nav-left cat-right
cat-right

Dometi genomske selekcije

Savremeno oplemenjivanje goveda

Kao što je poznato, najnovija metoda selekcije u govedarstvu – genomska selekcija podrazumeva korišćenje genetičkih informacija koje se mogu dobiti direktnom analizom genoma (DNK) životinje za raniji i bolji opis njene priplodne vrednosti. To je omogućeno dešifrovanjem genoma govečeta 2004. godine i razvijanjem postupaka njegove analize uz pomoć kojih se brzo i ekonomski povoljno može ispitati mnogo hiljada lokusa gena istovremeno, kao i utvrđivanjem velikog broja genetskih markera.

Kada je reč o genomskoj selekciji, pojam „genomska priplodna vrednost“ obuhvata dve različite definicije. Jedna je direktna genomska (priplodna) vrednost (dGV), koja se izračunava samo na bazi tipizacije i bez ogleda na poreklo jedne životinje. Druga je genomska priplodna vrednost (gPV), koja je kombinacija genomske vrednosti i podataka iz pedigrea o sopstvenoj proizvodnji ili proizvodnji potomaka, tj. kombinovana od direktne genomske vrednosti (dGV) i konvencionalne priplodne vrednosti (ona se takođe označava i kao genomska pomoćna priplodna vrednost). Jedino se ona objavljuje kao zvanična priplodna vrednost.
Konvencionalna priplodna vrednost (PV) bazirana je na informacijama iz pedigrea, o sop-
stvenoj proizvodnji grla i/ili proizvodnji potomaka.
Polimorfizam pojedinačnih nukleotida (Single Nucleotid Polymorphism – SNP, izgovara se snips) označava genomske markere, koji leže vrlo blizu gena ili direktno u njima. 5NP su jednostavno markeri koji su pogodni za genotipizaciju. Oni omogućuju veoma rano determinisanje osobina koje na primer tele nasleđuje od svojih roditelja. Na osnovu ovih informacija mogu se predvideti karakteristike nekog grla u njegovom ranom uzrastu, odmah po rođenju. Odgovarajućom statističkom analizom za sve SNP, ocenjuje se njihov odnos, odnosno njihov udeo u pripolodnoj vrednosti. Genomska priplodna vrednost (gPV) jedne životinje je jednostavno izračunata suma svih SNP efekata (SNP efekat = udeo pojedinih genetskih markera u priplodnoj vrednosti).

Genotipizacija

Svaki marker sadrži kopije četiri moguća građevinska bloka DNK, nukleozida, koje čine četiri azotne baze – adenin (A), guanin (G), citozin (C) i timin (T), vezane za dezoksiribozu. Ovi nukleozidi međusobno povezani preko fosforne kiseline obrazuju lanac DNK. Na osnovu građevinskih blokova istraživači mogu da odrede koji je gen tele nasledilo od roditelja. Tako ako treba da se to uradi na primer za muško tele koje potiče iz ciljnog parenja a odabrano je na osnovu informacija iz njegovog porekla, odmah po njegovom rođenju ekstrahuje se DNK iz uzorka njegove krvi ili tkiva, vrši genotipizacija, na osnovu čega se dobijaju podaci za ocenu njegove priplodne vrednosti. SNO tipizacija postavlja relativno visoke zahteve u pogledu kvaliteta DNK. Naime, za genomsku tipizaciju mogu se koristiti uzorci krvi, semena, korena dlake i tkiva, ali se krvne probe smatraju pravim izborom. Uz pomoć jednog SNP čipa mogu da se odrede hiljade SNP jedne životinje istovremeno.

Šematski prikaz principa genotipizacije pomoću SNP čipa.

