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实验室/贵州大学动物科学学院,贵州贵阳 550025; 3.贵州省种畜禽种质测定中心,贵州贵阳 550018)摘要:为验证BMPR-IB基因单核苷酸多态性(SNP)位点与宗地花猪繁殖性状的关联性,从而提高宗地花猪繁殖性能,提供有价值的分子辅助标记,推进宗地花猪的选育进程,以贵州宗地花猪经产母猪为试验材料,利用DNA池和DNA直接测序方法检测BMPR-IB基因的多态性,对各突变位点不同基因型个体与总产仔数、产活仔数、仔猪平均初生质量和母猪泌乳力性状进行关联性分析。在受试群体中发现,基因BMPR-IB有2个突变位点,G595C、C643T均位于第6外显子,经产母猪总产仔数、产活仔数各基因型均表现为AA>AG>GG、BB>BT>TT,产活仔数为7头的母猪泌乳力表现为AA基因型个体与AG、GG基因型个体间差异极显著(P<0.01);各基因型仔猪平均初生质量表现为 TT>BB>BT,但差异不显著;母猪AA基因型总产仔数多于AG与GG基因型,AA基因型为优势基因型,A为优势等位基因;BB基因型在总产仔数、产活仔数的繁殖性状中多于BT、TT基因型,BB为优势基因型,B为优势等位基因。推测等位基因A和等位基因B可能为宗地花猪总产仔数、产活仔数的有利等位基因,且AA基因型和BB基因型为有利基因型。
关键词:宗地花猪;BMPR-IB基因;多态性;SNP位点;繁殖性状;关联性分析
中图分类号: S828.3文献标志码: A文章编号:1002-1302(2017)17-0035-04
通信作者:燕志宏,教授,研究方向为动物遗传育种与种质资源创新。E-mail:[email protected]。骨形态发生蛋白受体(bone morphogenetic proteins receptor,简称BMPR)是骨形态发生蛋白(BMPs)发挥生理功能的基础,BMPR属于TGF-β受体超家族中的一个亚家族成员。BMPR可以分为Ⅰ和Ⅱ2种亚型,其中Ⅰ型受体可以分为BMPR-IA(ALK-3)、BMPR-IB(ALK-6)、ActR-IA(ALK-2),Ⅱ型受体则分为BMPR-Ⅱ、ActR-ⅡA、ActR-ⅡB等3种[1]。骨形态发生蛋白受体IB基因对繁殖性状的影响最早是由Wilson等于1980年发现的,BMPR-IB基因突变后会引起母羊Booroola Merino高产。后来,BMPR-IB基因被改名为FecB基因[2]。
研究表明,BMPR-IB基因是与母猪的生殖系统、卵泡的生长发育、胚胎发育等密不可分的基因。试验证明BMPR-IB基因在猪的颗粒细胞中有表达[3]。宋一萍对8个猪品种的BMPR-IB基因进行研究发现,在该基因的编码区第 369 bp 处C突变成T,山东地方猪种中在该位点的AA基因型总产仔数、产活仔数分别比BB基因型多0.45、0.51头/胎,但差异不显著;在引进猪种中BB基因型母猪的总产仔数、产活仔数分别比AA型多1.05、 0.90头/胎(P<0.05)[4]。孟洪莉以长白猪、大白猪、杜洛克猪、槐猪为研究对象,发现BMPR-IB基因在位点A1081C处,长白猪、大白猪和杜洛克猪的经产母猪的总产仔数和产活仔数均表现为AA>CC>AC,其中大白母猪AA基因型个体的总产仔数显著高于AC基因型(P<0.05),AA基因型个体产活仔数极显著高于AC基因型(P<0.01),杜洛克母猪AA基因型个体的产活仔数显著高于CC基因型(P<0.05);在该基因T19588A处,经产和初产长白母猪的TA基因型个体总产仔数和产活仔数显著高于TT基因型(P<0.05)[5]。
