Genetyczne uwarunkowanie schorzeń racic

Schorzenia racic są jednymi z najbardziej powszechnych problemów występujących w populacji krów mlecznych. Szacuje się, że około 75% wszystkich krów w Europie ma lub miało co najmniej jedno z takich schorzeń. Występowanie problemów z racicami zależy od wielu czynników środowiskowych, ale także ma podłoże genetyczne. Dzięki temu możliwa jest selekcja zwierząt o najwyższej wartości hodowlanej pod kątem odporności na choroby racic. W poniższym artykule skupimy się na genetycznym uwarunkowaniu tych schorzeń u krów mlecznych i możliwości doskonalenia zdrowotności racic przez selekcję.

TEKST: Ewa Sell-Kubiak, CGen, PFHBiPM

Odziedziczalność schorzeń racic
Odziedziczalność cechy określa siłę zależności pomiędzy wartością hodowlaną zwierzęcia, definiującą znaczenie genów rodzica dla przyszłego potomstwa, a jego fenotypem, czyli obserwowaną wartością danej cechy w określonych warunkach środowiskowych. Im wyższa jest wartość odziedziczalności, tym w większym stopniu dana cecha zależy od genów osobnika, a w mniejszym od środowiska. Cechy związane ze zdrowotnością racic mają z reguły niską odziedziczalność, na poziomie od kilku do dwudziestu procent, choć zdarzają się też wartości wyższe, o czym można przeczytać poniżej. Oznacza to, że na siłę zależności pomiędzy fenotypem a wartością hodowlaną podatności danego osobnika na wystąpienie choroby racic wpływają w większym stopniu czynniki środowiskowe niż genetyczne. Mimo to możliwa jest selekcja zwierząt w kierunku wyższej odporności na schorzenia racic, dzięki prowadzeniu ewidencji ich występowania. Obecnie, w dobie selekcji genomowej, dużo łatwiej jest prowadzić skuteczną selekcję pod kątem pożądanej cechy, nawet jeśli ma niską odziedziczalność. Informacja genomowa umożliwia dużo większą dokładność oceny wartości hodowlanej zwierzęcia zarówno u buhajów, jak i u krów i jałówek. Pomaga to w skróceniu czasu potrzebnego do uzyskania np. wzrostu zdrowotności racic w populacji.

Wiele krajów wprowadziło rutynową kontrolę schorzeń racic krów holsztyńsko-fryzyjskich w lokalnych populacjach. Dzięki temu możliwe było poznanie ich podłoża genetycznego. Do tej pory przeprowadzono wiele badań analizujących odziedziczalność różnych chorób racic należących do jednej z dwóch grup: związanych z pojawianiem się infekcji bądź z chorobami metabolicznymi. Schorzenia wynikające z pojawienia się infekcji mają odziedziczalność na poziomie od 0,01 do 0,14, jednak dla dermatitis digitalis (synonim: zakaźne zapalenie skóry) oraz dermatitis interdigitalis (synonim: powierzchowne zapalenie skóry) podawane są także wartości na poziomie około 0,40. Podobne wartości zostały uzyskane dla schorzeń wywołanych przez choroby metaboliczne, gdzie najwyższą odziedziczalność, na poziomie 0,30, mają choroba linii białej oraz wrzód podeszwy. Otrzymane wartości odziedziczalności wskazują, że jest możliwe wprowadzenie selekcji zwierząt pod kątem wyższej odporności na schorzenia racic.

Wartość hodowlana
Określa wartość genów rodzica dla cech przyszłego potomstwa.Fenotyp
Obserwowana wartość danej cechy w określonych warunkach środowiska.

Genotyp
Wszystkie geny danego osobnika wpływające na jego wartość hodowlaną.

Odziedziczalność
Siła zależności pomiędzy wartością hodowlaną zwierzęcia a obserwowaną wartością danej cechy w określonych warunkach środowiska. Im wyższa jest wartość odziedziczalności, tym w większym stopniu dana cecha zależy od genów osobnika, a w mniejszym od środowiska, w jakim przebywa zwierzę. Przyjmuje wartości 0–1.

