杨 华，杨永林

（新疆农垦科学院畜牧兽医研究所，石河子 832000）

基于主成分分析法建立绵羊一般抗病力的评估模型

杨 华，杨永林

（新疆农垦科学院畜牧兽医研究所，石河子 832000）

综合评价不同品种绵羊免疫力或抗病力的差异，为开展绵羊抗病育种提供基础。以引进品种萨福克羊、培育品系多胎萨福克羊、地方品种哈萨克羊以及多胎萨福克羊与哈萨克羊杂交F1羔羊（萨哈F1）为实验对象，应用ELISA方法检测绵羊外周血IFN-α、IFN-γ、IgG、IL-1β、IL-2、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12免疫分子的质量浓度，并对10个免疫指标进行主成分分析。结果表明：选取累计贡献率达到86.228%时的5个特征值作为主成分，基本反映10个免疫指标包含的全部信息，通过建立的主成分评估模型，比较4个绵羊群体的主成分综合得分，萨哈F1得分最高，其次为哈萨克羊、多胎萨福克羊、萨福克羊。说明杂交羊的一般抗病力最强，本地绵羊的一般抗病力优于引进绵羊。

主成分分析；绵羊；一般抗病力；免疫指标

随着绵羊育种程度的提高，以及集约化饲养方式的转变，单纯追求高产导致绵羊抗病力随之降低，常引发一些疾病，尤其是传染性疾病，严重影响养羊业的健康、可持续发展。据统计，由疾病造成的经济损失占畜牧业产值的12%～15%［1］。因此，寻找一条安全可靠且经济可行的疾病控制途径已是当务之急。研究证实，动物自身免疫力或抗病力的高低是影响动物健康的主要因素，细胞因子在固有性免疫应答及适应性免疫应答过程中发挥着重要的功能。目前已鉴定的细胞因子近百种，功能十分复杂［2］，细胞因子的作用有多功能性和通用性，之间可相互协同或拮抗，细胞因子往往通过细胞因子网络和细胞网络发挥作用［3］。因此，针对多个免疫指标的抗病力研究中，往往由于变量个数太多，且彼此之间存在一定的相关性，使得所观测的数据在一定程度上有信息的重叠，在高维空间中研究样本的分布规律就更复杂。如何从众多的免疫指标中选择评价绵羊健康水平的最佳指标，已成为当前开展绵羊抗病育种的研究目标之一。

主成分分析法（principal component analysis，PCA）采取一种降维的方法，找出几个综合因子来代表原来众多的变量，使这些综合因子尽可能地反映原来变量的信息量，而且彼此之间互不相关，从而达到简化的目的。主成分分析法在山羊主要先天性免疫指标评估［4］、鸭的一般抗病力评估［5］、鸡的日龄评估［6］、绵羊群体形态及生态特征聚类分析［7］、绵羊群体建系［8］、绵羊体尺指标分析［9］、羊羔肉挥发性风味物质［10］等领域均有应用研究，均实现了多表型性状的降维，简化了分析过程。目前国内诸多学者关于绵羊抗病力的评估还仅局限于通过研究单个参数进行判断，因此从免疫性能多个测量指标中形成一套适用的综合评价指标体系仍是一个值得研究的课题。因此，本研究对杂交绵羊、本地绵羊、培育绵羊及引进绵羊的10个免疫指标进行测定，应用主成分分析法寻求影响绵羊一般抗病力的主成分，建立绵羊一般抗病力的评估模型，旨在为绵羊抗病育种和生产提供参考依据。

1　材料与方法

1.1实验材料

本研究的材料为新疆农垦科学院种羊场同一饲养条件下健康的185只10月龄羔羊，其中萨福克羊39只（12，27♀），多胎萨福克羊55只（），哈萨克羊63只（，35♀），多胎萨福克羊与哈萨克羊F1杂交羊28只（以下简称萨哈F1）。采集绵羊颈静脉血2 mL，于2 500 r/min离心15 min，取上清分装，血清置-20℃冰箱中保存备用，用于免疫指标测定。

1.2主要试剂和仪器

绵 羊 IgG、IFN-α、IFN-γ、IL-1β、IL-2、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12 ELISA检测试剂盒为上海蓝基生物科技有限公司产品。酶标仪（model 550）为美国Bio-Rad产品。

