Transcript genomska selekcija

GENOMSKA SELEKCIJA
Oddelek za zootehniko
Katedra za znanosti o rejah živali
dr. Klemen Potočnik, dr. Gregor Gorjanc
Teme
• Selekcija F → PV → GV
• Razvoj genomske selekcije
– Aplikacija v selekcijo domačih živali
• Genomska selekcija v govedoreji
– Mendarodni nivo
– Nacionalni nivo
• Razvoj
• Uporaba v praksi
• Izzivi, ki nas čakajo
Selekcija
• “Izbor (odbira) najboljših
posameznikov z namenom, da
izboljšamo populacijo”
• Merimo fenotip  fenotipska vrednost
CILJ = Napredek – spreminjanje populacije!!
Fenotip = Genotip + Okolje
V praksi poznamo le …
Genotip
Okolje
Genotipska vrednost
PV
GPV, DGV
Odstopanja - razlike
zaradi okolja
Fenotip
Fenotipska vrednost
Plemenska vrednost (PV)
Skupni učinek genov, ki se
prenaša na potomce
Ocenjujemo na podlagi
podobnosti med sorodniki
Preizkus na potomcih
C
...
Točnost
Točnost (r)
h2
Število potomcev
Poenostavljena shema SP
POPULACIJA KRAV
BIKO. MATI
Spremljanje lastnosti - kontrola:
Poreklo, Prireja, Telesne lastnosti,
PV(Prireja, …, Agregatni genotip)
Biki v direktnem testu:
Dnevni prirast, Telesne lastnosti,
PV Prednikov
PROGENI TEST
AI → OC
Biološki test: ♂♀ C.E.,Con., Gen. Def.
Pitovne in kla. l.: ♂ Kom. & Mes. p.
Telesne lastnosti:♀ prvesnice
Prireja & Repro.: ♀ Kom. & Mle. p.
PV – Rejski cilji
AI biki
Izločitev
Naravni pripust
Elitni
biki
Laktacija 305 dni
Mleko, kg
Beljakovine, kg
Maščoba, kg
Beljakovine, %
Maščoba, %
95
Standardizirana PV
100
105
110
Dosedanji dosežki – SVN-LS
1990
1995
2000
Leto
2005
Genetski napredek
ΔG = (i × r × σa) / g
• i – intenzivnost selekcije
– 50 % odbranih  i ≈ 0,8
– 5 % odbranih  i ≈ 2,0
• r – točnost plemenskih vrednosti
– povprečje staršev  r ≈ 60 % za mlečnost
– preizkus na potomcih  r ≈ 95 % za mlečnost
• σa – standardni odklon plemenskih vrednosti
• g – generacijski interval
– ≈ 6 let – bik progeni test
– ≈ 1 leto – genomsko testiran
GENOMSKA SELEKCIJA
Genom goveda
• 30 parov kromosomov
• ≈3 milijarde baznih parov
• ≈20.000 genov
(≈ 14.000 skupnih s
človekom)
SNP čipi
12
AB
12
AA
BB
Genomski podatki
• Genom ≈ 3 milijarde baznih parov
• SNP označevalci
• SNP genotipizacija
–
3.000 (LD)
–
6.000 (LD)
– 50.000 (50K)
– 800.000 (HD)
• Sekvenca
1:1.000.000
1:500.000
1:55.000
1:4.000
1:1
Kromosom
od očeta
Kromosom
od mame
Označevalci
(markerji)
Gen +
Gen -
V praksi poznamo le …
Genotip
Okolje
Genotipska vr.
QTL + ocena učinka
SNP + ocena učinka
Odstopanje
zaradi okolja
Fenotip
Fenotipska vrednost
Pregled po vrstah
Rodica, 2009
Stanje pri psih
• Že vrsto let v uporabi
• 60 k čip
• V praksi se izvaja selekcija za pse vodnike slepih
• Lastnosti obnašanja in dolgoživosti
• Dobri rezultati, validacija na telesnih lastnostih
• Ekonomsko upravičeno, 2 leti šolanja, nato
ustvarjanje vezi pes-človek
Stanje pri konjih
•
•
•
•
•
•
•
•
60 k čip, morda oz. verjetno že več
Osteohondroza
Velike razlike med pasmami
Dirkalni ‘enostavne’ lastnosti
Športni ‘kompleksne’ lastnosti
Konjerejci ne želijo jasne slike (-)
Relativno majhne populacije, slabo definirani cilji
Ekonomska učinkovitost vsaj pri športnih in
dirkalnih konjih verjetno ni vprašljiva
Stanje pri perutnini - kokoši
•
•
•
•
•
Od leta 2007
15 k čip
Predrago za brojlerje
V uporabi pri nesnicah
Zaradi inbridinga in velikosti-majhnosti genoma,
zadošča manjši čip – a razlike med linijami
• Lastnosti so dobro oz. enostavne za definicijo
• Zelo dobri rezultati, visoka zanesljivost ocene
• Vse financira največja selekcijska hiša na svetu
Stanje pri prašičih
•
•
•
•
Od januarja 2009
60 k čip
Lastnosti so dobro definirane
Verjetno bodo dobri rezultati, kako bo
z gospodarsko učinkovitostjo?
