Българското млечно говедовъдство в ерата на геномната селекция

2
Проф. дсн Живко Кръстанов, Доц.д-р Теодора Ангелова

Геномна селекция?

           Чудото геномна селекция

Селекцията при говедата има многовековна история. Първоначално тя започва, като се извършват фенотипни наблюдения, без да се осъзнава причините за тяхната изява. Истински тласък на развитието на селекцията дава преоткриването на законите на Мендел за наследствеността. Резултатите от работата на Фишер, Райт и Лъш поставят основата на използване на многофакторните модели в интерпретацията на генетичните измененния на популациите. Този подход, както и съчетаването на теоретични и експериментални модели е дало значително отражение на развитието на породите селскостопански животни днес. Разбира се, може да се представи цяла история с приноса на редица учени към развитието на използваната методология, без да пропуснем името на Хендерсон. Благодарение на всички тези усилия днес има добре структурирани и научно обосновани селекционни програми на всички сeлскостопански животни.

            Основен подход в съвременната селекция е оценяването на развъдната стойност на разплодниците на база математични модели, включващи различни фактори и информация от педигрето, за да се постигнат неизместени оценки на развъдната стойност. Постигането на това е свързано с предварителната оценка на генетичния варианс и коварианс на икономически най-важните селекционни признаци. В говедовъдството оценката на развъдната стойност се основава на проверка на фенотипната изява на потомството на отбрани бици, като се счита, че са достатъчни около 100 дъщери в колкото е възможно повече стада, за да се получат надеждни резултати.

            Целта на повечето развъдни програми е да се оцени генетичните предимства на даден индивид и след това да се направят целеви комбинации от желани алели, за да се постигне по-високо генетично ниво в следващата генерация. Основаната само на фенотипни измервания оценка на РС на индивидите, съчетана с информация за продуктивните качества на роднините и потомството, макар да е допринесла основно за съвременното развитие и състояние на породите селскостопански животни има недостатъка, че не е добър индикатор за алелните различия. Прилагането на генетични маркери позволява получаване на подробна информация относно наследеното в генома на полученото потомство. Ето защо нараства стремежа за използването на генетични ДНК маркери, които могат да подпомогнат селекцията и репродукцията, така наречената (MAS) маркерно подпомагана или днес (GS) геномна селекция. Първоначално са използвани малък брой маркери, което не е допринесло за постигане на първоначалните теоретични очаквания, особенно при комплексните признаци каквато е млечната продуктвност. Икономическите ,предимства на геномната селекция се измерват във възможността за намаляване генерационния интервал, като да бъдат редуцирани разходите при „Турбо“ схемите, като бъдат спестени по 5 долара за ден изхранване на биците за период от 5 години докато те бъдат проверени надеждно по потомство. При рутинните схеми се постига по-висока надеждност на генетичните оценки и по-висок генетичен потенциал с едни и същи разходи, заради предварителната селекция на използваните по потомство бици.

            Днес, когато са идентифицирани 3 000 000 SNP (полиморфни еденични нуклеотиди) в геномната структура на говедата и са познати 26835 гена, а размера на генома се измерва в Mb, надеждите за по-успешно използване на геномните маркери в селекцията, са високи. Особено високи са очакванията при генетичните компании, които произвеждат генетичен материал, тъй като с успешното използване на геномната информация, те биха могли драстично да променят баланса между приходи и разходи в дейността си. Не случайно пионер в създаването на панели за генотипиране, съдържащи пълна информация за генома са създадени за Холщайн, като най-голямата и разпространена в целия свят порода. Допълнително предимство, според повечето автори е, че геномната селекция може да се приложи, като се добави в съществуващата система за фенотипиране и да се използва цялата информация. Драстичното намаляване цената на геномните анализи от над 300 до 50 долара позволи използването на предимствата на геномната селекция да бъде използвана в много селекционни програми днес. Намаляването на разходите и генерационня интервал (от 5-6 на 1.5 години) създават очевидни предимства пред конвенционалните развъдни програми, основани само на традиционите тестове по потомство. Най-често използваните пътища за интензификация на селекционния прогрес са по линията на предварителна селекция на млади бици, преди тестване по потомство или директно използване на геномната информация за производство на млади бици без потомствен тест, известна като „турбо“ схема. Повечето развъдни програми на развитите страни в света са основани на използване на фенотипната информация от продуктивността на кравите и използване на геномната информация за повишаване надеждността на оценките на биците. Във всички случаи, за да бъде максимално полезен геномния панел, той се създава, чрез натрупаната информация от асоциации на участъци от генома (геномни маркери) с икономически важни признаци, които са измерени при потомството на биците.

