基于智能項圈系統荷斯坦牛發情相關指標的遺傳參數估計及全基因組關聯分析

楊明路，張海亮，羅漢鵬，黃錫霞，張翰林，章施施，王炎，劉林，郭剛，王雅春

基于智能項圈系統荷斯坦牛發情相關指標的遺傳參數估計及全基因組關聯分析

1中國農業大學動物科技學院/農業農村部動物遺傳育種與繁殖（家畜）重點實驗室/畜禽育種國家工程實驗室，北京 100193；2新疆農業大學動物科學學院，烏魯木齊 830052；3北京奶牛中心，北京 100192；4北京首農畜牧發展有限公司，北京 100029

【目的】探究基于奶牛智能項圈系統產生的發情指數和活動峰值指標的群體規律及其影響因素，對其進行遺傳參數估計，并利用全基因組關聯分析（genome-wide association study, GWAS）挖掘與奶牛發情相關指標的遺傳標記，以期為從遺傳育種角度制定選育策略提高奶牛繁殖力提供有用信息。【方法】試驗以北京市某規模化牧場健康的泌乳期荷斯坦牛為研究對象，收集了該牧場2017年7月至2020年5月2 074 頭泌乳牛的發情記錄，包括發情指數和活動峰值，同時收集了試驗牛的產犢記錄；采用 SAS 9.4中MIXED過程，分析了非遺傳因素對發情指數和活動峰值的影響；基于DMU軟件DMUAI模塊，使用雙性狀動物模型估計了發情指數與活動峰值的遺傳力及遺傳相關，并計算了發情指數與常規繁殖性狀的近似遺傳相關；以逆回歸育種值為關聯分析的表型，利用FarmCPU軟件分別對發情指數和活動峰值進行了GWAS。【結果】荷斯坦牛發情指數為（71.77±19.13）au，活動峰值為（105.94±30.73）au/2h。發情指數遺傳力為0.04±0.01，活動峰值遺傳力為0.19±0.04，均為低遺傳力性狀；發情指數與活動峰值之間的遺傳相關為0.45±0.03；發情指數與經產牛首末次配種間隔、首次產犢日齡和青年牛首末次配種間隔的近似遺傳相關分別為0.37、-0.41、-0.55。兩個性狀的GWAS共找到7個在全基因組水平上顯著的SNP位點，分別位于7條染色體上，顯著位點附近（300 kb內）共發現基因31個。【結論】通過項圈系統獲得的發情指數和活動峰值是可遺傳的，兩者之間存在中等遺傳相關，活動峰值為中低遺傳力，且能夠一定程度上反映奶牛的發情指數，活動峰值和發情指數為研究奶牛的發情行為以及提高母牛的繁殖力提供了新的方向。GWAS鑒定到的候選基因（Prostaglandin-Endoperoxide Synthase1）和（Ubiquinone Oxidoreductase Subunit A8）的功能與供體胚胎總數有關，（Vascular Endothelial Growth Factor A）基因功能與奶牛繁殖有關，可作為奶牛發情相關指標的候選基因進行深入研究。