宗地花猪是贵州省优良地方猪种之一,皮厚而糯、肉嫩味香,为人们所喜爱。但饲养周期长、产仔数少、生产效率低、成本高、养殖投入高、收益低等使宗地花猪养殖群体规模发展缓慢。针对宗地花猪的保种选育,相关机构和学者做了很多研究,推进了宗地花猪的开发利用。冯文豪等对宗地花猪的胴体肉质性状进行测定,结果表明虽然宗地花猪瘦肉率明显低于大白猪,但肉质性状优于大白猪[6]。燕志宏等研究宗地花猪1世代的生长发育情况[7],随后在2011年研究了宗地花猪及其与长白猪、大白猪的杂种1代猪哺乳期和保育期的生长性能[8]。燕志宏等还对产区保种选育基础群进行了繁殖性能的测定,随后开始对宗地花猪繁殖性能的研究[9]。随着分子生物学的蓬勃发展,燕志宏等分别对影响宗地花猪肉质和繁殖性状的一些相关基因进行了研究,取得了一定的研究成果[10-14]。
1材料与方法
1.1试验动物样本
66头宗地花猪经产母猪来自贵州紫薇畜牧业开发有限公司宗地花猪饲养场,各母猪均健康,在相同的环境和管理条件下进行饲养,用耳缺钳采取每头母猪耳根边缘耳组织,放入装有70%乙醇的1.5 mL离心管中,放入冰盒中带回实验室,于-20 ℃低温冰箱中保存备用。
1.2试剂与仪器
主要试剂和仪器:Ezup柱式动物基因组DNA提取试剂盒、核酸染料、DL 2000 DNA Marker、 2×Taq Master Mix、琼脂糖等,均购自生工生物工程(上海)股份有限公司;去离子水、无水乙醇、TAE缓冲液等试剂为实验室自备。PCR扩增仪(PTC200,美国Bio-Rad公司)、凝胶成像系统(BioSens SC 710,美国Bio-Rad公司)、微量移液器(ACURA825,SOCOREX公司)。
1.3DNA提取
用基因组DNA提取试剂盒提取DNA,用含有核酸染料的1%琼脂糖凝胶电泳检测纯度,并用紫外分光光度计测量每个样品DNA浓度,共测3次,取其平均值,-20 ℃保存备用。
1.4引物设计及PCR扩增
参照美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,简称NCBI)提供的猪BMPR-IB基因序列(登录号为NC-010450.3),利用Premier 5.0软件结合Oligo 6.0软件设计引物,应用NCBI Blast软件检测所设计引物的特异性(表1)。引物由英潍捷基(上海)貿易有限公司合成。1.5统计分析 利用DNAStar等软件分析测序结果,筛选SNPs位点,分析不同位点在受试群体中的基因型频率和遗传特异性,并进行Hardy-Weinbery(哈迪-温伯格)平衡检测;根据最小二乘线性模型,分析不同基因型与样本母猪繁殖性能[总产仔数、产活仔数、仔猪平均初生质量、泌乳力(即平均泌乳量)]的关联效应。
2结果与分析
2.1PCR扩增
对66头宗地花猪经产母猪进行PCR扩增,经1%琼脂糖凝胶电泳检测,均显示为1条特异性条带,其片断长度分别为398、389 bp,与预期目标片段相符,且条带清晰、整齐无拖尾(图1),可用于测序。
2.2BMPR-IB基因DNA池PCR测序结果
将所得PCR产物送往北京诺赛基因组研究中心有限公司进行纯化切胶回收测序,对所得序列运用SeqMan、BioXM等软件进行分析比对,在BMPR-IB基因上发现2个SNPs位点,均位于第6外显子上。测序峰如图2所示。
2.3宗地花猪个体BMPR-IB基因测序结果分析
运用SeqMan软件对所有样品的测序结果分析发现,第6外显子G595C位点处发生A→G碱基突变,由图3可知,有3种基因型,分别命名为AA、AG、GG基因型。第6外显子C643T位点处发生B→T碱基突变,发现3种基因型,分别命名为BB、BT、TT基因型,有2个等位基因B和T。通过序列比对发现,AA、BB基因型个体序列与GenBank上所提交的猪的基因序列一致,定义为野生型,GG、TT型则定义为突变型,AG、BT基因型定义为杂合型。
2.4基因型频率及遗传特异性分析
从群体遗传学角度对宗地花猪BMPR-IB基因各SNP位点的基因型和等位基因频率进行分析。由表2可见,在G595C位点上,AG 基因型频率最高, 为优势基因型, A等位基因频率为52.27%,表现为优势等位基因;对于C643T位点,优势基因型为BB基因型,B为优势等位基因。通过对
