中国荷斯坦公牛系谱完整性研究

杨湛澄，闫青霞，黄河天，陈绍祜，张胜利，张毅

（1.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2.中国奶业协会，北京 100192）

中国荷斯坦公牛系谱完整性研究

杨湛澄1，闫青霞2，黄河天1，陈绍祜2，张胜利1，张毅1

（1.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2.中国奶业协会，北京 100192）

我国奶牛良种补贴政策已实施十余年，补贴了大量公牛，有效调动了奶牛场使用良种公牛冻精的积极性，加速了我国良种奶牛的普及与推广，同时也积累了大量系谱数据。本研究利用系谱完整性指数（Pedigree Completeness Index，PCI）统计分析了2 374头中国荷斯坦良补公牛的6代系谱完整情况。结果显示，总体上中国荷斯坦良补公牛系谱完整性良好，PCI平均为0.98±0.08（平均数±标准差），85%的良补公牛系谱无缺失信息（PCI=1），99%的公牛前三代系谱完整。对系谱信息不完整公牛的分析发现，父系系谱完整性一般高于母系系谱。来自澳大利亚、英国、新西兰的公牛父亲系谱完整性和来自法国的公牛母亲系谱完整性相对较低（平均PCI＜0.9）。

中国荷斯坦牛；良种补贴；系谱完整性指数

为加速奶牛品种改良，促进中国奶业发展，我国于2005年出台了奶牛良种繁育项目补贴政策，简称“奶牛良补”。该政策实施11年来，已累计补贴了2 374头荷斯坦公牛，极大地调动了广大奶牛养殖场（户）选购和使用良种公牛冻精的积极性，加速了我国良种奶牛的普及与推广，有效提升了奶牛养殖水平和生产效率[1～4]。

系谱记录是奶牛生产和品种改良中的一项重要基础性工作。建立完善的系谱不仅可以帮助牛场建立科学的档案管理系统，为奶牛场生产管理提供参考依据；同时可为畜牧部门提供真实准确的奶牛信息，为开展制定行业政策和规划、技术推广、科学研究等工作提供可靠的依据。此外，在品种登记、生产性能测定、后裔测定、遗传评估、科学选配等多项奶牛遗传改良技术环节中都会涉及系谱。国内外奶牛群体遗传改良实践证明，具有系谱等多种信息资料的牛群，其质量提高速度远高于无信息牛群[5]。

然而，系谱记录十分冗杂，追溯系谱越深，数据量就越庞大，因此直接观察不容易获得有效信息。所以在系谱分析过程中，研究人员提出了一个重要参考指标——奶牛系谱完整性指数（Pedigree Completeness Index，PCI）。该指数最早由Maccluer 等提出[6]，用以对系谱的缺失与完整情况作出具象的展现和描述。在实际应用中，可以先通过PCI值判定系谱的完整情况，再进行下一步的数据分析工作，以避免因系谱缺失影响分析结果的可靠性，从而提高工作效率。

本研究对2 374头中国荷斯坦良补公牛系谱数据进行了6代系谱PCI统计分析，探析了良补公牛的系谱完整性和系谱缺失的主要原因，旨在为今后不断提升我国奶牛系谱数据质量和利用效率提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

系谱数据来自中国奶业协会奶牛数据中心，共2 374头荷斯坦良补公牛，系谱数据中包括8 463条系谱记录。这些公牛的出生年份为1995～2014年，但主要集中在2001～2014年间（图1-A）。它们来自24个省市（自治区），主要分布在河北（15%）、黑龙江(11%)、北京（9.4%）、山东（9.2%）、上海（8.9%）、新疆（7.2%）、内蒙古（6.9%）、天津（6.7%）等地。自2008年起，每年良补公牛数量基本稳定在750头左右（图1-B）。

