Bydło mleczne - selekcja genomowa
Szybka selekcja na podstawie genetyki w amerykańskiej hodowli stosowana na skalę komercyjną. Czy ma szanse w Polsce?
Przy wykorzystaniu tradycyjnych metod wartość hodowlana zwierzęcia jest określana na podstawie oceny użytkowości własnej, użytkowości przodków, rodzeństwa, półrodzeństwa oraz potomstwa. Najmniej wiarygodną jest ocena na podstawie przodków, najbardziej natomiast na podstawie potomstwa i półrodzeństwa. Jeśli więc hodowca chce mieć w swoim stadzie buhaja, którego córki charakteryzowałyby się dobrymi parametrami produkcyjnymi i zdrowotnymi, musi przeznaczyć na to dużo czasu i środków finansowych. W Polsce dla określenia wartości hodowlanej stosuje się od 1991 roku metodę BLUP (najlepsze, nieobciążone błędem przewidywanie liniowe). Na tej podstawie program INTERBULL gromadzi wyceny buhajów, uwzględniając wszystkie spokrewnienia między zwierzętami z różnych krajów.
Czy takiej oceny zwierzęcia można by dokonać, nie czekając aż narodzi się jego potomstwo?
Jest to możliwe przy wykorzystaniu osiągnięć genetyki. Dokładność szacowania wartości hodowlanej buhajów można zwiększyć przez włączenie do oceny nowych źródeł informacji, włączenie do programu przenoszenia zarodków i uwzględniania markerów genetycznych. Markery mogą być wykorzystywane w kontroli pochodzenia, selekcji i ocenie postępu hodowlanego w stadzie. Są one często związane z takimi cechami jak: grupy krwi, klasy białek mleka, wydajność rzeźna, a także geny odpowiedzialne za choroby.
Większość zwierząt genotypuje się do 4 miesiąca życia, ponieważ pozwala to na wczesne wskazanie osobników, które powinny być wybrakowane oraz wyselekcjonowanie zwierząt należących do „elity”. Test genomowy daje bardziej dokładne przewidywanie wartości hodowlanej młodych zwierząt, tym samym zmniejszając odstęp międzypokoleniowy i zwiększając wartość buhajów, których nasienie jest dostępne na rynku. Świadome brakowanie osobników w stadzie przekłada się na wzrost wartości hodowli, a więc większe zyski dla hodowcy.
Genomika pozwala także na znalezienie brakującego przodka.
Jeśli buhaj został zgenotypowany, wówczas mamy 100% pewności, kto jest ojcem, 97% - kto jest dziadkiem i 92% - kto jest pradziadkiem. Oczywiście, aby tego dokonać, potrzebna jest baza danych. W USA w 96% można wskazać, kto jest ojcem danego osobnika. W tym celu pobiera się próbkę włosa i przekazuje do badania.
Nowe narzędzia są pomocne w identyfikacji efektów pojedynczych genów. Oznacza to, że dzięki coraz większej bazie danych, pojawia się więcej krótszych łańcuchów DNA, co pozwala zawęzić poszukiwania i wskazać fragment łańcucha z cechą, która jest problematyczna. Po badaniu można sterować poszczególnymi sekcjami DNA poprzez krzyżowanie towarowe. Dzięki temu hodowca wie także, czy dane zwierzę trzeba brakować, czy - jeśli krowa oprócz jednej złej cechy jest bardzo dobra - można wyeliminować w następnych pokoleniach tę jedną niepożądaną cechę.
Po wykonaniu badania genomicznego należy wprowadzić program kojarzenia tak, aby unikać kojarzenia nosiciela niepożądanej cechy z innym nosicielem. Niestety, nie jesteśmy w stanie stwierdzić w 100%, czy dane zwierzę jest nosicielem niepożądanego genu. Na przykład - bardzo dobry buhaj posiada w swoim najlepszym chromosomie niepożądany gen HCD (niedobór cholesterolu), jeśli więc podmieni się ów chromosom, będzie można sterować tym jednym genem.
