信息素犁鼻器受体的基因变体与围绕行为及脂肪代谢基因的QTLs与牛群采食效率变化的关联

为什么更“聪明”的奶牛关系到我们每个人

饲养奶牛是农场最大的开销之一，也是温室气体的重要来源。如果奶牛能用相同的饲料产出更多的牛奶——或用更少的饲料产出相同的牛奶——农民就能节省成本，环境也会因营养浪费减少和排放降低而受益。本研究探讨为何有些奶牛天生更“节约”地进食，重点关注其DNA中的微小差异，这些差异可能影响食欲、行为以及机体处理脂肪的方式。

如何衡量哪些奶牛更节俭地进食

为了解采食效率，研究者使用了一种称为残余采食量（residual feed intake，RFI）的指标。与其仅仅统计奶牛吃了多少饲料，RFI 比较的是奶牛实际消耗的饲料与根据其体重和产奶量预计需要的饲料量之间的差值。比预期吃得少的牛有负的RFI，被认为更高效；比预期吃得多的牛有正的RFI，效率较低。这种方法让科学家能够寻找那些在不只是偏好高产奶量的情况下更少浪费饲料的个体。

合并群体以揭示隐匿的基因

要找到影响复杂性状如采食效率的基因，通常需要大量的个体。以往研究常依赖规模相对较小的单一研究群体，从而限制了可检测到的遗传差异。在这项工作中，研究团队合并了来自美国和以色列的荷斯坦奶牛的详尽采食测量与DNA数据。通过汇集这些不同的群体，他们既增加了奶牛总数，也扩大了存在的基因变体多样性。联合分析发现了基因组中14个位置，小的DNA变化与RFI差异显著相关，提示这些区域可能包含影响奶牛采食效率的基因。

嗅觉、社交信号与脂肪处理

当科学家审视这些14个DNA标记附近的基因时，出现了三大主题。首先，一个热点区域包含一组紧密聚集的信息素受体——位于所谓犁鼻器系统中的分子，帮助动物感知来自环境和同类的化学信号。早期研究提示嗅觉和信息素可以影响哺乳动物的食欲和进食行为。在本研究中，一个名为VN1R1的特定受体基因显示出多种变体，包括导致蛋白质被截短或失去功能的形式。其次，其他标记附近发现了与社交与行为反应相关的基因，暗示牛如何响应周围环境和群体成员可能会微妙地影响其进食习惯。第三，位于与脂肪代谢相关基因附近的标记提示，奶牛存储和燃烧脂肪的方式也与采食效率有关。

一个失活受体与浪费性的进食

为检验VN1R1是否真对效率有影响，团队在更多牛群的全基因组数据中进行了深入挖掘，包括已知采食效率的爱尔兰荷斯坦-弗里斯兰公牛。他们鉴定出VN1R1基因中的关键改变，使受体蛋白被截短——本质上成为非工作版本。一个特定的截短变体会产生一个89个氨基酸的片段，而非完整受体，这种变体在RFI较高（不利）的动物中显著更常见。换言之，具有完整VN1R1的个体往往更能把饲料转化为牛奶，而带有失活版本的个体则倾向于吃得比需要的更多。令人意外的是，这类失活形式在美国、以色列、爱尔兰和新西兰的荷斯坦牛中都较为常见，暗示在育种中长期存在不同性状之间的拉锯，例如高产奶量与纯粹的采食节约性之间的权衡。

对未来农场的意义

对非专业读者而言，核心讯息是：采食效率不仅与奶牛体型或产奶量有关，还反映了其大脑如何感知食物与社交线索，以及其机体如何管理脂肪。本研究提供了早期证据，表明参与化学感知的基因——尤其是VN1R1信息素受体——以及与脂肪代谢相关的基因，共同影响奶牛利用饲料的效率。虽然该工作属探索性，仍需在更大规模的群体中得到确认，但它指向了切实可行的方向。未来，育种者可以检测公牛和奶牛是否携带不利的VN1R1及相关基因变体，选择那些更为节约进食的个体。将此类遗传选择与现有育种方案结合，可能降低农民的饲料成本并减少牛奶生产的环境足迹。

引用: Shirak, A., Yang, L., Bhowmik, N. et al. Gene variants in the pheromone vomeronasal receptors and QTLs around behavioral and fat metabolism genes associated with altered feed efficiency in cattle. Sci Rep 16, 7430 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37314-3

关键词: 采食效率, 乳用牛, 残余采食量, 信息素受体, 遗传选择