Genetyczna relacja pomiędzy cechami
Opisując zależności pomiędzy cechami, często używane są pojęcia korelacji genetycznej. Korelacja genetyczna jest bardzo istotna dla hodowli zwierząt, ponieważ pozwala przewidzieć skutki selekcji nastawionej na doskonalenie jednej cechy na pozostałe, interesujące z punktu widzenia hodowlanego. Korelacja ta jest miarą siły zależności genetycznej między dwoma cechami, wynikającą z zależności pomiędzy genami wpływającymi na dane cechy bądź jednoczesnego wpływania genów na wiele cech. Korelacje przedstawiane są jako współczynnik korelacji genetycznej zawierający się w przedziale od -1 do +1. Jeżeli współczynnik przyjmuje wartość ujemną, wówczas wraz ze spadkiem jednej cechy następuje wzrost drugiej; przy dodatniej wartości współczynnika obserwujemy równoległy wzrost lub spadek wartości obu cech. Brak zależności między badanymi cechami obserwujemy, jeśli korelacja przyjmuje wartości bliskie lub równe zeru. Przykłady przedstawionych zależności pomiędzy cechami można znaleźć w kolejnych sekcjach artykułu.

Cechy pokroju w walce ze schorzeniami racic
Bardzo istotnym zastosowaniem korelacji genetycznej jest możliwość wykorzystania jej do selekcji cech trudno mierzalnych przez genetyczną zależność z cechami łatwo mierzalnymi. Pozwalałoby to na doskonalenie np. zdrowotności racic przez cechy pokroju. Takie założenie wynikało z obserwowanych zależności fenotypowych między budową nóg a chorobami. Ze względu na fakt, że na każdym typie podłoża schorzenia racic występują znacznie częściej na tylnych nogach niż na przednich, bardzo długo zakładano, że cechy pokroju tylnych nóg zapewniają ogólną zdrowotność racicom przez selekcję pośrednią. Uważano, że selekcja, np. pod kątem prawidłowej postawy nóg tylnych, powinna gwarantować wysoką odporność na schorzenia racic. Jednak badania analizujące genetyczne korelacje pomiędzy cechami pokroju a schorzeniami racic wskazały raczej na brak lub bardzo niską relację między tymi cechami.

Faktyczne korelacje genetyczne pomiędzy schorzeniami racic a cechami pokroju nóg przyjmują bardzo niskie wartości, w przedziale od -0.25 do +0.27, z przeważającą liczbą wartości negatywnych. Oznacza to, że przy doskonaleniu zdrowotności racic nie można polegać na selekcji pośredniej pod kątem cech pokroju, ponieważ takie podejście daje bardzo ograniczone efekty selekcji. Przykładem może być korelacja na poziomie +0.21 pomiędzy pokrojem tylnej nogi a zdrowotnością racicy, która oznacza, że selekcja pod kątem cechy pokroju pozwoli na osiągnięcie tylko 21% z możliwego potencjału poprawy zdrowotności racic. Natomiast przy negatywnych wartościach korelacji może prowadzić w kierunku przeciwnym do założonego, czyli do pogorszenia zdrowotności racic. Przykładowo korelacja na poziomie -0.25 pomiędzy oceną pęciny a zdrowotnością racic przy selekcji wyłącznie na ocenę pęciny będzie prowadziła do powolnego, lecz stałego wzrostu podatności na choroby racic. Co więcej, korelacje pomiędzy cechami pokroju a zdrowotnością racic są bardzo trudne do interpretacji. Dlatego bardzo istotne jest wprowadzanie do oceny użytkowości cech zdrowotności racic, ponieważ tylko przez zdobywanie informacji pochodzących z korekcji możemy prowadzić selekcję w stronę zwiększenia odporności na schorzenia.

Dlaczego krowa z prawidłowo zbudowanymi nogami choruje?
• Selekcja pod kątem pokroju nóg nie gwarantuje poprawy zdrowotności racic, ponieważ genetycznie te cechy są słabo skorelowane.
• Jeżeli jest to krowa o wysokiej wydajności mlecznej, genetycznie jest bardziej podatna na schorzenia racic.
• Krowy o wysokiej wydajności są genetycznie bardziej podatne na choroby metaboliczne, które sprzyjają schorzeniom racic.
• Zdrowotność racic jest cechą raczej nisko odziedziczalną, ale jej doskonalenie przez selekcję genomową jest możliwe.

