Recenzj. Dr hab. Wojciech Jagusiak, prof. UR Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Katedra Genetyki i Metod Doskonalenia

Transkrypt

1 Dr hab. Wojciech Jagusiak, prof. UR Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Katedra Genetyki i Metod Doskonalenia Zwierząt Recenzj a pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Rzewuskiej pt. "Zmienność zawartości mocznika w mleku krów rasy polskiej holsztyńsko-fryzyjskiej oraz jej związki z cechami użytkowymi" wykonanej pod kierunkiem doktora hab. Tomasza Strabla w Katedrze Genetyki i Podstaw Hodowli Zwierząt Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Mocznik stanowiący końcowy produkt metabolizmu azotu u krów jest ważnym składnikiem występującym w mleku. O ile jednak zawartość innych istotnych z użytkowego punktu widzenia składników mleka była przedmiotem licznych badań i zagadnienia związane z ich zmiennością genetyczną oraz środowiskową zostały już dość dokładnie rozpoznane, to mocznik znajdował się jak dotąd poza głównym nurtem zainteresowań naukowców koncentrujących się przede wszystkim wokół zawartości tłuszczu, białka, laktozy czy komórek somatycznych. Z zootechnicznego i ekonomicznego punktu widzenia rejestracja zawartości mocznika w mleku daje hodowcy informację o efektywności wykorzystania białka w paszy, jednak zawartość mocznika podlega także dużej zmienności związanej z wpływem różnorodnych efektów środowiska, w sposób naturalny zmienia się w trakcie trwania laktacji i jest też w pewnym stopniu warunkowana genetycznie. Nie uwzględnienie tych czynników w znacznym stopniu ogranicza przydatność informacji o zawartości mocznika do np. poprawnego bilansowania dawek żywieniowych. Badania nad wpływem środowiskowych i genetycznych czynników na koncentrację mocznika w mleku prowadzono w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie jednak ze względu na odmienne warunki środowiskowe i genetyczne różnice między tamtymi populacjami a polską populacją bydła holsztyńsko-fryzyjskiego opublikowane wyniki mają dla nas bardzo ograniczoną wartość aplikacyjną. W ramach rutynowej kontroli wartości użytkowej bydła mlecznego prowadzonej w naszym kraju przez Polską Federacją Hodowców Bydła i Producentów Mleka zawartość mocznika jest od wielu lat rejestrowana a baza zgromadzonych danych jest już na tyle duża, że umożliwia przeprowadzenie własnych badań nad koncentracją mocznika. Autorka przedstawionej do recenzji pracy postawiła sobie ambitne zadanie polegające na przeprowadzeniu kompleksowej genetycznej i środowiskowej analizy zawartości moczni- 1

