Opracowanie narzędzi genomowych pozwalających na
Transkrypt
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