Геномная селекция

Основой геномных быков GGI-SPERMEX является геномный отбор. Узнайте в следующих пунктах больше о целях, основах и технике геномного отбора.

Основополагающие размышления племенного разведения

Целью племенной работы в скотоводстве является изменение генетического фонда животных и улучшение их признаков. При этом речь идет не о манипуляциях с генами непосредственно самого животного, а о целенаправленной селекции в зависимости от различных желаемых показателей. Эти признаки были до введения геномного отбора исключительно фенотипической (видимой) природы. Таким образом, предоставляемые продуктивность и экстерьер были приняты в качестве индикаторов с генетически связанными с ними предрасположенностями и были отобраны на их основе.
Старой мечтой исследований и науки является, конечно же, возможность считывать генетически заложенную продуктивность из соответствующей наследственной информации животного, без учета второстепенных признаков фенотипа. Благодаря геномной оценке признаков и селекции мы вплотную приближаемся к воплощению этой давней мечты.

Целью племенной работы в скотоводстве является изменение генетического фонда животных и улучшение их признаков. При этом речь идет не о манипуляциях с генами непосредственно самого животного. Средством изменения генофонда выступает селекция, которая использует фенотипическую (видимую) продуктивность в качестве главного индикатора для изменения этого признака на генетическом уровне. Идеальным вариантом была бы возможность «считывать» генетически заложенную продуктивность из соответствующей наследственной информации животного, без обходного пути учета второстепенных признаков фенотипа. Именно за счет использования геномного анализа для определения племенной ценности и благодаря селекции мы вплотную приближаемся к воплощению этой давней мечты.

В отношении используемых маркëров речь идет о так называемых SNP (англ. Single Nucleotide Polymorphism) - однонуклеотидный полиморфизм) -маркëрах. Они длиной только из одного буквенного обозначения, и для каждого маркëра есть лишь два различных варианта последовательности в геноме представителей всей популяции. Каждое животное несет генетическую информацию в виде двойного набора хромосом - один от отца, другой от матери.

Следовательно, каждый маркëр одного животного может иметь три различных состояния: гомозиготное – аллели АА, гомозиготное – аллели ВВ и гетерозиготное АВ. Гетерозиготность означает, что животное унаследовало от отца и от матери различные варианты гена.


В организме крупного рогатого скота обнаружены сотни тысяч подобных SNP-маркëров. Из них 54.001 равномерно распределены по всему геному, по всем хромосомам – именно с этих маркëров можно считывать генетическую информацию в рамках достаточно недорогого лабораторного исследования за один рабочий ход. Этот процесс называется «типизация». Единицу лабораторно-технического исследования, за которую тестируется 54.001 маркëр, называют «чип» или «54К-чип», чтобы указать число исследуемых маркëров.

Для типизации используется совсем небольшая доля генетического материала животного. Так как все клетки животного располагают наследственной информацией, для типизации можно использовать кровь (около 2 мл) или сперму (около 2 порций) животного. Из 30 корней волосков шерсти животного можно также получить достаточно генного материала для типизации. Однако, при использовании волосков шерсти повышается опасность примеси генетического материала других животных, что может исказить результаты теста.

В результате типизации образуется 54.001 маркëр с сочетанием аллелей АА, ВВ или АВ. 

Благодаря равномерному распределению большого количества маркëров по всему геному, исходят из предположения, что вблизи каждого гена, который влияет на выраженность характеристики обрабатываемого в рамках племенной работы признака, находится как минимум один из тестируемых 54.001 маркëра. Это означает, что маркëр наследуется почти всегда вместе с соответствующим вариантом гена. Cами гены и их влияния нам неизвестны. Поэтому для оценки племенной ценности животного с помощью его генетических маркëров необходимо привлекать данные по продуктивности животных предыдущих поколений.

Чтобы выяснить, какой SNP, другими словами какой маркëр, за какой признак отвечает, необходимо сначала сравнить образцы SNP с известными и достоверными генетическими характеристиками признака «продуктивность» отдельных животных. Этими животными с известной генетической продуктивностью и являются быки-производители, оцененные по качеству потомства, а также типизированные коровы с показателями продуктивности. Сравнивая образцы SNP с генетическими характеристиками продуктивности у этих животных удается определить, какой SNP и в какой степени на какой признак влияет. Таким образом и выводятся рассчетные формулы геномной племенной ценности. Чем больше проверенных проб используется для выведения конечной формулы, тем легче установить принадлежность отдельного SNP к определенному признаку и степень его влияния на изменение этого признака. Проверенные быки и типизированные коровы с их показателями продуктивности, генный материал которых используется в ходе геномного анализа, являются участниками так называемой «учебной выборочной пробы». Выведенные на основе данных этих быков геномные расчетные формулы используются в дальнейшем для вычисления геномной племенной ценности других (более молодых) животных, по которым еще нет достоверной общепринятой информации по племенной ценности.