繁殖性狀；發情指數；活動峰值；遺傳參數；全基因組關聯分析

0 引言

【研究意義】繁殖性狀是奶牛育種中重要的功能性狀[1]，奶牛的繁殖性能既與經濟效益相關，也涉及動物福利等問題[2]。奶牛養殖的經濟效益很大程度上取決于牛群的繁殖效率，提高繁殖效率可以有效地減少授精次數、縮短產犢間隔、降低被動淘汰率[3]。【前人研究進展】大量研究發現，繁殖性狀為低遺傳力性狀，通常在0.01—0.10之間[4-5]，繁殖性狀與產奶性狀的拮抗關系使得繁殖性狀的選育困難更大[6]，繁殖性狀也會受到牧場環境和牧場管理的影響，如熱應激和自愿等待期等[7-8]。此外，牧場常規記錄繁殖事件形成的繁殖性狀表型往往存在記錄不準確、不完整的缺點，增加了繁殖性狀選育的難度；隨著智能化監測傳感器的逐步使用，許多可用于選育繁殖性狀的新表型逐漸出現。有研究發現，基于傳感器測定活動量產生的產犢至首次活動峰值間隔和發情強度等性狀是可以遺傳的，發情強度與產犢至首次活動峰值間隔呈負遺傳相關，選育產犢至第一次發情間隔有利于提高繁殖力[4]。有研究發現，隨著發情指數的提高，受胎率也隨之增高[9]。最新研究發現，發情強度的提高可以改善胚胎移植受體母牛的受胎率[10]。【本研究切入點】研究奶牛的發情相關指標可以了解奶牛的發情表現規律，可以為利用個體發情指數記錄更好地開展繁殖管理工作提供理論依據。目前，在我國荷斯坦牛群中，發情指數和活動峰值與繁殖性狀的關系尚不明確，且尚無針對發情指數和活動峰值進行遺傳參數估計和候選基因挖掘的報道。此外，通過挖掘奶牛重要經濟性狀的分子標記和候選基因，可以深入理解復雜性狀的遺傳基礎和提高基因組選擇的準確性。目前，針對我國奶牛產奶和乳房健康等性狀，已有較多研究開展了分子標記挖掘和候選基因鑒定，而針對繁殖性狀開展的研究較少[11-14]。【擬解決的關鍵問題】本研究基于北京地區某規模化牧場泌乳荷斯坦牛的發情指數相關數據，深入分析奶牛發情指數和活動峰值的變化規律和影響因素，估計這些指標的遺傳參數。以發情指數和活動峰值的逆回歸育種值（de-regressed proof，DRP）為表型值[15]，結合該奶牛個體的SNP芯片數據進行了全基因組關聯分析（genome-wide association study, GWAS），以期篩選到與奶牛發情指數和活動峰值顯著關聯的SNP，挖掘影響奶牛發情指數和活動峰值的關鍵基因，為牧場利用發情指數和活動峰值管理牛群提供理論依據，同時也可為揭示奶牛發情指數和活動峰值的遺傳機制和利用分子遺傳標記輔助選擇改善奶牛的發情水平奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗群體

研究于2017年7月至2020年5月收集北京地區某規模化牧場2 074頭泌乳期荷斯坦牛的發情指數和活動峰值。試驗牧場采用散欄式飼養，舍外設運動場，自由飲水，全天全混合日糧（total mixed ration, TMR）自由采食，整個試驗期間日糧營養成分保持一致，其營養水平符合奶牛飼養標準（NY/T 34-2004）。飼料主要營養成分如下：干物質 23 kg，粗料比例 40%，粗蛋白 16%—17%。夏季時采食道與待擠區使用噴淋和風扇進行降溫。試驗牛群每日使用利拉伐并列式擠奶設備擠奶3次，分別于07：00—10：00、14：00—17：00和21：00—24：00之間完成。不同泌乳牛舍的飼養管理方式基本相同，均為擠奶前30 min投料，自由采食和飲水。

1.2 數據收集與測定

1.2.1 表型數據 本試驗利用HR-LD（利用加速計識別）和HR-LDn（利用三軸MEMS（微機電系技術）加速度計識別）2種類型的項圈（SCR，以色列）對2 074頭進行連續監測[16]，通過DataFlow? II系統（https://www.allflex.global/cn/）獲得試驗牛在發情時的發情指數和活動峰值。每頭試驗牛在產犢后開始佩戴項圈，在每個泌乳期內僅使用1種項圈進行監測。試驗期間定期對試驗牛的發情指數記錄進行備份和收集。

發情指數是根據DataFlow? II系統通過試驗牛的活動量、反芻時間、繁育事件和乏情記錄計算獲得（0—100 au），活動峰值是指試驗牛一個發情周期內，原始活動量的最高值（記錄頻率為2 h一次）。

