Opracowanie narzędzi genomowych pozwalających na

Marcin Pszczoła
Katedra Genetyki i Podstaw Hodowli Zwierząt, Wydział Hodowli i Biologii
Zwierząt, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Opracowanie narzędzi genomowych pozwalających na prowadzenie
selekcji pod kątem cech mierzonych na niewielkiej liczbie zwierząt
Genetyczne doskonalenie zwierząt odbywa się przede wszystkim na drodze selekcji.
Kierunek doskonalenia wyznacza cel hodowlany, który stanowią cechy i przypisane im wagi.
W przypadku bydła mlecznego, w niektórych krajach doskonali się jednocześnie nawet
ponad 40 cech, dla których obserwacje gromadzone są w populacji aktywnej, objętej kontrolą
użytkowości. Wzbogacanie celów hodowlanych o nowe cechy wynika głównie ze zmian w
hodowli, powodowanych dostosowywaniem się do nowych warunków rynkowych i chęcią
poprawy ekonomiki produkcji, konsekwencji występowania korelacji genetycznych pomiędzy
cechami czy dążeniem do ograniczenia negatywnego wpływu produkcji zwierzęcej na
środowisko naturalne. Uwzględnienie nowej cechy w hodowli nie jest łatwe, szczególnie gdy
nie jest ona objęta kontrolą użytkowości, a jej pomiar jest kosztowny i pracochłonny.
Niewielka liczba obserwacji zgromadzona od małej populacji przekłada się na niską
dokładność oceny i ograniczoną możliwość uzyskania pożądanego postępu genetycznego
przy wykorzystaniu selekcji tradycyjnej. U bydła mlecznego postęp genetyczny opierał się na
selekcji buhajów, do oceny których konieczne było pozyskanie obserwacji od wielu córek, co
było procesem kosztownym i czasochłonnym. Stąd aktualne jest poszukiwanie rozwiązań i
narzędzi, które umożliwią doskonalenie nowych cech.
Selekcja genomowa otwiera nowe możliwości w doskonaleniu zwierząt. Wykorzystuje
markery podstawień jednonukleotydowych (SNP) zebrane na panelach SNP. Markery SNP
to dodatkowe źródło informacji, pozwalające przeprowadzić ocenę wartości hodowlanej. W
selekcji genomowej kontrolą użytkowości obejmuje się grupę zwierząt zwaną populacją
referencyjną. Większa populacja referencyjna przekłada się na wyższą dokładność oceny.
Osobniki oceniane nie muszą posiadać informacji fenotypowej, stąd możliwe jest
przyspieszenie selekcji młodych osobników. Selekcja genomowa pozwala na bardziej
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
efektywne wykorzystanie ograniczonej liczby obserwacji, co otwiera możliwości doskonalenia
nowych cech o trudnych pomiarach. Jako stosunkowo nowa metoda, wymaga ona poznania
mechanizmów, na których się opiera oraz poszukiwania sposobów jej optymalizacji.
Głównym celem badań przedstawionych w pracy doktorskiej było poszukiwanie
możliwości optymalizacji selekcji genomowej dla doskonalenia nowych cech, dla których
dostępna jest niewielka liczba obserwacji. Rozważono wpływ użycia czterech metod
optymalizacyjnych na dokładność oceny wartości hodowlanych w selekcji genomowej.
Przeanalizowane rozwiązania to: (1) powiększenie populacji referencyjnej o osobniki nie
posiadające informacji o genotypie - niezgenotypowanych; (2) optymalizacja struktury
populacji referencyjnej pod kątem spokrewnienia zwierząt ją tworzących; (3) genotypowanie
tylko
osobników
w
populacji
referencyjnej
lub
kandydatów
selekcyjnych;
oraz
(4) wykorzystanie cech wskaźnikowych o łatwych pomiarach.
Na podstawie przeprowadzonych analiz, w których wykorzystano zarówno symulacje
komputerowe, jak i obserwacje rzeczywiste udało się określić kluczowe czynniki pozwalające
na skuteczne wdrożenie nowych cech do nowoczesnych programów hodowlanych. Są to:
(1) maksymalizacja dokładności przewidywania genotypów niezgenotypowanych zwierząt
mających powiększyć populację referencyjną; (2) optymalizacja struktury populacji
referencyjnej; (3) poszukiwanie cech wskaźnikowych o łatwych pomiarach, dostępnych
również dla osobników ocenianych; (4) opracowanie technik umożliwiających rutynowe
pomiary nowych obserwacji fenotypowych; oraz (5) zwiększenie zaangażowania hodowców
w proces pozyskiwania informacji.
Wyniki omawianej pracy doktorskiej mogą zostać wykorzystane do doskonalenia
zwierząt gospodarskich obniżając bezpośrednio lub pośrednio emisję gazów cieplarnianych
oraz do poprawy ekonomiki produkcji zwierzęcej, która jest powiązana z wytwarzaniem tych
gazów. W ramach realizacji pracy powstało oprogramowanie oraz zostały opracowane
algorytmy, które mogą zostać wykorzystane w praktyce hodowlanej. Szczególnie duży
potencjał aplikacyjny mają wyniki dotyczące projektowania optymalnej struktury populacji
referencyjnej oraz wykorzystania cech wskaźnikowych w doskonaleniu nowych cech.
Wypracowane rozwiązania dotyczą głównie zwierząt gospodarskich, a zatem potencjalnie
mogą zostać wykorzystane w praktyce hodowlanej na terenie województwa wielkopolskiego.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego