O genomice w Polanicy Zdroju

Obecnie dzięki genomice można poprawiać zdrowotność bydła mlecznego. Nic też dziwnego, że tą technologią interesują się lekarze weterynarii, czego przykładem jest tegoroczna XX Międzynarodowa Konferencja Naukowa w Polanicy Zdroju.

TEKST I ZDJĘCIA: RYSZARD LESIAKOWSKI

Genomika zaczyna odgrywać dużą rolę w selekcjonowaniu bydła mlecznego odpornego na choroby metaboliczne, racic, wymienia – powiedział dr Tomasz Krychowski (na stałe mieszkający we Francji), zaproszony na tegoroczną konferencję w Polanicy Zdroju w celu wygłoszenia referatu pt. „Genomika w Polsce i na świecie”. Prelekcja wprowadzała w zagadnienia selekcji genomowej bydła mlecznego. W opinii prelegenta technologia genomiczna opracowana w końcu XX wieku i wprowadzona do hodowli bydła mlecznego na początku obecnego wieku w dużym stopniu rewolucjonizuje selekcje bydła na całym świecie. Technologia ta zmieniła w zasadniczy sposób:
• wycenę wartości hodowlanej bydła mlecznego (samic, samców, zarodków);
• konstrukcję programów oceny i selekcji buhajów, które nabrały międzynarodowego charakteru;
• sposób użytkowania buhajów przez hodowców;
• możliwości wyceny nowych cech interesujących hodowców.

– W drugiej połowie XX wieku podstawą programów hodowlanych była genetyka populacji i selekcja na podstawie potomstwa. Genetyka populacji zakłada, że fenotyp jest wypadkową genotypu i środowiska (fenotyp = genotyp + środowisko). Genotyp określają wyniki kontroli użytkowości, które koryguje się o wpływy środowiska metodami statystycznymi w celu określenia wartości hodowlanej, przekazywanej z pokolenia na pokolenie. Metoda, którą się posługiwano, to „BLUP model zwierzęcia” – informował prelegent. Wyjaśnił, że selekcja genomowa polega na wyborze reproduktorów nie na podstawie fenotypu, ale na podstawie wartości hodowlanej obliczonej bezpośrednio w oparciu o markery genetyczne rozmieszczone na całym genomie. Wartość alleli markerów oblicza się na podstawie populacji referencyjnej. Bazą populacji referencyjnej są buhaje posiadające ocenioną wartość hodowlaną na podstawie potomstwa. Dysponując bazą referencyjną (buhaje wycenione na potomstwie) oraz analizą markerów ocenionych buhajów, opracowano równania predykcji wartości hodowlanej. Metodykę relacji między markerami a wynikami na podstawie potomstwa buhajów opracowało konsorcjum amerykańsko-francuskie z udziałem amerykańskiej firmy Illumina. – Illumina uprzemysłowiła tę technologię i ją rozpowszechniła. Firma ta opracowała czipy, które umożliwiają obliczenie markerów – powiedział dr Krychowski. Przypomniał, że genom bydła zawiera 3 mld sekwencji DNA, a w genomie znajduje się ok. 30 tys. genów. Naukowcy znaleźli markery, które opisują geny znajdujące się w genotypie. Czip zawiera specjalne odczynniki, które służą do badania materiału biologicznego buhaja, krowy, jałówki. Odczynniki te pozwalają stwierdzić, czy w genotypie zwierząt znajduje się marker. Znając markery, dokonuje się obliczeń w oparciu o równania predykcji i oblicza wartość hodowlaną zwierzęcia.

Czipy różnią się liczbą markerów, co wiąże się z precyzją szacowania wartości hodowlanej. Znane są czipy zawierające 770 tys. markerów (770 K), które zastosowano w selekcji bydła mięsnego i ras o małej populacji. Czipy z 54 tys. markerów (54 K) stosowane są w wycenie wartości hodowlanej buhajów i krów typowanych na matki buhajów. W hodowli bydła mlecznego najczęściej stosowane są czipy zawierające 10 tys. markerów (10 K), wykorzystywane do wyceny wartości hodowlanej samic.

Zalety selekcji genomowej
Jako mankamenty oceny tradycyjnej prelegent wymienił:
• stosunkowo małą ostrość selekcji z uwagi na wysokie koszty (koszt wyceny wartości hodowlanej buhaja na 40 córkach to ok. 40 tys. euro);
• długi czas oczekiwania na ocenę, długi odstęp między pokoleniami;
• wysoką precyzję, ale zależną od liczby potomstwa buhaja;
• małą precyzję oceny u krów na podstawie użytkowości własnej.

