長三角地區娟姍牛種質資源發掘與本土化選育研究進展

趙天奇，盧徐斌，朱 浩，姜 惠，陸體富，丁俞建，卞紅春，蘇衍菁，孫雨佳，毛永江，楊章平*

（1.揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州 225009；2.江蘇銀寶光明牧業有限公司，江蘇鹽城 224399；3.鹽城市動物疫病預防控制中心，江蘇鹽城 224500；4.光明牧業有限公司，上海 201103）

娟姍牛原產于英吉利海峽的娟姍島，以“易順產、奶質優和抗逆性強”3 大優點躋身世界五大奶牛品種，是畜牧業發達國家青睞的引種對象。近年來，我國多家奶業種業龍頭企業和研究機構為促進現代畜禽種業發展，提高自身奶源競爭力，以市場為導向，廣泛引進優質娟姍牛。產學研結合開展娟姍牛選育，培育本土化的奶牛新品系，豐富我國奶牛品種資源，生產高檔優質奶制品，既是產業和市場的需求，也是提升我國奶牛種業核心競爭力的需要。

1 娟姍牛的引進、分布和養殖現狀

目前乳制品行業的競爭方向是高端市場的持續創新，戰略重點之一是奶牛品種。娟姍牛奶營養價值高，口感濃醇鮮甜，但市場供應稀缺，是目前較高端的牛奶。自2016 年起，國內多家牧場為提升自身奶源競爭力，搶占牛奶高端市場，從新西蘭和澳大利亞等國家廣泛引進純種娟姍母牛，建設娟姍牛養殖基地。河北省三河市百宏牧場2022 年引進3000 多頭澳大利亞娟姍牛；張掖市甘州區畜牧產業園建設萬頭娟姍牛牧場，2023年5 月底初具規模；燕山南麓娟姍牧場自2020年起共引進了3600 頭娟姍牛；優然牧業2019 至今在內蒙古投資的3 家娟姍牛牧場皆已進入擠奶期。此外首農集團新綠洲農業循環園區二期牧場、西海大牧場、利芙德娟姍牧場等規模牧場均已投產娟姍牛，江蘇、廣西、廣東、西藏、云南、河北、湖南等地也已建設娟姍牛奶源基地。江蘇射陽銀寶光明牧業有限公司所屬牧場自2020年起，分批從澳大利亞和新西蘭引進娟姍牛約2800 頭，目前，該牧場共擁有娟姍牛近4500 頭，其中產奶母牛2500 頭，是國內養殖娟姍牛單體規模較大的牧場。

面對奶牛新品種娟姍牛的大批量引進，國內牧場大多延用中國荷斯坦牛與引進地娟姍牛群體的飼養管理模式，并采購美國和加拿大等國的娟姍牛凍精，進行繁殖選育。該養殖模式雖可以保證娟姍牛正常生產和繁殖，但仍出現了一些問題，例如：種源系譜不清，后續選育措施跟不上；娟姍牛營養需要和采食量不明確，牛群營養代謝疾病發生頻繁，2 胎以上牛只產后代謝疾病發病率上升；泌乳曲線不規律，部分牧場娟姍牛150d 產量跌幅較大等。目前，揚州大學、廣西畜牧研究所、廣州奶牛研究所、中國農業大學等多家研究單位針對娟姍牛本土適應性問題和飼養管理方法展開了深入研究，近5 年發表相關研究中文期刊40 余篇，但娟姍牛在國內的本土化選育仍處于初級階段。

2 娟姍牛種質特征分析

揚州大學牛遺傳資源與健康養殖創新團隊系統測定了江蘇銀寶光明牧業有限公司娟姍牛群體的體型外貌、生產性能和繁殖性能，比較了國內外娟姍牛生產性能差異，分析了娟姍牛品種的種質特征。

2.1 體型外貌特征

為闡明娟姍牛體型外貌特征，豐富表型測定數據，以銀寶光明牧場1～3 胎娟姍母牛群體為研究對象，在產犢后30～150d 對其體軀容量、尻部、肢蹄、泌乳系統和乳用特征等5 種類型共20 個體型外貌特征進行原始數據測定和評分[1]，數據的測定由3 位專業人員同時進行，避免主觀因素造成的誤差（圖1a、1b）。體型測定數據的描述性統計結果如表1 所示。