图1 各出生年份及良补年份良补公牛数量

1.2 PCI计算方法

系谱完整性指数（PCI）[6,7]是对系谱完整情况的描述性统计，计算方法如下：

对于系谱深度d的系谱而言，先用公式（1）分别计算父系系谱完整情况（Csire）和母系系谱完整情况（Cdam），再用公式（2）对二者求调和平均数，即为PCI。

在公式（1）中：ai表示第i代中个体完整比例；n表示第i代中实际存在的个体数；d表示系谱深度（父母代作为第1代）。

以下是系谱深度d=2的3种情况下PCI计算实例：

（1）2代系谱完全完整：

（2）第2代系谱存在部分缺失：

（3）第1代系谱存在部分缺失

本研究分析了良补公牛向上追溯6代的系谱，故系谱深度d=6。

2 结果

2.1 荷斯坦良补公牛系谱完整性

图2 2374头荷斯坦良补公牛的PCI分布

本研究对2 374头公牛系谱完整指数进行计算，得到公牛平均PCI为0.98±0.08（平均数±标准差）。公牛系谱完整性良好，其中2 015头公牛6代系谱全部完整（PCI=1），占85%（表1）。剩余359头公牛的6代系谱存在不同程度缺失（图2），但即使系谱存在缺失，99%公牛的前3代系谱也是完整的，有14头公牛前三代系谱不完整。每个出生年份的良补公牛中，大部分公牛的PCI=1，6代系谱完整（图1A）。由于2002年以后出生的良补公牛数增加，系谱不完整的公牛数也随之增加。除2014年以外，1995～2013年出生的良补公牛平均PCI均大于0.9。2014年出生的良补公牛平均PCI为0.64，但2014年出生的公牛只有2头，因此结果会受到极端值的影响。由图1B可知，所有良补年份组中PCI=1的公牛占大多数（68%～95%）。 由上述分析可得，各个出生年份和各个良补年份的公牛系谱完整性良好，未发现公牛系谱缺失与出生年份和良补年份之间存在相关性。

表1 2374头公牛系谱完整情况

2.2 影响系谱缺失的因素

对2 374头公牛的父系系谱完整性和母系系谱完整性作散点图（图3）发现，大部分点都集中在B区域，这说明大部分公牛的父系和母系系谱都较完整。所有2 374头公牛的Csire＞=0.5，这说明所有公牛至少前三代父系系谱是完整的；C区域存在14头公牛，这些公牛的母系系谱完整性较差（Csire＜0.5）。B区域对角线上方牛头数（139头）少于对角线下方牛头数（213头），说明父系系谱完整性高于母系系谱完整性。分别对Csire和Cdam分级后，由图4可知父系6代系谱完整比例要高于母系，除3代系谱完整组外，其余系谱缺失组母牛均高于公牛。因此，本研究得出，对于系谱缺失的公牛，父系系谱完整性要高于母系。

追溯2 374头公牛的系谱，共有523头父亲，1 699头母亲。523头父亲中458头父系系谱完整（Csire=1），最小Csire=0.50，即只能追溯3代。2 374头公牛的523头父亲来自于美国、加拿大、澳大利亚、中国、荷兰、德国、法国、新西兰、意大利、英国、西班牙和以色列，共12个国家（其中12头公牛的父亲国籍未知）。其中美国公牛占比最多，达49.71%。来自澳大利亚、英国、新西兰这三个国家的公牛系谱完整性相对较差（平均Csire＜0.9）。

2 374头公牛的1 699头母亲中，1 469头系谱完整（Cdam=1），最小Cdam=0.17，即只有该头母牛牛号，无母牛父母信息。Cdam=0.17的母牛共有10头，其中1头国籍未知，1头来自中国，8头来自澳大利亚。1 469头母亲分别来自于美国、加拿大、澳大利亚、中国、新西兰、英国、法国、荷兰和德国，共9个国家（其中187头母亲国籍未知）。其中来自美国和加拿大的母牛最多，其次是澳大利亚和中国。来自法国的母牛系谱完整性相对较差（平均PCI＜0.9）。

