Dzīvnieku ģenētika Latvijā L. Paura, Z. Grīslis, D. Jonkus Latvijas Lauksaimniecības universitāte

Lopkopības progresa attīstības posmi Latvijas lauksaimnieki vienmēr ir izcēlušies ar progresīvu domāšanu un rīcību. Sākot ar 1885.gadu Latvijā sāka ierakstīt lopus ciltsgrāmatā, kurā reģistrēja visus Baltijas guberņā audzētos tīršķirnes dzīvniekus. Zemnieku saimniecisko organizāciju rīkotajā lauksaimniecības izstādē Jelgavā 1895. gadā pirmo reizi Baltijā un visā tā laika cariskajā Krievijā, pielietoja Gerbera ekspresmetodi piena tauku satura noteikšanai (metode izgudrota 1893.gadā). 2

Pārraudzība un SELEKS Ar 1902. gadu Latvijā sāka dibināt pārraudzības biedrības. Līdz Pirmajam pasaules karam to skaits sasniedza 280 biedrības, bet 1937./38. gados jau darbojās vairāk kā 900 biedrības. Pēc Otrā pasaules kara pārraudzībai pakļāva visas govis. Tas bija viens no faktoriem, kas palīdzēja Dr. Andrejam Cālītim 1991. izveidot Analītisko ciltsdarba staciju un izveidot datu integrētu un automatizētu apstrādes sistēmu “SELEKS”. Tagad šo darbu turpina Valsts aģentūra Lauksaimniecības datu centrs. 3

Dzīvnieku selekcijas priekšnoteikumi Pagājušā gadsimta 50-tajos gados Latvijā sāka sekmīgi ieviest vienu no plašāk lietotajām biotehnoloģiskajām metodēm – mākslīgo apsēklošanu. Pārraudzība (dzīvnieku individuālās ražības kontrole) un mākslīgā apsēklošana ir tie līdzekļi, kuri padara selekciju vērienīgu. Šajā sakarā aktualizējās vajadzība pēc efektīgām vaislinieku un arī vaislinieču ciltsvērtības novērtēšanas metodēm. 4

Pētījumu virzieni dzīvnieku zinātnēs Kvantitatīvās ģenētikas virziens Molekulārās ģenētikas virziens Notiek pētījumi sākot ar 2007.g. 2007.g. Atklāta LLU molekulārās ģenētikas pētījumu laboratorija

Kvantitatīvās ģenētikas uzdevumi Noskaidrot kvantitatīvo pazīmju ģenētisko daudzveidību un mainību; Nodalīt ģenētiskā un vides efekta ietekmi uz selekcionējamām pazīmēm (kvantitatīvām); Noteikt iedzimstamības koeficientu sel. pazīmēm; Prognozēt dzīvnieku patieso vērtību (ciltsvērtību) balstoties uz selekcionējamām pazīmēm; Prognozēt selekcijas efektu nākošās paaudzēs; Veicina dzīvnieku selekciju

Kvantitatīvās ģenētikas uzdevums – dzīvnieku ciltsvērtēšana Uz lineāro modeļu pētījumiem balstītā saimnieciski svarīgo selekcijas pazīmju genotipiskās vērtības (ciltsvērtības) novērtēšana dod pamatotus selekcijas kritērijus; tos atzīst arī starptautiski. Latvija ir kļuvusi par starptautiskās pārraudzības organizācijas ICAR un tās satelīt-organizācijas INTERBULL dalībvalsti. 7

Dzīvnieku ģenētiskie resursi Atsaucoties uz FAO aicinājumu piedalīties pasaules valstu pirmā ziņojuma sagatavošanā par Dzīvnieku ģenētisko resursu stāvokli pasaulē, 2003.g. sagatavojām pārskatu par mājdzīvnieku ģenētiskajiem resursiem Latvijā. Lai padziļināti pētītu ģenētisko resursu dzīvnieku molekulāri ģenētiskos raksturojumus 2007.gadā izveidojām LLU Lauksaimniecības fakultātes Molekulārās ģenētikas pētījumu laboratoriju (MolLab). 8

Dzīvnieku izcelšanās datu DNS kontrole MolLab 2007.-2008.g. realizēja LR Zemkopības ministrijas Līgumprojektu. Tā uzdevums bija izvērtēt kādu biomateriālu iegūt un kādas molekulārās metodikas lietot. Izlēmām sākt ar AB StockMarks® mikrosatelītu marķieru izmantošanu zirgu (17 marķieru) un govju (11 marķieru) izcelšanās datu pareizības kontrolei. Metodiku apguvām un realizējām. 9

Govju piena proteīna gēnu polimorfisma novērtēšanā un to ietekme uz govju produktivitāti Projekta mērķis: veikt pētījumus par , β un κ kazeīna gēnu polimorfismu Latvijā audzēto šķirņu govju populācijās (LB, LZ, MR). Izvērtēt , β un κ kazeīna gēnu ietekmi uz piena produktivitātes rādītājiem. LZP finansētais projekts: 2008.g. „Piena proteīna gēnu biežums Latvijas brūnās šķirnes govju populācijā” 2009.-2010.g. „Biotehnoloģijas metodes Latvijā audzējamo šķirņu govju piena proteīna gēnu polimorfisma novērtēšanā un proteīna gēnu ietekme uz govju produktivitāti”

Latvijas brūnā šķirne (LB) pārraudzībā 2009 53900 LB govis izslaukums standarta laktācijā 5233 kg Tauku saturs 4.48% Proteīna saturs 3.35%

Holšteinas melnraibā (MR) pārraudzībā 2009.g. 33329 MR govis izslaukums standarta laktācijā 6465 kg Tauku saturs 4.19 % Proteīna saturs 3.23%. http://www.visualstudio.lv/files/A-0157-07.jpg

Latvijas zilā (LZ) Tauku saturs 4.40 % Proteīna saturs 3.37%. pārraudzībā 2008.g. 643 LZ govis izslaukums standarta laktācijā 4292 kg Tauku saturs 4.40 % Proteīna saturs 3.37%.

Piena produktivitāti nosakošo gēnu lokalizācija Attīstoties mūsdienu molekulārās ģenētikas pētījumiem arī dzīvnieku selekcijā rodas iespēja novērtēt labākos dzīvniekus ne tikai pēc fenotipiskajām pazīmēm, bet analizēt dzīvnieku genotipu pēc noteiktām pazīmēm. Ir noskaidrots, ka govju piena produktivitāti nosakošie QTL gēni (qvantitative trait loci). novietoti vairākās hromosomās (1., 6., 9., 10., 11., 14., 20.) Tātad dzīvniekam piemīt spēja šīs pazīmes iedzemdēt pēcnācējos, pārmantojot to no paaudzes uz paaudzi.

Kazeīna gēnu lokalizācija Liellopiem 4 kazeīna tipu noteicošie gēni CSN1S1, CSN1S2, CSN2, CSN3 atrodas 6. hromosomā (BTA6). Pēdējos 30 gados pasaulē, tajā skaitā arī Lietuvā un Igaunijā, tiek veikti pētījumi par piena proteīna t.sk. kazeīna sastāvu, noskaidrojot šo pazīmi nosakošo gēnu polimorfismu dažādās govju populācijās (Erhardt G., 1989; Ikonen T. et al., 1996; Parna E., et al., 2006).

Govs piena proteīna frakcijas un to noteicošās alēles (Erhardt et al.) Kopējais proteīns Kazeīns 78 - 82% Sūkalu olbaltumvielas 18 - 22% α (alfa 38-45) β (beta 28-37) k (kappa 10-15) α- Laktal- bumīni (20-25) β -Laktoglo bulīni (53-58) Imunoglo- Bulīni (6-12) Serum- albumīni (10-14) αS1- αS2 A1 A2 A3 B C D E A F G G1 G2 M

Piena produktivitāte atkarībā no govs genotipa Kazeīna genotips dzīvniekiem iedzimst pēc G. Mendeļa likumiem līdzīgi asins grupām. Govju piena sastāvu un daļēji arī piena daudzumu visvairāk ietekmē κ-kazeīna (κ-CN) un β-laktoglobulīna (β-Lg) gēna alēļu varianti. Siera ražošanai piemērotākais ir piens, kas iegūts no govīm, kuru κ-CN genotips ir BB, jo govīm ar šo genotipu 100 ml piena satur par 0.07 g vairāk kazeīna nekā govīm, kuru genotips ir AA. Arī vēlamākais β-Lg genotips ir BB, jo šādām govīm ir par 3% mazāka sūkalu olbaltumvielu daļa, līdz ar to palielinās kazeīna frakcija kopējā proteīnā (Buchberger J., 2003).