1.2.2 系譜數據 本研究所使用的原始系譜來自于北京奶牛中心，基于原始系譜，對有表型記錄的個體進行追溯，直到不再增加相關個體而獲得用于本研究分析的系譜，包括1 057頭公牛和4 115頭母牛，這些個體出生于1939—2018年。此外，本研究收集了同一牛群常規繁殖性狀的估計育種值（estimated breeding value, EBV）。根據數據資料情況并綜合文獻[6,17-18]，本研究主要計算了5個繁殖性狀與發情相關指標之間的近似遺傳相關，包括首次產犢日齡（首次產犢日期與其出生日期的間隔天數）、首次配種日齡（首次配種日期與其出生日期之間的間隔天數）、產犢至首次配種間隔（產犢日期與其本泌乳期首次配種日期的間隔天數）、經產牛首末次配種間隔（經產牛同泌乳期首次配種日期與末次配種日期的間隔天數）、青年牛首末次配種間隔（青年牛首次配種日期與末次配種日期的間隔天數）。

1.2.3 基因型數據 本研究中，使用Illumina公司的牛150 K 芯片對2 626頭荷斯坦牛進行基因組測定，每頭牛獲得了121 188個SNP位點用于關聯分析。

1.3 數據整理與質控

1.3.1 表型數據 由于3胎以上的試驗牛較少，本研究將胎次劃分為3個水平，分別為1胎、2胎、3胎及以上；將泌乳階段劃分為4個水平，圍產后期（0—21 d）、泌乳前期（22—100 d）、泌乳中期（101— 200 d）和泌乳后期（201—305 d）；由于發情4次以上的牛只數較少，將測定發情周期劃分為4個水平，分別為第1次、第2次、第3次、第4次及以上；將測定季節劃分為4個水平，分別為春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）和冬季（12月至次年2月）[19]；根據一日內發情開始時間劃分晝夜效應，“白天”為8：00—20：00，“夜間”為20：00至次日08：00。

1.3.2 基因型數據 使用Beagle 5.1[20]進行填充，對填充后的芯片進行質控，剔除不符合條件的SNP。剔除條件包括（1）嚴重偏離（＜10E-6）哈代-溫伯格平衡；（2）最小等位基因頻率小于0.05[21]。質控后，發情指數和活動峰值各有1 174頭和2 488頭牛用于GWAS，兩個性狀每頭牛分別保留了114 566個和114 770個SNP用于關聯分析。

1.4 統計分析

1.4.1 影響因素分析 使用SAS 9.4軟件Mixed過程分析泌乳階段、胎次、測定年份、測定季節、項圈類型、情期數、晝夜效應和個體隨機效應對發情指數和發情峰值的影響，采用Bonferroni檢驗進行多重比較，以＜0.01為差異極顯著，模型如下：

ijklmnopqijklmnoijklmnopijklmnopq

式中，ijklmnopq為發情指數和發情峰值，為總體均值，i為泌乳階段，j為胎次，k為測定年份，l為測定季節，m為情期數，n為項圈類型，o為晝夜效應，ijklmnop為個體隨機效應，ijklmnopq為隨機殘差。

1.4.2 遺傳參數估計 采用雙性狀動物模型，利用平均信息約束估計最大似然法求解混合線性方程組，獲得各性狀的方差組分和協方差組分的估計值，使用的分析軟件為DMU[22]。發情指數和活動峰值的混合線性方程組矩陣形式如下：

式中，y為發情指數和活動峰值的觀察值矩陣；b為第i個母牛發情指數和活動峰值的固定效應矩陣（包括總體均值、測定年、測定季節、胎次、泌乳階段、情期數、項圈類型和晝夜效應）；a為第i個母牛的個體加性隨機效應矩陣；e為第i個母牛的隨機殘差矩陣；X、Z為對應的關系矩陣。

遺傳力與遺傳相關及其標準誤依據泰勒（Taylor）展開式進行計算[23]。

1.4.3 近似遺傳相關 基于Calo等提出的計算方法[24]，計算發情指數、活動峰值與繁殖性狀之間的近似遺傳相關，包括首次產犢日齡、首次配種日齡、產犢至首次配種間隔、經產牛首末次配種間隔、青年牛首末次配種間隔，根據兩個性狀的可靠性大于0.22的個體的EBV計算近似遺傳相關性，公式如下：

