Wdrażanie oceny jednostopniowej w Holandii z perspektywy firmy hodowlanej
Doktor Herwin Eding specjalizuje się w genetyce zwierząt z doświadczeniem zdobytym podczas studiów doktoranckich na Uniwersytecie Wagingen w Holandii – pod kierunkiem profesora Theo Meuwissena, który opracował podstawy selekcji genomowej zwierząt – oraz stażu w Niemieckim Instytucie Genetyki Zwierząt. W firmie CRV kierował wdrożeniem oceny jednostopniowej, co umożliwiło uzyskanie wysoce precyzyjnych wyników hodowlanych dla krów mlecznych w Holandii i Flandrii.
tekst na podstawie wykładu: Mateusz Uciński
– Jestem badaczem w firmie CRV od 16 lat – zadeklarował dr Eding. – Oczywiście byłem zaangażowany we wdrożenie oceny genomowej, a miało to miejsce w 2010 roku. W roku 2014 wprowadziliśmy bardziej skomplikowane metody oceny genomowej przy wykorzystaniu tzw. pseudoobserwacji, a od 2016 roku zajmuję się rozwojem oceny jednostopniowej w Holandii. Jeśli chodzi o CRV, jest to spółdzielnia, której członkami są hodowcy i która zajmuje się hodowlą bydła we Flandrii oraz w Holandii. Działamy na wielu płaszczyznach. Prowadzimy księgi hodowlane, ocenę użytkowności mlecznej, a także program hodowlany rasy holsztyńsko-fryzyjskiej, zatem musimy oceniać wartość hodowlaną tych zwierząt. Dla nas jednostopniowa ocena to ostatni etap integracji genomiki w ocenie wartości hodowlanej, czyli nie potrzebujemy oddzielnych ocen konwencjonalnych i genomowych. Dzięki temu ten system jest bardziej sprawny i pozwala nam na natychmiastową ocenę GEBV. Kiedy wcześniej działała procedura dwuetapowa, najpierw mieliśmy ocenę konwencjonalną, z której wartości hodowlane wraz z genotypami były wykorzystywane do oszacowania genomowych wartości hodowlanych. Przy ocenie jednostopniowej sytuacja jest znacznie prostsza: mamy genotypy, obserwacje fenotypowe, bierzemy rodowód i wykorzystujemy jeden system, który sprawia, że otrzymujemy jednolite wartości.
W Holandii prace nad oceną jednostopniową rozpoczęto w 2016 roku projektem Genome XXL, na czele którego stanął dr Eding. Projekt miał na celu opracowanie optymalnego systemu oceny genomowej, który będzie w stanie przetwarzać dostępne dane genomowe z 2020 roku i późniejszego okresu. Przedsięwzięcie to miało kilka etapów, takich jak definiowanie, eksploracja i budowanie. Były one realizowane od maja 2016 do 2020 roku. Później opracowano oprogramowanie, które zostało zastosowane w ocenie genomowej od roku 2020. Trwało to od maja 2020 do grudnia 2023 roku, kiedy to ogłoszono wdrożenie oprogramowania do oceny wartości hodowlanej. Oczywiście okres ten obejmował wiele testów i walidacji. Sam program jest w stanie przetworzyć dane miliona zgenotypowanych osobników. We wspomnianych działaniach wykorzystywanych jest minimum 50 000 SNP na dany genotyp. Oczywiście potrzebna jest tutaj odpowiednia moc platformy obliczeniowej, aby zapewnić rozsądny czas obliczeń i zużycie pamięci. Kiedy te wszystkie specyfikacje zostały osiągnięte, czyli przeprowadzono testy na półtora milionie zwierząt przy użyciu pełnych sekwencji, kiedy upewniono się, że zostały wykorzystane wszystkie dane i zrealizowane oceny odbyły się w zadowalającym czasie obliczeniowym – przeprowadzono równoległe obliczenia, wykorzystując odpowiednią liczbę iteracji, aby uzyskać stabilne rozwiązania.
