（Saleh等人，2023年）。
传统的遗传改良计划依赖于在明确定义的群体中评估大量有系谱记录的动物，这对低收入国家的小农户来说通常不切实际（Burrow等人，2021年）。然而，将基因组数据与有限的系谱信息相结合提供了一种有前景的替代方案（Hunde等人，2024年），能够识别对理想性状具有显著影响的遗传标记（通常是单核苷酸多态性，SNPs）。这可以通过全基因组关联分析（GWAS）实现，该分析测试基因组中数千个SNP与目标性状的关联（Nayeri等人，2016年）。通过GWAS识别的遗传标记可以作为育种计划中的宝贵资源，以改善牲畜的性能和健康（Mucha等人，2018年）。然而，关于与牲畜乳房形态特征相关的遗传标记的研究仍然有限，尤其是在山羊领域（Cui等人，2014年；Jatav等人，2016年；Mucha等人，2018年；Devani等人，2020年；Luigi-Sierra等人，2020年；Wang等人，2022年；Yao等人，2025年）。为填补这一空白，本研究旨在使用单步GWAS方法识别基因组区域和候选基因。通过整合基因组数据、系谱数据和表型数据，本研究旨在提供关于乳房形态特征遗传结构的新见解。预期这些结果将有助于开发基因组选择策略，最终提高当地山羊品种的产奶量和乳房健康。
章节摘录
动物与表型
初始数据集包括209只埃及山羊，分别属于努比亚山羊（n = 158只）、大马士革山羊（n = 31只）和巴基山羊（n = 20只），记录了多种乳房形态特征。表型数据包括乳房长度（UL）、乳房周长（UC）、右乳头长度（RTL）、左乳头长度（LTL）、右乳头周长（RTC）、左乳头周长（LTC）以及乳头之间的距离（BTD）。乳房和乳头的表型测量以厘米（cm）为单位记录。
乳房形态特征的表型数据
表1展示了埃及巴基山羊、大马士革山羊和努比亚山羊品种的乳房形态特征的均值±标准误差（Mean ± SE），包括UL、UC、BTD、RTL、RTC、LTL和LTC。观察到的特征值显示出较大的变异范围，表明埃及山羊品种之间存在显著差异。
基因组窗口和候选基因
对乳房形态特征的遗传变异有显著贡献的基因组区域见补充文件1。解释超过0.1%总变异的基因组窗口...
讨论
本研究利用了GWAS的强大功能，并结合了埃及山羊小农户农业系统中常见的有限系谱信息，揭示了乳房形态作为产奶量和健康重要特征的遗传基础。本研究中估计的乳房形态在不同山羊品种之间存在差异。某些估计结果与其他先前的研究结果一致（例如大马士革山羊的UL = 23.22 cm和UC = 31 cm，Zaraibi山羊的UL =...）。
结论
这是首次针对埃及山羊线性乳房特征进行的全基因组关联分析研究。我们确定了多个染色体上的基因组区域，为理解山羊乳房形态的形成提供了新见解。在这些基因组区域内，一些基因（如HERC家族、ABCG2、SPP1、PHB2、CD4、IL18和PLAGL1）被确定为值得进一步验证的候选基因。有趣的是，这些候选基因显示出对产奶量和乳房的多效性影响...
作者贡献
伊布拉欣·阿布索利曼（Ibrahim Abousoliman）：负责DNA分离、样本组织及手稿起草。 哈姆迪·阿卜杜勒-沙菲（Hamdy Abdel-Shafy）：数据分析及手稿撰写和修订。 亨利·雷耶（Henry Reyer）：样本基因分型及手稿撰写和修订。 拉莎·M·艾哈迈德（Rasha M. Ahmed）：收集和整理农场数据及样本。 梅松·M·马赫卢夫（Maysoon M. Makhlouf）：协助DNA分离和样本组织。 阿德尔·阿布尔纳加（Adel Aboulnaga）：研究构思及...
资金支持
本研究得到了埃及科学技术与创新资助局（Science, Technology & Innovation Funding Authority, STDF）和埃及科学研究部的资助，属于研究项目编号43213的一部分。
CRediT作者贡献声明
哈姆迪·阿卜杜勒-沙菲（Hamdy Abdel-Shafy）：撰写、审稿与编辑、正式分析。 亨利·雷耶（Henry Reyer）：撰写、审稿与编辑、方法论、正式分析。 萨拉姆·艾哈迈德（Sallam Ahmed）：撰写、审稿与编辑、项目管理、资金获取、数据管理、研究构思。 伊布拉欣·阿布索利曼（Ibrahim Abousoliman）：撰写、初稿撰写。 阿德尔·阿布尔纳加（Adel Aboulnaga）：撰写、审稿与编辑、资源协调。 克劳斯·维默斯（Klaus Wimmers）：撰写、审稿与编辑、方法论。 艾哈迈德·拉莎（Ahmed Rasha）：资源协调。 梅松·马赫卢夫（Makhlouf Maysoon）：资源协调。
致谢
我们感谢埃及科学技术与创新资助局（STDF）和埃及科学研究部的财政支持，以及动物生产研究所（APRI）、小农户提供的数据和样本，以及沙漠研究中心和农场动物生物学研究所（FBN）提供的实验室设施。