1.3方法

1.3.1血清免疫指标测定血清中10个免疫指标IgG、IFN-α、IFN-γ、IL-1β、IL-2、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12的测定，根据ELISA试剂盒说明书进行检测。

1.3.2统计方法绵羊品种间免疫指标测定数据应用IBMSPSSstatistics 19.0软件的FACTOR模块对上述免疫指标进行主成分分析，选取所研究性状的可解释85%以上变异的主成分，并对主成分数据采用层次聚类方法进行分析。

2　结果与分析

2.1免疫指标间的相关分析

对萨福克羊、多胎萨福克羊、哈萨克羊以及萨哈F1的10个免疫指标进行测定，并将整理后的各性状值无量纲处理（表1），相关矩阵见表2。从表2可见，IFN-α（X1）、IFN-γ（X2）、IgG（X3）、IL-2（X4）、IL-6（X5）、IL-12（X6）、IL-1β（X7）、IL-5（X8）、IL-8（X9）、IL-10（X10）10个变量均呈正相关。

表1　10个免疫指标的测定值和标准化数据pg/mL

表2　绵羊10个免疫指标变量的相关矩阵

2.2主成分分析

通过对10个免疫指标的主成分分析，得到各主成分的特征根及方差贡献率。由表3可知，前5个主成分对总方差的累积贡献率达到86.228%（＞85%），基本上反映了原所有免疫指标包含的全部信息，可以用于建立绵羊一般抗病力的综合评估模型。根据入选主成分的特征向量，可分别表示为公式F1～F5。F1=0.778 ZX1+0.822ZX2+ 0.863ZX3+0.730 ZX4+0.717 ZX5+0.775 ZX6+0.586 ZX7+0.366 ZX8+0.568 ZX9+0.511 ZX10；F2=-0.262 ZX1-0.213 ZX2-0.267 ZX3-0.379ZX4-0.316ZX5-0.256ZX6+0.687ZX7+0.466ZX8+ 0.666ZX9+0.703ZX10；F3=-0.027ZX1+0.086ZX2-0.093ZX3+ 0.059 ZX4-0.005 ZX5+0.002 ZX6-0.232 ZX7+0.799 ZX8-0.201 ZX9-0.103 ZX10；F4=-0.343 ZX1+0.197 ZX2-0.117 ZX3+0.032 ZX4+0.556ZX5-0.310ZX6+0.028ZX7-0.031ZX8+0.009ZX9+ 0.026 ZX10；F5=0.152 ZX1-0.278 ZX2-0.044 ZX3+0.430 ZX4+ 0.001 ZX5-0.290 ZX6-0.012 ZX7+0.031 ZX8+0.201 ZX9-0.118 ZX10。从公式F1可以看出，第一主成分主要结合了IFN-α、IFN-γ、IgG、IL-2、IL-6、IL-12的变异信息，免疫指标之间存在不同程度的正相关性，其中IgG权系数最大；从公式F2可以看出，第二主成分以IL-10权系数最大，而IL-2权系数为绝对值较大的负数，因此，第二主成分越大，则血清中IL-10含量越高，而IL-2含量相应降低。从公式F3可以看出，第三主成分以IL-5权系数最大，而IL-1β权系数为绝对值较大的负数，因此，第三主成分越大，则血清中IL-5含量越高，而IL-1β含量相应降低。从公式F4可以看出，第四主成分以IL-6权系数最大，而IFN-α权系数为绝对值较大的负数，因此，第四主成分越大，则血清中IL-6含量越高，而IFN-α含量相应降低。从公式F5可以看出，第五主成分以IL-2权系数最大，而IL-12权系数为绝对值较大的负数，因此，第五主成分越大，则血清中IL-2含量越高，而IL-12含量相应降低。