近似遺傳相關系數的標準誤計算公式如下：

1.4.4 全基因組關聯分析 通過發情指數和活動峰值EBV及其可靠性計算發情指數和活動峰值的逆回歸育種值（de-regressed proof，DRP），作為關聯分析的偽表型[15]。結合SNP芯片數據，利用FarmCPU軟件進行GWAS[26]，本研究使用Bonferroni檢驗進行多重檢驗校正，顯著性閾值定義為0.05/N，其中N為SNP的數量。利用R（3.5.1）語言（https://www.r- project.org/）繪制Q-Q plot圖，即SNP與分析性狀間的卡方統計量檢驗，以判斷試驗群體是否存在群體分層現象[27]。

2 結果

2.1 性狀的描述統計

荷斯坦牛發情指數和活動峰值發情相關性狀的描述性統計結果如表1所示，試驗牛群發情指數均值為71.77 au，活動峰值均值為105.94 au/2h，兩個指標的變異系數相近。

表1 中國荷斯坦牛發情相關性狀描述性統計

2.2 各因素對發情指數的影響

利用線性混合模型分析各因素對奶牛發情指數和活動峰值的影響。結果發現，胎次、測定季節、泌乳階段、情期數、晝夜、測定年份和項圈類型對發情指數和活動峰值均有顯著影響（＜0.05）。各因素不同水平的最小二乘均值如表2所示。

由表2可知，不同胎次的奶牛間，2胎奶牛發情指數最高，1胎最低，二者相差1.26 au。不同泌乳階段間，奶牛在泌乳初期發情指數最高，在圍產后期最低，兩者相差7.02 au。不同情期間，奶牛在第4個及以上情期的發情指數最高，在第一個情期最低，二者相差2.34 au；在不同季節之間，奶牛在冬季時發情指數最高，在夏季時最低，二者相差8.01 au。白天開始發情的奶牛，其發情指數低于夜間開始發情牛的發情指數，兩者相差2.8 au。不同項圈類型之間，HR-LD項圈和HR-LDn項圈所監測的奶牛發情指數相差5.01 au。

不同胎次的奶牛之間，1胎奶牛的活動峰值最高，3胎最低，二者相差3.59 au/2h。不同泌乳階段之間，奶牛在泌乳早期活動峰值最高，在泌乳后期最低，兩者相差8.30 au/2h。不同情期數之間，奶牛在第2次及以上活動峰值最高，第3次最低，二者相差3.50 au/2h；在各季節中，奶牛在冬季時活動峰值最高，在夏季時最低，二者相差10.38 au/2h。在白天開始發情的奶牛，其活動峰值極顯著（＜0.01）低于夜間開始發情的牛，兩者相差5.28 au/2h。不同項圈類型之間，HR-LD項圈和HR-LDn項圈所監測的奶牛活動峰值相差17.76 au/2h。

2.3 遺傳參數

本研究基于雙性狀動物模型對發情指數和活動峰值進行了遺傳分析，其方差組分和遺傳參數如表3所示。發情指數的遺傳力為0.04±0.01，屬于低遺傳力性狀；活動峰值遺傳力為0.19，標準誤為 0.04，屬于中低遺傳力。發情指數與活動峰值之間的遺傳相關為0.45±0.03，為中等遺傳相關，活動峰值越高的牛發情指數越高。

表2 各因素對中國荷斯坦牛發情指數和活動峰值的影響

同一因子同列數據標不同字母表示差異顯著（＜0.05），標相同字母表示差異不顯著（＞0.05）

Different letters under the same factor within the same column mean significant difference (＜0.05), and the same letter means no significant difference (＞0.05)

表3 中國荷斯坦牛發情指數與活動峰值的遺傳參數

2.4 發情指數相關指標近似遺傳相關

發情指數與各繁殖性狀之間的近似遺傳相關見表4。發情指數與首次配種日齡、產犢至首次配種間隔、經產牛首末次配種間隔之間的近似遺傳相關均為正相關，與首次產犢日齡和青年牛首末次配種間隔均為負相關。經產牛首末次配種間隔與發情指數近似遺傳相關為0.37，首次產犢日齡與發情指數近似遺傳相關為-0.41，青年牛首末次配種間隔與發情指數近似遺傳相關為-0.55。

2.5 全基因組關聯分析

2.5.1 群體分層檢驗 對試驗群體進行群體分層檢驗，結果如圖1所示。從圖中可以看出，兩個性狀的關聯分析結果可靠，本研究有效地抑制了試驗群體的遺傳背景差異。

表4 中國荷斯坦牛發情指數與繁殖相關性狀近似遺傳相關

圖1 發情指數（左）和活動峰值（右）全基因組關聯分析Q-Q plot圖

2.5.2 全基因組關聯分析結果 經過對發情指數和活動峰值進行GWAS，分別得到了全基因組水平顯著的SNP位點，兩個性狀的曼哈頓圖如圖2所示。發情指數的GWAS共鑒定到4個全基因組水平顯著的SNP，活動峰值共獲得3個全基因組水平顯著的SNP。

本研究共獲得7個全基因組水平顯著的SNP，這些顯著SNP的最小等位基因頻率處于0.12—0.43，具有良好的多態性，查找顯著SNP上下游300 kb范圍內的基因，有6個SNP周圍找到了31個候選基因，顯著SNP及候選基因信息如表5所示。

30號染色體為性染色體Chromosome 30 is sex chromosome

表5 中國荷斯坦牛發情指數和活動峰值全基因組關聯分析顯著SNP和相關基因

3 討論

3.1 發情指數相關數據概況

本研究中，北京地區荷斯坦牛泌乳母牛的發情指數為71.77 au。Macmillan等[9]在荷斯坦牛中發現，奶牛的發情指數為79.2 au，高于本研究的結果（相差7.43 au），這可能是不同研究中胎次、群體規模和牛群飼養管理的不同造成。例如，本研究監測了各胎次奶牛，試驗牛群每天飼喂和擠奶3次；而在Macmillan等[9]的研究中，僅監測了初產牛，每天只飼喂一次。在荷斯坦牛群體中，346頭測定母牛的1 163次發情指數平均為72.8 au，與本試驗結果相近[28]。

3.2 各因素對泌乳母牛發情相關指標的影響

本研究中，胎次對奶牛發情指數有顯著影響，這與Madureira和L?vendahl等[28-29]的研究結果相似。不同胎次之間，1胎最低，2胎最高，這與L?vendahl等[29]在荷斯坦牛、娟姍牛和丹麥紅牛中發現的趨勢相同，該研究發現1胎牛發情強度最低（1.058±0.015），2胎最高（1.096±0.015），3胎中等（1.080±0.019）。1胎母牛具有最低的發情指數，這可能與其產后的恢復、體成熟和抗應激能力有關。在各泌乳階段，泌乳初期發情指數最低；有研究表明，奶牛的發情指數受泌乳階段影響較大。當泌乳天數在45 d以內時，發情指數最低為67.9 au，在泌乳天數處于45 — 120 d時發情指數最高為71.6 au[28]，這與本研究結果相似。據報道北京地區的季節變化對奶牛的發情有明顯影響，夏季奶牛發情率最低（38.57%）且低于其他季節[30]。本研究中，季節極顯著影響母牛的發情指數，夏季發情指數最低，這可能與夏季奶牛遭受熱應激，體內皮質類固醇激素分泌增多，使體內LH分泌下降，當優勢卵泡處于低LH水平時分泌雌激素減少，從而發情強度降低[31]。研究表明，50%以上的母牛在傍晚或夜間發情[32]；本研究中，夜間發情母牛只占52.82%，日間發情母牛占47.18%，夜間發情母牛的發情指數極顯著高于日間發情指數。綜上，奶牛的發情指數對包括胎次和泌乳階段等在內的生理因素表現敏感。