Достоверность

Достоверность геномных показателей племенной ценности зависит в первую очередь от масштабов и структуры учебной выборочной пробы. Ведущая в мире по объему данных и достоверности систематически регистрируемых показателей племенной ценности по всем – в том числе функциональным признакам животных. Кроме того, проводимая в Германии оцениваемая отбираемая база образцов является уникальной за счет обмена данными с тремя зарубежными партнерами – Францией, Скандинавией и Нидерландами. Ни одна оцениваемая отбираемая база образцов в мире не сравнится по структуре, так как в ней используются данные всей современной генетики голштинской породы из Европы и Северной Америки. Геномные формулы способны с высокой достоверностью рассчитать племенную ценность молодых животных только в том случае, если их генетика (образцы SNP) наиболее широко представлена в оцениваемой базе образцов с наибольшим количеством родственных животных. Следовательно, в ходе развития популяции животных оцениваемая отбираемая база образцов геномного анализа должна постоянно расширяться и обновляться. Это обеспечивается введением смешанного отбора образцов, так как от телок реалистично отображается фактическая генетика нынешней популяции.

Достоверность конечных показателей племенной ценности молодых животных, выведенных на основе геномных данных (типизация SNP), приведены в среднем столбце таблицы. При этом указанная достоверность является и реальной, так как по всем геномным расчетам уже была произведена корректировка на погрешность.

Рисунок 1: Достоверность геномных индексов племенной ценности в сравнении с достоверностью показателей племенной ценности по родословной

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

Комбинированные геномные индексы племенной ценности

Из ряда типизаций (образцов SNP) вычисляются прямые геномные индексы (пГИ) по всем признакам. Для всех животных с известным происхождением есть также дополнительная общепринятая информация по племенной ценности, т.е. как минимум – племенная ценность по родословной. Для того, чтобы в будущем по каждому животному имелся только один вид показателей племенной ценности с максимальным объемом и достоверностью информации – в конечном итоге публикуются не прямые геномные индексы, а улучшенные геномные индексы (гГИ). Эти показатели представляют собой комбинацию прямых геномных индексов и общепринятых племенных показателей.

Соотношение индексов (по родословной и геномного) при вычислении гГИ зависит от степени достоверности каждого из них. Например, для молодых животных из общепринятой информации берется не только племенная ценность по родословной, а преимущественно учитывается более достоверный прямой геномный индекс племенной ценности – в итоге ненадежные данные из родословной могут повысить достоверность улучшенного геномного индекса лишь на 3-5% (последний столбец таблицы).
В случаях, когда общепринятый индекс племенной ценности достовернее за счет наличия информации о потомстве, он учитывается в большей степени при вычислении комбинированного улучшенного геномного индекса (гГИ). Поэтому комбинированные улучшенные геномные индексы проверенных по качеству потомства быков почти не отличаются от общепринятых (по родословной) индексов племенной ценности.

Что могут предоставить геномные показатели племенной ценности?

Реальная достоверность улучшенных геномных индексов племенной ценности молодых быков (75% достоверности по признаку «молочная продуктивность» и 50% по признаку «плодовитость дочерей») значительно выше достоверности, рассчитываемых ранее (по родословной) индексов племенной ценности проверяемых быков. Поэтому, с точки зрения геномного анализа, молодые быки с их официальными улучшенными геномными индексами (уГИ) племенной ценности сейчас формально классифицируются как оцененные быки, а проверяемых быков в их общепринятом смысле больше не существует.

Сравнение достоверности геномной племенной ценности с достоверностью показателей проверенных по качеству потомства быков-производителей дало следующие результаты: по высоконаследуемым признакам (продуктивность, экстерьер и здоровье вымени) лишь показатели быков, у которых проверялись только дочери по результатам первой лактации, демонстрируют более высокую достоверность, чем данные геномного анализа (рис. 2).

Рисунок 2: Достоверность улучшенных геномных индексов (уГИ) молодых быков в сравнении с достоверностью показателей по быкам, проверенным по качеству потомства

Несмотря на то, что рассчитываемая в Германии геномная племенная ценность, за счет широкомасштабной структуры и объема оцениваемых отобранных образцов, является самой надëжной в мире – в целом, по всему ряду признаков, геномные индексы племенной ценности все же менее надëжны, чем индексы быков, оцененных по качеству потомства. В связи с особым акцентом на функциональные признаки в последние годы выросло значение популярных быков-производителей с тысячами дочерей, так как эти быки демонстрируют достоверные показатели и по таким признакам, как «длительность хозяйственного использования» и «плодовитость дочерей». Реальная достоверность геномных индексов племенной ценности по этим функциональным признакам составляет пока около 50%, что является достаточно низким показателем. Следовательно, кому была недостаточной опубликованная информация по индексам племенной ценности, рассчитанной по первичным данным дочерей нового быка-производителя, тем не может быть альтернативой и оценка молодых быков только по геномному анализу.

С другой стороны молодое поколение быков, оцененных только по геномному анализу, открывает новые перспективы в племенной работе. При использовании этих молодых быков степень достоверности генетической информации всегда известна (хоть и не всегда высока), а риски можно снизить за счет использования большего количества этих быков. На данный момент еще нет международных стандартов и данных по расчетам достоверности геномных индексов племенной ценности. Несмотря на это, данные немецких геномных индексов племенной ценности реальны и по качеству расчетов являются ведущими в мире. Для верной оценки индексов племенной ценности в дальнейшем, немецкими геномными индексами племенной ценности будет предоставляться помимо достоверности в процентах, информация по продуктивности дочерей быков-производителей. Таким образом, у каждого клиента будет возможность объективного выбора подходящего быка-производителя – среди молодых бычков, проверенных только в рамках геномного анализа, проверяемых быков, по которым имеются актуальные данные по продуктивности потомства, и уже проверенных быков-производителей с большим количеством дочерей.