2 ka w mleku. W ramach hipotezy badawczej założyła istnienie środowiskowych i genetycznych czynników leżących u podstaw zmienności zawartości mocznika w mleku krów rasy polskiej holsztyńsko-fryzyjskiej oraz istnienie powiązań genetycznych między analizowaną cechą a wybranymi cechami użytkowymi. W celu uzyskania odpowiedzi na postawione hipotezy przeprowadziła szereg analiz na dużych zbiorach danych z wykorzystaniem skomplikowanych metod obliczeniowych polegających na oszacowaniu wpływów środowiskowych na zawartość mocznika w mleku, wyznaczeniu laktacyjnych krzywych ilustrujących zmienność tej cechy, oszacowaniu odziedziczalności i korelacji genetycznych z innymi cechami użytkowymi. Zakres przeprowadzonych badań jest niezmiernie szeroki, a tematyka podjętych badań bardzo aktualna i potrzebna. Walorem pracy jest wykorzystanie danych, które w Polsce nie były jak dotąd objęte badaniami. Uważam, że wybór tematu pracy doktorskiej jest uzasadniony tak względami poznawczymi jak i praktycznymi. Zbiór danych wykorzystany przez autorkę pracy obejmował wyniki ok. 34 mln próbnych udojów krów polskich holsztyńsko-fryzyjskich zarejestrowanych w latach od 2001 do 2009 i obejmujące informację o zawartości mocznika w mleku. Tak olbrzymią ilość danych trudno byłoby poddać bezpośredniej analizie, dlatego w praktyce zawsze zbiór wyjściowy poddaje się tzw. edycji polegającej na usunięciu rekordów z niepełną lub wątpliwą informacją. Ponadto, w celu usunięcia tzw. szumu informacyjnego, pozostawia się w zbiorze tylko krowy z odpowiednio dużą liczbą próbnych udojów, pochodzące z odpowiednio licznych podklas stado-dzień próby i odpowiednio licznych grup półrodzeństwa. Dzięki takim restrykcjom, informacje o każdej pozostawionej w zbiorze krowie mogą być odniesione do tła środowiskowego (rówieśnice) i genetycznego (siostry). Po edycji zbiór danych obejmował ok. 14 mln próbnych udojów od ok. 1 mln krów. Dane analizowano na podstawie skomplikowanych modeli liniowych obserwacji uwzględniających stałe i losowe regresje. Operacje na danych i prostsze obliczenia wykonano za pomocą pakietu statystycznego SAS i własnych programów napisanych w języku PERL, natomiast do oszacowania komponentów wariancji wykorzystano programy wchodzące w skład pakietu BLUPf90 profesora Ignacego Misztala. Przedstawiona praca oparta jest na jednolitym tematycznie cyklu artykułów napisanych w języku angielskim. Pierwszy z nich, zatytułowany.effects of some non-genetic factors on concentration of urea in milk in Polish Holstein-Friesian cows" ukazał się Journal of Animai and Feed Sciences w roku 2013, drugi: "Genetic parameters for milk urea concentration and milk traits in Polish Holstein-Friesian cows" opublikowano w Journal of Applied Genetics również w 2013 roku, a trzeci "The genetic relationship between reproduction traits and milk urea concentration" przyjęto do druku w Animai Science Papers and Reports (do 2

3 pracy załączono stosowne oświadczenie Redaktora Naczelnego pisma Animal Science Papers and Reports ). Wszystkie wymienione czasopisma znajdują sie obecnie na liście "A" Mini-. sterstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, a łączny impact factor za 2013 rok wynosi 3,307. Pani mgr Katarzyna jest pierwszą autorką wszystkich trzech prac. Przedstawiona przez mgr Katarzynę Rzewuską praca spełnia wszystkie wymogi określone w Ustawie o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki z dnia 14 marca 2003 r. Rozdział 2, Art. 13, Ust 2 (z późniejszymi zmianami).trochę dziwi fakt, że prace nie zostały opublikowane w postaci zwartego cyklu w jednym czasopiśmie; prawdopodobnie ze względu na pośpiech wszystkie artykuły wysłano mniej więcej jednocześnie do różnych redakcji. Wydruki wszystkich wymienionych prac uzupełniono zbiorczym omówieniem wyników badań poprzedzonym jednostronicowymi streszczeniami pracy w języku polskim i angielskim i krótkimi jednostronicowymi streszczeniami artykułów. Autorka podzieliła tę część swojej pracy, liczącą 29 stron, na następujące rozdziały: Wstęp, Hipoteza badawcza i Cel pracy, Materiał badawczy, Metody badawcze, Wyniki, Dyskusja, Wnioski i Literatura. Z kolei niektóre rozdziały dzielą się na podrozdziały. Zastosowany podział na rozdziały i podrozdziały jest logiczny i klarowny, co znacznie ułatwia śledzenie wywodów i w sposób wygodny dla czytelnika porządkuje zawarte w pracy treści. Pięć schematów, osiem wykresów, mapka i trzy tabele dodatkowo pomagają zorientować się w zawiłościach tematu. Rozdział Wstęp zawiera zwięzłe informacje uzasadniające podjęte badania. Autorka scharakteryzowała przyczyny powstawania mocznika w organizmie krowy i możliwości wykorzystania danych o jego koncentracji w systemie zarządzania stadem i programie doskonalenia genetycznego. W kolejnych akapitach dokonała krótkiego przeglądu czynników środowiskowych mogących potencjalnie wpływać na poziom mocznika w różnych fazach laktacji i jasno wytłumaczyła dlaczego do analizy tej cechy wybrała model oparty na danych pochodzących bezpośrednio z próbnych udojów. W ostatniej części wstępu uzasadniła wybór cech płodności jako tej grupy cech funkcjonalnych, które mogą mieć genetyczny lub środowiskowy związek z zawartością mocznika w mleku. W rozdziale Cel pracy Autorka sformułowała hipotezę badawczą oraz jasno wypunktowała w jaki sposób zamierza zweryfikować postawioną hipotezę. W rozdziale Materiał badawczy na stronie 15. w opisie materiału pojawiła się trochę niejasna informacja: "do badań dostępnych było 56,7 mln wyników próbnych udojów... ", i dalej w tym samym, zdaniu: "... a także 34,2 mln wyników próbnych udojów z pomiarami 3