本研究中，活動峰值隨胎次增加而減少，這與胡仁超等[33]的研究結果相似。奶牛在泌乳前期的日活動量最高，隨著泌乳天數的延長，活動量逐漸減少[28]；本研究中，奶牛在泌乳前期的活動峰值較泌乳后期高出8.5 au/2h，與上述研究基本一致。這可能與奶牛雌二醇水平有關，隨泌乳天數的增加發情強度在不斷降低[28]。本研究發現測定季節對活動峰值有顯著影響，夏季活動峰值最低，這與潘予琮等[34]的研究結果相似。奶牛在日間的活動量平均高出夜間20%以上[35-36]，奶牛在夜間的活動量相對較低[37]，本研究群體中日間活動峰值顯著高于夜間活動峰值。總體上，活動峰值與活動量變化規律基本一致，受牧場生產管理活動的影響，奶牛在白天的活動峰值高于夜間，在夜間的活動峰值更能反映奶牛自身生理狀態的變化。

3.3 發情相關指標的遺傳參數

作為牧場中廣泛應用的智能傳感器產生的新型繁殖表型，發情指數和活動峰值可以反映母牛的發情表現，而進一步反映奶牛的繁殖性能。本研究中，發情指數的遺傳力估計值為0.037±0.013，為低遺傳力性狀。國外研究中，發情指數用于描述母牛的發情強度，Ismael等[4,38]的研究中發情強度遺傳力估計值在0.02—0.08之間，本研究結果處于上述研究報道的范圍之內。發情指數的遺傳力估計值為0.04±0.01，屬于低遺傳力性狀。活動峰值與發情指數為中等遺傳相關，能夠反映牛只的發情特征及繁殖性能，具有遺傳選育的潛力。

本研究發現，發情指數與首次產犢日齡和青年牛首末次配種間隔成負遺傳相關，分別為-0.41和-0.55；有研究指出，具有較高發情表現的牛只，其授精次數較少，首末次輸精間隔較短，從產犢到最后授精的時間間隔也較短（遺傳相關系數分別為-0.14、-0.27和-0.38）[4]，這與本研究結果一致。發情指數與首次配種日齡和產犢至首次配種間隔為正相關，且與發情指數的遺傳相關較低，這一結果表明發情指數并不會影響首次配種日齡和產犢至首次配種間隔。

3.4 發情相關指標的全基因組關聯分析

本研究共鑒定了4個與奶牛發情指數顯著相關的SNP，及3個與奶牛活動峰值顯著相關SNP。在發情指數鑒定的19個潛在候選基因中，有研究發現（Prostaglandin-Endoperoxide Synthase1）（Mitochondrial Ribosome Recycling Factor）、（RNA Binding Motif Protein 18）（LIM Homeobox 6）（MORN Repeat Containing 5）和（Ubiquinone Oxidoreductase Subunit A8）與加拿大荷斯坦牛群中供體母牛胚胎總數性狀有關（來自加拿大奶業網，https://www.cdn.ca/），（Member RAS Oncogene Family）、（DENN Domain Containing 4A）和（Solute Carrier Family 24 Member 1）與肉牛背膘厚度有關[39]。其中，和認為是與供體產生胚胎數相關的潛在候選基因[40]。有研究發現，編碼的蛋白能將花生四烯酸轉化為PGH2，PGH2是PGE2和PGF2α的前體物質[41]。本研究發現和與發情水平有關，可能是由于調控前列腺素從而間接影響發情水平的表現，NDUFA8蛋白是NADH脫氫酶的一個亞基[42]，NADH調節能量代謝[43]，并與卵母細胞發育有關[44]，卵母細胞發育可能間接影響發情水平的表現。

在活動高峰鑒定的12個潛在候選基因中，有研究發現（Heat Shock Protein 90 Alpha Family Class B Member 1）與奶牛熱應激相關[45]，與奶牛十二指腸營養轉運蛋白有關[46]，（Vascular Endothelial Growth Factor A）與牛卵泡發育和黃體形成有關[47]。本研究發現，與荷斯坦牛發情峰值有關，通過促進毛細血管的增殖和形成來促進牛優勢卵泡生長，毛細血管對生長中的卵泡輸送氧氣、營養物質、類固醇前體和生長因子至關重要[47]。卵泡血管化的增加與表達的增加相關，從而影響活動高峰的表達。