            През последните години се наблюдава голям напредък в Европа и света. Голяма роля в това отношение играе създадения  от Американската компания Илюминейта BovineSNP50tm beadchip, както и създававането на консорциума „Еврогеномикс“, който има за цел да обедини усилията на учените в създаване на максимално голяма референтна популация (размера на референтната популация е ключов момент за постигането на по-висока надеждност на резултатите от геномните анализи), и постигане на уеднаквяване на методите на научно ниво. От 2011 година геномните анализи са достъпни за комерсиални цели за женските животни. Най-големите очаквания са насочени към постигане на по-голяма надеждност на оценяването на женската популация от майки на бици, надеждно използване на млади бици без потомствен тест, което по никакъв начин не означава, че някой има намерение да се откаже от потомствената оценка. Използването на повече млади бици с ограничен брой дози семенна течност ще позволи да бъде управлявано нивото на инбридинг, което при пъти по-бърз генетичен прогрес би се увеличило също, ако не е възможно да се управлява ефективно. Има значими противоречиви мнения относно използваните стратегии от генетичните компании за постигане на техните комерсиални цели. Така например, според някои публикации използването отново на млади бици, които са проверени вече и по потомство, би било привлекателно от икономическа гледна точка за генетичните компании, но това би довело до драстично увеличение на инбридинга. Може да се твърди от натрупания опит на напредналите страни, че използването на геномната селекция би могло да бъде успешно единствено в рамките на ясна стратегия, позволяваща успешно постигане на националните специфични цели (социални, пазарни, климатични). Тенденциите, които се наблюдават напоследък са свързани с увеличаване на броя на женските животни с цел постигане на по-висока надеждност при избора на майки на бици, междупородно оценяване с цел увеличаване обема на референтните популации за по-малките породи – Кафява, Симентал и др.

   Епигенетика?

            Епигенетиката е митотичната и мейотичната частична наследствена вариация в геномната активност, без никакви промени в ДНК последователността. Пример за епигенетично регулиране е геномното отпечатване, където експресията на алела се различава в зависимост от родителя, от който е наследен. Тези ефекти от родителски произход понастоящем се пренебрегват в животновъдството за много икономически важни количествени признаци. При животните се откриват гени, които засягат признаци, като добив на мляко, растежна способност и характеристики на кланичните трупове, отлагане на мазнини и месо и развитие на плода. В бъдеще ще е необходимо и възможно да се вземат под внимание тези процеси при разработване на развъдните програми. Ще бъде необходим по-голям акцент върху приноса на майката.  Други примери за епигенетични процеси са основните механизми за развитие на гаметогенезата, стареенето, активирането на ембрионалния геном, инактивирането на Х хромозомите и геномното отпечатване.

   Инсулиноподобен растежен фактор?

            През поседните години е засилен научния интерес за генът IGF2, който дава инструкции за получаване на протеин, наречен „инсулиноподобен растежен фактор 2“. Този протеин играе съществена роля за растежа и развитието преди раждането. Проучванията показват, че инсулиноподобен растежен фактор 2 насърчава растежа и разделянето (пролиферацията) на клетките в много различни тъкани. Въпреки, че генът на IGF2 е много активен по време на развитието на плода, той е много по-малко активен след раждането. Предполага се, че IGF2 играе роля при варирането на сложните производствени признаци, като натрупване на мускулна маса и мазнини при свине, както и производството на месо и мляко при говеда и млекодайни животни.

 Нови селекционни признаци?

            Една от интересните тенденции са проучванията, свързани с нови селекционни признаци.  Има различни групи от признаци, които се очертават. Един от тях е свързан с „финия“ състав на млякото (мастните киселини). Развитието на технологиите, основани на средната дължина на инфрачервения сектор, позволява рутинно измерване на мастно-киселинния състав на млякото, а това от своя страна е предпоставка за развитието на нови селекционни цели, например мляко с високо съдържание на ненаситени мастни киселини, вместо наситени. Въвеждането на подобен признак е свързан със значими усилия, в резултат на които да се получи достатъчно голяма референтна популация. Други проучвани показват, че признаци като съдържанието на урея в млякото в рамките на 3 нови индекса, включващи съдържанието на протеин, казеин или серумен протеин и урея,  е сигнал  за използването на протеините в дажбата и тези индекси са наследяеми и могат да се използват като елементи от селекционните цели. В Австралия значителни научни усилия се правят в посока ефективно оползотворяване на фуража, като се търсят геномни маркери и едновременно с това се работи по метагеномен анализ на микробиома в търбуха на животните. Такива признаци биха могли да доведът до намаляване на екологичния отпечатък, генериран от храносмилателния процес на преживните. Разбира се, всичко това трябва да се обвърже с интереса на фермерите и индустрията и с нейните нужди и цели, за да може да се материализира прогреса, ако има такъв.

