Pawnee Farm Arlinda Chief是荷斯坦牛養(yǎng)殖史上最多產(chǎn)的公牛之一 - 但他也向人群中引入了致命基因，導(dǎo)致全世界估計(jì)有50萬(wàn)次自然流產(chǎn)?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)確定了變異責(zé)任，使牧場(chǎng)主能夠測(cè)試并避免它。酋長(zhǎng)出生于1962年，生產(chǎn)了16,000個(gè)女兒，50萬(wàn)個(gè)孫女和200多萬(wàn)個(gè)曾孫女。他的兒子也是受歡迎的公牛。因此，在美國(guó)目前的荷斯坦人群中，Chief的染色體占基因組的近14%。

“我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致生育力降低的突變是消除荷斯坦奶牛群中這種有害等位基因的重要一步，”該研究的資深作者，加州大學(xué)戴維斯分校進(jìn)化與生態(tài)系教授哈里斯·勒溫說(shuō)。研究結(jié)果發(fā)表在8月份的“乳品科學(xué)雜志”上。Lewin和他的同事最初在2009年Lewin在伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校時(shí)對(duì)Chief和他的一個(gè)兒子，Walkway Chief Mark進(jìn)行了測(cè)序。

2011年，在Lewin抵達(dá)加州大學(xué)戴維斯分校后不久，美國(guó)農(nóng)業(yè)部的科學(xué)家們就向他們提供了一些有趣的信息和請(qǐng)求。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部的研究人員在荷斯坦奶牛的5號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有問(wèn)題的單倍型(一組遺傳自一個(gè)親本的基因)，這與生育率較低和胚胎丟失有關(guān)。他們已經(jīng)將單倍型追溯到Chief。“他們問(wèn)我們是否能找出可能導(dǎo)致生育能力影響的Chief 可能的突變，”Lewin說(shuō)。

Lewin和研究合著者Heather Adams能夠快速確定候選人。“在不到24小時(shí)內(nèi)，因?yàn)槲覀円呀?jīng)對(duì)Chief和他的載體兒子進(jìn)行了測(cè)序，我們能夠在5號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)'無(wú)意義'變異。這是一個(gè)尤里卡時(shí)刻，”Lewin說(shuō)。

突變縮短了關(guān)鍵的氨基酸鏈

這種突變縮短了對(duì)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用至關(guān)重要的氨基酸鏈，在一種叫做APAF1的基因中被發(fā)現(xiàn)，這是一種細(xì)胞凋亡肽激活因子1的縮寫(xiě)。

如果荷斯坦牛犢僅從父母那里繼承了APAF1的一份副本，那么它就成了一個(gè)載體。但如果它繼承了父母雙方的突變拷貝，那么這種組合就是致命的。研究小組發(fā)現(xiàn)758只動(dòng)物中沒(méi)有來(lái)自父母的APAF1動(dòng)物。超過(guò)246,000荷爾斯坦的商業(yè)測(cè)試顯示了相同的結(jié)果。

該研究估計(jì)，30年內(nèi)荷斯坦牛犢的累計(jì)死亡人數(shù)在美國(guó)超過(guò)10萬(wàn)，全球約為50萬(wàn)。

關(guān)于突變?yōu)楹稳绱酥旅囊?jiàn)解來(lái)自于老鼠。以前的研究表明，影響APAF1功能的突變通過(guò)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育而導(dǎo)致小鼠胎兒死亡。嚴(yán)重縮短的APAF1肽具有使基因不起作用的作用，因?yàn)殛P(guān)鍵部分位于截短部分。

“我們非常有信心，APAF1停止 - 增加突變是導(dǎo)致酋長(zhǎng)血統(tǒng)生育能力喪失的原因，”Lewin說(shuō)。

荷斯坦育種者將能夠測(cè)試潛在的致命突變

單次中期墮胎可能使乳制品花費(fèi)約800美元。在全球范圍內(nèi)，過(guò)去35年來(lái)APAF1突變的損失估計(jì)約為4.2億美元。

奶牛正在大量選擇牛奶產(chǎn)量和脂肪含量等特性。正因?yàn)槿绱耍N者嚴(yán)重依賴人工授精的使用，但這增加了全國(guó)畜群的近親繁殖，這增加了人群中APAF1等隱性致死基因的頻率。

育種者現(xiàn)在可以對(duì)APAF1突變進(jìn)行診斷測(cè)試，以避免交配兩種攜帶者，同時(shí)仍保留來(lái)自Chief的有益遺傳貢獻(xiàn)，估計(jì)增加的產(chǎn)奶量約為300億美元。

“測(cè)序成本已降至現(xiàn)在對(duì)整個(gè)基因組進(jìn)行測(cè)序和解釋的成本低于通過(guò)傳統(tǒng)方法對(duì)基因進(jìn)行遺傳定位的成本。正如快速，低成本的基因分型徹底改變了奶牛的育種，同樣如此全基因組測(cè)序用于提高父系和大壩選擇的準(zhǔn)確性，“Lewin說(shuō)。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部最近的一份報(bào)告估計(jì)，美國(guó)的奶牛數(shù)量為932萬(wàn)頭。2015年的牛奶產(chǎn)量總計(jì)2090億磅，每頭牛的年產(chǎn)量為22,393磅。2015年牛奶營(yíng)銷的現(xiàn)金收入總計(jì)為357億美元。