Czekamy na Wiosnę – Ocena genomowa zdrowotności racic już w kwietniu 2024

Podstawą dobrostanu jest zapewnienie równowagi zwierzęciu we wszystkich aspektach jego bytowania. Zaburzenie jej wpływa na zwiększenie częstotliwości obserwowanych schorzeń u zwierząt, m.in. chorób racic. Schorzenia te stanowią jedną z głównych przyczyn brakowania sztuk ze stada i wpływają na obniżenie ekonomiki produkcji ze względu na wysokie koszty. Ograniczenie strat wymaga podejmowania działań w wielu obszarach, od zapewnienia wygodnych legowisk po organizację kąpieli racic i prowadzenie regularnej korekcji. Występowanie schorzeń racic można też ograniczyć na drodze genetycznej, selekcjonując zwierzęta o wyższej odporności i mniejszej podatności na zmiany w obrębie rogu racicowego. Aby doskonalenie stada było możliwe, konieczna jest znajomość wartości hodowlanych dla cech powiązanych z poszczególnymi schorzeniami.

tekst: dr Magdalena Graczyk-Bogdanowicz, dr Katarzyna Rzewuska

Zdrowotność racic do tej pory nie podlegała rutynowej ocenie wartości hodowlanej w Polsce. Sytuacja ta zmieni się w kwietniu 2024 roku, kiedy to oficjalnie zostanie wprowadzona ocena genomowa dla tej cechy z wykorzystaniem metody jednego kroku (single-step method).

Pierwszą cechą, dla której będzie publikowana ocena genomowa, jest odporność na dermatitis digitalis (DD), czyli zapalenie skóry palca, znane też pod nazwą choroby Mortellaro lub choroby truskawkowej (ryc. 1). Schorzenie to jest jedną z najczęściej rejestrowanych chorób racic, dlatego właśnie na tej cesze w pierwszej kolejności skupiła się nasza uwaga. Jest to bakteryjna choroba infekcyjna, powodowana zwykle przez krętki z rodzaju Trepomena. Choroba ta jest silnie zakaźna, jeśli występuje w stadzie, to zwykle choruje większość zwierząt w różnym stadium zaawansowania schorzenia. Zapalenie obejmuje zwykle obszar w okolicy szpary międzypalcowej. Zmiana ta jest szczególnie bolesna w fazie aktywnej, kiedy dochodzi do owrzodzenia i w konsekwencji kulawizny zwierzęcia. Ocena genomowa dla DD z wykorzystaniem metody jednego kroku będzie pierwszą w Polsce oceną genomową szacowaną z wykorzystaniem tej metodyki.

Metoda jednego kroku jest najnowszą metodą szacowania wartości hodowlanej, w której do obliczeń włącza się informację rodowodową, fenotypową i genomową. Dzięki temu wszystkie zwierzęta są ocenione z jednoczesnym użyciem wszystkich źródeł informacji. Nazwa „metoda jednego kroku” ma kojarzyć się z nowym, prostszym sposobem szacowania wartości hodowlanej w odniesieniu do obecnie stosowanej. Do tej pory genomowa wartość hodowlana w Polsce jest szacowana z wykorzystaniem bardziej skomplikowanej metody dwustopniowej (ang. two-step), która wymaga dwóch etapów obliczeń.