4 結論

北京地區荷斯坦牛的發情指數為（71.77±19.13）au，活動峰值為（105.94±30.73）au/2h；發情指數（0.04）和活動峰值（0.19）為中低遺傳力性狀，發情指數與活動峰值之間存在中等遺傳相關（0.45）；活動峰值能夠一定程度反映奶牛發情指數，發情指數與青年牛首末次配種間隔和首次產犢日齡存在較高的近似遺傳相關。通過對發情相關指標進行全基因組關聯分析，發現了影響中國荷斯坦牛發情指數和活動峰值的重要候選基因；其中，和與供體產生的胚胎數量相關，與牛卵泡發育和黃體形成有關。本研究為揭示奶牛繁殖性狀的分子遺傳基礎積累了素材，為利用傳感器智能測定的新型表型研究和選育奶牛繁殖性能提供了參考。

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Estimation of Genetic Parameters and Genome-Wide Association Study of Heat Indicators in Holstein Cattle Based on Collar-Mounted Device

1College of Animal Science and Technology, China Agricultural University/Key Laboratory of Animal Genetics/Breeding and Reproduction of Ministry of Agriculture and Rural Affairs/National Engineering Laboratory for Animal Breeding, Beijing 100193;2College of Animal Science, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052;3Beijing Dairy Center, Beijing 100192;4Beijing Sunlon Livestock Development Co., Ltd, Beijing 100029

【Objective】The study was to explore population characteristics and influencing factors of heat index and activity peak based on cattle collar data and system and to estimate its genetic parameters, and to identify the genetic markers related to the estrus indicators of cow, the genetic analysis and GWAS were performed for heat index and activity peak, so as to provide useful information for improving dairy cow fertility by formulating breeding strategies from the perspective of genetic breeding.【Method】The heat index and activity peak recordsof 2 074 milking cows from a large-scale dairy farm in Beijing area were collected from July 2017 to May 2020. The MIXED model in SAS 9.4 was used to analyze the impacts of various factors on heat index and activity peak in Holstein cattle, and the DMUAI module of DMU software was used to estimate the heritability and genetic correlations of heat index and activity peak. The GWAS for heat index and activity peak was performed based on De-regressed Proof (DRP) using FarmCPU software. 【Result】In Chinese Holstein cattle, the average heat index was (71.77±19.13) au, and the activity peak was (105.94±30.73) au/2 h. The heritability of heat index and activity peak was 0.04±0.01 and 0.19±0.04, respectively. The genetic correlation between heat index and activity peak was 0.45±0.03. The approximate heat index between the age at first calving in heifer, interval from first to last insemination, and interval from first to last insemination was 0.37, -0.41, and -0.55, respectively. The GWAS for heat index and activity peak identified seven significant single nucleotide polymorphism loci (SNP) at the genome level, and 31 genes nearby the significant SNP (within 300 kb) were found. 【Conclusion】The heat index and activity peak obtained by collar system were heritable, and there was a moderate genetic correlation between them. The activity peak was of low heritability and could reflect the heat index of cows to some extent. The activity peak and heat index provided a new direction for studying and breeding the estrus behavior of cows and improving the fecundity of cows. The function of(Prostaglandin-Endoperoxide Synthase1) and(Ubiquinone Oxidoreductase Subunit A8)genes identified by GWAS was related to the total number of donor embryos, and the function of(Vascular Endothelial Growth Factor A) gene was related to the reproduction of cows.

female fertility; heat index; activity peak; genetic parameter; genome-wide association study

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.05.014

2021-10-08；

2022-12-28

國家現代農業產業技術體系（CARS-36）、長江學者和創新團隊發展計劃（IRT_15R62）、北京三元種業科技股份有限公司自立科研課題（SYZYZ20190005）

楊明路，E-mail：2510660222@qq.com。通信作者郭剛，E-mail：guogang2180@126.com。通信作者王雅春，E-mail：wangyachun@cau.edu.cn

（責任編輯 林鑒非）