W Stanach Zjednoczonych testy genomiczne wykorzystuje się na potrzeby komercyjne, czyli każdy hodowca może sobie sprawdzić swoje stado.
- Na początku chcieliśmy badać cechy tylko dla elitarnych zwierząt, ale zastosowanie informacji jest coraz intensywniejsze. Dla buhajów przeznaczonych do inseminacji wynosi 90% populacji - tłumaczy dr Tom Lawlor z Holstein w USA. - Ta metoda jest coraz popularniejsza. Aby naprawdę móc z powodzeniem wprowadzić selekcję genomową, trzeba częściej korzystać z biotechnologii, a zwłaszcza przenoszenia zarodków. Niestety, wiąże się to z dużymi kosztami, dlatego na razie stosowane jest w dużych stadach - podkreśla specjalista.
Stany Zjednoczone posiadają największą bazę przebadanych zwierząt, które służą jako materiał porównawczy dla osobników, których geny chcemy poznać.
- Można śmiało powiedzieć, że informacja genomowa zrewolucjonizowała hodowlę bydła mlecznego i wciąż rośnie zainteresowanie genotypowaniem na świecie. W chwili obecnej zgenotypowanych jest ponad 1 milion zwierząt, z których 77% pochodzi z USA, 11% z Kanady, a 12% z innych krajów - mówi Ignacy Misztal z University of Georgia w USA.
W USA program selekcji genomowej został stworzony przy udziale finansowym trzech sektorów: rządu, przemysłu i uczelni wyższych.
- U nas firmy dostarczają pieniądze i dane do badań, wtedy my możemy zatrudniać studentów do ich analizy - tłumaczy Daniela Lourenco z University of Georgia.
Polski projekt genomowej oceny wartości hodowlanej został zainicjowany w 2008 roku.
Powstało wtedy konsorcjum Genomika Polska, które od 2012 roku jest członkiem europejskiego EuroGenomics, powiększając tym samym swoją populacje referencyjną (bazę danych). W 2014 roku natomiast miała miejsce pierwsza oficjalna wycena genomowa. Obecnie wyceny są prowadzone w oparciu o polską populację referencyjną, obejmującą 3.500 buhajów, a w połączeniu z EuroGenomics - 22 tysiące buhajów. W USA tak przebadanych osobników jest 850 tysięcy.
- Selekcja genomowa w Polsce znajduje się na początku wdrażania. Przyczyną są problemy prawno-organizacyjne. Trzeba zaznaczyć, że posiadamy duży potencjał przy optymalnym wykorzystaniu technologii, w tym włączeniu samic do populacji referencyjnej - podsumowuje dr Marcin Pszczoła z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
Charakterystyczne cechy, które można zaobserwować u zwierząt, powstają w wyniku działania dwóch grup czynników: genetycznych i środowiskowych.
- Niektóre cechy, jak na przykład umaszczenie, są w pełni warunkowane genetycznie. Inne - wyłącznie przez środowisko. Informacja genetyczna zapisana jest w tzw. kodzie DNA, który rodzice przekazują potomstwu w plemniku (samce) i komórce jajowej (samice). Połączenie tych informacji tworzy zarodek, osobnika dającego następne pokolenie. Fragmenty DNA uzyskane od ojca i matki mogą się różnić. Informacje zawarte w DNA określają geny, których u bydła jest ok. 22 tys. Jedną cechę często warunkuje wiele genów - pisze dr hab. Tomasz Strabel w swoim artykule „Selekcja genomowa - dlaczego warto ją stosować?” - Praca hodowlana sprowadza się więc do wyboru określonych kombinacji genów, ponieważ każde zwierzę może posiadać różne warianty genu, uzyskane odpowiednio od ojca i matki, i losowo przekazywać je potomstwu - tłumaczy.
