奶牛遗传学家发现突变基因威胁荷斯坦小牛

2020年秋天，当查德·德肖(ChadDechow)接到纽约兽医的电话，描述了一种影响他们照顾的两个农场的荷斯坦小牛的奇怪情况时，他并不熟悉这种后来被称为小牛卧床的情况。

这些动物身体虚弱，在出生时或出生后不久都无法站立，而且大多数活不过六周大。兽医没有在这些年幼的动物身上发现任何神经、感染或代谢异常。这是一个谜。

宾夕法尼亚州立大学奶牛遗传学副教授德肖说：“他们想不通——他们对死去的小牛进行了尸检，但没有发现任何问题。”“他们联系我是因为他们在一本流行的新闻杂志上读到了一篇我写的关于另一种遗传隐性病症的文章。”

兽医将两只小牛的尸检组织样本送到农科学院德肖的实验室，调查开始了。不久之后，Dechow了解到佛罗里达州的一个荷斯坦牛群对其遗传精英(即高产动物)使用体外受精，也遇到了类似的问题。一次值得注意的交配导致几头小牛无法站立，牧群经理将它们的组织样本寄给了Dechow。

“然后我在宾夕法尼亚州发现了一群也使用体外受精的牛群，它们的一些小牛也有类似的问题，”Dechow说。“因此，在纽约的两个牛群、佛罗里达州的牛群和宾夕法尼亚州的牛群之间，我们能够聚集一个足够大的种群来开始追踪突变。我们使用数千个DNA进行了全基因组关联标记和系谱分析以确定卧床的遗传起源是否合理。”

为了找到引发这种情况的DNA区域，Dechow不仅需要对躺着的小牛进行基因分型，还需要对一组未受影响的亲属进行基因分型，以便可以确定两组之间不同的基因组区域。这项研究得到了国际荷斯坦育种者精心保存的遗传记录的帮助。

就新发现的“单倍型”(它是沿染色体的基因组变异的物理分组)导致小牛卧床而言，对18头在新生儿期表现出无法站立的小牛进行了基因分型，并与26头未受影响的小牛进行了比较相同的家庭组。Dechow及其同事确定，18头受影响的小牛携带16号染色体上一个区域的两个拷贝。

“与大多数其他已知的牛遗传缺陷相比，这种情况的不同之处在于，这种突变并不能保证小牛会受到影响，”他说。“有些动物携带两个突变拷贝并且是正常的。然而，大多数动物就没有那么幸运了。”

Dechow设计了一种简单的基因测试来识别携带突变的荷斯坦牛。他和宾夕法尼亚州立大学随后申请了专利，并与三家公司合作，将这项技术商业化。农民只需将几缕毛发、血液或组织邮寄给实验室，即可确定其来源的动物是否健康、是否携带突变或是否患有卧床不起的疾病。图片来源：STgenetics

研究人员将最近的祖先追溯到2008年出生的一个共同父本，该父本存在于所有受影响的小牛的父系和母系谱系中。那位父亲有一个有影响力的儿子，他出生于2010年，现在是与荷斯坦品种关系最密切的公牛之一。随后的研究确定了1984年出生的一头公牛是该突变的首批携带者之一，也许是它的祖先。

Dechow和他的合作者于2022年11月在JDSCommunications上发表了这些发现。

在他确定了不同的基因组区域后，他需要在该区域内定位特定的突变，以开发DNA测试来识别其他携带该突变的动物。Dechow在牛遗传学公司ABSGlobal的帮助下对三只动物进行了测序，以确定与肌肉中钙通道相关的基因突变。已知该基因的突变会影响其他物种(包括人类)的骨骼肌功能。

Dechow设计了一种简单的基因测试来识别携带突变的荷斯坦牛。他和宾夕法尼亚州立大学随后申请了专利，并与三家公司合作，将这项技术商业化。农民只需将几缕毛发、血液或组织邮寄给实验室，即可确定其来源的动物是否健康、是否携带突变或是否患有卧床不起的疾病。

对Dechow来说，通过研究解开谜团、开发创新测试，然后与私营部门合作将该技术商业化是一个充实的过程。

“我很满意我们很早就发现了这一点，在它真正爆发成一个大的小牛福利问题之前，”他说。“我们在一波小牛受到卧床影响并被安乐死之前发现了这一点。我认为我们在这种情况广泛传播之前将其扼杀在萌芽状态。我也非常感谢我们的技术办公室认识到需要将DNA测试商业化很快。”

DeChow期望乳制品行业开始使用该测试来积极地选择不携带突变基因的公牛。

“事实上，它已经开始发生了，”他说。“因此，几年后这种情况的发生频率将非常低。从长远来看，较低的频率将导致不需要那么多的测试，但作为人工授精行业一部分的动物仍将进行测试以确保没有遗漏任何隐藏的携带者。”