            Друга група от признаци са свързани със здравето и поведението на животните. В страните, където има добре организирани информационни системи, в които се генерира достоверна информация относно репродуктивната история, съпътстващите заболявания и отклонения могат бързо да генерират референтна популация, обвързвайки тази инфомация с геномни анализи. За други държави, като нашата например, където тази дейност е лошо организирана, това ще е труден и дълъг процес.

            Можем да си позволим обобщението, че геномната селекция може да допринесе до повишаване на надежността на оценките на развъдната стойност и намаляване на генерациония интервал, когато това се прави в рамките на добре насочена стратегия, в която важна част е целта на ускоряването на интензитета на селекцията.

    Геномната селекция в България

            Възниква въпроса, как ние можем да се възползваме от случващото се в развитите страни. Българският генетичен модел е насочен към управлението на една отворена популация от стокови животни към световните постижения на генетиката.  Това не е каприз, а е резултат на осъзнаването на факти, свързани с икономическата възможност за създаване на условия за производство и използване на собствени мъжки разплодници. Безспорно това е малко вероятно да се случи при високата конкуренция на бързо развиващите се генетични центрове, където има необходимия научен потенциал, иновативни научни технологии и разбира се най-важното значителни финансови ресурси.

            Анализите на водещи учени относно ползите за фермерите от използването на геномни анализи на женските животни показват, че най-важна е възможността да се оценят с по-висока надеждност юниците и да се оставят най-добрите от тях за разплод. Друга важна полза е верификация на педигре информацията и намаляване вероятността от увеличаване на инбридинга в стадото. Откриване на рецесивни гени, които са свързани с наследственни заболявания, също е полезен ход за фермерите. В заключение, авторите препоръчват използването на разплодници, които са с геномно оценени развъдни стойности, което според тях може да увеличи значително ползите при подобряване на техните стада. Що се отнася до ползите от геномни анализи за женските животни, то те биха могли да се материализират само в стада, които могат да реализират генетичните си предимства, чрез продажба на високи цени на юници, бъдещи крави майки на бици или елитни крави, докато за комерсиалните стада вероятността да имат ползи от геномните анализи на женските животни е слабо вероятно.

            В тази връзка, нашите усилия трябва да бъдат насочени към възможностите, които идват от ускорения генетичен прогрес, използването дори на млади непроверени по потомство бици с относително високи генетични оценки от геномната и педигре информация. Такъв подход може да доведе до най-бърз генетичен прогрес, с все по-малко рискове от загуби. Въпросът е свързан с посоката, в която искаме да подобряваме нашата популация. Ако ние нямаме ясна, икономически обвързана селекционна цел, можем да ускорим развитието си в грешна посока, която да ни доведе до икономически загуби в средносрочен и дългосрочен план. Трябва да отчитаме и фактите, че  в нашата страна повече от 70% от млякото се преработва в сирена и трайни продукти. В такъв случай, за нас би било по-полезно да проучваме по-добре и използваме ползите в тази посока на Френската, Италианска, Холандска, Германска или Датска селекция, където традиционно се следи и работи върху подобряването на сиренарските качества на млякото. Подпомогнатите с геномни анализи оценки на развъдната стойност в тези страни, като част от консорциума Еврогеномикс, са с все по-висока надеждност. За да имаме успех, би трябвало да отделяме повече време в посока опознаване на постиженията в Европейските страни в генетичното подобряване на техните популации. Там пък, защо не в САЩ и Австралия можем да намерим генетичен материал, с който можем да постигнем нашите национални цели в ускорени темпове, възползвайки се от техния прогрес.

            Все пак трябва да осъзнаем, че за да променяме нещо трябва първо добре да го познаваме. Можем ли да твърдим, че ние познаваме репродуктивната способност в нашите стада, причините за яловост и незаплождане, свързано с дълъг сервиз и междуотелен период. Наши икономически анализи показват, че млякото и междуотелния период допринасят, съответно с близо 50 и 30% от приходите във функцията на печалбата.

            За нас много по-полезен ход би бил да се доближим повече до международните стандарти по отношение контрола на продуктивността, по-добра отчетност на репродуктивната способност и заболяваемостта. У нас, дори Закона по животновъдство вменява на развъдните организации изисквания, които не са в синхрон с препоръките на ICAR, като ги насочва към акредитирани, вместо към референтни лаборатории. В крайна сметка без да познаваш добре слабостите или предимствата на собствените си животни, няма как да ги подобряваш.