表3　相关矩阵的特征根和贡献率

2.3主成分综合评价

筛选出评价一般抗病力的5个主成分后，由主成分F1、F2、F3、F4和F5与各自的客观权重（方差贡献率）之积得出综合加权评分，公式为Fi=47.323 F1+21.215 F2+7.639 F3+5.785 F4+4.266 F5）/86.228。将F1～F5代入公式，简化以后得到综合评估公式Fi=0.345 ZX1+0.406 ZX2+0.390 ZX3+0.336ZX4+0.353ZX5+0.327ZX6+0.471ZX7+0.386ZX8+ 0.468 ZX9+0.440 ZX10。其中，ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5、ZX6、ZX7、ZX8、ZX9、ZX10分别为IFN-α、IFN-γ、IgG、IL-2、IL-6、IL-12、IL-1β、IL-5、IL-8、IL-10测定值的标准化数据。从公式Fi中，不难发现IFN-γ、IgG、IL-1β、IL-8和IL-10五个指标对绵羊的一般抗病性影响较大，其次是IFN-α、IL-2、IL-6、IL-12和IL-5，结果与预期一致，说明可以用该公式来评估绵羊的一般抗病性。

分别对萨福克羊、多胎萨福克羊、哈萨克羊以及萨哈F1的主成分综合（Fi）得分进行计算。从表4可以看出，绵羊一般抗病力的高低分别为萨哈F1＞哈萨克羊＞多胎萨福克羊＞萨福克羊，总体表现为新疆本地绵羊哈萨克羊和杂交羊具有较高的一般抗病力，杂交绵羊萨哈F1在一般抗病力上表现出杂种优势，哈萨克羊可以作为抗病育种的种质资源。通过主成分分析得到的绵羊一般抗病力与实际符合，进一步说明了利用主成分分析来评价绵羊一般抗病力的可行性。

表4　绵羊一般抗病力性状主成分综合得分

2.4聚类分析

将萨福克羊、多胎萨福克羊、哈萨克羊以及萨哈F1的10个免疫指标进行Q型聚类分析（图1）。层次聚类分析聚成3类，萨福克羊和多胎萨福克羊聚为一类，再与哈萨克羊聚为一类，萨哈F1聚为一类，说明组内萨福克羊和多胎萨福克羊的先天性免疫指标存在相似性，这与多胎萨福克羊的培育历程一致。

图1　系统聚类树图

3　讨论

主成分分析就是将原来指标重新组合成一组新的互相无关的几个综合指标来代替原来指标，同时根据实际需要从中选取几个较少的综合指标，尽可能多地反映原来指标的信息。其基本思想就是寻找一组新的变量代替原有变量，新变量是原变量的高度综合和最佳简化，近年来已成为多指标综合评价和权重系数确定的重要方法。应用主成分分析时，指标数越多，且各指标间相关程度越密切，即相应的主成分个数越少，该方法越优越［11］。

吴胜利等［12］应用主成分分析评估罗曼鹅体重和11个体尺性状，表明体重、胫围、胸深和颈围可作为公鹅发育的4个主成分，体重、颈围和背宽可作为母鹅发育的3个主成分，明确了罗曼鹅体型性状特征。吾布力等［13］对中国美利奴羊（新疆型）毛长度等14个性状进行了主成分分析和聚类分析，按不同品系简化为7～10个主成分因子，在主成分的基础上把14个性状划分为2个大类群。本实验选取10个免疫指标，指标间均呈正相关，选取了5个主成分来反映绵羊一般抗病力的综合水平，5个主成分对总方差的累积贡献率达86.228%。因此，用5个主成分就能解释全部10个免疫指标的全部信息。

