Wykorzystanie genomiki w małych populacjach
Efektywne ekonomicznie wysokowydajne rasy bydła, takie jak rasa holsztyńsko-fryzyjska, stały się dominujące w wielu obszarach świata, a szczególnie w krajach posiadających intensywny system produkcji mleka. Do takich krajów należy obecnie wiele państw europejskich, w tym Polska i Holandia. Skutkiem dominacji ras wysokowydajnych jest stopniowe wypieranie przez nie rodzimych ras bydła. Hodowla zachowawcza rodzimych ras bydła jest pożądana w celu zachowania materiału genetycznego odpowiedzialnego za unikalne cechy tych ras, które nie występują u ras wysokowydajnych. Marginalizacja ras rodzimych może skutkować zmniejszaniem się ich populacji, a co za tym idzie – utratą zmienności genetycznej i nadmiernym spokrewnieniem. Dlatego rasy rodzime potrzebują nowych celów hodowlanych, pozwalających im na ekonomiczne utrzymanie się przy życiu. Takim celem hodowlanym może być np. wykorzystanie w rolnictwie przyjaznym dla przyrody. Genomowanie, selekcja genomowa oraz współpraca z innymi, zbliżonymi genetycznie rasami to narzędzia pozwalające na osiągnięcie nowych celów hodowlanych. Narzędzia te niosą ze sobą pewne wyzwania i ryzyko, ale będąc go świadomym, można je zminimalizować. Wykorzystanie wspomnianych narzędzi wśród małych populacji bydła zostało zaprezentowane na przykładzie rodzimych ras holenderskich.
tekst: Marcin Szałański, na podstawie wykładu dr. Jacka J. Windig’a
Organizacja hodowli zachowawczej rodzimych ras bydła w Holandii
Organizacje hodowlane lokalnych ras holenderskich zwierząt hodowlanych są wspierane przez Uniwersytet Wageningen w Holandii (WUR). WUR w ramach jednej ze swoich jednostek, czyli Holenderskiego Centrum Zasobów Genetycznych (Centre for Genetic resources the Netherlands – CGN) posiada bank genów dla różnych ras oraz opracowuje narzędzia i metody hodowli zachowawczej. Dodatkowo razem z podmiotami z Francji i Niemiec tworzy Europejskie Centrum dla Zagrożonych Ras Zwierząt (European Reference Centre for Endangered Animal Breeds). Centrum to zajmuje się ekspertyzą w zakresie doradztwa naukowego i technicznego, metod ochrony zagrożonych ras, a także w zakresie zachowania zmienności genetycznej ras.
Lokalne rasy bydła w Holandii
Wykorzystanie genomiki omówione zostało na przykładzie kilku holenderskich ras o użytkowaniu dwukierunkowym. Pierwszą z nich jest rasa meuse-rhine-issel (MRY), użytkowana głównie na piaszczystych glebach i wzdłuż rzek. Kolejna to rasa holendersko-fryzyjska, użytkowana głównie na mleko na glebach torfowych i gliniastych. Na podobnych glebach dobrze spisuje się rasa groningen (groninger blaarkopras), utrzymywana ze względu na dobrą płodność, zdrowotność i walory ozdobne. Ostatnią omawianą rasą jest lakenvelder. Użytkowana głównie na mięso, odznaczająca się dobrymi walorami opasowymi, ozdobnymi oraz płodnością i długowiecznością.
Przez wypieranie ras rodzimych rasami wysokowydajnymi, takimi jak bydło holsztyńsko-fryzyjskie, populacja wspomnianych ras (poza pasiastym) spadła drastycznie w ciągu ostatnich 50 lat. Jednak od 2017 roku populacje tych ras (poza MRY, która nadal spada) zostały ustabilizowane na poziomie kilku tysięcy osobników.
Unikalne cechy ras rodzimych
To unikalne cechy ras rodzimych sprawiają, że warto zachować ich materiał genetyczny. Ten materiał może się przydać w przyszłości. Do unikalnych cech ras rodzimych należą między innymi: większa niż u ras wysokowydajnych odporność na warunki środowiskowe, zdrowotność, długowieczność czy walory ozdobne. Przykładem holenderskiego projektu uwzględniającego wykorzystanie tych cech jest projekt „Naturalnie dwukierunkowe” (DubbelDoel Natuurlijk). Realizowany jest w ramach partnerstwa prywatno-publicznego i skupia się na bioróżnorodności w rolnictwie. Konkretnie na tym, że rasy rodzime sprawdzają się lepiej w rolnictwie zorientowanym na naturę niż rasa holsztyńsko-fryzyjska, która co prawda jest wydajna, ale wymaga też wysokich nakładów. Hodowcy holenderscy wskazali, poprzez ankiety, co ich zdaniem daje przewagę rasom rodzimym. Wymienili lepszą zdrowotność, lepsze przystosowanie do trudniejszych warunków środowiskowych, dobrą płodność, brak konieczności kupowania pasz treściwych, dobre wyniki produkcyjne w stosunku do ekstensywnych warunków utrzymania, dobre przystosowanie do rolnictwa ekologicznego oraz przywiązanie do tradycji i lokalnej kultury. Holenderskie dane pokazują, że w pewnych cechach (np. % tłuszczu) rasa holsztyńsko-fryzyjska spisuje się podobnie w systemach intensywnym i ekologicznym. Natomiast rasy rodzime generalnie zyskują w systemie ekologicznym. Są także cechy (np. odstęp międzywycieleniowy), gdzie niektóre rasy rodzime zyskują, a inne tracą przy przejściu na system ekologiczny. Cele hodowlane ras rodzimych należy dostosować do wykorzystania unikalnych cech. Mogą w tym pomóc odpowiednie zarządzanie zasobami genetycznymi i selekcja genomowa.
