Selezione Genomica

The basis for the G-Genomic bulls of GGI-SPERMEX is genomic selection. In the points below, you will learn a lot more about the aims, background and technique of genomic selection.

1. Qual’è la novità?

L'obiettivo della selezione degli animali è quello di cambiare le dotazioni genetiche e - attraverso questo - migliorare le loro caratteristiche. Tuttavia questo non vuole essere oggetto di manipolazione genetica dell'animale stesso. Finora una selezione è stata effettuata sulla base della produzione fenotipica utilizzata come indicatore per la predisposizione congenita nella produzione. Certamente più facile sarebbe se la predisposizione alla produzione degli animali potrebbe essere estratta direttamente dalle loro informazioni genetiche senza dover fare tutto il lungo lavoro per ricavarla indirettamente dal fenotipo. Con la valutazione dell’indice gnomico adesso siamo molto vicini a questo vecchio sogno.

Anche se il genoma dei bovini è stato decifrato, sappiamo ancora molto poco sulla posizione e l'efficacia dei geni per la maggior parte dei tratti di trasmissione. Per cui la valutazione dell’indice genomico non funziona direttamente sulla base di informazioni sui geni, ma lo fa sulla base dei marker. Lo sviluppo di questi nuovi metodi di analisi genetica e gli spostamenti della valutazione degli indici genetici sono stati sviluppati grazie al sostegno del Ministero della Ricerca e della Tecnologia della Repubblica Federale Tedesca con il sussidio del programma FUGATO.

2. SNP markers

I marker che vengono usati si chiamano SNP (Single Nucleotide Polymorphism). Sono composti da una sola lettera genetica (una sola base nucleotidica) e ci sono due possibilità diverse per ogni marker in tutta la popolazione. Ogni animale ha le informazioni genetiche nella forma di un cromosoma doppio; una parte che viene del padre e una che viene dalla madre.

Il risultato è che, per ogni animale, ogni marker può avere tre stati: opzione omozigote AA, opzione omozigote BB o eterozigote AB. Eterozigote AB significa che l'animale ha ricevuto diverse opzioni da parte del padre e la madre.

3. Il test dei Marker e la rispettiva trascrizione

Sono già conosciuti circa un centinaio di migliaia di codesti marker SNP relativamente ai bovini. 54.001 di quelli che sono condivisi equamente in tutto il genoma, per esempio tutti i cromosomi, possono ora essere estratti con un metodo di laboratorio relativamente poco costoso in un solo passaggio di laboratorio. Questo processo è chiamato "typing". L'unità della scala di laboratorio con le prove dei 54.001 marker è chiamata “chip”o “54K chip” e sta ad indicare il numero di marker testati contemporaneamente.

E’ necessario un po’ di materiale genetico degli animali per poter effettuare il “typing”. Considerando che tutte le cellule di un animale contengono materiale genetico, il sangue (circa 2 ml) o anche lo sperma (circa 2 dosi) possono essere utilizzati a tale scopo. È inoltre possibile estrarre materiale genetico sufficiente per il “typing” anche da circa 30 bulbi di peli. Tuttavia il pericolo di contaminazione dei campioni di peli con materiale genetico di altri animali è più alto e il risultato potrebbe essere falsificato. Il risultato del “Typing” è 54.001 volte AA o BB o AB.

4. Dal marker alla valutazione dell’indice genomico; il “training sample” (il gruppo dei tori provati di riferimento)

Attraverso l’espressione di molti marker nell’intero genoma si presume che nei pressi di ogni gene, ad influenzare la produzione in uno dei tratti di trasmissione, è uno dei 54.001 marker. Ciò significa che il marker è trasmesso quasi ogni volta insieme con l'apposita opzione del gene. Non conosciamo i geni e il loro effetto però. Al fine di poter valutare il valore genomico di un animale utilizzando i suoi marker, sono prima necessarie alcune performance avanzate.

Figura 1: Origine di più di 17,000 tori Holstein nel “training sample” tedesco (Marzo 2010). Il “training sample” tedesco è il più numeroso e il meglio strutturato al mondo:

DFS = Denmark Finland Sweden

Per scoprire quali tratti sono collegati agli SNP, cioè i marker, le sequenze di SNP devono essere prima confrontate con le predisposizioni produttive già definitivamente conosciute (genetica) degli animali selezionati. Gli animali, che hanno la valutazione genetica già definitivamente nota sono i figli dei tori provati. Dal confronto della sequenza SNP con la valutazione genetica di questi tori, si determina quale SNP ha più influenza sul tratto, ad esempio, le formule di valutazione genomica vengono trasmesse in quel modo. Più tori con alta attendibilità si hanno disponibili per questa formula, meglio si possono assegnare gli SNP ad un tratto specifico e indicare l’indice di influenza. I tori provati che sono stati inclusi in questa analisi rappresentano il cosiddetto "training sample". Le formule di valutazione genomica trasmesse dal “training sample” sono quindi utilizzate per il calcolo dell’indice genomico di altri (più giovani) animali senza bisogno di informazioni di una propria attendibilità degli indici convenzionali.