Jak zapewnia dr Eding, ostatecznie wyniki walidacji rzeczywiście wykazały zgodność pomiędzy przewidywaną a zrealizowaną wartością hodowlaną, przy braku różnic systematycznych. Zmiany wartości hodowlanych również ukształtowały się w ramach oczekiwań. Kolejnym etapem była seria testów walidacyjnych systemów oceny zalecona przez Interbull, których wyniki były lepsze niż w starym systemie. Wyniki te pozwoliły na zatwierdzenie nowego systemu przez Interbull. Zaobserwowano także mniejsze zmiany wartości hodowlanych po uzyskaniu wyceny na córkach w porównaniu do oceny tylko na podstawie genomu. O korzyściach z wprowadzenia nowego systemu dr Herwin Eding opowiada z prawdziwym entuzjazmem.
– Na początku oczekiwania były takie, że dzięki ocenie genomowej otrzymamy lepsze, dokładniejsze predykcje, niż kiedy dokonujemy wyceny na córkach – wspomina uczony. – Metoda jednostopniowa dokładniej uwzględnia również genomową preselekcję, tak żeby wartość hodowlana (WH) była nieobciążona, nawet jeśli osobniki są silnie preselekcjonowane. Generalnie od ocen systemu jednostopniowego oczekiwaliśmy, że będą podobne do ocen na córkach, ponieważ mamy do czynienia z wyższą dokładnością, i że będzie mniejsza zmiana w tych wartościach w porównaniu do zmiany, kiedy nie stosujemy ocen na córkach. W przypadku większości cech ocena jednostopniowa wypada lepiej. Czasami ta korzyść z oceny jednostopniowej jest niewielka, a czasami jest naprawdę ogromna. Zależy też, o jakiej cesze mówimy, oczywiście. Dodatkowo możemy wprowadzać cechy, których nie było w poprzednim systemie.
Zdaniem holenderskiego uczonego metoda jednostopniowa jest nowym, innowacyjnym systemem genomowym, który zwiększa dokładność oceny, ponieważ wykorzystuje dane fenotypowe i genomowe. A to głównie składa się na jej większą dokładność. W dodatku łatwiej, w porównaniu z poprzednim systemem, wprowadzać nowe cechy. Ponadto genomowe wartości hodowlane są lepszymi predyktorami, pomagają lepiej przewidywać przyszłe fenotypy buhajów i przyszłe fenotypy krów.
Ocena jednostopniowa kiedyś była praktycznie nieosiągalna – podkreśla Herwin Eding. – Gdy zaczynaliśmy pracę w 2016 roku, nie mieliśmy odpowiedniego oprogramowania, odpowiedniej mocy obliczeniowej, mieliśmy za to wysokie oczekiwania. W pewnym momencie czuliśmy się rozczarowani i zastanawialiśmy się, czy to w ogóle nas do czegokolwiek doprowadzi, czy to wyjdzie. Natomiast od zeszłego roku, od grudnia, mamy całkowicie nowy system. Przebieg oceny trwa ok. 3,5 dnia, do tego mamy wiele cech szacowanych w 20 grupach. Obecnie skupiamy się na ocenie jednostopniowej, mimo tego, że parę ładnych lat temu pojawiało się sporo wątpliwości. Przygotowujemy także ocenę jednostopniową w Czechach, gdzie stosowana jest ocena holenderska zasilona danymi czeskimi. Pracujemy również nad wdrożeniem tego systemu dla Nowej Zelandii.
Jak zapewnia prelegent, hodowcy przede wszystkim widzą, że wartości hodowlane będą bardziej niezawodne, będzie można na nich bardziej polegać, zarówno w przypadku buhajów, jak i w przypadku krów i jałówek. Dzięki temu poprawi się jakość selekcji, zapewnione będą lepsze kojarzenia, a to z kolei doprowadzi do większego postępu i korzyści dla właścicieli ocenianych stad. Ponadto nowa metoda sprawia, że wartości hodowlane są dostępne dla wszystkich ocenianych cech, a to ogromny krok do przodu w tej dziedzinie.
