era genomowa w hodowli bydła mlecznego Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy

Transkrypt

1 era genomowa w hodowli bydła mlecznego Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy 1

2 2

3 Szanowni Państwo! W Instytucie Zootechniki PIB od ponad 40 lat prowadzona jest ocena wartości hodowlanej. W tym czasie wielokrotnie zmieniały się metody oceny. Wspólnym mianownikiem kolejnych metod było oparcie ocen na fenotypowych wartościach córek. W ostatnim dziesięcioleciu nastąpiła jednak rewolucyjna zmiana w hodowli bydła związana z nową technologią zwaną selekcją genomową. Sekwencjonowanie DNA doprowadziło do odkrycia polimorfizmu SNP, a w konsekwencji do szacowania genomowych wartości hodowlanych. Dzięki temu stało się możliwe szacowanie wartości hodowlanej bardzo młodych zwierząt, skrócenie odstępu czasu między pokoleniami i zwiększenie ostrości selekcji. Wymienione czynniki wpływają na bardzo znaczne przyspieszenie postępu genetycznego w krajowej populacji bydła. Instytut Zootechniki PIB posiada nowocześnie wyposażone laboratorium, w którym na szeroką skalę prowadzi się genotypowanie bydła. Wyniki analiz laboratoryjnych służą do obliczania genomowych wartości, które wraz z oszacowaniami tradycyjnymi są przekazywane praktyce hodowlanej. Zainteresowanych tymi problemami zapraszam do odwiedzenia witryny Jestem przekonany, że prezentowane tutaj osiągnięcia nauki przyczynią się do znacznego przyspieszenia postępu genetycznego w hodowli bydła mlecznego. zapraszamy Dyrektor Instytutu Zootechniki PIB prof. dr hab. Eugeniusz Herbut 3

4 Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy w Balicach zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi został upoważniony m.in. do prowadzenia oceny wartości hodowlanej mlecznych ras bydła. Konwencjonalna ocena wartości hodowlanej bydła mlecznego Konwencjonalne wartości hodowlane są szacowane trzy razy w roku (w kwietniu, sierpniu i grudniu) i publikowane na stronie Terminy szacowania wartości hodowlanej są zsynchronizowane z datami międzynarodowej oceny prowadzonej przez Interbull. Konwencjonalne metody szacowania wartości hodowlanych są oparte na wartościach fenotypowych potomstwa i wszystkich znanych krewnych. Metody oceny dla poszczególnych cech można znaleźć na stronie Wartości hodowlane młodych wybieranych do testowania na potomstwie są szacowane na podstawie średniej wartości hodowlanej ich rodziców. Dokładność takich oszacowań wynosi zazwyczaj od 30 do 40%. Pierwsza konwencjonalna wartość hodowlana buhaja testowanego na potomstwie, charakteryzująca się dokładnością ok %, jest dostępna po 4-5 latach, co znacznie wydłuża odstęp międzypokoleniowy, a tym samym zmniejsza możliwy do osiągnięcia postęp hodowlany. Długie oczekiwanie na wyniki oceny testowej przedłuża odstęp międzypokoleniowy i zwiększa koszty działalności spółek inseminacyjnych. Genomowa ocena wartości hodowlanej W sierpniu 2014 roku Interbull planuje przeprowadzenie i opublikowanie pierwszej oficjalnej oceny genomowej wartości hodowlanej. Krajowe i międzynarodowe oceny genomowe będą w przyszłości publikowane trzy razy w roku, razem z ocenami konwencjonalnymi. Genomowa ocena wartości hodowlanej jest oparta na odkryciu polimorfizmu pojedynczych nukleotydów (SNP). Gęste mikromacierze SNP pokrywają cały genom pozwalając na określenie zmienności genetycznej poszczególnych cech. Obecnie nowe technologie automatycznego genotypowania stały się łatwo dostępne, umożliwiając wdrożenie tzw. selekcji genomowej opartej na genomowych wartościach hodowlanych. W hodowli bydła mlecznego selekcja genomowa umożliwia identyfikację genetycznie najlepszych zwierząt w bardzo młodym wieku, z większą dokładnością niż ocena oparta na średniej wartości genetycznej rodziców. Genomowa ocena może obejmować dużą liczbę młodych zwierząt, co pozwala na zastosowanie ostrzejszej selekcji. Zwiększenie dokładności oszacowań wartości hodowlanych i zastosowanie ostrzejszej selekcji, połączone ze skróconym odstępem między pokoleniami, pozwala na prawie dwukrotne zwiększenie postępu hodowlanego. 4