Prowadzenie oceny wymaga zgromadzenia danych zweryfikowanych pod względem ilościowym i jakościowym. Uczestnicy projektu „CGen korekcja” współpracują na zasadzie trójstronnego porozumienia. Korektorzy biorący udział w projekcie korzystają ze specjalnej aplikacji stworzonej przez CGen PFHBiPM, w której wprowadzają dane dotyczące przeprowadzonej korekcji. Gromadzone w ten sposób informacje są nie tylko łatwo dostępne do przeprowadzania analiz, ale przede wszystkim bezpiecznie przechowywane. Korektorzy na zasadzie porozumienia z hodowcą otrzymują zgodę na pozyskiwanie danych w stadzie, natomiast hodowca na zasadzie współpracy wyraża zgodę na korzystanie ze zgromadzonych danych w jego stadzie przez CGen. Trójstronna współpraca wymaga połączenia oczekiwań wszystkich stron porozumienia. Korektor oczekuje przyjaznej użytkownikowi aplikacji, która umożliwi szybkie wprowadzanie danych (ryc. 2). CGen oczekuje wysokiej jakości danych, które umożliwią prowadzenie oceny. Hodowca, jako dostarczyciel danych o stadzie, oczekuje informacji zwrotnej, która umożliwi mu wdrożenie leczenia i w przyszłości genetyczne doskonalenie stada. Kluczowe znaczenie ma długość okresu, w jakim stado uczestniczy w projekcie. Korzystne dla dokładnej oceny zwierzęcia jest śledzenie zapadalności na DD lub inne schorzenia w kolejnych laktacjach, a więc minimum cztery lata uczestnictwa w projekcie. Dzięki temu jesteśmy w stanie określić powtarzalność występowania schorzenia u danej sztuki oraz jej genetyczną odporność z wyższą dokładnością.

Niebywałą korzyścią z wprowadzenia genomowej oceny wartości hodowlanej jest możliwość selekcji zwierząt bez konieczności oczekiwania na ich fenotyp. Od zwierzęcia zaraz po urodzeniu można pobrać materiał genetyczny do genotypowania. Po kontroli pochodzenia genotyp takiej samicy jest włączany do rutynowej oceny wartości hodowlanej. Jednak żeby dobrze móc powiązać informację genomową i obserwowany fenotyp, kluczowe jest utworzenie dużej populacji referencyjnej, a więc dużej puli samic, które mają jednocześnie fenotyp i genotyp. Tylko wtedy będziemy w stanie ocenić zwierzęta z wystarczająco dobrą dokładnością. Beneficjentem oceny genomowej są stada, które genotypują rodzące się w nich jałówki. Jeśli stada te uczestniczą również w projekcie „CGen korekcja”, to zgenotypowane samice od pierwszej laktacji dołączą do populacji referencyjnej dla tej cechy. Finalnie ocenę wartości hodowlanej otrzymają zwierzęta zgenotypowane lub te, których fenotyp spełniał kryteria filtrowania danych oraz kryteria publikacji oceny.

Wyzwaniem dobrze prowadzonej oceny wartości hodowlanej jest połączenie trzech obszarów: rozpoznania schorzenia, wymogów dotyczących zbierania danych i prowadzenia oceny oraz stricte związanych ze strukturą, dostępnością danych i ich wiarygodnością.

W celu spełnienia pierwszego warunku korektorzy biorący udział w projekcie podlegają cyklicznym szkoleniom związanym z poprawnym rozpoznaniem chorób racic zgodnie z atlasem chorób ICAR oraz poprawnym wprowadzeniem rekordów do udostępnionej do tego celu aplikacji. Odpowiednia współpraca przekłada się na jakość danych wprowadzonych do systemu oraz ich jednorodność. W efekcie mamy pewność, że to, co zostało rozpoznane jako DD w jednym stadzie, jest realnie tą samą jednostką chorobową, co DD rozpoznane w innym stadzie przez innego korektora.

ICAR definiuje nowe schorzenia jako zmianę, która powstała po okresie rekonwalescencji trwającym cztery miesiące. Okres ten nie ma zastosowania, jeżeli zmiana rozwinęła się na innej nodze lub w innym miejscu. Schorzenie zarejestrowane w tym samym miejscu, na tej samej nodze jest uwzględniane w ramach czteromiesięcznego okresu rekonwalescencji i nie jest traktowane jako nowy rekord, lecz jako proces leczenia już istniejącej zmiany. W wypadku DD ważne jest nie tylko rozpoznanie tego schorzenia, ale również fazy, w jakiej zastał je korektor. ICAR rekomenduje opisywanie zmiany zgodnie ze stadiami M, które określają stopień dotkliwości schorzenia.