κ-kazeīna genotipu biežumi dažādu šķirņu govīm Šķirne k-kazeīna genotipi, % BB AB AA Džersijas 37 45 16 Angleras 26 49 22 Raibie (Fleckvieh) 6 36 54 Holšteinas 2 29 65

Piena proteīna alēļu frekvence dažādām govju šķirnēm Proteīna frakcijas Polijas sarkanā, Airšīras, Lietuvas sarkanā, Lietuvas melnraibā, Igaunijas Holšteinas, Igaunijas vietējā, n 313 20 990 181 125 2131 118 κ kazeīns A 0.690 0.612 0.714 0.752 0.761 0.694 B 0.310 0.081 0.265 0.161 0.190 0.306 E - 0.307 0.021 0.087 0.050 β-lactoglo-bulīns 0.188 0.284 0.068 0.431 0.740 0.716 0.923 0.569 C 0.058 0.009 Avots: Erhardt et al, 1997 Ikonen et.al, 1996 Pečiulaitiene, 2005 Parna et al., 2006 Kubarsepp et.al, 2005

Pētījuma materiāls κ-kazeīna gēna alēļu izpētes materiāls 84 vaislas buļļi - analīzes veica Igaunijas Dzīvības zinātņu universitātes Ģenētisko pētījumu laboratorijā 101 govij, t.sk. 30 Latvijas brūnās šķirnes un 70 Latvijas zilās šķirnes govij – analīzes veica LLU LF fakultātes molekulārās ģenēikas laboratorijā. rezultātu testēšanu realizējām Igaunijā, Tartu. Pārbaudes rezultāti pilnībā apstiprināja mūsu laboratorijā veikto analīžu rezultātu pareizību un deva pamatu darbu drošai tālākai izvēršanai. β -kazeīna gēna alēļu izpētes materiāls 94 govij, t.sk. 33 Latvijas brūnās šķirnes un 61 Latvijas zilās šķirnes govij – analīzes veica LLU LF fakultātes molekulārās ģenēikas laboratorijā.

Rezultāti: κ-casein alēļu un genotipu biežums vaislas buļļu populācijā LB LB % DR GR SR n=19 n=6 n=15 n=4 A 0.816 0.583 0.567 0.875 0.750 B 0.184 0.167 0.300 - E 0.250 0.133 0.125 AA 0.632 0.333 0.267 0.500 AB 0.368 0.467 BB 0.067 AE BE EE -   -

Rezultāti: κ-casein alēļu un genotipu biežums vaislas buļļu populācijā κ-casein frequency HRW HM n=9 n=27 A 0.611 0.593 B 0.222 E 0.167 0.185 AA 0.333 0.370 AB 0.148 BB - 0.111 AE 0.223 0.296 BE 0.074 EE  -

Secinājumi (vaislas buļļu materiāls) Analizētajā materiālā, ko ieguva no vaislas buļļiem κ-kazeīna E alēles klātbūtne Latvijas brūnās šķirnes īpatņiem netika konstatēta. Pārējās sarkano šķirņu grupās šīs alēles biežumi bija robežās no 0.125 līdz 0.250. Arī B alēles biežumi nebija augsti (0.167 – 0.300) un augstākie tie bija tikai īpatņiem ar lielāku Dānijas sarkanās šķirnes asinību. Biežāk tika konstatēta alēle A (0.567 – 0.816).

Rezultāti: κ-casein un β-casein alēļu un genotipu biežums govīm Latvijas β-casein brūnā zilā A 0.683 0.685 A1 0.697 0.779 B 0.317 0.315 A2 0.303 0.221 E - AA 0.467 0.465 A1A1 0.394 0.557 AB 0.433 0.436 A1A2 0.606 0.443 BB 0.100 0.099 A2A2

Secinājumi (govju materiāls) Atkārtotas analīzes rezultāti parādīja, ka vēlamās κ-kazeīna B alēles biežumi ir augstāki, nekā sākotnēji noteiktie. Abās šķirnēs (Latvijas brūnā un Latvijas zilā) tie ir praktiski vienādi un sastāda 0.3 (pret 0.184, sākotnējā materiālā). Arī genotipu biežumi (AA, AB un BB) ir praktiski vienādi: Latvijas brūnai un Latvijas zilai šķirnei;

Nākotnes ieceres Uzskatam, ka arī Latvijā ir jāveic pētījumi šajā virzienā, jo līdz šim piena proteīna genotipiskā daudzveidība Latvijas govju populācijā nav pētīta. Noskaidrojot Latvijā audzēto govju šķirnes genotipus, būs iespējams veikt dzīvnieku izlasi un atlasi pēc piena proteīna vēlamā genotipa. Turpmākajos pētījumos noteiksim četrus: αS2, β kazeīna, α- un β lactoglobulīna piena proteīnu genotipu biežumus Latvijas audzēto govju populācijās.

Paldies par uzmanību!