圖1 專業人員測定娟姍牛體型外貌性狀

表1 牧場1～3 胎次娟姍牛產后30～150d 體型性狀描述性統計

體型外貌數據分析結果表明，娟姍牛群體體型性狀遺傳穩定，品種外貌特征明顯。犢牛初生平均體重25.6kg，成母牛一般體高110～135cm，體深47～86cm，整體側望呈楔形，體態緊致飽滿。體軀被毛多為褐色，淺褐色居多，也有極少部分全黑和褐白花存在，嘴和眼周圍多有淺色毛環繞，毛大多細短光滑，尾毛黑色居多，部分白色。娟姍牛頭部輕秀，耳大而薄，額部稍凹，額頂著生鬢毛，眼大有神，頸部纖細，皺褶鮮明。中軀胸深而寬，平均胸寬26.43cm，背腰平直，頸背腰薦結合良好，四肢端正，骨骼細而有力；后軀發達，尻部飽滿；蹄黑色，蹄踵小而堅實，平均蹄踵深度3.52cm，蹄角度35.23°。娟姍牛的乳房形狀美觀，質地柔軟，乳頭略小，前乳頭平均長度3.97cm。一胎娟姍牛乳房發育勻稱，多為盆形，乳房底部大多高于飛節，前乳房附著角度大于其他胎次娟姍牛。2 胎及以上娟姍牛乳房大而飽滿，乳靜脈暴露，泌乳系統較為發達。

2.2 生產性能

娟姍牛生產壽命長，乳蛋白、乳脂肪含量豐富，一般平均年產奶量4000～5500kg，乳脂率5.0%～6.0%，乳蛋白4.0%[2]。收集銀寶光明牧場娟姍牛2022 年夏季至2023 年春季DHI 記錄，并對原始數據進行質控（日產奶量1～50kg、乳脂率1%～10%、乳蛋白率1%～6%），分析娟姍牛主要生產性能指標，結果如表2 所示。娟姍牛平均日產奶量18.54kg，乳脂率5.42%，乳蛋白4.21%，在南方同時期娟姍牛群體中屬于較高水平[3,4]。冬季，娟姍牛乳蛋白率和乳脂率最高，但產奶量屬于中低水平，且每毫升牛乳的體細胞數量也相對較高，這可能與季節和泌乳階段有關。一般來說，奶牛耐寒不耐熱，當環境溫度在8～20℃時，奶牛可以發揮最佳生產性能。銀寶光明牧場位于鹽城沿海地區，2022—2023 年冬季平均氣溫7℃，風速13km/h，引進娟姍牛受降雨和海風影響，部分牛有時會出現腹瀉感冒等癥狀，對冷環境表現出一定的不適應性，體細胞數可能因此升高。銀寶光明牧場娟姍牛產犢主要集中在秋冬兩季，結合牧場生產信息，牧場娟姍牛泌乳天數在30～60d 時產奶量達到高峰，隨后平穩下降，這與王澳等[5]擬合的北方娟姍牛泌乳曲線相似。但牧場娟姍牛泌乳天數達到150d 后，產奶量呈現較大幅度的下跌，且年產奶量低于7t。相對于高峰期后逐步降低的產奶量，娟姍牛乳脂率和乳蛋白率則呈現隨泌乳天數增加小幅上升的趨勢。此外，娟姍牛泌乳表現為高峰奶越高，全泌乳期產奶量越高的特點[6]，針對娟姍牛高峰奶和泌乳持續力進行選種，對提高娟姍牛的終身產奶量水平有重要意義。