Natomiast do zalet oceny wartości hodowlanej na podstawie genomu dr Krychowski zaliczył:
• wysoką ostrość selekcji buhajów, ponieważ genotypowanie nie jest drogie (30–50 euro);
• możliwość wykonania oceny zaraz po urodzeniu (buhajków i jałówek), tj. po pobraniu DNA i oznaczeniu markerów, zatem odstęp między pokoleniami jest krótki;
• precyzja oceny cech produkcyjnych zaraz po urodzeniu buhajka jest porównywalna do wyceny tradycyjnej buhajów na 40 córkach, ale większa dla cech funkcjonalnych (płodność, komórki somatyczne) w porównaniu do wyceny na potomstwie;
• większą precyzję oceny materiału żeńskiego dla wszystkich cech w porównaniu do wyceny własnej (precyzja genowej oceny wartości hodowlanej jałówki wynosi 75%, a krowy na podstawie użytkowości własnej po 3. laktacji – 48%).

– Selekcja genomowa znacząco zwiększyła rolę samic w postępie hodowlanym. Obecnie postęp genetyczny zależy prawie w takiej samej mierze od krów, jak i od buhajów – podkreślił dr Krychowski.

Duże znaczenie bazy referencyjnej
– W selekcji genomowej jakość kontroli użytkowości i danych fenotypowych jest nadal bardzo ważna. Ważną kwestią jest także liczba osobników, tj. buhajów w populacji referencyjnej, które mają wycenę na podstawie potomstwa i wycenę genomową. Precyzja oceny genomowej zwiększa się wraz ze wzrostem liczebności populacji referencyjnej – informował zaproszony z Francji prelegent. Zwrócił uwagę, że zależność ta była impulsem do nawiązania współpracy międzynarodowej w celu powiększenia bazy referencyjnej, aby uzyskać możliwie największą precyzję oceny genomowej. W ten sposób na świecie powstały dwie bazy referencyjne. W Europie w ramach EuroGenomics współpracują: Francja, Holandia, Belgia, Niemcy, Austria, Luksemburg, Dania, Szwecja, Finlandia, Polska, Hiszpania. Europejską bazę referencyjną stanowi 30 tys. buhajów i jest to największa baza referencyjna na świecie. Bazę referencyjną amerykańską tworzą kraje: USA, Kanada, Wielka Brytania, Włochy.

– Dzięki genomowej ocenie wartości hodowlanej zwiększono ostrość selekcji, skrócono odstęp między pokoleniami, co zaowocowało zwiększeniem postępu genetycznego w hodowli bydła – przekonywał mówca. Przykładowo w USA średnioroczny postęp hodowlany mierzony indeksem Net Merit w latach 2000–2004 wyniósł 19,77 USD/rok, w okresie 2005–2009 było to 52 USD/rok. W kolejnych pięciu latach, tj. 2010–2014, średnioroczny postęp hodowlany wg Net Merit wyniósł 85,6 USD/rok. Zatem w latach 2000–2014 udało się czterokrotnie zwiększyć postęp genetyczny. – Zanim wprowadzono selekcję genomową, postęp genetyczny wynosił ok. 2% rocznie – podkreślił wykładowca. Zwrócił uwagę, że znaczne przyspieszenie postępu genetycznego powoduje duże zainteresowanie firm prywatnych inwestowaniem w postęp hodowlany.

Wykorzystanie technologii genomowej
– Od momentu uznania przez Interbull oceny wartości hodowlanej na podstawie genomu w wielu krajach, tj. USA, Kanadzie, Francji, Niemczech, Holandii i krajach skandynawskich, genotypowanie buhajów i samic szybko się rozwijało – informował dr Krychowski. W 2014 roku w Niemczech i Francji ok. 70% samic pokryto nasieniem od buhajów z wyceną genomową. W tym czasie w krajach tych genotypowano rocznie 10 tys. samic, aby poprawić jakość remontu stad i kojarzeń. Polscy hodowcy dopiero w 2015 roku mogli użytkować buhaje z wyceną genomową, mimo że już w 2010 roku nasz kraj dysponował programem wyceny wartości hodowlanej na podstawie genomu, zatwierdzonym przez Interbull. – Było to spowodowane obowiązującym prawem hodowlanym – wyjaśniał. Zaznaczył, że polscy hodowcy wykazali duże zainteresowanie nową technologią. W 2015 r. 31% zabiegów inseminacji w Polsce wykonano z udziałem nasienia genomowego. Ponadto Polska Federacja Hodowców Bydła i Producentów Mleka dążyła do nadrobienia straconego czasu. W marcu 2015 roku utworzyła w Parzniewie Laboratorium Genetyki Bydła. W 2016 roku polscy hodowcy zgenotypowali 4622 samice z 469 gospodarstw. Tymczasem w takich krajach, jak Holandia i Francja, posiadających podobne populacje krów HF, hodowcy genotypują obecnie ok. 70 tys. samic rocznie.

Dr Krychowski, zwrócił uwagę, że wartość hodowlana nowych generacji buhajów zwiększa się. W 2015 roku średnia wartość hodowlana młodych buhajów mierzona indeksem gPF wyniosła 135, a buhajów ocenionych na potomstwie PF – 118,3. Zatem różnica między buhajami, które można było użytkować w tym samym czasie, wynosi 14%. Także pod względem długowieczności młode buhaje mają wyższą wartość hodowlaną niż buhaje wycenione konwencjonalnie, różnica wynosi o ok. 7%. W opinii prelegenta, mimo opóźnienia w praktycznym wykorzystaniu selekcji genomowej, polscy hodowcy szybko nadrabiają straty. Jako przykład podaje średnią wartość hodowlą indeksu gPF buhajów urodzonych w 2016 w wycenie Interbull, która wyniosła 133 gPF, a buhajów urodzonych w Polsce – 130 gPF. Różnica wynosi tylko 3 punkty. Natomiast w 2015 roku średni indeks gPF buhajów w wycenie Interbull wyniósł 130, a buhajów urodzonych w Polsce – 122, zatem rok wcześniej różnica wyniosła 8 punktów.

Ocena wartości hodowlanych nowych cech
Genomika pozwala ocenić wartość hodowlaną dla nowych cech pod warunkiem zgenotypowania i zfenotypownia 10 tys. samic, co w opinii prelegenta nie jest dużą liczbą. Nic też dziwnego, że hodowcy w wielu krajach szybko do swoich indeksów hodowlanych włączyli nowe cechy. – Firma CRi z USA od 2016 roku oblicza wartość hodowlaną buhajów dla subklinicznej ketozy, zapalenia macicy i cech związanych z płodnością. Oznacza to, że genetycy będą selekcjonowali krowy, które będą miały większą odporność na choroby – informował dr Krychowski. W jego opinii ten trend będzie się nasilał, ponieważ konsumenci poszukują produktów pochodzących od zwierząt nieleczonych antybiotykami. Jako kolejny przykład wykładowca podał kanadyjską firmę CDN, która od 2016 roku publikuje wartości hodowlane dla chorób metabolicznych: klinicznej ketozy, podklinicznej ketozy, przemieszczeń trawieńca. Z kolei Francuzi realizują duży program 2015–2018, nazwany „Genetyką zdrowia krowy”, i obliczają wartości hodowlane dla chorób wymienia, zaburzeń metabolicznych i zdrowotność racic. Natomiast duże konsorcjum międzynarodowe opracowuje wartości hodowlane dla wykorzystania paszy. – Firma Zoetis wprowadza komercyjny test genomowy pozwalający hodowcom przewidywać ryzyko wystąpienia sześciu najbardziej kosztownych problemów zdrowotnych krów – referował dr Krychowski. Zwrócił uwagę, że polscy hodowcy starają się nadążać za zmianami w hodowli bydła mlecznego. W tym celu Polska Federacja Hodowców Bydła i Producentów Mleka powołała w ub.r. Centrum Genetyczne, którego jednym z celów jest wprowadzanie nowych cech selekcyjnych do indeksu PF.

Centrum Genetyczne
Działalność Centrum Genetycznego przybliżyła uczestnikom tegorocznej konferencji w Polanicy Zdroju zatrudniona w nim dr Katarzyna Rzewuska, wygłaszając prelekcję pt. „Wykorzystanie nowoczesnych technologii do rejestrowania schorzeń racic”. Poinformowała, że misją tej jednostki jest m.in. zwiększenie konkurencyjności oraz poprawa efektywności ekonomicznej polskiej hodowli bydła mlecznego. Pomóc ma w tym wdrażanie nowych technologii. Jako przykład prelegentka przytoczyła opracowaną w Centrum Genetycznym aplikację internetową „CGen korekcja”, przeznaczoną do rejestrowania danych o zdrowiu racic. – Opracowano ją z myślą o zbieraniu rzetelnych informacji przez korektorów racic podczas ich codziennej pracy w oborze, w sposób, który nie pochłania dużo czasu. Zgłoszenie przeprowadzonej korekcji trwa 4 sekundy, a bardziej skomplikowanego przypadku, wiążącego się z założeniem opatrunku, 9 sekund – powiedziała dr Rzewuska. Podkreśliła, że jakość danych zapewnia m.in. standaryzacja nazewnictwa schorzeń racic opracowana przez ICAR i opublikowana w przewodniku „ICAR Atlas Zdrowia Racic”. W ten sposób hodowcy, korektorzy i lekarze weterynarii posługują się wspólnym językiem. – Zbieranie wiarygodnych danych o zdrowotności racic z wykorzystaniem aplikacji „CGen korekcja” jest niezbędne, aby w przyszłości możliwe było selekcjonowanie zwierząt mniej podatnych na schorzenia racic – powiedziała prelegentka. Podkreśliła, że sukces projektu mającego na celu opracowanie metody oceny wartości hodowlanej dla cech zdrowotności racic zależy przede wszystkim od liczby zebranych informacji. Zatem konieczne jest zaangażowanie samych hodowców, ponieważ to oni upoważniają korektorów do rejestrowania informacji o swoich zwierzętach. Bezpieczeństwo danych zapewniane jest dzięki zawarciu umowy między hodowcą a PFHBiPM.