新西兰乳牛副结核分枝杆菌(Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis, MAP)酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)体液免疫反应的遗传参数估计

《Journal of Dairy Science》：Genetic parameters for enzyme-linked immunosorbent assay-based humoral response to Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis in New Zealand dairy cattle

副结核病(paratuberculosis/Johne's disease)的根除受限于有效治疗手段缺乏及高效诊断试剂盒开发困难，选育抗病(resilient)动物是控制本病的潜在替代策略，但新西兰乳牛中副结核病遗传参数估计资料有限。本研究采用2022/23产奶季新西兰北岛马纳瓦图(Manawatu)地区4个放牧奶牛场采集的乳样(n=930，IDvet与IDEXX试剂盒)及血清样(n=935 IDvet，n=1121 IDEXX)，利用单变量及双变量贝叶斯动物模型(Bayesian animal model)结合马尔可夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)抽样框架估算ELISA评分的遗传力(heritability, h2)及其与产奶量(total milk yield)、脂肪产量(fat yield)的遗传相关性(genetic correlation, rg)。分别按连续尺度(log转换S/P比：ELISAtransformed=log(ELISAS/P+0.01))及二分类(binary)尺度建模，评估二值化是否改变ELISA测量的潜在遗传信号。连续log转换ELISA评分的h2点估计为0.21～0.34，二分类ELISA评分h2为0.02～0.03且95%最高后验密度区间(highest posterior density interval, HDI)包含零。ELISA与产奶性状间rg兼容无效应及微弱正/负效应。两种试剂盒(IDvet vs. IDEXX)间rg乳样为0.48(95% HDI: 0.14–0.74)、血清为0.58(95% HDI: 0.32–0.81)，提示两检测捕获部分不同的基因组架构(genomic architecture)。结论：新西兰乳牛副结核MAP体液免疫反应以连续ELISA评分衡量具低至中度遗传力，具备通过遗传选择降低感染易感性的潜力。

新西兰乳牛副结核分枝杆菌(Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis, MAP) ELISA体液免疫反应遗传参数的贝叶斯动物模型估算——发表于《Journal of Dairy Science》

研究背景与立题依据

副结核病(Johne's disease)由MAP引起，是反刍动物慢性传染性肠炎，潜伏期长达2～7年，亚临床阶段长，造成显著经济损失与动物福利问题。现行检测—扑杀(test-and-cull)策略受限于早期低敏感性，且无有效治疗或疫苗。抗病育种(disease resilience selection)为可行替代，但需明确目标性状的遗传参数(heritability, h²)及其与生产性状的遗传相关性(genetic correlation, r_g)，以防不利负相关降低综合选择指数效果。既往国际报道h²范围宽(0.03～0.27)，r_g与产奶性状正负不一；新西兰为季节性产犊放牧体系、荷斯坦×泽西(Holstein-Friesian×Jersey, HF×J)杂交群为主，与他国集约化纯种荷斯坦差异大，尚无本土遗传参数发表。因此研究人员旨在首次估算新西兰乳牛MAP ELISA抗体反应h²及其与产奶、脂肪、蛋白产量之r_g，比较连续与二分类ELISA表型及两商品试剂盒( IDvet vs. IDEXX )遗传相关。

主要关键技术方法概述

研究人员自新西兰Manawatu地区4个季节性春产犊放牧奶牛场采集2022/23产奶季乳样(n=930)与血清样(n=935 IDvet, n=1121 IDEXX)，进行IDvet与IDEXX两种ELISA试剂盒检测，获取S/P(sample-to-positive)比值并按制造商截断值判定二分类阳性/阴性(可疑结果参照同动物另一试剂盒结果校正)；同时自LIC MINDA数据库提取个体系谱、品种组成(计算HF×J杂合度)、胎次(以年龄代)、产犊日期及同期305天总产奶量(milk yield, MY)、脂肪产量(fat yield, FY)、蛋白产量(protein yield, PY)。连续ELISA表型经log(S/P+0.01)正态化转换；采用单/双变量动物加性遗传随机效应模型，固定效应含牛群、胎次及泌乳长度(产奶性状)或采样距产犊天数(ELISA)、HF比例与杂合度协变量，永久环境效应用于产奶重复记录；基于Julia语言JWAS包运行贝叶斯MCMC(4条独立链)，连续性状迭代250,000次(burn-in 50,000，稀疏保留)，二分类阈值模型(threshold animal model)与双变量迭代750,000次(burn-in 150,000)，以Gelman-Rubin(R-hat＜1.01)及有效样本量(effective sample size, ESS)评估收敛，通过后验均值与95%最高后验密度区间(highest posterior density interval, HDI)报告h²、重复率(repeatability, r)及r_g/表型相关(r_p)。