Racice a wydajność i reprodukcja
Zwierzęta genetycznie uwarunkowane do wyższej wydajności mlecznej oraz większej zawartości kilogramów tłuszczu w mleku mają większą skłonność do schorzeń racic (korelacja genetyczna na poziomie 0,45), co prowadzi m.in. do konieczności przeprowadzania u nich częstszych rutynowych korekcji. Jednak, co ciekawe, patrząc na poszczególne schorzenia racic, znalazł się jeden wyjątek od tej reguły. Krowy z dermatitis digitalis miały negatywną korelację genetyczną z zawartością tłuszczu (-0,43). Oznacza to, że zwierzęta o niskiej zawartości kilogramów tłuszczu w mleku mają genetycznie uwarunkowaną wyższą zachorowalność na to konkretne schorzenie. Natomiast choroby racic mające podłoże metaboliczne, np. wrzód podeszwy bądź przerost skóry szpary międzypalcowej, miały niskie pozytywne korelacje z cechami wydajności mlecznej (0,10–0,30). Taki wynik nie powinien być zaskoczeniem, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że krowy o wysokiej wydajności mlecznej genetycznie mają wyższą skłonność do zapadania na choroby metaboliczne, co w efekcie wpływa na genetyczne uwarunkowanie podatności na schorzenia racic.

Dla cech reprodukcyjnych genetyczne korelacje ze schorzeniami racic wskazują, że krowy genetycznie bardziej podatne na problemy racic są jednocześnie obarczone większymi problemami reprodukcyjnymi (korelacje genetyczne na poziomie 0,01–0,50). U krów z dermatitis digitalis potrzebna jest większa liczba inseminacji, by doprowadzić do zapłodnienia, a także występuje wydłużenie okresu międzyciążowego. Natomiast u zwierząt z wrzodem podeszwy można się spodziewać wydłużenia okresu pomiędzy wycieleniem a inseminacją. Jednak dość niski poziom korelacji genetycznej pomiędzy opisanymi cechami (0,25) nie oznacza, że jeśli przeprowadzamy selekcję w celu udoskonalenia cech reprodukcyjnych, to również cechy zdrowotności racic ulegną poprawie.

Genetyczna kontrola schorzeń racic na świecie
Jak wspomniano wcześniej, schorzenia racic są często cechami o niskiej odziedziczalności i do tego trudno mierzalnymi. Jednak ze względu na ich ogromny wpływ na opłacalność hodowli oraz na występujące negatywne korelacje z cechami wydajności i płodności, wiele krajów uwzględnia te cechy w swoim celu hodowlanym. Do tych krajów należą m.in. Niemcy, Hiszpania, kraje skandynawskie, Holandia czy Kanada. W tworzeniu indeksów ekonomicznych bierze się pod uwagę wybrane, najczęściej występujące schorzenia racic (Niemcy, Hiszpania, Holandia) lub grupy cech opisujących zdrowotność racic: schorzenia infekcyjne, metaboliczne, uszkodzenia mechaniczne (Szwecja-Dania-Finlandia, Kanada). Jednak kluczowym etapem doskonalenia cech zdrowotności racic jest zbieranie kompletnej informacji dotyczącej każdej rutynowej korekcji. Tylko na podstawie prawidłowo gromadzonych danych jesteśmy w stanie doskonalić te cechy przez pracę hodowlaną. Hodowcy i korektorzy gromadzą następnie wyniki korekcji przede wszystkim dla lepszego zarządzania stadem, ponieważ analiza wcześniejszych korekcji znacznie ułatwia poprawę zdrowotności racic. Z tego względu Centrum Genetyczne PFHBiPM realizuje projekt „CGen korekcja”. Po więcej informacji na jego temat zapraszamy hodowców i korektorów na www.cgen.pl/korekcja.

KORELACJA

Miara siły zależności między dwoma cechami
przedstawiana jako współczynnik korelacji zawierający się w przedziale od -1 do +1.Dodatnia korelacja – wzrost wartości jednej cechy oznacza wzrost lub spadek drugiej cechy.
Ujemna korelacja – spadek wartości jednej cechy oznacza wzrost drugiej.
Korelacja bliska zeru – brak zależności między cechami.

KORELACJA GENETYCZNA 

KORELACJA FENOTYPOWA
Zależność pomiędzy genami wpływającymi na dwie cechy. Zależności pomiędzy obserwowanymi wartościami dwóch cech.
Wykorzystywana często w selekcji ze względu na cechy trudno mierzalne, będące skorelowanymi z cechami łatwymi do obserwacji. Wynikają z podłoża genetycznego i środowiskowego.
Bardzo istotne dla hodowli, gdyż służą do przewidywania skutków selekcji pod kątem jednej ze skorelowanych cech. Mogą służyć do zarządzania stadem, ale nie można podejmować na ich podstawie decyzji dotyczących kojarzeń i selekcji.