2.5不同基因型与繁殖性能的关联分析
由表3可知,在宗地花猪母猪群中,总产仔数、产活仔数各基因型均表现为AA﹥AG﹥GG,AA基因型为优势基因型,总产仔数和产活仔数均最多,A为优势等位基因。方差分析结果表明,宗地花猪母猪总产仔数表现为AA基因型个体显著高于AG、GG基因型个体,分别多产1.13、1.37头/胎,AG基因型个体与GG基因型个体间总产仔数、产活仔数差异均不显著;AA基因型个体产活仔数显著高于AG、GG基因型个体,分别多产1.15、1.56头/胎;GG基因型的仔猪平均初生质量最高,GG基因型为优势基因型,3种基因型个体间仔猪平均初生质量差异不显著;产活仔数为7头/胎的母猪泌乳力表现为AA基因型个体与AG、GG基因型个体间差异极显著,分别比AG、GG基因型高17.297、22.917 kg。由表3还可知,在宗地花猪母猪群中,总产仔数和产活仔数各基因型均表现为BB﹥BT﹥TT,BB基因型为优势基因型,总产仔数和产活仔数均最多,B为优势等位基因。方差分析结果表明,宗地花猪母猪总产仔数表现为BB基因型个体显著高于BT、TT基因型个体,分别多产 1.06、2.06头/胎,BT基因型个体显著高于TT基因型个体,多产1.00头/胎,BB基因型个体产活仔数显著高于BT、TT基因型个体,分别多产1.04、1.56头/胎;仔猪平均初生质量各基因型表现为TT﹥BB﹥BT,但各基因型间差异不显著;产活仔数为7头/胎的母猪泌乳力表现为BB基因型个体高于BT基因型个体,由于样本数有限,无法判断该位点TT基因型个体的平均泌乳力与BB、BT基因型之间的差异。
3讨论
本试验在宗地花猪母猪BMPR-IB基因第6外显子上发现2个SNP位点,分别是分别是G595C和C643T,2个位点均为错义突变,G595C导致编码的天冬氨酸(aspartic acid,简称Asp)变为组氨酸(histidine,简称His),C643T位点导致编码的精氨酸(arginine,简称Arg)变为色氨酸(tryptophan,简称Trp)。该基因G595C位点在宗地花猪群体中等位基因A、G的基因频率分别为52.27%、47.73%,多态信息含量为 0.374 5,属于中度多态(0.250.05)。结果表明,G595C位点在该试验群体的选择中均不易受到外界人为因素的干扰。同时这也表明,宗地花猪在该多态位点的遗传变异较高,在以后的工作中应加强后备母猪基础群的选育,进行有效的选择与选育。该基因C643T位点在宗地花猪群体中等位基因B、T的基因频率分别为83.33%、16.67%,等位基因B的频率明显高于等位基因T,该位点多态信息含量为 0.239 2,属于低度多态(PIC<0.25),该位点在试验群体中基因突变频率低,该位点可提供的遗传信息性较差,经卡方检验,该位点偏离了Hardy-Weinberg平衡(P<0.05),这可能是由该饲养场的宗地花猪群体样本数不够大引起的。C643T位点属于低度多态,表明在以后宗地花猪繁殖性能的选种选育时,还须进一步扩大试验群体进行试验。
结果表明,在G595C位点上,宗地花猪母猪总产仔数、个体产活仔数均表现为AA基因型个体显著高于AG、GG基因型个体,产活仔数为7头/胎的母猪泌乳力表现为AA基因型个体与AG、GG基因型个体间差异极显著(P<0.01)。综合本试验繁殖性状指标,AA基因型母猪产仔数高,且哺乳能力强。在C643T位点上,宗地花猪母猪总产仔数表现为BB基因型个体显著高于BT、TT基因型个体,BT基因型个体总产仔数又显著高于TT基因型个体(P<0.05);BB基因型个体产活仔数显著高于BT、TT基因型个体。综合本试验繁殖性狀指标,BB基因型的母猪为高产母猪。 结果表明,BMPR-IB基因的G595C、C643T突变,均导致突变型经产母猪的产仔数下降,初步说明BMPR-IB基因的突变基因型可能会对经产母猪的产仔数有一定的抑制作用,这与宋一萍的研究结果[4]一致。Guan等研究表明,FecB基因对羔羊的初生质量没有显著影响[15];杨华等对杂交羊的研究结果[16]与Guan等的结果一致。目前,还未见BMPR-IB基因对仔猪初生质量的影响报道,本试验结果表明,BMPR-IB基因对仔猪初生质量没有显著影响。BMPR-IB基因对宗地花猪母猪泌乳力有显著影响(P<0.05),但目前还未见BMPR-IB基因与母猪泌乳力关系的相关性报道。