Firma Illumina iz San Dijega (SAD), prva je razvila i krajem 2007. ponudila čip za identifi kaciju mesta gena u kome se nalazi 54.001 ravnomerno razvrstan SNP genoma govečeta. Genotipizacijom se porede čip i DNK životinje, a reakcije između njih, obrađene u kompjuterskim programima, daju za svako grlo genotip s tolikim brojem različitih mesta gena. Organizacija za selekciju CRV iz Holandije radila je s jednim modifikovanim čipom, kojim je moguće da se tipizira 60.000 SNP.
U poslednje vreme u upotrebi je i tzv. čip „niske gustine“, LD čip (Low Density-Chip), sa samo 3.000 SNP markera i zbog toga smanjene sigurnosti, ali znatno jeftiniji od do sada korišćenog 50K čipa (50.000 informacionih jedinica). On se nudi farmerima za genotipizaciju ženskih grla, čime bi selekcija unutar stada bila objektivnija. Takođe se praktikuje i kao pomoćni čip za tipizaciju u situaciji kada se primenjuje dvostepena selekcija. Najpre se takvim jeftinim čipom ispituju svi kandidati. Potom se nađena bolja grla dodatno tipiziraju „normalnim“ čipom za konačan izbor.
Određivanje vrednosti svakog pojedinačnog markera veoma je značajno. To se radi u odnosu na tzv. referentnu populaciju. Referentna populacija je grupa bikova sa sigurnim priplodnim vrednostima zasnovanim na podacima progenog testa (konvencionalna priplodna vrednost) i ispitanim DNK profilom . Ona čini potrebnu osnovu za izračunavanje pouzdanih genomskih efekata i genomskih priplodnih vrednosti. Mlada grla na koja se odnose ova izračunavanja priplodnih vrednosti označavaju se kao kandidati (za selekciju). Kao uslov navodi se da referentna populacija treba da uključuje najmanje oko 2.000 bikova s preceznim indeksima za proizvodne i funkcionalne osobine. Kako mnoge selekcijske organizacije u Evropi sarađuju međusobno, stvorena je mogućnost da na primer referentna populacija za holštajnsku rasu bude daleko brojnija od ovog standarda. Tako je krajem 2012. godine ona u asocijaciji EuroGenomics-Partner brojila više od 25.000 na kćerima ispitanih bikova. Uz pomoć rezultata dobijenih analizom SNP izvode se obrasci ocene za proizvodne i funkcionalne osobine i iskazuju priplodne vrednosti mladih grla. Određivanjem efekata za svaki marker u odnosu na prosek i sabiranjem efekata svih markera za pojedina grla dobijaju se indeksi genomske selekcije.

Sigurnost genomskih priplodnih vrednosti (gPV) u odnosu na ekvivalent-kćeri (prema Rensingu, 2010)
Osobina gPV Ekvivalent-kćeri**
Mlečnost* 75% oko 50 sa 100 dana proizvodnje u 1. lakt.
Zdravlje eimena* 75% oko 85 sa 100 dana proizvodnje u 1. lakt.
Eksterijer* 69% oko 25
Dužina korišćenja 53% oko 100 u 1. laktaciji + 70 u 2. laktaciji
Plodnost kćeri* 48% oko 80 u 1. laktaciji
Tok teljenja (direktan efekat) 45% oko 40 teljenja
Tok teljenja (efekat majke) 43% oko 40 prvih teljenja
Prosečni protok mleka* 70% oko 30

* Relativna priplodna vrednost
** Ekvivalent-kćeri=sigurnost gPV mladih bikova odgovara konvencionalnoj priplodnoj vrednosti s navedenim brojem kćeri