U bydła rasy HF wykorzystuje się genomikę do określania wartości hodowlanej najlepszych osobników w młodym wieku.
Istotną sprawą jest także zarządzanie stadem, ponieważ hodowca może wcześniej brakować zwierzęta oraz wybrać osobniki o niższej wartości hodowlanej i pokryć je buhajami mięsnymi. Ocena genetyczna ustala lub potwierdza pochodzenie zwierzęcia, pomaga określić udział ras u mieszańców, śledzić grupę lub pojedyncze geny oraz ograniczać inbred (spokrewnienie). Mając więcej zgenotypowanych zwierząt, łatwiej jest zbadać także inne problemy genetyczne.
Cechy charakterystyczne dla danego osobnika są zapisane w swoistym łańcuchu DNA - we fragmentach zwanych chromosomami, ale nie w jednym kawałku. W chromosomach natomiast często dochodzi do rekombinacji. Dzięki selekcji genomowej możliwe jest śledzenie przekazywania owych segmentów chromosomów z wykorzystaniem markerów genetycznych (SNP).
Ustalenie przekazywania danej cechy polega na porównywaniu fragmentów DNA u tysięcy osobników i obserwowaniu różnic. Aby zbudować bazę danych, należy śledzić fragmenty DNA w czasie, czyli u każdego osobnika w danym pokoleniu i porównywać cechy fenotypowe (zewnętrzne) ze sobą. Obecnie można oszacować wartość każdego fragmentu genomu zwierzęcia dla wielu cech, np. wydajności tłuszczu i wskaźnika cielności krów. Wartości genomowe pozwalają określić, jak dane cechy będą przekazywane potomstwu.
- Staramy się ustalić, które kombinacje chromosomów dadzą nam pożądane efekty. W dobie selekcji genomowej możemy określić, czy dany osobnik otrzymał dobre czy złe allele (cechy umieszczone w danym chromosomie - przyp. red.) od swoich rodziców- mówi dr Tom Lawlor z Holstein w USA.
Czy powinniśmy genotypować samice?
- Samice mają mniejsze znaczenie, ponieważ dają mniej potomstwa. Jednakże ich genotypowanie zwiększa bazę danych, a tym samym dokładność wartości hodowlanych i zmniejsza błędy w ocenie - tłumaczy Daniela Lourenco.
Genotypowanie krów nie zwiększa dokładności oceny buhajów. Natomiast ich genotypowanie zwiększa dokładność oceny krów.
W jaki sposób działają metody genomowe?
- Jeżeli mamy BLUP, to źródłem informacji o zwierzęciu są głównie rodzice oraz potomstwo. Natomiast w selekcji genomowej mamy BLUP i dodatkowo geny oraz lepsze współczynniki pokrewieństwa (patrz wykres). Z rodziców na potomstwo przenoszonych jest 50% genów. Przy selekcji genomowej wiąże się razem wszystkie zwierzęta i całe rodziny zwierząt -mówi Ignacy Misztal.
Jakie zwierzęta należy genotypować?
- Na początku genotypuje się zwierzęta o wysokiej dokładności, czyli starsze, posiadające dużą ilość potomstwa. Będą one w stanie przekazać najwięcej informacji dla innych zwierząt. Ważne też, aby miały małe zmiany w wycenie własnej - odpowiada Ignacy Misztal.
Młode zwierzęta przeznaczone do selekcji, jeśli nie będą genotypowane, mogą nie przynieść korzyści lub tylko minimalną. Pełną informację otrzymamy dopiero po genotypowaniu.
- Najlepiej więc genotypować zwierzęta młode, a także te, które wniosą wiele informacji - z dużą liczbą spokrewnień - mówi Daniela Lourenco
Polska Federacja Hodowców Bydła i Producentów Mleka chce w 2016 roku przeprowadzić wycenę genomiczną 6000 sztuk jałówek.
(Tomasz Strabel, „Selekcja genomowa- dlaczego warto ją stosować?”)