5 Konwencjonalna ocena wartości hodowlanej bydła mlecznego spokrewnienie osobników produkcja liczba komórek somatycznych pokrój płodność długowieczność EBV EBV EBV EBV EBV Więcej o metodach oceny dla poszczególnych grup cech na Krajowy program hodowlany oparty na konwencjonalnej ocenie zwierząt na podstawie ich krewnych obejmuje w chwili obecnej wiele kroków. Realizuje się go przez wiele lat począwszy od wyboru krów na matki oraz ojców na, opracowywania planu kojarzeń inseminacji i kontroli użytkowości córek do publikacji pierwszej oszacowanej wartości hodowlanej. Pełen schemat zaprezentowano poniżej. Krajowy program hodowlany oparty na konwencjonalnej ocenie wartości hodowlanej bydła mlecznego Rok - 1 Rok 0 Rok 1 Rok 2 Rok 3 Rok 4 Rok 5 Wybór krów na matki oraz ojców i opracowanie planu kojarzeń Setki młodych buhajków Zakup młodych przez spółki inseminacyjne. Wybór najlepiej rokujących i dystrybucja ściśle określonych porcji nasienia. Dystrybucja nasienia wśród hodowców biorących udział w realizacji programu oceny i selekcji INDEKS PF Narodziny córek. Kojarzenie córek testowych. Ocielenia córek testowych - rozpoczyna się zbieranie danych dotyczących laktacji oraz oceny ich pokroju. Pierwsze informacje o laktacji. Publikacja pierwszej oszacowanej wartości hodowlanej. Buhaje wycenione. konwencjonalna ocena wartości hodowlanej 5

6 Podstawowe pojęcia stosowane w genomice Genom jest to całość dziedzicznego materiału genetycznego występującego w każdej żywej komórce. Gen jest podstawową jednostką dziedziczenia zlokalizowaną w genomie, decydującą o przekazywaniu cech potomstwu. SNP (z ang. Single Nucleotide Polymorphism) jest to polimorfizm pojedynczego nukleotydu czyli zjawisko zmienności pojedynczych struktur w genomie. Dzięki swojej specyfice SNP są idealnymi znacznikami genów w genomie, a dzięki ich zmienności można poznać różnice osobnicze pomiędzy zwierzętami. Mikromacierz SNP jest to zbiór sond odpowiadających polimorfizmom pojedynczego nukleotydu. Dzięki zastosowanym technikom biologii molekularnej możliwa jest analiza setek tysięcy, a nawet milionów SNP w pojedynczym eksperymencie. Populacja referencyjna są to buhaje mające genotypy i przynajmniej 10 ocenionych córek. komórka chromosom 6 SNP gen genom

7 Genomowa ocena wartości hodowlanej bydła mlecznego SNP SNP SNP SNP SNP genom produkcja liczba komórek somatycznych pokrój płodność długowieczność Krajowy program hodowlany system oceny zwierząt w selekcji genomowej Rok - 1 Rok 0 Rok 1 Rok 2 Rok 3 Rok 4 Rok 5 Wybór krów na matki oraz ojców i opracowanie planu kojarzeń na podstawie ich oceny genomowej Tysiące młodych buhajków Badanie przesiewowe na tysiącach młodych na podstawie genomu Publikacja genomowej wartości hodowlanej młodych DGV DGV DGV DGV DGV Więcej o metodach oceny dla poszczególnych grup cech na System oceny zwierząt dzięki wykorzystaniu selekcji genomowej może w znaczący sposób skrócić czas oczekiwania na publikację wartości hodowlanej (schemat przedstawiony poniżej). Większy postęp genetyczny uzyskany dzięki wykorzystaniu młodych, ocenianych genomowo daje hodowcom w stadach bydła mlecznego możliwość szybszej realizacji stawianych sobie celów hodowlanych co zaprezentowano na schemacie poniżej. Większy postęp genetyczny w hodowli bydła mlecznego genomowa ocena wartości hodowlanej 7

8 Podstawowe pojęcia stosowane w ocenie wartości hodowlanej EBV (z ang. Estimated Breeding Value) jest to konwencjonalna wartość hodowlana zwierząt (WH), wolna od informacji genomowych, oszacowana na podstawie wydajności zwierząt i ich potomstwa oraz na podstawie struktury spokrewnienia pomiędzy osobnikami. DGV (z ang. Direct Genomic Value) jest to bezpośrednia genomowa wartość hodowlana zwierząt oszacowana tylko na podstawie informacji zawartej w genomie zwierząt. Inaczej mówiąc jest to suma wszystkich efektów genów związanych z konkretną cechą produkcyjną. EBV DGV GeBV GENOMOWY INDEKS GPF GEBV (z ang. Genomically Enhanced Estimated Breeding Value) jest to genomowa wartość hodowlana zwierząt powstała w wyniku połączenia konwencjonalnej wartości hodowlanej zwierząt (EBV) oraz bezpośredniej genomowej wartości hodowlanej zwierząt (DGV). 8