Sam proces organizacji korekcji w stadzie wpływa również na strukturę danych. Takie czynniki jak wielkość stada, sposób prowadzenia hodowli oraz współpraca z korektorem wpływają na częstotliwość wprowadzanych wizyt. Można wyróżnić trzy typy organizacji korekcji: sezonowa (dywanowa), interwencyjna i serwisowa. W ostatnim czasie obserwuje się zwiększony udział przeprowadzanych korekcji serwisowych kosztem korekcji dywanowych. W korekcji serwisowej korektor zwykle odwiedza stado regularnie w krótkich okresach, wykonując korekcje dla określonej grupy zwierząt danego dnia. Takie podejście pozwala na przeprowadzanie korekcji racic z uwzględnieniem statusu krowy czy fazy laktacji, a także na szybszą reakcję na chorobę, co może się przełożyć na skrócenie leczenia. Z drugiej strony taki system wpływa na zwiększenie rejestrowania wizyt obejmujących niewielką grupę zwierząt ze stada. Jest to ważne, bo dane wykorzystywane w ocenie powinny reprezentować całe stado i umożliwiać analizę informacji o danym zwierzęciu na tle pozostałych krów. W przypadku informacji niepochodzących z próbnych dojów dodatkową trudnością jest określenie procentu stada, jaki był poddany korekcji w ciągu roku. W systemie dywanowym korekcji poddawana jest większość sztuk ze stada. Generowane są liczne wizyty reprezentatywne dla stada, a więc pożądane z punktu widzenia oceny. Jednak czas pomiędzy wizytami jest bardzo wydłużony, dlatego w trakcie tego okresu zdarzają się wizyty interwencyjne. Nie stanowią one dobrej grupy porównawczej, ponieważ wszystkie zwierzęta są chore, a więc fenotypowo takie same.

Ocena genomowa zdrowotności racic w Polsce jest wykonywana zgodnie z wytycznymi spółdzielni EuroGenomics. Wytyczne te określają sposób edycji i filtrowania danych oraz listę efektów i sposób modelowania, dostosowany do możliwości danego kraju. Ocena genomowa jest przeprowadzana dla bydła rasy polskiej holsztyńsko-fryzyjskiej odmiany czarno-białej i czerwono-białej. Na dane nakładane są wielorakie filtry podnoszące jakość i użyteczność zebranych rekordów. Do głównych zaliczamy: czas pracy korektora w projekcie, procent krów poddanych korekcji w danym stadzie w konkretnym roku, procent krów poddanych korekcji w danym stadzie w konkretnym roku przez danego korektora oraz homogeniczność wizyt. Czas pracy korektora w projekcie to minimalny okres, po którym uznajemy, że korektor umie poprawnie wprowadzać dane do aplikacji oraz przeszedł szkolenie z rozpoznawania chorób zgodnie z atlasem ICAR. Dla wszystkich korektorów tzw. czas rozgrzewki w projekcie wynosi sześć miesięcy od daty pierwszej rejestracji w aplikacji. Co oznacza, że rekordy zarejestrowane we wczesnej fazie uczestnictwa korektora w projekcie nie są brane pod uwagę, jako najbardziej obarczone błędem. Procent krów poddanych korekcji w stadzie w konkretnym roku został określony na poziomie minimum 60% sztuk, dla których wykonano przynajmniej jeden próbny udój w danym roku w tym stadzie. Oznacza to, że większość stada w danym roku została poddana chociaż raz korekcji, co stanowi dobrą grupę porównawczą dla analizowanego schorzenia.