由于母猪的繁殖性状受到多方面因素的影响,在生产实践过程中,除了品种、品系,母猪的断奶时间、发情时间、配种时间、母猪的断奶膘情、营养水平和饲养管理都会影响母猪的繁殖性状[17-20]。本试验虽在相同的营养水平和饲养管理条件下进行,但母猪自身的膘情、发情期、配种期,以及配种公猪的不同等均影响着试验结果,这造成母猪繁殖性状数据的收集存在很大差异,使结果不够准确。下一步将继续扩大试验群体数据的采集,进一步提供宗地花猪母猪繁殖性能的有效标记。
参考文献:
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doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2017.17.010
关键词:宗地花猪;BMPR-IB基因;多态性;SNP位点;繁殖性状;关联性分析
中图分类号: S828.3文献标志码: A文章编号:1002-1302(2017)17-0035-04
通信作者:燕志宏,教授,研究方向为动物遗传育种与种质资源创新。E-mail:[email protected]。骨形态发生蛋白受体(bone morphogenetic proteins receptor,简称BMPR)是骨形态发生蛋白(BMPs)发挥生理功能的基础,BMPR属于TGF-β受体超家族中的一个亚家族成员。BMPR可以分为Ⅰ和Ⅱ2种亚型,其中Ⅰ型受体可以分为BMPR-IA(ALK-3)、BMPR-IB(ALK-6)、ActR-IA(ALK-2),Ⅱ型受体则分为BMPR-Ⅱ、ActR-ⅡA、ActR-ⅡB等3种[1]。骨形态发生蛋白受体IB基因对繁殖性状的影响最早是由Wilson等于1980年发现的,BMPR-IB基因突变后会引起母羊Booroola Merino高产。后来,BMPR-IB基因被改名为FecB基因[2]。
研究表明,BMPR-IB基因是与母猪的生殖系统、卵泡的生长发育、胚胎发育等密不可分的基因。试验证明BMPR-IB基因在猪的颗粒细胞中有表达[3]。宋一萍对8个猪品种的BMPR-IB基因进行研究发现,在该基因的编码区第 369 bp 处C突变成T,山东地方猪种中在该位点的AA基因型总产仔数、产活仔数分别比BB基因型多0.45、0.51头/胎,但差异不显著;在引进猪种中BB基因型母猪的总产仔数、产活仔数分别比AA型多1.05、 0.90头/胎(P<0.05)[4]。孟洪莉以长白猪、大白猪、杜洛克猪、槐猪为研究对象,发现BMPR-IB基因在位点A1081C处,长白猪、大白猪和杜洛克猪的经产母猪的总产仔数和产活仔数均表现为AA>CC>AC,其中大白母猪AA基因型个体的总产仔数显著高于AC基因型(P<0.05),AA基因型个体产活仔数极显著高于AC基因型(P<0.01),杜洛克母猪AA基因型个体的产活仔数显著高于CC基因型(P<0.05);在该基因T19588A处,经产和初产长白母猪的TA基因型个体总产仔数和产活仔数显著高于TT基因型(P<0.05)[5]。
宗地花猪是贵州省优良地方猪种之一,皮厚而糯、肉嫩味香,为人们所喜爱。但饲养周期长、产仔数少、生产效率低、成本高、养殖投入高、收益低等使宗地花猪养殖群体规模发展缓慢。针对宗地花猪的保种选育,相关机构和学者做了很多研究,推进了宗地花猪的开发利用。冯文豪等对宗地花猪的胴体肉质性状进行测定,结果表明虽然宗地花猪瘦肉率明显低于大白猪,但肉质性状优于大白猪[6]。燕志宏等研究宗地花猪1世代的生长发育情况[7],随后在2011年研究了宗地花猪及其与长白猪、大白猪的杂种1代猪哺乳期和保育期的生长性能[8]。燕志宏等还对产区保种选育基础群进行了繁殖性能的测定,随后开始对宗地花猪繁殖性能的研究[9]。随着分子生物学的蓬勃发展,燕志宏等分别对影响宗地花猪肉质和繁殖性状的一些相关基因进行了研究,取得了一定的研究成果[10-14]。