研究表明，绵羊品种间存在免疫力或抗病性的差异，抗捻转血矛线虫感染时，热带和亚热带绵羊表现出明显的品种间差异；在加勒比海岸和美国南部，本地绵羊品种具有比引进品种高的抗病性；在亚洲，印度尼西亚瘦尾羊抗病性位于St Croix羊和美利奴羊之间，印度Garole羊与其他品种相比表现出较强的抗病性［14］。在非洲半湿润地区，与杜泊羊相比，Red Maasai羊品种具有低死亡率、较强的抗胃肠线虫和耐受能力［15］。在非洲半干旱区域Sabi羔羊也具有比杜泊羔羊较强的抗胃肠线虫能力［16］。新疆地方品种多浪羊和培育品种中国美利奴羊的MHCDRB1基因表现出不同基因型及抗包虫病特性［17］。马令法等［4］对4个山羊品种的IL-1、IL-2、IL-6、IL-18、IFN-γ、NK细胞和LYS七项主要先天性免疫学指标进行了主成分分析，莱芜黑山羊和崂山奶山羊（山东当地品种）的先天性免疫指标的主成分得分高于波尔奶山羊和鲁波山羊（引进品种），说明本地山羊品种的一般抗病力较高。徐琪等［5］对金定鸭（家鸭）、樱桃谷鸭（育成品种）、苏牧麻鸭（育成品种）、番鸭（驯化品种）和半番鸭（杂交种）的白蛋白、球蛋白、总蛋白、IgA、IgM、IgG和AI抗体HI效价7个免疫指标进行了主成分分析，金定鸭一般抗病力的综合水平最高，半番鸭一般抗病力的综合水平最低，说明本地品种鸭一般抗病力高于培育品种，而杂交半番鸭在一般抗病力上没有表现出杂种优势。本研究从绵羊10个免疫指标的主成分综合评估结果来看，萨哈F1最高，其次为哈萨克羊、多胎萨福克羊，萨福克羊表现较低，总体表现为杂交绵羊及新疆本地绵羊哈萨克羊具有较高的一般抗病力，杂交绵羊表现出了一般抗病力的杂种优势；新疆生态条件与萨福克羊的原产地英国及引种地澳大利亚相比，存在气候干燥、冷及昼夜温差大等因素，气候条件的免疫应激反应可能是造成引进绵羊一般抗病力低的原因之一。而培育品种多胎萨福克羊是用萨福克羊和湖羊经十多年的选育而成，其对新疆的生态环境适应性强于引进品种萨福克羊，聚类分析将萨福克羊和多胎萨福克羊聚为一类，这一结果与品系的选育历程一致；萨福克羊、多胎萨福克羊、哈萨克羊和萨哈F1的10个免疫指标主成分分析结果与作者等之前报道的一致［18］，进一步验证了建立的一般抗病力主成分综合评估模型的可靠性。研究结果也提示，今后在引进国外优秀绵羊品种时，考虑产肉性能和多胎性能的同时，一定要考虑到一般抗病力和适应性的影响，从而提高引种的利用率及羔羊存活率。实际工作中，随着抗病育种研究的深入，为了更加准确地评估绵羊群体的一般抗病力差异，需要进一步扩大绵羊品种数量及样本量，选择合理的主成分数量，达到减少选育成本，提高选择准确性的目的。

4　结论

绵羊一般抗病力是一个复杂的综合性状，影响因素多种多样，通过主成分分析对绵羊免疫指标进行研究，可以达到降维的目的，有利于明确其免疫指标特征，为通过免疫指标间接选择一般抗病力，开展绵羊抗病育种研究中确定应关注的主要性状提供参考依据。

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Assessment Model of General Disease Resistance With Principal Component Analysis in Sheeps

YangHua，YangYonglin
（Institute ofAnimal Husbandryand Veterinary，XinjiangAcademyofAgricultural and Reclamation Science，Shihezi，Xinjiang832000，China）

The purpose ofthis studywas toassess the differences in immunityor disease resistance between sheeps，and provide a foundation for disease resistance in breeding sheep.Some immune traits，such as IFN-α，IFN-γ，IgG，IL-1β，IL-2，IL-5，IL-6，IL-8，IL-10，IL-12 in sheep peripheral blood of multiparous Suffolk sheep，Kazakh sheep and multiparous Suffolk×Kazakh F1sheep，were tested byenzyme-linked immunosorbent assays（ELISA）.The principal component analysis was used in the analysis of immune traits of different sheeps.The result showed that 5 character values were selected as the principal component，which could explain 86.228%variance of total information amount，the 5 components contained nearly all the original information.The difference of the combined scores of the 5 components were compared by the assessment model，the general disease resistance of multiparous Suffolk×Kazakh F1sheep was the best，Kazakh sheep and multiparous Suffolk sheep were the second，Suffolk sheep was the worst.The general disease resistance ofcrossbred sheep was the best，the local sheep was better than the introduced sheep breeds in general disease resistance.

principal component analysis；sheep；general disease resistance；immune parameter

S826.2

A

2095-3887（2015）03-0001-05

10.3969/j.issn.2095-3887.2015.03.001

2015-04-24

国家自然科学基金项目（31360541）；兵团博士资金专项（2011BB015）；兵团农业科技攻关（2011BA006）

杨华（1977-），男，副研究员，博士。研究方向：动物遗传育种。