Cały proces zbierania danych dotyczących zdrowotności racic różni się znacząco od klasycznie ocenianych cech. Podstawowa różnica polega na tym, że fenotyp nie może być zbierany podczas próbnego doju, jak to się dzieje dla wielu innych cech. Kolejną różnicą jest fakt, że często korekcji racic nie podlega całe stado w jednym czasie. Również odstęp czasu, jaki występuje pomiędzy przeprowadzonymi korekcjami w stadzie, nie jest stały i zależy od wielu czynników.

Kolejny filtr jest podobny do poprzedniego, jednak procent krów poddanych korekcji w stadzie w danym roku jest szacowany również z podziałem na korektora. W tym wypadku minimum 5% krów w stadzie w danym roku trzeba poddać korekcji przez korektora. Dzięki temu kryterium odrzucamy obserwacje, w których korektor wykonywał jedynie korekcje interwencyjne w stadzie w małych grupach. W wypadku wizyt interwencyjnych wszystkie zwierzęta są chore, a więc fenotypowo takie same. Nie stanowi to dobrej grupy porównawczej, gdyż nie można wskazać tych o większej lub mniejszej odporności.

Na podobnej zasadzie działa ostatni filtr – homogeniczność wizyt. Oznacza to, że jeśli wszystkie krowy podczas wizyty są chore na jakąkolwiek z rejestrowanych chorób, to wizyta taka zostaje usunięta z analiz, ponieważ nie można odnieść zaobserwowanego fenotypu do zdrowego zwierzęcia z tego stada. Jednak, co należy podkreślić, bardzo ważną rolę odgrywają inne dane, które muszą zostać „dowiązane” do zwierzęcia poddanego korekcji. Pełny krajowy numer zwierzęcia (nie tylko nr oborowy) jest kluczem do dołączenia informacji o rasie, dacie urodzenia, wycielenia krowy, dniach danej laktacji oraz próbnych dojach wykonanych w stadzie. Te informacje pozwalają na przygotowanie danych, na podstawie których jest szacowana wartość hodowlana. Jak wspomniano, model do oceny został zaproponowany przez ekspertów z krajów członkowskich EuroGenomics. Każdy kraj na miarę możliwości rejestracyjnych powinien uwzględnić w nim efekty związane z wiekiem wycielenia krów, dniem korekcji w stadzie (wizytą), korektorem, fazą laktacji krowy czy terminem wycielenia, jako czynnikami, które mogą mieć wpływ na występowanie schorzenia.

W projekcie „CGen korekcja” zgromadzono ilość danych pozwalających na rutynowe szacowanie oceny wartości genomowej dla DD. Zbiór danych do oceny stanowi ponad 250 tys. rekordów od ponad 90 tys. krów w laktacji pierwszej, drugiej i trzeciej+, pochodzących po ponad 6,5 tys. buhajów. Korekcje były przeprowadzone przez 23 korektorów w ponad 350 stadach. W tym miejscu należy nadmienić, że liczba stad biorących udział w ocenie wartości hodowlanej stanowi jedynie 2,2% wszystkich stad znajdujących się pod oceną wartości użytkowej. Co oznacza, że wiele krów, które otrzymują obecnie ocenę, np. dla cech produkcyjnych, nie otrzyma jej dla DD. Gwarantem otrzymania oceny jest zgenotypowanie zwierzęcia.

Wartość hodowlana została poddana standaryzacji na średnią 100 i odchylenie 10, dzięki czemu łatwo oceniać, które zwierzęta mają ponadprzeciętną odporność na tę chorobę. Tak jak w przypadku innych cech ocenianych wyższa wartość hodowlana wskazuje lepsze zwierzę pod względem genetycznym dla ocenianej cechy. W ramach tworzenia populacji referencyjnej dla nowych cech zgromadzono genotypy pochodzące od ponad 10 tys. krów z obserwacjami.*

Przeanalizowano również, jaka relacja występuje pomiędzy fenotypem córek pochodzących po 10% najlepszych i najgorszych buhajów. Określono, że w wypadku najlepszych buhajów jedynie 19% córek miało zarejestrowane DD w pierwszej laktacji, natomiast w wypadku najgorszych buhajów aż 45% córek miało zarejestrowane to schorzenie. Co oznacza ponaddwukrotnie mniej zachorowań u córek pochodzących po 10% najlepszych buhajów w porównaniu z córkami pochodzącymi po 10% najgorszych buhajów (ryc. 3).