表2 娟姍牛2022 年夏季至2023 年春季生產性能描述性統計

2.3 繁殖性能

娟姍牛性成熟早、受胎率高，當青年牛達體重250kg，體高116cm，月齡13 個月時適宜配種，24 月齡前產犢最為理想。目前，銀寶光明牧場發情監測手段以人工觀察為主，自動揭發情為輔；娟姍牛具有較長的發情持續期（12.7h）和更多的站立發情時間，現有手段雖能較為準確的鑒定發情并進行配種，但發情檢測的及時性和準確性仍有提升空間。統計牧場2022 年下半年產犢的娟姍牛，青年牛平均復配指數2.33，成母牛平均為2.29，未達到加拿大娟姍牛協會公布的平均配種次數1.8 次的水平。截至2023 年4 月，牧場娟姍牛平均初產月齡26.05 個月，與巴西娟姍牛育種協會公布的平均初產月齡24.60 個月仍有一定差距[7]。有研究表明，初產月齡對娟姍牛產量、生育能力和長壽性狀有顯著負相關影響，初產月齡的降低會顯著增加娟姍牛的終生產奶量和存活率，并縮短娟姍牛的產犢間隔，當初產月齡處于25.8 個月時，娟姍牛5 歲存活率可達45%，顯著高于同期荷斯坦牛（26.8 月齡，38%存活率）[5,8]。娟姍牛一般平均產犢間隔為390～399d，牧場引進娟姍牛產犢間隔為392d，達到平均水平，并顯著低于國內荷斯坦牛產犢間隔平均水平[9]，因此結合娟姍牛泌乳特征，研究并控制與娟姍牛生產水平匹配的適宜產犢間隔，對提高娟姍牛養殖經濟效益具有重要實際意義[10]。

3 長三角地區娟姍牛的本土化選育進展

現有娟姍牛生產性能分析的結果表明，引進的娟姍牛群體存在生長發育、生產性能和適應性參差不齊等問題。因此，有必要通過現代育種技術手段持續開展娟姍牛良種繁育工作，加快娟姍牛的本土化選育進展。這對豐富江蘇奶牛品種資源，推動江蘇奶業高質量發展具有重要作用。目前，長三角地區娟姍牛本土化選育的主要目標是在保持乳品質和抗熱應激及乳腺炎性能的基礎上提高產奶量水平，同時進一步改進體型性狀。主要育種策略是在生產性能、體型、系譜及基因組等數據采集的基礎上，建立娟姍牛基因組育種數據平臺，進而開展良種登記，融合基因組選擇、優化選配和MOET 技術，實現整體的遺傳改良，培育高產優質娟姍牛本土化新品系。

3.1 夯實了娟姍牛選育基礎

長三角地區娟姍牛群體的選育雖處于起步階段，但已具有較好的育種基礎。形成了規范的DHI 數據測定系統，建立母牛體型測定標準，并定期測定，為娟姍牛生產管理和繁殖配種提供了參考依據。此外，已梳理出娟姍牛群體完整的系譜信息（圖2）及與配公牛各項經濟指標的估計育種值，為奶牛遺傳改良技術環節中品種登記、遺傳評估、科學選配、減少近交衰退等多項技術手段提供有效信息，大大提高場內娟姍牛群體的選育速度[11]。

圖2 牧場牛只系譜深度圖

與配公牛精液主要來自于美國和加拿大的優秀種公牛（表3），進口精液品質合格，且與牧場牛群無血緣關系，育種基礎良好。外來優良血緣的引入豐富了牛群遺傳資源，增加了娟姍牛優良性狀的基因豐度，減少了近交衰退，提高了牛群品質。此外，為避免近交，排除5 代內有親緣關系的牛只交配，為娟姍牛選育后期固定優良性狀，選育良種公牛奠定了基礎。

表3 與配娟姍牛公牛精液性狀指數描述性統計（n=18）

目前場內已有200 余頭F1代牛開始泌乳，截至2023 年，預計共有1000 余頭自繁F1代娟姍牛進入泌乳期（F1代娟姍牛已建立完整的飼養管理及疾病繁殖記錄檔案）。“本土”娟姍牛的持續擴繁為本土化的持續選育提供了更為豐富的育種素材。不斷補充的優質娟姍牛育種核心群，為挖掘娟姍牛產奶、體型、繁殖，健康和適應等重要性狀相關的功能基因和SNP 位點，選育生產水平高、乳品質優、適應性廣的娟姍牛新品系奠定了育種基礎。