U odgajivačkim programima, genomska selekcija se koristi od 2008. U januarskom izveštaju 2009. o ocenjenim priplodnim vrednostima, SAD je kao prva zemlja objavio zvanične rezultate genomskih ocena priplodnih bikova. Doduše, Novi Zeland i Holandija su nešto ranije prezentovali genomske priplodne vrednosti za holštajnske bikove, ali one nisu bile zvanične, nacionalno priznate, jer su bile utvrđene u okviru organizacija koje se bave proizvodnjom i prometom semena bikova za veštačko osemenjavanje.
U dosadašnjoj praksi testiranja bikova po potomstvu, da bi se garantovala njihova priplodna vrednost, bilo je potrebno da se ona bazira na najmanje 100 na mlečnost ispitanih kćeri. Ovaj sistem se potvrdio u prošlosti kao veoma dobar, s izuzetnim doprinosom u osobinama mlečnosti i eksterijera. U praksi doduše postoje dva faktora koja ograničavaju maksimalan genetski napredak – preferencijalni tretman bikovskih majki i dug generacijski interval kod goveda. Genomska selekcija eliminiše oba ova ograničenja, jer se priplodna vrednost individua oba pola utvrđuje direktnom analizom genoma i to u najranijem uzrastu. I dok su u progenom testu pouzdani podaci o kvalitetu bika, u najboljem slučaju, na raspolaganju kada je on pet godina star, s genomskom selekcijom ovaj proces se znatno skraćuje. Naime, nakon izbora mladog teleta i određivanjem markera, sa oko dva meseca, te poređenjem s markerima referentne populacije dobija se zadovoljavajuća pouzdana procena njegove priplodne vrednosti u tom uzrastu i kada počinje da se koristi za osemenjavanje, sa oko 14 meseci, mlado grlo je već testirano. Mećutim, pouzdanost priplodnih vrednosti od 99 odsto se postiže samo u progenom testu za bikove koji imaju dokazano veliki broj kćeri s proizvodnjom.
U prvim praktičnim ispitivanjima bilo je dokazano da se može računati s pouzdanošću ocene genomske priplodne vrednosti oko 60 odsto za mlečnost, 40 odsto za funkcionalne osobine i 50 odsto za eksterijer. Ove vrednosti pouzdanosti gPV za bikove odgovaraju kao progeni test sa 15 do 20 kćeri i značajno su bile iznad sigurnosti selekcije prema pedigre indeksu. One su bile niže u odnosu na kompletan progeni test bikova, ali je njegovo trajanje još uvek dugo. Kod krava je konstatovana manja pouzdanost priplodne vrednosti za mlečnost kompletnog testa sa pet godina starosti i tri završene laktacije u odnosu na genomsku priplodnu vrednost. To je svakako posledica činjenice da je fenotipska proizvodnja krave pod značajnim uticajem negenetskih efekata, kao što su specifični efekti okoline. S genomskom selekcijom kod mlečnih goveda proizvođači mogu očekivati brži genetski napredak funkcionalnih osobina. Ove osobine, koje karakteriše niska naslednost i relativno kasno dobijanje tačnih informacija, sada će biti moguće rano i s većom sigurnošću ocenjivati. Kada je reč o direktnim genomskim vrednostima (dGV), one su pokazivale za pet do 10 odsto nižu sigurnost od kombinovanih priplodnih vrednosti (gPV).
Genomske priplodne vrednosti mladih bikova bez podataka o proizvodnji njihovih kćeri označavaju se kao „samo genomske“. Za takve priplodnjake, koji su u konvencionalnom testu, ali još uvek s ograničenim podacima o kćerima, genetske informacije pružaju bitan doprinos genomskoj vrednosti. Pouzdanost gPV za mlečnost od 75 odsto ipak je jasno niža od one u konvencionalnom testu po potomstvu, kada za oko 50 kćeri s prvom laktacijom iznosi 85 odsto. Medjutim, za osobine niske naslednosti genomske priplodne vrednosti mladih grla imale su veću sigurnost. Tu su klasične priplodne vrednosti dosta nesigurne, bar dok su kćeri još uvek u prvoj laktaciji. Tako je pouzdanost gPV mladih bikova npr. za dužinu korišćenja od nešto više od 50 odsto jednako sigurna kao zasnovana na kćerima za priplodnjake u klasičnom testu koji su već dve godine u eksploataciji i najmanje sedam godina stari. U.tome se jasno ogleda potencijal genomike u selekciji mladih grla.
U jednom izveštaju iz SAD-a na 13. konferenciji Svetske holštajn-frizijske federacije (WHHF) 2012. u Kanadi bila je navedena visoka pouzdanost genomskih priplodnih vredosti, na primer za eksterijer 75 odsto, dužinu korišćenja 72 odsto i plodnost 71 odsto. Doduše, poredjenje priplodnih vrednosti 100 genomski najbolje rangiranih bikova s njihovim kasnijim priplodnim vrednostima na osnovu razultata kćeri pokazalo je da su prve bile precenjene (Michrind 1/2013).
Rezerve mnogih proizvodjača mleka u Evropi prema novoj metodi selekcije otklonjene su kada je počelo objavljivanje poređenja indeksa priplodnih vrednosti bikova na bazi podataka o njihovim kćerima s njihovim čisto genomskim vrednostima utvrđenim ranije. Tako u jednom izveštaju razlika između njih za mlečnost bila je 0,5, za broj somatskih ćelija (zdravlje vimena) 0,2, za eksterijer 0,1, za dužinu korišćenja 2,2 i plodnost kćeri 0,0. To potvrđuje i stepen korišćenja genomskih mladih bikova u osemenjavanju krava u pojedinim zemljama. U 2012. god. u Nemačkoj je taj udeo bio 45 odsto, Francuskoj 47 odsto, Španiji 45 odsto, asocijaciji (Holandija/Flandrija) 40 i asocijaciji Viking (Danska, Finska, Švedska) čak 60 odsto.