研究结果

Bayesian model assessment（贝叶斯模型评估）

所有单、双变量动物模型方差分量迹图(trace plot)、自相关图及运行均值图显示四条链混合良好并收敛，ESS均＞1000(除IDEXX乳ELISA连续–二分类双变量模型个别分量)，满足贝叶斯推断可靠性要求。

Variance components and heritability estimates（方差分量与遗传力估计）

产奶性状h²后验均值为0.32(脂肪)～0.34(产奶)，重复率r为0.56～0.59。乳样连续log-S/P ELISA：IDEXX h²=0.34(95% HDI: 0.19–0.52)，IDvet h²=0.25(95% HDI: 0.12–0.39)；血清连续：IDEXX h²=0.21(95% HDI: 0.10–0.32)，IDvet h²=0.23(95% HDI: 0.12–0.37)。二分类阈值模型下各ELISA h²仅0.02～0.03且95% HDI包含零，提示二值化丢失连续抗体水平所携遗传信号。表明新西兰乳牛对MAP体液免疫连续表型具低至中度可遗传变异，具备选择潜力。

Correlation estimates（相关性估计）

ELISA连续评分与MY/FY/蛋白产量(PY)的后验r_g均值小幅波动(-0.20～0.42)，95% HDI跨零，兼容无效应或微弱正/负效应，未检出显著拮抗或协同r_g。同体样本两试剂盒间r_p：乳0.58(95% HDI: 0.54–0.63)、血清0.73(95% HDI: 0.70–0.76)；r_g：乳0.48(95% HDI: 0.14–0.74)、血清0.58(95% HDI: 0.32–0.81)，提示IDvet与IDEXX检测部分不同宿主免疫遗传组分。同试剂盒乳vs血清r_pIDvet=0.73、IDEXX=0.78；r_gIDvet=0.64(95% HDI: 0.41–0.84)、IDEXX=0.76(95% HDI: 0.61–0.88)。连续与二分类同一ELISA间r_p≈0.88～0.91，r_g不稳定且HDI宽。

讨论与结论总结

讨论指出二分类ELISA因截断信息损失及ELISA本身诊断不完美致h²低估，连续log-S/P更能捕捉宿主免疫遗传变异；本连续h²(0.21～0.34)高于爱尔兰、中国、英国及美国部分报道，可能与新西兰HF×J杂交群、放牧体系及表型处理方式有关。两商业试剂盒中等r_g提示各自识别部分不同抗原/免疫反应通路，多性状模型联合多试剂盒或多基质可提高感染反应估计育种值(estimated breeding value, EBV)准确性。ELISA–产奶性状r_g不确定性与大群体报道一致，可能源于表型间接性、生物学异质性与信号衰减而非仅样本量不足，纳入选择指数时宜采用保守权重以免产奶性状发生不利相关响应。局限含仅4个牛群致牛群效应估计不精及样本量限制HDI宽度，但27头公牛有跨群后代提供部分遗传连锁缓解选择偏差，未来需扩大牛群数与感染压力梯度。

CONCLUSION（结论部分译文）

本研究结果表明，针对MAP感染的血清学反应(log转换ELISA S/P)具足够遗传力可供遗传选择。仍需进一步工作明确定义疾病抗性(disease resilience)的理想表型。特别地，两种商用ELISA试剂盒(乳与血清)间及内部遗传相关未达极高，说明其识别宿主对MAP免疫反应中部分不同的遗传变异，联合不同检测与样本基质须谨慎处理。中等遗传相关亦意味着纳入两试剂盒及两种样本类型的多性状评估可捕获比单一检测更广的MAP感染反应遗传变异，有望提高感染反应估计育种值准确性。最后，需更大样本精确确立ELISA评分与总产奶量、脂肪及蛋白产量的遗传相关；该相关性的宽后验密度区间兼容效应与无效应，故无法排除其实际可忽略关系。