9 Mikromacierz Mikromacierz Illumina BovineSNP50 v2 BeadChip zawiera ponad 50 tysięcy SNP, przeznaczona głównie do genotypowania materiału męskiego, służy do określania genomowej wartości hodowlanej zwierząt. Mikromacierz Illumina EuroG10k BeadChip zawiera ponad 10 tysięcy SNP, przeznaczona głównie do genotypowania materiału żeńskiego, zawiera testy do wykrywania defektów genetycznych, między innymi: BLAD, Brachyspina, CVM, DUMPS. Którą mikromacierz wybrać? W celu wykorzystania mikromacierzy Illumina EuroG10k BeadChip do określenia genomowej wartości hodowlanej zwierząt musi zostać wykonany proces imputacji czyli uzupełnienia brakujących genotypów do ponad 50 tysięcy SNP. 9

10 Konsorcjum Genomika Polska Na mocy umowy założycielskiej Konsorcjum MASinBULL z dnia 11 czerwca 2008 roku cztery organizacje: Stacja Hodowli i Unasieniania Zwierząt Sp. z o.o. z siedzibą w Bydgoszczy, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie oraz Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy w Balicach rozpoczęły wspólną realizację projektu badawczego pt. System szacowania genotypowej wartości hodowlanej rasy holsztyńsko-fryzyjskiej oparty na wykorzystaniu Polskiego Banku DNA Buhajów oraz mikromacierzy jednonukleotydowych polimorfizmów. Jednym z celów projektu badawczego było wprowadzenie selekcji genomowej do rutynowej hodowli bydła mlecznego w Polsce. Od 2008 roku Konsorcjum MASinBULL przeszło restrukturyzację przyjmując w swoje szeregi nowych członków. Jednym z elementów restrukturyzacji była zmiana nazwy na Konsorcjum Genomika Polska. Obecny skład Konsorcjum Genomika Polska: Stacja Hodowli i Unasieniania Zwierząt Sp. z o.o. z siedzibą w Bydgoszczy, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy w Balicach, Małopolskie Centrum Biotechniki Sp. z o.o. z siedzibą w Krasnem, Polska Federacja Hodowców Bydła i Producentów Mleka w Warszawie, Wielkopolskie Centrum Hodowli i Rozrodu Zwierząt w Poznaniu z siedzibą w Tulcach Sp. z o.o., Mazowieckie Centrum Hodowli i Rozrodu Zwierząt Sp. z o.o. w Łowiczu. 26 października 2012 roku Konsorcjum Genomika Polska zostało przyjęte do struktur europejskiej organizacji zrzeszającej instytucje zainteresowane selekcją genomową. 10

11 Kalendarium publikacji konwencjonalnych i genomowych wartości hodowlanych bydła mlecznego w 2014 roku data wydarzenie czerwiec 2014 zakończenie przyjmowania próbek do genomowej oceny sierpniowej 2014 (tylko w ramach Konsorcjum Genomika Polska) lipiec 2014 rozpoczęcie przyjmowania próbek do genomowej oceny grudniowej 2014 (tylko w ramach Konsorcjum Genomika Polska) sierpień 2014 publikacja ocen EBV, DGV, GEBV publikacje oceny październik 2014 listopad 2014 zakończenie przyjmowania próbek do genomowej oceny grudniowej 2014 (tylko w ramach Konsorcjum Genomika Polska) rozpoczęcie przyjmowania próbek do genomowej oceny kwietniowej 2015 (tylko w ramach Konsorcjum Genomika Polska) grudzień 2014 publikacja ocen EBV, DGV, GEBV Terminy podane przez Instytut Zootechniki PIB mają charakter orientacyjny. Instytut Zootechniki PIB zastrzega sobie prawo do zmiany terminów podanych w tabeli. Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy ul. Krakowska 1, Balice k. Krakowa tel.: , , faks

12 Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy Samodzielna Pracowania Genomiki Aplikacje dla bydła mlecznego: l izolacja DNA z krwi, nasienia, tkanek (wytłoki uszne), l genotypowanie materiału żeńskiego i męskiego, l genotypowanie z użyciem mikromacierzy Illumina, l sekwencjonowanie genomów zwierząt. Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy Samodzielna Pracownia Genomiki, ul. Krakowska 1, Balice 12