图3 2374头公牛的父系系谱完整性（Csire）和母系系谱完整性（Cdam）散点图

图4 Csire和Cdam完整级别频率直方图

3 讨论

本研究分析了2 374头奶牛良种补贴公牛的系谱完整性，总体上良补公牛系谱完整性良好，这为开展全国奶牛遗传评估和科学选配奠定了坚实基础。但同时发现，仍存在部分公牛系谱不完整。我国主要种公牛的来源主要有四种：①从国外直接引进胚胎；②引进国外优秀种公牛冷冻精液，再选择国内优秀种子母牛交配选育种公牛；③利用国内后裔测定成绩优秀种公牛选配优秀种子母牛交配选育种公牛；④直接进口国外活体公牛[8]。在做好国内信息记录工作的同时，为了减少系谱缺失的发生，本研究建议购买国外种公牛冻精或胚胎时，注意查看它们的系谱信息，从而为选种选配及中国良种推广工作提供更多的有效信息。

品种登记、生产性能测定、个体遗传评定、青年公牛联合后裔测定等多项实际生产工作中都会涉及系谱。系谱为选种选配和遗传改良提供了大量有效信息。但是直接面对庞大系谱数据，除了使用相应软件进行分析外，工作人员无法直接获得有效信息。而PCI可以对系谱的缺失与完整情况进行具象的展现和描述。在实际生产工作中，PCI可以使工作人员直接获得系谱完整信息，从而简化工作流程，具有应用价值。

[1] 李竞前,李胜利,张万金. 国家奶牛良种补贴政策对奶牛生长及生产性能的影响[J]. 中国奶牛,2013,13:1-5.

[2] 三石. 河北省奶牛良种补贴成效显著[J]. 中国牧业通讯, 2009,22:9.

[3] 吴美玲,祁永志,龙燕,等. 北京市延庆县奶牛良种化发展成果综述[J]. 北京农业,2013,6:92-95.

[4] 王雅春,孙飞舟,张胜利,等. 奶牛良种补贴项目实施10 年遗传改良工作长足发展[J]. 中国畜牧杂志,2015,51(14):37-42.

[5] 李建明,马亚宾,杨晨东,等. 河北省奶牛品种登记现状与展望[A]. 首届中国奶业大会论文集[C]. 中国奶业协会,2011.

[6] MACCLUER J W,BOYCE A. J,DYKE B,et al. Inbreeding and pedigree structure in Standardbred horses[J]. Hered, 1983,74:394-399.

[7] MELKA M G and SCHENKEL F. Analysis of genetic diversity in four Canadian swine breeds using pedigree data[J]. Canadian Journal of Animal Science, 2010:331-340.

[8] 杨通广,滕勇. 奶牛场的选种选配[A]. 首届全国奶牛精细化管理高峰论坛暨奶牛精细化饲养关键技术与设施设备研讨会论文集[C]. 奶牛产业技术体系北京市创新团队, 2013.

Evalutation of Pedigree Completeness in Chinese Holstein Bulls

YANG Zhan-cheng1, YAN Qing-xia2, HUANG He-tian1, CHEN Shao-hu2, ZHANG Yi1
(1.College of Animal Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193; 2.Dairy Association of China , Beijing 100192)

Seed subsidy policy for dairy cattle has been implemented for more than ten years in China. A large number of dairy bulls have been subsidized.The policy not only improves the use of high-quality frozen semen and the popularization of superior bulls, but also accelerates the accumulation of pedigree data. In this study, we used pedigree completeness index (PCI) to analyse pedigree completeness of 2374 Chinese Holstein bulls in a 6-generation depth scale. The result shows pedigree completeness is excellent in Chinese Holstein subsidy bulls with 85% of the bulls having complete pedigrees of six generations and 99% of the bulls having complete pedigree of three generations. Analysis of the incomplete pedigree indicates that paternal pedigree completeness is better than maternal pedigree completeness. The pedigree completeness of sires form Australia, Britain, New Zealand and dams from French is relatively lower with mean PCI＜0.9.

Chinese Holstein; Seed subsidy bull; Pedigree completeness index

S823.3

A

1004-4264（2017）03-0022-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.02.006

2016-09-03

现代农业（奶牛）产业技术体系建设专项资金（CARS-37）；国家科技支撑计划（2011BAD28B02）。

杨湛澄（1993-），女，浙江余姚人, 硕士研究生,主要从事动物遗传育种研究工作。

张毅，副教授。