Stanje pri govedu
Rodica, 2009
Leto 2009 – IB TW SLU
• NE povezovanje - sodelovanje
• Diktiranje tempa dežel z velikimi
populacijimi
• Vprašljiv obstoj Interbull-a
– Nima rešitve
– NLD, ZDA, NZL, AUS
• Skepsa v uspešnost implementacije
• Detekcija možnosti za InterGenomics RJ
• ICAR pravila, G PV ≠ testiran bik (N hčera)
Leto 2010
• InterGenomics A, D, F, I, Ch, Si, ZDA
– Testni obračun
– 3392 bikov
• Ideja IGenoP
• Razmišljanje o povezovanju
• Implementacija GS na nacionalnem
nivoju
Interbull GMACE test
YEAR
DATA
SUBMISSION
RESULTS
RELEASE
2010
July 12
August 9
2010
November 2
November 30
2011
May 9
June 6
2011
July 4
August 1
2011
October 31
November 28
2012
January 23
February 13
2012
April 12
May 7
2012
July 16
August 6
2012
October 29
November 19
Leto 2011
• LD 6k čip
– Manjša napaka pri imputaciji glede na 3k
– Rutina za ♀ tudi v Evropi
• Optimizem glede izmenjave podatkov
• InterGenomics
– Zaključek projekta
– Rutina na Interbullu
– Nadaljevanje razvoja
Metode - postopki GS
•
•
•
•
•
•
Odvzem vzorca tkiva
Izolacija DNK
Genotipizacija
Izračun G PV
Objava in interpretacija rezultatov
Odbira
Odvzem – pridobitev vzorca
Odvzem – pridobitev vzorca
Genotipizacija
Genotipizacija - rezultati
Izračun G PV
• Ideja:
1.
2.
ocenimo učinke SNP na referenčni populaciji
(poznan fenotip ali PV in genotip)  SNP enačba
SNP enačbo lahko uporabimo tudi na osebkih
brez fenotipa, npr. novorojenih teletih
SNP enačba
a = (α1,i + α1,j ) + (α2,i + α2,j ) + … + (αk,i + αk,j )
SNP praviloma niso v genih,
so pa mogoče blizu genov!!!
 potrebno obdržati kontrolo prireje!!!
Točnost
2
(R )
skozi čas - biki
Dolgoživost
Starost (leta)
Točnost (R )
r ~ 0,8
2
2
Točnost (R )
Mlečnost
r ~ 0,6
Starost (leta)
Reents (2010)
Točnost (R2) skozi čas krave
Dolgoživost
r ~ 0,8
Starost (leta)
2
Točnost (R )
2
Točnost (R )
Mlečnost
r ~ 0,6
Starost (leta)
Reents (2010)
Poenostavljena shema SP
POPULACIJA KRAV
BIKO. MATI
Spremljanje lastnosti - kontrola:
Poreklo, Prireja, Telesne lastnosti,
PV(Prireja, …, Agregatni genotip)
Biki v direktnem testu:
Dnevni prirast, Telesne lastnosti,
PV Prednikov
PROGENI TEST
AI → OC
Biološki test: ♂♀ C.E.,Con., Gen. Def.
Pitovne in kla. l.: ♂ Kom. & Mes. p.
Telesne lastnosti:♀ prvesnice
Prireja & Repro.: ♀ Kom. & Mle. p.
PV – Rejski cilji
AI biki
Izločitev
Naravni pripust
Elitni
biki
Genetski napredek - govedo
• Večji genetski napredek
– Mladi biki – povprečje staršev
ΔG = (2 × 0,60 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,30  90 kg?