4 zawartości mocznika". Czy ta druga grupa próbnych udojów, to jest jakaś inna grupa, która nie zawiera się w pierwszej? Nieco niżej napisano "... usunięto... obserwacje ekstremalne", bez zaznaczenia, jakie były kryteria sklasyfikowania obserwacji jako ekstremalne. Ze względu na wyraźnie skośny rozkład zawartości mocznika w mleku, taka informacja może mieć znaczenie. W ostatnim zdaniu akapitu napisano: "Wymagana była znajomość daty urodzenia krowy z obserwacjami... ". Dopiero po chwili zastanowienia domyśliłem się, że prawdopodobnie krowy z brakującymi danymi w zakresie którejkolwiek cechy zostały usunięte ze zbioru, ale do końca nie jestem tego pewny. Na stronie 16. Autorka wymieniła cechy płodności uwzględnione w obliczeniach. Pełne definicje cech podano w artykule, mam jednak wątpliwość dotyczącą cechy "wskaźnik niepowtarzalności rui". W praktyce wskaźnik ten wyliczany jest na podstawie dat unasienień, a w związku z tym w oficjalnej terminologii używa się nazwy wskaźnik niepowtarzalności unasienień. Taka właśnie cecha uwzględniona jest w krajowym systemie oceny wartości hodowlanej. Jeśli Autorka dysponowałaby datami rui krów, mogłaby wyliczyć wskaźniki niepowtarzalności rui, ale o ile wiem daty te nie są rejestrowane w systemie kontroli użytkowości PFHBiPM. Także wskaźnik "liczby inseminacji na skutecznie zacielenie", to nieładny skrót myślowy. Lepiej byłoby napisać liczba inseminacji przypadających na skuteczne zacielenie. Na stronie 17 Autorka napisała: "Do oszacowania korelacji... użyto dane... "; Lepiej byłoby napisać wykorzystano (kogo co?) dane albo użyto (kogo czego?) danych. Rozdział Metody badawcze jest bardzo skrócony, ale zainteresowany czytelnik znajdzie bardzo szczegółowy opis zastosowanych metod w odpowiednich rozdziałach załączonych artykułów. W pierwszym etapie obliczeń zastosowano trzy modele liniowe obserwacji w celu oszacowania wpływów efektów miesiąca-temperatury, poziomu wydajności stada i ich interakcji na koncentrację mocznika w kolejnych dniach laktacji. Najpierw wartości komponentów wariancji dla efektów losowych oszacowano za pomocą metody REML, a później wartości poszczególnych efektów otrzymano poprzez rozwiązanie układu równań mieszanych BLUP. W drugim etapie obliczeń oszacowano komponenty wariancji dla efektów genetycznych i trwałych efektów środowiska, a następnie, na ich podstawie obliczono dzienne odziedziczalności dla zawartości mocznika w trzech pierwszych laktacjach. W tym przypadku do oszacowania wartości komponentów wariancji zastosowano metodę Bayesowską via algorytm próbkowania Gibbsa. Metoda Bayesowska została wykorzystana również w trzecim etapie pracy polegającym na oszacowaniu kowariancji miedzy dzienną zawartością mocznika a sześcioma cechami płodności. Wykonano sześć oszacowań opartych na modelach składających się z dwóch zmiennych. Każdy model składał się z zawartości mocznika i jednej cechy 4