            Геномната селекция може да допринесе за развитие само в ясно осъзната икономически обоснована стратегическа цел. Във всеки друг случай, сценария за българския фермер е да допринесе със собственни финасови средства за геномни анализи, които да са в полза на  увеличаване обема на „референтните“ и популаци в други генетични центрове.

            Развъдчиците на млечни говеда използват технологичния напредък по отношение на репродукцията и геномиката. Въвеждането на такива технологии в рутинните програми за развъждане, би позволило генетично подобряване на основните признаци на млекопроизводството, както и на признаците като здраве и плодовитост. Тъй като търсенето на млечни продукти се увеличава, важно е животновъдите да оптимизират употребата от наличните технологии и да обмислят многото нововъзникващи технологии, които понастоящем се използват в различни области. Въпреки, че много от тези технологии насърчaват възможностите за генетично подобрение на популациите от млечни говеда, техните приложения и ползи трябва да бъдат преценени с тяхното въздействие върху икономиката и генетичното разнообразие на конкретния фермер.


Използвана литература:

  1. Attig, L., Gabory, A., and Junien, C. 2010. Early nutrition and epigenetic programming: chasing shadows. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 13(3), 284–293
  2. Bannister AJ, Kouzarides T. 2011. Regulation of chromatin by histone modifications. Cell Res. 2011;21:381–95.
  3. Cecchinato, , N. P. P. Macciotta, M. Mele, F. Tagliapietra S. Schiavon, G. Bittante, and S. Pegolo. 2019. Genetic and genomic analyses of latent variables related to the milk fatty acid profile, milk composition, and udder health in dairy cattle. J. Dairy Sci. 102:1–12
  4. Elisabeth Jonas and Dirk-Jan de Koning . 2015. Genomic selection needs to be carefully assessed to meet specific requirements in livestock breeding programs. FrontiersinGenetics. StatisticalGeneticsandMethodology. February 2015, Volume 6, Article 49, 1.
  5. Federico Vaona, Cristian Bolzonella, Martino Cassandro, Tomasz Szwaczkowski. 2018. Comparison of potential effects on the profitability of the US MPP application on dairy farms in Veneto (Italy) and Wielkopolska (Poland). The CAP and national priorities within the EU budget after 2020
  6. Fleming, A., E. A. Abdalla, C. Maltecca, and C.F. Baes, 2018. Invited review: Reproductive and genomic technologies to optimize breeding strategies for genetic progress in dairy cattle. Arch. Anim. Breed., 61, 43–57.
  7. Lobberg, Anne, Joao Walter Dűrr. Interbull Survey on the Use of genomic Information.
  8. Mc Hugh ,T. H. E. Meuwissen ,A. R. Cromie , and A. K. Sonesson. 2011. Use of female information in dairy cattle genomic breeding programs. J. Dairy Sci. 94 :4109–4118.
  9. PryceA, B and H. D. Daetwyler 2012. Designing dairy cattle breeding schemes under genomic selection: a review of international research. Animal Production Science, 2012, 52, 107–114.
  10. Singh, K., Erdman, R. A., Swanson, K. M., Molenaar, A. J., Maqbool, N. J., Wheeler, T. T., Arias, J. A., Quinn-Walsh, E. C., and Stelwagen, K.2010. Epigenetic regulation of milk production in dairy cows, J. Mammary Gland Biol., 15, 101–112.
  11. Triantaphyllopoulos, K., Ioannis Ikonomopoulos and Andrew J. Bannister. Epigenetics and inheritance of phenotype variation in livestock. Epigenetics & Chromatin (2016) 9:31.
  12. Van Laere, A. S., Nguyen, M., Braunschweig, M., Nezer, C., Collette, C., Moreau, L., Archibald, A. L., Haley, C. S., Buys, N., Tally, M., Andersson, G., Georges, M., Andersson, L. 2003. A regulatory mutation in IGF2 causes a major QTL effect on muscle growth in the pig. Nature, 425, 832-836.
  13. Zeric, D. 2012. Importance of Epigenetics in Animal Breeding:  Genomic Imprinting. Swedish University of Agricultural Sciences

Govedovad.com

Всички права запазени, използване на материала, само след съгласуване с Govedovad.com!

 

2 КОМЕНТАРИ

  1. Най-после……..ама пак изостанахме с 10-на години. Дано сега да тръгнат нещата след като вече има признание от официалната българска наука.

ОСТАВИ КОМЕНТАР