Co rozumiemy przez rewolucję genomową?

Na przestrzeni ostatnich 50 lat nastąpiła znacząca poprawa genetyczna świń. Przeciętnie procent rocznego postępu genetycznego, niezależnie od ulepszeń paszy, zarządzania, zdrowotności i środowiska wynosił:

Źródło: Walters, 2011

Postęp został osiągnięty przy użyciu szeregu technik:

• Kontrolowane programy rozrodu
• Introgresja metodą AI
• Minimalizacja chowu wsobnego
• Dokładne sprawdzanie wydajności
• Selekcja w obrebie rasy
• Celowany dobór linii męskich i żeńskich
• Selekcja pod kątem określonych rynków
• Wprowadzenie BLUP ( metoda oceny wartości hodowlanej zwierząt)

BLUP jest szczególnie potężnym narzędziem służącym poprawie genetyki ponieważ umożliwia ocenę potencjalnych rozpłodników tylko na podstawie potencjału genetycznego. Innymi słowy, omija/ usuwa efekty wywołane różnicami takimi jak status zdrowotny, żywienie, sposób utrzymania zwierząt, porę roku itd. Korzysta z zaawansowanych modeli statystycznych, w oparciu o wyniki produkcyjne zwierzęcia i wszystkich spokrewnionych z nim osobników na przestrzeni wielu lat, w różnym środowisku życia.

Ryc. Nukleotydy zawarte w genach w chromosomie

Genomika wykorzystuje informacje zawarte w DNA do doskonalenia szacowania wartości genetycznej
(Źródło: Prof. C.Haley – Roslin Institute, Edinburgh)

W ciągu ostatnich 20 lat przeprowadzano wiele badań z użyciem markerów DNA w celu udoskonalenia selekcji, jednak wyniki w większości przypadków były rozczarowujące. Wyjątek stanowiło wyselekcjonowanie genów odpowiedzialnych za nadwrażliwość na halotan i odporność na E.coli.

Obecnie, po zakończeniu projektu sekwencjonowania genomu świni w 2009 roku, stoimy u progu nowej ery doboru genomicznego. Możemy iść w ślady przemysłu mleczarskiego, który już używa informacji zawartych w DNA do selekcji niesprawdzonych byków i krów i wycofuje się z drogiego i mniej dokładnego badania potomstwa.

Świnski chip SNP (Źródło: Illumina)

Więc czym jest selekcja genomowa? Zasadniczno, jest to wykorzystywanie informacji zawartych w DNA, wraz z danymi dotyczącymi rasy, do dokładniejszego przewidywania wartości hodowlanej/ genetycznej, niż w przypadku tradycyjnego BLUP. Istnieją cztery główne etapy zaangażowane w selekcję genomową:

1. Pozyskanie próbki krwi, nasienia, cebulki włosa lub innych tkanek, następnie ekstrakcja DNA w laboratorium.
2. DNA jest analizowane za pomocą "gene chip". Urządzenie mierzy różnice w kodzie genetycznym między zwierzętami- często jest to określane jako SNP (co oznacza polimorfizm pojedynczego nukleotydu - Single Nucleotide Polymorphism). Są to pojedyncze różnice między nukleotydami w DNA. SNP są przypisane konkretnym segmentom DNA, co pozwala na wykazanie różnic w całym zakresie mierzonych i rejestrowanych cech.
3. Klucz DNA/SNP (opierający się na równaniu regresji) został opracowany tak, by kalkulować związek między genami, a fenotypem. Musi to zostać wykonane na wielu tysiącach zwierząt ( tzw. populacja referencyjna), specyficznych dla danej rasy lub populacji w rasie.
4. Klucz DNA/SNP jest używany do przekonwertowania wszystkich dostępnych informacjii (rasa, badania, DNA) w genomowy indeks hodowlany.

Jakie są zalety selekcji genomowej?

Głównymi zaletami korzystania z informacji zawartych w DNA są:

• Większy ogólny postęp genetyczny. Na przykład, badania symulacyjne przeprowadzone w Danii wskazują na 20-25% postęp w liniach żeńskich i 10-15% w liniach męskich.
• Poprawa selekcji "trudnych" cech, takich jak przeżywalność prosiąt, długowieczność loch, czy mięsność.
• Lepsza kontrola chowu wsobnego

Mimo tych zalet, istnieje kilka ograniczeń selekcji genomowej:

• Mimo, że koszty genotypowania znacznie spadły w ciągu ostatnich kilku lat, całkowity koszt wykonania genomowego indeksu hodowlanego jest dużo wyższy niż tradycyjny indeks BLUP.
• Genotypowanie zwierząt nidgdy nie zastąpi dokładnego zapisu wydajności przeprowadzonego na dużej liczbie zwierząt. Tak więc wydajność zwierząt musi być ciągle weryfikowana i uaktualniana.
• Klucz DNA/SNP wymaga ciągłego uaktualniania, w miarę zwiększania się liczby zwierząt w populacji i wyboru "aktywnych" genów w populacji.
• Do stworznia populacji referencyjnej potrzebna jest bardzo duża liczba zwierząt. Jednak zawsze będzie to loteria!

Nastepny artykuł z tej serii będzie poświęcony udoskonaleniom zdrowotności świń poprzez selekcję genomową.