5 płodności. Ze względu na różne natury obu cech, wartości obserwacji modelowano wykorzystując różne efekty. Wszystkie zastosowane metody matematyczne i statystyczne przedstawiono i opisano w sposób jasny i nie pozostawiający żadnych wątpliwości. Autorka rozprawy bardzo dobrze poradziła sobie z opisaniem olbrzymiej ilości otrzymanych wyników w sposób zwięzły i klarowny. Tabele i wykresy zamieszczone w artykułach są poprawnie skonstruowane, informatywne i łatwe w interpretacji nawet dla czytelnika niezbyt dobrze wprowadzonego w temat. Miłym zaskoczeniem dla mnie było też czytanie polskiego streszczenia opisu wyników w rozdziale Wyniki. Spośród tabel i wykresów zamieszczonych w artykułach Autorka wybrała te najistotniejsze z punktu widzenia weryfikowanej hipotezy badawczej i opisała je w sposób bardzo precyzyjny, ale zarazem jasny i prosty. W rozdziale Dyskusja Autorka wyczerpująco porównała wyniki badań własnych z wynikami prac innych badaczy, posiłkując się trafnie dobranym, licznym i aktualnym piśmiennictwem. Jest w niej też wiele własnych przemyśleń i komentarzy które niewątpliwie świadczą o dojrzałości i wnikliwości badawczej Pani mgr Rzewuskiej. Chciałbym jednak wytknąć nie do końca właściwe, zamienne, posługiwanie się terminami korelacja i współczynnik korelacji. Korelacja to zjawisko polegające na współzależności między zmiennymi i jako taka może być silna lub słaba, natomiast współczynnik korelacji posiadający wartość liczbową i znak jest jej miarą. Porównując więc wartości liczbowe zawsze porównujemy współczynniki korelacji, a nie korelacje jako takie. Mylące też może być stosowanie określeń korelacja pozytywna lub negatywna. Dla polskiego czytelnika przymiotniki" pozytywny" i "dodatni" mają jednak trochę inne znaczenie; w taki samym stopniu dotyczy to pary przymiotników "negatywny" i "ujemny". Przeglądając pracę po raz pierwszy zwraca się uwagę przede wszystkim na cel, metodykę i wnioski. Każdy wniosek powinien być sformułowany zwięźle, jednoznacznie, precyzyjnie i czytelnie. Wnioski powinny dobrze korespondować z celem pracy i potwierdzać lub nie założoną hipotezę badawczą. W przypadku recenzowanej pracy sformułowano cztery punkty podsumowujące pracę z tym, że ostatni wniosek jest w zasadzie odpowiedzią na problem sformułowany w pierwszej części hipotezy badawczej, natomiast pierwsze trzy wnioski dotyczą jej drugiej części. Wszystkie wnioski sąjasne i wynikają bezpośrednio z przeprowadzonych badań i treści recenzowanej pracy. Co ważne, jedynie pierwszy wniosek ma charakter formalnego stwierdzenia, a pozostałe sformułowano tak, aby miały konkretne odniesienie do praktyki hodowlanej. Brakuje trochę jednoznacznej opinii autorki na temat celowości uwzględnienia zawartości mocznika w krajowym systemie oceny wartości hodowlanej bydła mlecznego. Jedyna wątpliwość w trakcie czytania rozdziału poświęconego wnioskom pojawia 5

6 się przy punkcie trzecim. Dla czytelnika, który niezbyt uważnie zapoznał się z opisem wyników i dyskusją wzmianka o "ograniczonym potencjale aplikacyjnym" selekcji pośredniej może być nieco enigmatyczna. Niezbyt poprawnie brzmi wyrażenie "selekcja pośrednia cech płodności". Selekcjonujemy czyli wybieramy zwierzęta, a bezpośrednie lub pośrednie doskonalenie np. cech płodności jest celem tej selekcji. Zdając sobie sprawę z tego, że powyższe zarzuty mają charakter bardziej redakcyjny lub stylistyczny niż merytoryczny, stwierdzam że recenzowana praca stanowi efekt dojrzałej koncepcji Autorki i konsekwentnej realizacji tej koncepcji. Uważam, że Panią mgr Katarzynę Rzewuską cechuje wielka pasja badawcza, a przedstawiona do recenzji praca spełnia wszystkie warunki stawiane dysertacji doktorskiej i dlatego stawiam wniosek o dopuszczenie Pani mgr Katarzyny Rzewuskiej do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Jednocześnie podkreślam, że szeroko zakrojona koncepcja badań opartych na dużych zbiorach, zastosowanie najnowocześniejszych metod matematycznych i statystycznych oraz unikalny, nie podejmowany jeszcze w naszym kraju temat przeprowadzonych badań składają się na nadzwyczajną wartość merytoryczną pracy. Z tego względu wnioskuję o wyróżnienie pracy doktorskiej Pani Katarzyny Rzewuskiej. 6