一、比利时的家甲烷育种进展
1. 比利时是最早建立MIR预测甲烷模型的国家
比利时列日大学团队与瓦隆农业研究中心合作，正在推进基于中红外光谱（MIR）预测奶牛甲烷排放（以下简称PCH4）的基因组评价研究，旨在为育种计划提供准确、高效的选择工具。
2 研究步骤 - 将甲烷进行基因组评估
性状定义及目标制定：明确将甲烷排放量（g/day）作为选择目标性状。
-
表型数据采集：利用MIR光谱技术大规模预测奶牛甲烷排放水平。使用的预测方程如下：
image.png 模型建立与遗传参数估计：应用随机回归试验日模型（RRTDM）对多泌乳期数据进行分析，估计遗传力和遗传相关性。
基因组评价系统搭建：结合谱系和基因型信息，实现单步基因组评估（ssGBLUP）。使用的数据如下：
育种计划实施：推动将甲烷排放基因组估计育种值（GEBV）纳入实际育种程序。
3. 数据资源
- 表型数据：近450W条多泌乳期试验日甲烷预测数据
-
基因型数据：月9,600头荷斯坦奶牛的基因型数据，直接对应表型记录。
image.png -
预测甲烷的曲线图
image.png
4. 遗传参数估计
- 甲烷排放的遗传力在不同泌乳期内稳定，显示该性状适合遗传改良。
-
不同泌乳期间遗传相关性较高，支持跨泌乳期联合评价。
image.png
5. 基因组评价模型
采用多泌乳期随机回归试验日模型，结合谱系和基因组关系矩阵，估计每头奶牛的遗传值。
通过调整谱系矩阵替代为混合谱系-基因组矩阵（H矩阵）以包含基因型信息，提升评价准确性。
6. 甲烷效率指标设计
甲烷排放通过残差方法调整生产性能、功能性和经济性指标，形成多个甲烷效率指数（RMEP、RMEF、RMEG），以更好地反映真实效率，便于育种选择。
-
这些指标已对超过1,000头公牛进行评估，可靠性较高（≥0.50）。
image.png -
女儿的平均甲烷与sires的回归
image.png
7. 国际比较与验证
-
与其他国家Country A 基于不同测量设备（如sniffer、Greenfeed）的甲烷基因组估计育种值进行比较，发现遗传相关性中等偏高，说明MIR预测的甲烷GEBV具有较好的一致性和应用潜力。尽管数据有限，已有公牛之间的比较支持该方法的合理性。
image.png
8. 未来展望
- 计划于2025年8月发布基于MIR甲烷预测的公牛GEBV，支持育种者选用低甲烷排放高效奶牛。
- 希望加强国际合作，完善MIR方程式及甲烷相关遗传效应的精细调节。
- 持续优化模型，提高评价的稳定性与准确性。
二 、我国的甲烷育种进展
1.展示中农王雅春老师课题的研究成果 -中国荷斯坦奶牛甲烷强度的遗传研究及基因组关联分析进展
2. 研究背景
- 甲烷强度（Methane Intensity, MeI）指的是单位产品产量（如每公斤牛奶）所排放的甲烷量（g/kg）。
-
中国畜牧业贡献了全国24%的甲烷排放，且奶牛甲烷排放比例近年来逐步增加。
image.png
3. 测量方法
-
Sniffer（探测仪）测量法：直接测量奶牛采食时呼出的甲烷浓度，设备安装于自动挤奶系统（AMS）的料槽，测量方便且较为可靠。
image.png 中红外光谱（MIRS）预测法：利用奶样的中红外光谱数据预测甲烷强度，方法简单、高通量，适合大规模筛查。
4. 研究目的
① 通过sniffer设备测量甲烷强度，并结合MIRS技术预测甲烷强度。
② 估计甲烷强度的遗传参数（如遗传力和重复性）。
③ 识别与甲烷强度相关的候选基因组区域。
5. 数据采集与质量控制
-
数据涵盖两农场208头奶牛，138天共6220次测量，使用5台sniffer设备实时记录甲烷和二氧化碳浓度。
image.png -
通过“牧场模型”结合二氧化碳产量估算甲烷强度（g/kg牛奶）。
image.png 采用严格数据筛选：剔除设备故障日期，环境气体浓度校准，剔除变异系数超标和异常样本。
最终获得758周均值甲烷强度作为表型数据。
6. 预测模型与遗传分析
-
利用偏最小二乘回归（PLS）建立了MIRS预测甲烷强度的模型，120头奶牛，227个MIRS样本参与建模。
image.png -
预测准确率（10折交叉验证）：R²=0.66，RMSE=1.25，足以区分高低排放群体。
image.png -
参与基因组加权单步GWAS（WssGWAS）分析的数据包含4995条记录，来自1187头奶牛（其中1120头有基因型信息），共21,772条MIRS记录。
image.png
7. 遗传参数估计
预测甲烷强度（PMeI）遗传力为0.15，重复性为0.42，显示中等遗传控制水平，适合遗传改良。并且结果与国际相关研究相符。
8. 基因组关联结果
- 识别出11个10-SNP的基因组窗口，对甲烷强度的遗传变异贡献均超过0.15%。
- 相关染色体包括1、5、8、15、19、20、24、26、27。
-
这些区域包含19个蛋白编码基因，涉及离子运输调控和脱壳周期等生物过程。
image.png
9. 研究结论与展望
证实sniffer和MIRS方法均可用于大规模甲烷强度的测量与预测，但数据处理须严格。
甲烷强度在中国荷斯坦牛群中具有中等遗传力，表明育种潜力。
目前结果为初步研究，后续将扩大研究群体，结合转录组学进行候选基因验证。
文章小结
- 本研究通过结合直接甲烷浓度测量和基于奶样中红外光谱的预测技术，实现了中国荷斯坦奶牛甲烷强度的大规模遗传分析。
- 中等的遗传力和明确的候选基因组区域为甲烷排放的遗传改良提供了科学基础。
- 未来，扩大样本量与多组学结合将进一步促进低排放高效奶牛品种的培育，为实现畜牧业绿色可持续发展贡献力量。