Ponad 41% wszystkich zarejestrowanych zgłoszeń dotyczących chorób rejestrowanych w aplikacji „CGen korekcja” dotyczyło DD. Stosunek chorób infekcyjnych do nieinfekcyjnych wynosił odpowiednio 51% i 49%. W populacji krów rasy polskiej holsztyńsko-fryzyjskiej średnio 24% krów chorowało na DD, a pozostałe 76% stanowiły zwierzęta wolne od tego schorzenia. Oszacowano odziedziczalność odporności na DD, która wynosiła średnio 6,6% dla trzech analizowanych laktacji. Wartość ta jest w granicach już doskonalonych cech, takich jak np. cechy funkcjonalne (tab. 1). Oszacowano genomowe wartości hodowlane oraz wyznaczono trendy genetyczne dla buhajów i krów w kolejnych latach urodzenia. Dla obu grup zwierząt trendy te były stabilne, a wartości bliskie średniej 100 pkt, z lekką tendencją wzrostową dla buhajów. Obserwowane trendy mają klasyczny przebieg dla cech, które nie podlegały dotychczas selekcji. Wiele krajów na świecie już od dłuższego czasu z powodzeniem doskonali pod względem DD buhaje ras mlecznych. Lekki wzrost wartości hodowlanej w ostatnich latach może być spowodowany importem nasienia buhajów i selekcją pośrednią poprzez selekcję na inne cechy.

Już niebawem rutynowa ocena genomowa dla DD stanie się faktem. Patrząc w przyszłość, na horyzoncie jawią się wyzwania związane z oceną genomową zdrowotności racic. Jednym z podstawowych jest utrzymanie dotychczasowych uczestników projektu oraz pozyskanie kolejnych korektorów i stad, w których będzie prowadzona rejestracja danych. Pozwoli to na stały dopływ obserwacji potrzebnych do szacowania wartości hodowlanej oraz nowych zwierząt, które otrzymają ocenę. Wzrost zainteresowania genotypowaniem w połączeniu z rejestracją korekcji w ramach programu „CGen korekcja” pozwoli na zwiększenie populacji referencyjnej, która jest kluczowa dla dokładnego szacowania wartości hodowlanej. Jednym z aspektów w zakresie zbierania danych jest zainteresowanie hodowców prowadzeniem korekcji we własnych stadach – trend niezwykle ważny ze względu na efektywność ograniczania kulawizny. Jednocześnie wyzwaniem może być przeprowadzenie szkolenia z rozpoznawania i rejestracji schorzeń racic. Taka organizacja wykonywania korekcji wpłynie również na strukturę danych. Profesjonalny korektor zwykle przeprowadza korekcję w wielu stadach, natomiast hodowca będzie przeprowadzał ją tylko w jednym stadzie, przez co trudno będzie wyeliminować wpływ subiektywnej oceny występujących schorzeń.

Wprowadzenie genomowej oceny zdrowotności racic będzie kolejnym narzędziem w rękach hodowców w walce z DD. Znając genetyczną wartość zwierzęcia, będzie można selekcjonować sztuki o wyższej odporności na to schorzenie. Dodatkowo genotypowanie młodych jałówek pozwoli na szybsze podjęcie decyzji hodowlanych, zmniejszenie kosztów odchowu zwierząt oraz zwiększenie odporności stada. 

*Część genotypów pozyskano we współpracy z Instytutem Zootechniki – Państwowym Instytutem Badawczym w ramach projektu badawczego finansowanego przez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi.