HH – holsztyńskie haplotypy obniżające płodność bydła

Powszechnie wiadomo, że ocena genomowa przynosi niezaprzeczalne korzyści, przede wszystkim w postaci większego postępu hodowlanego. Ponadto badanie buhajów i krów dostarcza danych, dzięki którym jest możliwa kontrola pochodzenia, co dodatkowo podnosi jakość rodowodów i pośrednio wpływa na dokładność szacowania wartości genetycznej. Pozyskanie informacji o genotypach (markerach SNP) umożliwia także wykrywanie nosicieli defektów genetycznych.

tekst: prof. dr hab. Stanisław Kamiński, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Katedra Genetyki Zwierząt

Analizy dziedziczenia grup sprzężonych markerów typu SNP, zwanych haplotypami, wykazały istnienie dziewięciu haplotypów, które powodują zamieranie zarodków lub poronienia w sytuacji, gdy haplotypy te występują w stanie homozygotycznym. Dotychczas wykryto pięć haplotypów u bydła HF: jeden u rasy jersey, dwa u rasy brown swiss i jeden u rasy ayrshire.

Ze względu na dominację w Polsce bydła HF przyjrzyjmy się haplotypom występujących w tej rasie. Haplotypy o takich defektach są obecnie oznaczane skrótami HH (holstein haplotype). Dla defektów wykrytych jeszcze przed upowszechnieniem się oceny genomowej wprowadzono symbole literowe, np. HHB (dla defektu BLAD), HHC (dla defektu CVM), HHD (dla defektu DUMPS) czy HHM (dla syndaktylii). Z kolei dla haplotypu związanego z defektem Brachyspina zarezerwowano symbol HHO.

Negatywny wpływ haplotypu na płodność jest obserwowany wtedy, gdy osobniki homozygotyczne (dla tego haplotypu) rodzą się martwe, występuje wyraźna redukcja skuteczności zapłodnienia lub wzrost liczby poronień wskutek kojarzenia buhaja nosiciela z krową pochodzącą po buhaju nosicielu haplotypu. Uznaje się, że HH dziedziczą się w sposób autosomalny recesywny, co w praktyce oznacza, że 25% potomstwa po rodzicach będących nosicielami będzie wykazywać wyżej wymienione objawy. Należy jednak pamiętać, że z takich kojarzeń urodzi się 50% nowych nosicieli, którzy będą przenosić haplotyp na kolejne generacje. Efekty fenotypowe i ekonomiczne wywoływane przez haplotypy w stanie homozygotycznym są zróżnicowane i zależą głównie od ich częstości oraz fazy ciąży, w której ujawnia się ich działanie. Oczywiste jest, że im wyższa częstość występowania haplotypu i im późniejsza faza ciąży, tym większe są straty wywołane haplotypami. Objawy kliniczne mają miejsce zazwyczaj przed 60.–100. dniem ciąży (HH2, HH3, HH4 i HH5, HH6) lub we wszystkich stadiach ciąży (HH1). Trzeba zaznaczyć, że w niektórych krajach negatywny wpływ haplotypów na cechy płodności jest uwzględniany w genomowej ocenie buhajów. Chodzi o dwie cechy – SCR (sire conception rate) i DPR (daughter pregnancy rate). A zatem, jeśli buhaj jest nosicielem pod względem jednego lub kilku haplotypów, wartość hodowlana dla tych cech powinna być odpowiednio niższa, co stanowi skuteczny sygnał ostrzegawczy dla hodowcy.

W Katedrze Genetyki Zwierząt Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego podejmowano badania przesiewowe na nosicielstwo defektów genetycznych już od roku 1996. Na początku wykryto brak nosicieli defektu DUMPS, i po 10 latach obowiązkowych badań (w 2004 r.) stacje inseminacji zrezygnowały z testowania buhajów na ten defekt. Drugim z kolei defektem wykrywanym w naszym kraju był BLAD, którego nosiciele po okresie intensywnego testowania zostali skutecznie usunięci z populacji, do tego stopnia, że dzisiaj od pięciu lat nie wykryto w Polsce nowego nosiciela. Kolejny defekt – CVM – był wykrywany u buhajów od 2004 r., wykryto wtedy wielu nosicieli, od dwóch lat jednak nie odnotowano żadnego nowego przypadku. Po pojawieniu się defektu Brachyspina podjęto także systematyczne badania młodych buhajów zakupowanych przez stacje inseminacji, i w ciągu kilku lat populacja ta została oczyszczona z nosicieli w takim stopniu, że obecnie sporadycznie wykrywa się 1–2 nosicieli na rok. Badania te należy podtrzymywać, ale na horyzoncie pojawiły się nowe haplotypy obniżające płodność – i te są dzisiaj w centrum zainteresowania.

Z grupy ostatnio wykrytych HH na szczególną uwagę zasługuje haplotyp HCD (haplotype cholesterol deficiency). Analiza rodowodowa pozwoliła ustalić, że współcześni nosiciele HCD wywodzą się od buhaja Maughlin Storm (HOCANM5457798), urodzonego w 1991. W najnowszych badaniach niemieckich stwierdzono aż 12,5% nosicieli wśród najmłodszych buhajów, tj. urodzonych między 2012 a 2015 rokiem. Inne badania, na populacji 29 tys. osobników, wykazały 1,3% nosicieli we francuskiej populacji bydła holsztyńskiego.

Polska hodowla bydła HF jest niewątpliwie narażona na szkody wywołane obecnością haplotypów obniżających płodność. O istnieniu nosicieli niedoboru cholesterolu (HCD) w populacji buhajów rasy PHF świadczą nasze wstępne badania, które wykazały, że w inseminacji polskiego bydła HF używano co najmniej 27 buhajów posiadających w swoim rodowodzie buhaja Maughlin Storm, z czego dziewięć okazało sie nosicielami HCD, m.in. po buhajach Goldwyn (CA10705608), Predistine (US69177592) i Magenta Red (US141304939).

Straty ekonomiczne wywołane przez konkretny haplotyp mogą być bardzo duże. Przekonującym przykładem jest haplotyp HH1, którego tzw. założycielem jest amerykański buhaj Pawnee Farm Arlinda Chief (USAM000001427381), urodzony w 1962. Był on jednym z najbardziej wpływowych buhajów w historii rasy HF, będąc ojcem wielu popularnych męskich osobników i w efekcie ojcem 16 tys. córek, ponad 500 tys. wnuczek i ponad 2 mln prawnuczek. Obecnie ocenia się udział jego chromosomów w całej populacji buhajów HF na aż 14% (zajmuje drugie miejsce w tym rankingu po legendarnym buhaju Elevation).

W USA zbadano niemal ćwierć miliona sztuk bydła HF i stwierdzono w tej populacji 5299 nosicieli (heterozygot) i ani jednego homozygoty. Szacuje się, że HH1 w skali światowej wywołał już 525 tys. spontanicznych aborcji w okresie ostatnich 35 lat, powodując ok. 420 mln dolarów start. W USA do 2015 r. frekwencja nosicieli HH1 spadła z początkowych 8% do 2%. W naszych badaniach pilotażowych przebadano 178 buhajów, które w swoim rodowodzie miały ojców nosicieli HH1 oznaczonych w innych krajach. W tej grupie wykryliśmy 85 nosicieli HH1. Najwięcej stwierdzono wśród synów buhaja Morty (PL000609521043) – 16 z 40 testowanych, buhaja Finley (PL000609541249) – 13 z 34 testowanych, oraz buhaja Marion (US1301532940 – 14 z 26 testowanych.
Kolejnym haplotypem o dość dużym znaczeniu dla płodności bydła jest HH6. Założycielem HH6 jest buhaj Mountain (USM000002070579). Był to wybitny osobnik, szeroko stosowany w inseminacji na świecie, popularny także w Polsce. W systemie Symlek zarejestrowano 157 synów tego buhaja, z czego 66 było urodzonych w Polsce, a dwa buhaje zostały sprowadzone do naszego kraju. Wstępne badania, prowadzone w UWM w Olsztynie, wykazały, że popularne w przeszłości buhaje Marion (US130153294), Saratoga (NL129637213) i Addison (NL839380546) są nosicielami HH6.

Co ważne, niektóre buhaje mogą być nosicielami więcej niż jednego haplotypu obniżającego płodność. Z naszych badań wynika, że w grupie badanych kilkuset osobników było 12 podwójnych nosicieli, w tym ośmiu dla HH1/HH6, trzech dla HHC/HH1 i jeden dla HHC/HH0.

Opóźnienie oficjalnego wdrożenia oceny genomowej w Polsce (sierpień 2014) oraz korzystanie z mikromacierzy Illumina 50K sprawiły, że, jak dotychczas, ośrodki obliczeniowe nie pozyskują pełnej informacji o HH u ocenianych w kraju buhajów. Jedynym narzędziem, jakie pozostaje obecnie, jest zastosowanie mikromacierzy niskiej gęstości Euro10K do preselekcji młodych buhajków, zamiast stosowanej w Polsce macierzy 50K. Na macierzy Euro 1OK bowiem zamieszczono szereg markerów umożliwiających wykrywanie nosicieli defektów genetycznych, z wyjątkiem objętych patentem defektów CVM i Brachyspina.

Jako że w polskiej populacji bydła HF frekwencja nosicieli „starych defektów”, takich jak BLAD czy CVM, została stosunkowo szybko i skutecznie ograniczona, główną uwagę zatem należałoby skupić na nowych defektach, w tym głównie na Brachyspina, HCD, HH1 i HH6. Konieczne jest pilne wypracowanie strategii postępowania monitorującego częstość mutacji pogarszających cechy płodności w populacji polskiego bydła HF. 

Nowe macierze

1. Użycie macierzy EuroG 10K zostało zakończone. Laboratorium Genetyki Bydła PFHBiPM używa wyłącznie macierzy nowej generacji, tj. macierzy średniej gęstości EuroG_MD zawierającej około 45 000 markerów dla populacji żeńskiej.

2. Na macierzy EuroG_MD obecne są sondy na haplotypy HH1, HH3, HH6, HH7 oraz związane z deficytem cholesterolu, czyli pozwala ona efektywnie badać mutacje.

3. Na nowej macierzy EuroG_MD można wykrywać haplotypy z wyjątkiem CVM i Brachyspiny.

Objęcie jak największej liczby buhajów i krów genotypowaniem tą macierzą, tak jak to ma miejsce w krajach należących do EuroGenomics, pozwoli kontrolować ich segregację i ograniczyć ich rozprzestrzenianie w populacji polskiej.