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

CILJ = Napredek – spreminjanje populacije!! Selekcija “Izbor (odbira) najboljših posameznikov z namenom, da izboljšamo populacijo” Merimo fenotip  fenotipska vrednost CILJ = Napredek – spreminjanje populacije!!

Fenotip = Genotip + Okolje

Genotipska vrednost PV GPV, DGV Odstopanja - razlike zaradi okolja V praksi poznamo le … Okolje Okolje Genotip 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 h2 Točnost (r) Število potomcev rfun <- function(n, h2) sqrt(n / (n + (4 - h2) / h2)) n <- seq(1, 100) h2 <- seq(0.1, 0.8, 0.1) pdf(file="R.pdf", width=25.5/2.54, height=17/2.54, pointsize=24) par(bty="l", mar=c(4, 4, 1, 1) + 0.1, pty="m") plot(rfun(n=n, h2=h2[1]), type="l", xlim=range(n), ylim=c(0, 1), xlab="n", ylab="r", lwd=4) lines(rfun(n=n, h2=h2[2]), type="l", lwd=4) lines(rfun(n=n, h2=h2[3]), type="l", lwd=4) lines(rfun(n=n, h2=h2[4]), type="l", lwd=4) lines(rfun(n=n, h2=h2[5]), type="l", lwd=4) lines(rfun(n=n, h2=h2[6]), type="l", lwd=4) lines(rfun(n=n, h2=h2[7]), type="l", lwd=4) lines(rfun(n=n, h2=h2[8]), type="l", lwd=4) dev.off()

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 Izločitev Biološki test: ♂♀ C.E.,Con., Gen. Def. Pitovne in kla. l.: ♂ Kom. & Mes. p. Telesne lastnosti:♀ prvesnice Prireja & Repro.: ♀ Kom. & Mle. p. Naravni pripust PV – Rejski cilji Elitni biki AI biki

Dosedanji dosežki – SVN-LS

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 Gen - Gen + Označevalci (markerji)

V praksi poznamo le … Okolje Okolje Genotip 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 Ideja IGenoP 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 November 2 November 30 2011 May 9 June 6 July 4 August 1 October 31 November 28 2012 January 23 February 13 April 12 May 7 July 16 August 6 October 29 November 19

Leto 2011 LD 6k čip Optimizem glede izmenjave podatkov InterGenomics 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

a = (α1,i + α1,j ) + (α2,i + α2,j ) + … + (αk,i + αk,j ) Izračun G PV Ideja: 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 (R2) skozi čas - biki Mlečnost Dolgoživost r ~ 0,8 Točnost (R2) Točnost (R2) r ~ 0,6 Starost (leta) Starost (leta) Reents (2010)

Točnost (R2) skozi čas - krave Mlečnost Dolgoživost r ~ 0,8 Točnost (R2) Točnost (R2) r ~ 0,6 Starost (leta) 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 Izločitev Biološki test: ♂♀ C.E.,Con., Gen. Def. Pitovne in kla. l.: ♂ Kom. & Mes. p. Telesne lastnosti:♀ prvesnice Prireja & Repro.: ♀ Kom. & Mle. p. Naravni pripust PV – Rejski cilji Elitni biki AI 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 N Pov SD Min Max PV 319 33.2 131.19 -362.2 453.7 DGV 254 41.8 121.14 -347.6 382.2 GEBV 53.2 129.87 -366.6 437.1 DGV GEBV PV 0.969 242 0.987 242 0.992 254

Točnost - validacija  Potrditev teoretičnih pričakovanj Celotni set podatkov (preizkus na potomcih) Kalibracija Validacija Količina mlečnih beljakovin povprečje staršev (klasično): 0,56 genomika (novo): 0,79  Potrditev teoretičnih pričakovanj Povprečje staršev: Korelacije med PV (povprečje staršev) na kalibracijskem setu in PV (progeni test) na celotnem setu Genomika: Korelacije med PV (GEBV=f(povprečje staršev, DGV)) na kalibracijskem setu in PV (progeni test) na celotnem setu

Pomen nacionalne selekcije v globalizaciji?

PRO, +3 SCS, -0.8 CC1, -0.6 DLO, +0.2

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“ Trenutno stanje 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 Strokovno delo 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 rejskih programov SpremembE

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