Rasa groningen
Zasoby genetyczne
Pierwszym krokiem jest stworzenie odpowiedniej bazy danych genotypów, będącej bazą do badania zmienności genetycznej populacji oraz do dalszych analiz i selekcji genomowej. Holenderski bank genów (zarządzany przez CGN w ramach WUR) przechowuje próbki DNA będące przekrojem całej populacji dla wszystkich holenderskich ras bydła od lat 70. Pobiera się próbki włosów od osobników przypisanych do rasy przez organizację hodowlaną i wysyła do CGN. Następnie próbki są genotypowane w komercyjnym laboratorium z użyciem mikromacierzy zawierających po kilkadziesiąt tysięcy polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (Single-Nucleotide Polymorphism – SNP), będących markerami genetycznymi. Zbiór wartości tych markerów dla danego osobnika tworzy genotyp. Tak uzyskane genotypy są analizowane przez CGN. Obecnie materiał dostępny jest dla 880 buhajów z ras holenderskich oraz rasy holsztyńsko-fryzyjskiej. Dzięki temu można zbadać genomowe spokrewnienie pomiędzy rasami. Próbuje się znaleźć markery genetyczne charakterystyczne dla danej rasy, a także te współdzielone pomiędzy rasami. Na tej podstawie projektuje się testy na poprawność przypisania rasy danemu osobnikowi. Obecnie do identyfikacji rasy wystarczą 133 markery. Osobnik jest wpisany do ksiąg hodowlanych tylko, jeśli pozytywnie przejdzie test markerami i wykazuje cechy charakterystyczne dla danej rasy. W małych populacjach rodzimych ras bydła umożliwia to lepszą identyfikację osobników, które nie mogłyby być poprawnie przypisane do rasy w inny sposób (niezarejestrowane osobniki) albo byłyby do niej przypisane niesłusznie. To z kolei może powiększyć rozmiar populacji rasy, poprawiając także jej zmienność genetyczną oraz powiększając jej populację referencyjną, potrzebną później w selekcji genomowej.
Selekcja genomowa
Selekcja genomowa wymaga populacji referencyjnej, czyli zwierząt zgenotypowanych i posiadających obserwacje własne lub swojego potomstwa dla doskonalonych cech. Wartości hodowlane uzyskują odpowiednią dokładność dzięki wykorzystaniu genomowania, czyli markerów genetycznych. Takie wartości są nie tylko dokładne, ale i możliwe do uzyskania zaraz po urodzeniu zwierzęcia, dlatego przyspieszają postęp hodowlany. Doświadczenie wieloletniego stosowania selekcji genomowej u rasy holsztyńsko‑fryzyjskiej potwierdza powyższe zalety, jednak pokazało także ryzyko związane ze wzrostem inbredu. Po wprowadzeniu selekcji genomowej u ras rodzimych poziom inbredu także może wzrosnąć. Wzrost spokrewnienia nie jest jednak bezpośrednią konsekwencją stosowania selekcji genomowej, tylko nieodpowiedniego zarządzania zasobami genetycznymi. Należy być świadomym ryzyka i zarządzać odpowiednio zasobami genetycznymi, np. unikać stosowania zbyt małej liczby buhajów oraz spokrewnionych buhajów w programie hodowlanym. Problemem u ras rodzimych może być także populacja referencyjna, z uwagi na niewielką liczbę zwierząt w populacji oraz niewielką obecnie liczbę zwierząt z dokładnymi wartościami hodowlanymi. Dlatego ważna jest budowa bazy genotypów. Pewien wzrost dokładności wartości hodowlanych jest jednak możliwy nawet z małą populacją referencyjną, taką jak np. obecna populacja referencyjna dla rasy MRY, składająca się z 40 buhajów. Pomóc mogą informacje o zwierzętach z innych ras, jednak potrzeba wielu zwierząt innej rasy, by zwiększyć dokładność oceny o tę samą wartość, jak przy jednym dodatkowym zwierzęciu tej samej rasy. Dlatego muszą to być rasy bardzo blisko spokrewnione. Na przykład obecnie w skład populacji referencyjnej rasy MRY włączone są także osobniki niemieckiego bydła czerwono-białego (Rotbunte Doppel Nutzung, DpRd). W tym przypadku poprawa dokładności oceny MRY jest taka sama, jeśli dodać do populacji referencyjnej 1 osobnika MRY lub 11 osobników DpRd. W przypadku różnych kombinacji innych ras proporcje są czasem nawet bardziej niekorzystne niż 1 : 100.
Jaka jest więc przyszłość ras rodzimych w Holandii? Produkcja od ras rodzimych nie będzie wysoka. Jednak istnieją możliwości wykorzystania ich w ekstensywnych systemach o niskim nakładzie oraz w rolnictwie ekologicznym. Do tego trzeba dostosować cele hodowlane. Może w tym pomóc genomika. Zarówno dalsza marginalizacja ras rodzimych, jak i zastosowanie selekcji genomowej rodzi ryzyko wzrostu inbredu i powiązanych z nim problemów. Jednak w przypadku selekcji genomowej można temu zapobiec poprzez stosowanie odpowiedniego zarządzania zasobami genetycznymi. Dlatego należy genotypować zwierzęta z populacji ras rodzimych i podjąć współpracę pomiędzy tymi rasami.