1材料与方法
1.1试验动物样本
66头宗地花猪经产母猪来自贵州紫薇畜牧业开发有限公司宗地花猪饲养场,各母猪均健康,在相同的环境和管理条件下进行饲养,用耳缺钳采取每头母猪耳根边缘耳组织,放入装有70%乙醇的1.5 mL离心管中,放入冰盒中带回实验室,于-20 ℃低温冰箱中保存备用。
1.2试剂与仪器
主要试剂和仪器:Ezup柱式动物基因组DNA提取试剂盒、核酸染料、DL 2000 DNA Marker、 2×Taq Master Mix、琼脂糖等,均购自生工生物工程(上海)股份有限公司;去离子水、无水乙醇、TAE缓冲液等试剂为实验室自备。PCR扩增仪(PTC200,美国Bio-Rad公司)、凝胶成像系统(BioSens SC 710,美国Bio-Rad公司)、微量移液器(ACURA825,SOCOREX公司)。
1.3DNA提取
用基因组DNA提取试剂盒提取DNA,用含有核酸染料的1%琼脂糖凝胶电泳检测纯度,并用紫外分光光度计测量每个样品DNA浓度,共测3次,取其平均值,-20 ℃保存备用。
1.4引物设计及PCR扩增
参照美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,简称NCBI)提供的猪BMPR-IB基因序列(登录号为NC-010450.3),利用Premier 5.0软件结合Oligo 6.0软件设计引物,应用NCBI Blast软件检测所设计引物的特异性(表1)。引物由英潍捷基(上海)貿易有限公司合成。1.5统计分析 利用DNAStar等软件分析测序结果,筛选SNPs位点,分析不同位点在受试群体中的基因型频率和遗传特异性,并进行Hardy-Weinbery(哈迪-温伯格)平衡检测;根据最小二乘线性模型,分析不同基因型与样本母猪繁殖性能[总产仔数、产活仔数、仔猪平均初生质量、泌乳力(即平均泌乳量)]的关联效应。
2结果与分析
2.1PCR扩增
对66头宗地花猪经产母猪进行PCR扩增,经1%琼脂糖凝胶电泳检测,均显示为1条特异性条带,其片断长度分别为398、389 bp,与预期目标片段相符,且条带清晰、整齐无拖尾(图1),可用于测序。
2.2BMPR-IB基因DNA池PCR测序结果
将所得PCR产物送往北京诺赛基因组研究中心有限公司进行纯化切胶回收测序,对所得序列运用SeqMan、BioXM等软件进行分析比对,在BMPR-IB基因上发现2个SNPs位点,均位于第6外显子上。测序峰如图2所示。
2.3宗地花猪个体BMPR-IB基因测序结果分析
运用SeqMan软件对所有样品的测序结果分析发现,第6外显子G595C位点处发生A→G碱基突变,由图3可知,有3种基因型,分别命名为AA、AG、GG基因型。第6外显子C643T位点处发生B→T碱基突变,发现3种基因型,分别命名为BB、BT、TT基因型,有2个等位基因B和T。通过序列比对发现,AA、BB基因型个体序列与GenBank上所提交的猪的基因序列一致,定义为野生型,GG、TT型则定义为突变型,AG、BT基因型定义为杂合型。
2.4基因型频率及遗传特异性分析
从群体遗传学角度对宗地花猪BMPR-IB基因各SNP位点的基因型和等位基因频率进行分析。由表2可见,在G595C位点上,AG 基因型频率最高, 为优势基因型, A等位基因频率为52.27%,表现为优势等位基因;对于C643T位点,优势基因型为BB基因型,B为优势等位基因。通过对
2.5不同基因型与繁殖性能的关联分析
