Ocena jednostopniowa w USA
Wdrożenie oceny jednostopniowej w Stanach Zjednoczonych było nie lada przedsięwzięciem, ale zakończyło się sukcesem. O przebiegu tego procesu opowiedziała uczestnikom Forum Genetycznego profesor Daniela Lourenco z Uniwersytetu Georgii, gdzie od lat zajmuje się genetyką zwierząt i genomiką. Uczona prowadzi liczne projekty badawcze nad poprawą efektywności i zdrowia zwierząt gospodarskich, a jej badania koncentrują się na wykorzystaniu informacji genomowych oraz na opracowaniu metod statystycznych, które służą do precyzyjnej oceny genetycznej. Jest laureatką wielu nagród naukowych.
tekst: na podstawie wykładu: Mateusz Uciński
Dawniej, do lat 60. ubiegłego wieku, zwierzęta były selekcjonowane na podstawie fenotypów, ale okazało się, że nie jest to do końca najlepsza metoda – zaczęła swój wykład profesor Lourenco. – Bo przecież musimy widzieć, jak wygląda przepływ genów z pokolenia na pokolenie. Dlatego zaczęliśmy korzystać również z danych rodowodowych, czyli fenotypy plus rodowód. Potem w latach 2008 i 2009 „weszły do obiegu” genotypy.
Profesor wspomniała, że w 2008 roku jej koledzy, badacze w Stanach, zaczęli genotypować zwierzęta i zrobili pierwsze oceny genomowe oraz pierwszą selekcję genomową. Wywnioskowali, że młode zwierzęta, roczne, czteroletnie, bez żadnych danych o ich potomstwie, posiadają wyższą wartość hodowlaną (indeks Net Merit) niż zwierzęta już testowane czy wyceniane. A przecież takich starszych wycenianych zwierząt były tysiące. Młode buhajki genotypowane miały z kolei wyższe wyceny, jednak z mniejszą dokładnością. Okazało się, że kiedy stosujemy dane genomowe, szybkość selekcji wzrasta – i to dwukrotnie. W końcu udało się przekonać rząd Stanów Zjednoczonych, żeby wprowadzić metodę genomową, co mocno przyśpieszyło postęp hodowlany w całym kraju.
Jako dowód prof. Lourenco zaprezentowała wykres (rys. 1) obrazujący zmianę odstępu międzypokoleniowego buhajów oraz samic. Linia przerywana odzwierciedla moment implementacji selekcji genomowej w 2008 roku. Po jej wprowadzeniu widzimy wyraźny spadek niebieskiej linii wynikający ze znacznego skrócenia odstępu międzypokoleniowego buhajów. Korzyści, któe wynikają z wprowadzenia genomiki są następujące: zwiększa się dokładność i zmniejsza odstęp międzypokoleniowy. Wiek ojców jest przedstawiony na niebiesko, z kolei wiek matek – na czerwono. Przed wprowadzeniem metod genomowych odstęp pokoleń wynosił 8 lat, a teraz zmniejszył się do 2,2 roku. W przypadku matek było to 5–6 lat, a obecnie również spadło do 2,2 – pozytywne rezultaty są tu więc wyraźnie zauważalne.
Amerykańska badaczka zwróciła uwagę, że selekcja genomowa świetnie się sprawdza w przypadku bydła mlecznego, ponieważ:
- dostępne są obszerne dane historyczne,
- istnieje dobrze opracowany program oceny genetycznej,
- powszechnie stosuje się sztuczne unasiennianie,
- prowadzone są programy testowania na potomstwie,
- wysoka wartość zwierzęcia sprzyja pokryciu kosztów genotypowania,
- jest możliwość znacznego skrócenia odstępu pokoleń dzięki selekcji genomowej.
Profesor Lourenco, aby przybliżyć słuchaczom ideę metody jednostopniowej, przedstawiła obrazowe porównanie motoryzacyjne, które, jak podkreśliła, znakomicie sprawdza się w jej prelekcjach dla amerykańskich farmerów.
– No dobrze, powiedzmy, że mamy samochód… – zagaiła uczona. – Powiedzmy, że jakiegoś pickupa. Potrzebne nam jest paliwo i olej. Jeżeli je mamy, to właściwie ten samochód będzie jeździł. Ale jeżeli jesteśmy niezadowoleni z jego osiągów, to możemy dodać jakieś domieszki do paliwa i wtedy te osiągi się polepszą, nasz samochód stanie się bardziej wytrzymały, niezawodny, być może szybszy. No to teraz przyjmijmy, że nasz pickup to model genomowy, fenotyp to paliwo, olej silnikowy to rodowód, a wszelkiego rodzaju domieszki i dodatki do paliwa to informacje genomowe. I to jest właśnie nasza ocena jednostopniowa. Prosta sprawa, no nie?! Dodajemy informacje genomowe w taki sposób, że wszystko będzie szło szybciej, będzie bardziej dokładne, a cel osiągniemy sprawniej. Zyskamy dokładne wartości hodowlane. Dlaczego ocena jednostopniowa się sprawdza? Bo jest prosta! Zbieramy wszystkie informacje jednocześnie i tyle. Mamy załatwione. Nie musimy dokonywać żadnych dodatkowych obliczeń, które mamy w ocenie wielostopniowej. Czyli nie ma tylu okazji, żeby wkradł się jakiś błąd czy niedokładność.
Profesor Lourenco mocno podkreśliła, że jest też wiele innych aspektów, które przemawiają za tą metodą. Na przykład: nie trzeba w niej w ogóle zmieniać modeli, można używać tych samych co w ocenie konwencjonalnej, bo o ile w metodzie wielostopniowej trzeba było upraszczać modele genomowe, to już w metodzie jednostopniowej absolutnie nie trzeba tego robić. Dlatego jej wdrożenie jest takie efektywne i sprawne. Dodatkowymi plusami tej metody są jej prostota oraz fakt, że wszystkie informacje są uwzględniane jednocześnie i wszystkie zwierzęta otrzymują ocenę (zgenotypowane i niezgenotypowane). Nie ma potrzeby dodatkowych obliczeń, tak jak ma to miejsce w przypadku metody wielu kroków, i zazwyczaj metoda jednostopniowa jest bardziej dokładna i mniej obciążona niż wielostopniowa, ponieważ używa wszystkich dostępnych źródeł informacji oraz opiera się na tych samych modelach matematycznych. Jej wdrożenie może być bardzo efektywne i korzystne dla całej populacji danego kraju. Poza tym metoda jest rozwijana od ponad 15 lat w UGA (University of Georgia), zatem wiele początkowych problemów już rozwiązano, a pakiet oprogramowania BLUPF90 sprawdził się już niejednokrotnie.
Prelegentka przedstawiła rezultaty wprowadzenia metody jednostopniowej w wielu stadach bydła mlecznego w USA. Ocena tego typu prowadzona jest m.in. w rasie angus, a w 2017 r. nastąpiło wdrożenie oceny jednostopniowej dla firmy Zoetis dla bydła mlecznego ras holsztyńskiej i jersey. Obecnie ocena jednostopniowa jest wdrażana w organizacji CDCB, czyli Radzie Hodowców Bydła Mlecznego – jednej z największych organizacji tego typu na świecie. Posiada ponad 10 milionów zgenotypowanych zwierząt, około 100 milionów zwierząt w danych rodowodowych, masę fenotypów i przeprowadza badanie dla 30 cech tradycyjnych, takich jak wydajność, tłuszcz, łatwość wycieleń, zdrowie itd., i około 20 cech pokrojowych. Jak widać, skala projektu jest bardzo duża.
Podsumowując swoje wystąpienie, profesor Daniela Lourenco podkreśliła, że ocena jednostopniowa staje się standardem oceny genetycznej, a jej mocnymi stronami są prostota, wyższa dokładność, szeroka skala wdrożenia w hodowli zwierząt (wiele organizacji wdrożyło ocenę jednostopniową, a inne są w trakcie). Poza tym po 15 latach badań szereg problemów został już rozwiązany, a UGA i kilka innych grup roboczych stale pracuje nad usprawnieniem metodyki. Badaczka zapewniła także, że zarówno polska hodowla, jak i sami hodowcy, stawiając na tę metodę, idą w bardzo dobrym kierunku.