3.2 開展了娟姍牛群體基因型測定

基因型信息是開展品種特征分析、遺傳評估、功能位點挖掘及基因組選擇的重要信息來源。目前，揚州大學牛遺傳資源與健康養殖創新團隊已通過采集血液或尾根部毛囊樣品，開展了娟姍牛群體100K 芯片基因分型檢測、1×基因組低覆蓋測序和20×基因組測序等。所有測序數據下機后，使用NGSQCToolkit 和BWA 軟件進行原始過濾，參考基因組索引，建立數據庫，接著利用samtools 軟件進行文件格式轉換，并使用picard 軟件將bam 文件進行重排序，并標記完全相同的reads，同時基于bam 格式文件生成新的索引。最后，使用GATK 軟件進行VCF 文件生成及SNP 捕獲，運行分為4 步：①生成原始vcf 文件；②SNP 選擇；③索引選擇；④SNP 過濾。基因型數據的統計結果見表4 所示。接著，將娟姍牛基因組信息與江蘇荷斯坦牛群體的基因組數據開展選擇信號分析（圖3），挖掘一批娟姍牛品種形成的特有功能基因及SNP 位點（表4）。下一步，團隊計劃根據CattleGTEx 提供的參考面板為模板將所有基因型數據填充到全基因組測序水平，并通過全基因組關聯分析鑒定進一步挖掘一批與產奶、體型、繁殖和健康相關的功能基因和SNP 位點（表5）。

圖3 娟姍牛與荷斯坦牛群體分化指數分析（FST）

表4 娟姍牛群體基因型數據統計

表5 娟姍牛品種特異性SNP 位點及功能基因的GO 分析

3.3 落地了娟姍牛本土化選育方案

目前揚州大學牛遺傳資源與健康養殖創新團隊聯合江蘇銀寶光明牧業有限公司，將培育具有自主知識產權的優質、高產、適應性廣的本土化娟姍牛新品系確定為長三角地區娟姍牛群體選育目標，并以此設計選育方案，大致分為5 個步驟：①完善娟姍牛群體的生產性能測定流程，持續采集娟姍牛體型及系譜等數據信息，以此確定娟姍牛各項性狀的遺傳特征，并基于此制定奶牛娟姍牛品種標準及體型測定標準，規范表型信息的采集；②建立娟姍牛基因組數據庫，估計乳脂率、乳蛋白率、體細胞評分、305d 產奶量、初產日齡、產犢間隔和體況評分等性狀的遺傳參數，評估群體現有育種水平；③結合娟姍牛的現有育種水平及本土化選育目標，制定娟姍牛群體選擇指數，進而評估出所有青年母牛個體的綜合育種值，選留高產奶量、高乳脂率、高乳蛋白和適應性廣的娟姍牛群體；④結合超數排卵和胚胎移植技術，進一步加快群體的選擇進展；⑤持續開展選種選配，控制近交系數，研發娟姍牛飼養管理，繁殖配種、疾病防控等信息化智能管理體系，集成娟姍牛高產高效繁育飼養管理體系，實現娟姍牛在長三角地區的高水平本土化。

目前，團隊已采集長三角地區1630 頭娟姍牛群體的體型線性評分數據及2022 年至今的DHI 數據，制定了娟姍牛品種標準及體型測定標準，組建了1600 頭的參考群體。同時選取了2000 頭以上有完整DHI 記錄（每胎記錄數不小于6 次）和系譜記錄（可追溯至少3 代）的娟姍牛，采集其血液或尾根部毛囊樣品進行100K 芯片基因分型檢測、1×基因組低覆蓋測序、20×基因組測序和RNA-seq 分析，初步構建了娟姍牛育種平臺，并完成了所有牛群的各項經濟性狀的育種值評估，劃分良種群體600 頭。后續將以CattleGTEx 提供的參考面板為模板將低覆蓋度測序數據和SNP 芯片數據填充到全基因組測序水平，并通過全基因組關聯分析及比較基因組學等手段，鑒定并挖掘一批與產奶、體型、繁殖和健康等重要經濟性狀的分子調控元件，加強創新利用，并探究關鍵位點優化基因組預測的新算法，為后續育種選擇提供技術支撐。

4 小結

奶牛良種是奶業生產的根基，直接影響到行業的核心競爭力。長三角地區娟姍牛群體的良種選育需瞄準長三角奶業發展和市場需求，充分發揮引進品種娟姍牛適應性強、生乳品質高的特點，制定科學有效的育種方案。探究娟姍牛現有群體的種質性能，研發基于基因組選擇的育種技術，開展本土化選育，對實現長三角地區娟姍牛品種的遺傳改良和種質資源創新利用具有重要意義，也將為我國奶牛核心種源自主培育提供技術支撐。