由表3可知,在宗地花猪母猪群中,总产仔数、产活仔数各基因型均表现为AA﹥AG﹥GG,AA基因型为优势基因型,总产仔数和产活仔数均最多,A为优势等位基因。方差分析结果表明,宗地花猪母猪总产仔数表现为AA基因型个体显著高于AG、GG基因型个体,分别多产1.13、1.37头/胎,AG基因型个体与GG基因型个体间总产仔数、产活仔数差异均不显著;AA基因型个体产活仔数显著高于AG、GG基因型个体,分别多产1.15、1.56头/胎;GG基因型的仔猪平均初生质量最高,GG基因型为优势基因型,3种基因型个体间仔猪平均初生质量差异不显著;产活仔数为7头/胎的母猪泌乳力表现为AA基因型个体与AG、GG基因型个体间差异极显著,分别比AG、GG基因型高17.297、22.917 kg。由表3还可知,在宗地花猪母猪群中,总产仔数和产活仔数各基因型均表现为BB﹥BT﹥TT,BB基因型为优势基因型,总产仔数和产活仔数均最多,B为优势等位基因。方差分析结果表明,宗地花猪母猪总产仔数表现为BB基因型个体显著高于BT、TT基因型个体,分别多产 1.06、2.06头/胎,BT基因型个体显著高于TT基因型个体,多产1.00头/胎,BB基因型个体产活仔数显著高于BT、TT基因型个体,分别多产1.04、1.56头/胎;仔猪平均初生质量各基因型表现为TT﹥BB﹥BT,但各基因型间差异不显著;产活仔数为7头/胎的母猪泌乳力表现为BB基因型个体高于BT基因型个体,由于样本数有限,无法判断该位点TT基因型个体的平均泌乳力与BB、BT基因型之间的差异。
3讨论
本试验在宗地花猪母猪BMPR-IB基因第6外显子上发现2个SNP位点,分别是分别是G595C和C643T,2个位点均为错义突变,G595C导致编码的天冬氨酸(aspartic acid,简称Asp)变为组氨酸(histidine,简称His),C643T位点导致编码的精氨酸(arginine,简称Arg)变为色氨酸(tryptophan,简称Trp)。该基因G595C位点在宗地花猪群体中等位基因A、G的基因频率分别为52.27%、47.73%,多态信息含量为 0.374 5,属于中度多态(0.25
结果表明,在G595C位点上,宗地花猪母猪总产仔数、个体产活仔数均表现为AA基因型个体显著高于AG、GG基因型个体,产活仔数为7头/胎的母猪泌乳力表现为AA基因型个体与AG、GG基因型个体间差异极显著(P<0.01)。综合本试验繁殖性状指标,AA基因型母猪产仔数高,且哺乳能力强。在C643T位点上,宗地花猪母猪总产仔数表现为BB基因型个体显著高于BT、TT基因型个体,BT基因型个体总产仔数又显著高于TT基因型个体(P<0.05);BB基因型个体产活仔数显著高于BT、TT基因型个体。综合本试验繁殖性狀指标,BB基因型的母猪为高产母猪。 结果表明,BMPR-IB基因的G595C、C643T突变,均导致突变型经产母猪的产仔数下降,初步说明BMPR-IB基因的突变基因型可能会对经产母猪的产仔数有一定的抑制作用,这与宋一萍的研究结果[4]一致。Guan等研究表明,FecB基因对羔羊的初生质量没有显著影响[15];杨华等对杂交羊的研究结果[16]与Guan等的结果一致。目前,还未见BMPR-IB基因对仔猪初生质量的影响报道,本试验结果表明,BMPR-IB基因对仔猪初生质量没有显著影响。BMPR-IB基因对宗地花猪母猪泌乳力有显著影响(P<0.05),但目前还未见BMPR-IB基因与母猪泌乳力关系的相关性报道。
由于母猪的繁殖性状受到多方面因素的影响,在生产实践过程中,除了品种、品系,母猪的断奶时间、发情时间、配种时间、母猪的断奶膘情、营养水平和饲养管理都会影响母猪的繁殖性状[17-20]。本试验虽在相同的营养水平和饲养管理条件下进行,但母猪自身的膘情、发情期、配种期,以及配种公猪的不同等均影响着试验结果,这造成母猪繁殖性状数据的收集存在很大差异,使结果不够准确。下一步将继续扩大试验群体数据的采集,进一步提供宗地花猪母猪繁殖性能的有效标记。
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