Tipiziranje ženskih grla

I kod ženskih grla može se računati sa sličnom tačnošću predviđanja. To bi, nasuprot pedigrejskoj priplodnoj vrednosti iz dosadašnjih konvencionalnih ocena, bilo značajno poboljšanje od koristi za farmere. Visoka pouzdanost priplodnih vrednosti ženskih grla u ranom uzrastu imala bi dodatni uticaj na izbor bikovskih majki. Njihova preciznija ocena od posebnog je značaja, takođe, za grla koja se koriste u biotehnologiji, kao što je embriotransfer, kako sa stanovišta izbora krava donora, tako i ocene i izbora njihovih potomaka. Tipiziranje ženskih grla pruža i mogućnost da se na farmama otkriju nove a interesantne familije krava koje su do sada bile malo aktivno uključene u procesu odgajivanja. Proizvođači bi ovaj postupak koristili da bi rangirali krave unutar stada za ciljno parenje i/ili da ranije ocene potencijal teladi. Šansa da se i za mlade junice rano odrede pouzdane odgajivačke vrednosti eliminisaće rizik da se gaje i u priplod uključuju genetski manje vredna grla.
Savezi odgajivača u pojedinim zemljama nude svojim proizvođačima – članovima korišćenje 1.6 čipa po cenovno povoljnim uslovima za tipizaciju ženskih grla u svojim stadima, te se postupak u poslednje vrema intenzivno koristi. Tako se u SAD-u mesečno tipizira preko 5.000 grla, u Francuskoj se računa da u dve godine bude tipizirano 50 odsto svih ženskih grla, dok je u Holandiji cilj da se u budućnosti postupak obavi za 120.000 krava u 600 stada.
S genomskom selekcijom u odgajivanju goveda na raspolaganju je jedan novi instrument u njihovom oplemenjivanju, prvenstveno sa stanovišta predviđanja priplodne vrednosti u ranom uzrastu i bez fenotipskih proizvodnih informacija. Primenom genomske selekcije menjaće se programi odgajivanja goveda, selekcijski intenzitet i selekcijski napredak će rasti, a mogućnosti ciljnog poboljšanja osobina povećavati. Dalji razvoj i aktuelizovanje ove metode selekcije, međutim, ne isključuje kontolu produktivnosti i progeni test. Naprotiv. Sigurne ocene konvencionalnih priplodnih vrednosti grla u referentnoj populaciji povećavaju pouzdanost genomike.

Autor: Prof. dr Georgi Antov

Izvor:

POLJOPRIVREDNIK broj 2506/22. mart 2013.