5. Attendibilità

L'attendibilità dell’indice genomico dipende principalmente dalla portata e dalla struttura del “training sample”, così come l'attendibilità degli indici genetici delle figlie dei tori provati usati come campione. La complessità e l'attendibilità dei convenzionali indici genetici – e anche di tutti i tratti funzionali - sono all'avanguardia nel mondo. Anche la portata e la struttura del “training sample” tedesco è unica al mondo grazie allo scambio con i tre partner europei Francia, Scandinavia e Paesi Bassi. Nessuno degli altri “training sample” in tutto il mondo è così ben strutturato, ad esempio, rappresenta l'intero, l'ultima genetica Holstein da Europa e Nord America. La formula genomica può solo trasmettere in modo affidabile gli indici genetici delle vacche più giovani quando la loro genetica (campione SNP) è ben rappresentata preferibilmente attraverso molti altri animali imparentati (padre, nonno materno, mezzi fratelli e mezze sorelle paterne) nel “training sample”. Così anche il “training sample” deve essere ampliato e aggiornato continuamente con lo sviluppo della popolazione. L'attendibilità degli indici genetici per gli animali più giovani basati solo sui dati genomici (SNP typing) è indicato nella figura dalla colonna centrale. In tal modo l'attendibilità indicata è quella realizzata: per esempio, era già corretta dalla sovrastima osservata in tutti i metodi di valutazione genomica.

Figura 2: Attendibilità degli indici genetici comparata all’attendibilità degli indici pedigree:

CEpat. = calving ease paternal
CEmat. = calving ease maternal 

6. Indici genomici combinati

I valori genomici diretti (dGW) vengono calcolati dal typing (campione SNP) per tutti i tratti. Per esempio ci sono più informazioni sugli indici genetici convenzionali per tutti gli animali con un pedigree noto, vale a dire almeno gli indici pedigree. In ordine a questo ogni altro animale ha soltanto un indice con il massimo di informazione ed attendibilità in un momento particolare, non il valore diretto genomico viene pubblicato, ma il valore genomico di miglioramento (gZW) come combinazione del valore gnomico diretto e dell’indice convenzionale.

La ponderazione è effettuata sulla base di entrambi i valori delle attendibilità, cioè per gli animali giovani con il solo indice pedigree convenzionale il valore gnomico diretto conta principalmente e l’indice pedigree non attendibile può aumentare l'attendibilità del valore genetico genomico di miglioramento ([ ZW gZW]) solo di approssitivamente il 3-5% (vedi colonna di destra della figura 2). Una volta che l’indice genetico convenzionale è nettamente più affidabile grazie alle informazioni delle figlie rispetto al valore genomico diretto, quest’ultimo ha una ponderazione maggiore nel gZW combinato. Così il gZW combinato delle figlie di tori provati si differenzia non molto dall’indice genetico convenzionale.

7. Cosa sono in grado di fare gli indici genomici?

L'attendibilità realizzata dell’indice genomico di miglioramento dei giovani tori - ca. 75% per i tratti produttivi, rispettivamente il 50% per la fertilità delle figlie - è chiaramente superiore all’attendibilità dell’indice pedigree dei tori testati. Così i giovani tori con i loro gZW ufficiale qualificano formalmente come riproduttori e non ci sono più i tori in prova (noti finora). Il confronto con l’attendibilità delle figlie di tori provati (Figura 3) mostra tuttavia che anche i tori con solo figlie testate in prima lattazione hanno un’attendibilità più alta degli indici genetici per i tratti a trasmissione più alta e più importante: tratti della produzione, morfologia e salute della mammella

Figura 3: Attendibilità dell’indice genomico di miglioramento (gZW) dei giovani tori comparato all’attendibilità delle figlie dei tori provati:

Anche se gli indici genomici tedeschi sono i più affidabili nel confronto internazionale, grazie più ampio “training sample” con più di 17.000 tori, gli indici genomici sono meno attendibili rispetto a quelli delle figlie dei tori provati. Con la forte rilevanza dei caratteri funzionali, l’importanza dei tori con migliaia di figlie in second crop è aumentata negli ultimi anni perché offrono anche alta attendibilità per i tratti come longevità e la fertilità. L'attendibilità realizzata dell’indice genomico per i tratti funzionali è ancora limitata attorno a circa il 50%. Quindi, chi ha pensato finora che l'attendibilità degli indici delle figlie in prima pubblicazione di tori nuovi fosse ancora troppo bassa, i giovani tori testati solo genomicamente non possono essere un'alternativa. D'altra parte la giovane generazione dei tori testati solo genomicamente offre una nuova opportunità di allevamento. Quando si utilizzano questi giovani g-tori, si dovrebbe sempre essere consapevoli della limitata attendibilità, in modo che il rischio nell’utilizzare diversi di questi tori dovrebbe essere spalmato. L’attendibilità dei calcoli e dei valori genetici genomici non sono ancora standardizzate a livello internazionale. I dati degli indici gnomici tedeschi sono realistici ad ogni uscita e la qualità attuale degli indici genomici tedeschi è la n.1 a livello internazionale. Per una valutazione corretta per quanto riguarda gli indici tedeschi, oltre all’attendibilità in percentuale l'indicazione delle figlie con informazioni produttive sarà ancora da realizzare, in modo che ognuno sia in grado - su base imparziale - di selezionare il toro adeguato da un toro giovane testato genomicamente, al toro provato con figlie testate e anche al toro con second crop.