– Preizkus na potomcih
ΔG = (2 × 0,95 + ~ 0) / (6 + 2) = 0,24  72 kg
– GS mladi biki
ΔG = (2 × 0,80 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,40  120 kg
– GS mladi biki + “bikovske” matere
ΔG=(2 × 0,80 + 0,8 × 0,80) / (2 + 2) = 0,56  168 kg
Implementacija v Sloveniji
Premajhno število za lasten genomski
program!
• Rjava pasma 191 bikov
• Črno bela pasma 192 bikov - ??? konzorcij
• Lisasta pasma ???
InterBull - InterGenomics
Durr in Philipsson (2012)
Rezultati InterGenomics
Rezultati InterGenomics
Korelacije
Mleko
PV
DGV
GEBV
N
319
254
254
Pov
33.2
41.8
53.2
PV
DGV
SD
131.19
121.14
129.87
DGV
0.969
242
Min
-362.2
-347.6
-366.6
GEBV
0.987
242
0.992
254
Max
453.7
382.2
437.1
Točnost - validacija
Celotni set podatkov (preizkus na potomcih)
Kalibracija
Validacija
• Količina mlečnih beljakovin
– povprečje staršev (klasično): 0,56
– genomika (novo): 0,79
 Potrditev teoretičnih pričakovanj
Pomen nacionalne selekcije v
globalizaciji?
PRO, +3
SCS, -0.8
DLO, +0.2
CC1, -0.6
CRP projekt - zadnji rezultati
• Simulacija več lastnostnega model
• Združevanje informaciji npr. kontrole
mlečnosti in DGV InterGenomics
• Imputacija narejena v okviru
InterGenomics
• Sprememba pri mladih bikih (35)
– Točnost napovedi PV na osnovi:
• rodovnika ≈0.35
• Kombinacije informacij ≈ 0.85.
• Točnost GEBV - InterBull je 0.8975.
InterGenomics
• „Optimalen koncept“
– GEBV za bike vključene v mednarodno
primerjavo na nacionalni skali
– Enačba DGV za vsako lastnost, vključeno v
mednarodno primerjavo
• Trenutno stanje
–
–
–
–
Rutinski obračun
Pogodba o izmenjavi genotipov – imputacija
Vseh bikov ≈ 6500, od teh 191 SLO
Uporabni rezultati za ML, MA, BE
Nadaljnje delo
• Statistični del
– Testni obračun za dodatne(o) lastnost Interbull
– Maj in junij nacionalni obračun
– September in oktober IB testni obračun
• Strokovno delo
– Protokol od odvzema vzorca do genomske PV
•
•
•
•
•
Predodbira živali
Odvzem vzorcev
Zbiranje vzorcev
Izmenjava – korespodenca z vzorci in podatki
Organizacija podatkov in ocena DGV, GEBV
Strategije dela z vidika:
• Nacionalno
– Izdelava protokola 6k SNP genotipizacije
– Genotipizacija:
• PBM,
• bikci pred vhlevitvijo
• Rejci pred vzrejo
• Mednarodno
– Ponudba mladih bikov – semena
• Prodaja + nakup
– Bikovske matere:
• Potencialno tudi za tujino
• Tuje bodo v naboru predodbire
Mednarodna konkurenčnost
• Klasičen obračun PV
– V Sloveniji vse črede (majhne)
– V tujini pogodbene reje (preferenca)
– Konvencionalen rejski program
• Obračun G*PV
– Izenačitev metodologije (management –
čreda)
– Prek Interbulla
• Realno
• Povsem primerljiva ocena na skalah vseh članic
Aplikacija
genomske selekcije
• Nacionalno z mednarodno povezavo
– Zaščita dosedanjega selekcijskega dela
– Možnost zaščite genetskega materiala
– Ohraniti možnost selekcije za naše okolje razmere
• S strani tujcev
– Izguba genetskega materiala
– Dolgoročna odvisnost
– Izguba vpliva na selekcijo, zgolj reja…
Možnosti-priložnosti
• Ocena pred odločitvijo o načinu reje teličke
• Predpogoj za vključitev v performance test
za bikce
• Biki-bikci z dobrim DGV, bodo tržno zanimivi
• Sprememba na trgu semena:
– Novi- genomsko testirani, prej na 3 ali manj
kontrolah
– Varni- progeno testirani N čred, hčera, prej se
je bolj ‚mudilo‘
ALI BOMO
IZKORISTILI PRILOŽNOST,
KI SE NAM PONUJA?
Hvala za pozornost