Zjeść ciastko i mieć ciastko – czy jest to możliwe w ocenie genomowej bydła
Hodowcy jednogłośnie wskazują potrzebę doskonalenia krów w kierunkach związanych z poprawą zdrowia i płodności. Kiedy rozmawiamy o cechach, jakie powinny być włączone do indeksu selekcyjnego, najczęściej słyszymy o odporności na mastitis, zdrowiu racic, poprawie płodności, ograniczaniu chorób cieląt czy optymalizacji wykorzystania paszy. Jak wynika z tej listy, to bardzo ważne, by równolegle z poprawą metod zarządzania stadem zwiększać potencjał genetyczny zwierząt pod względem długowieczności i wzrostu efektywności ekonomicznej. Czego w takim razie potrzebujemy, by uzyskać oczekiwany przez hodowców rezultat?
tekst: dr Magdalena Graczyk-Bogdanowicz, dr Katarzyna Rzewuska
Dane, informacje, fenotypy, obserwacje
Jak byśmy ich nie nazywali, potrzebujemy je zmierzyć, aby z nimi pracować. Wybranie zwierząt mniej podatnych na mastitis wymaga rozróżnienia ich pod względem wartości hodowlanej i wskazania tych, u których przewiduje się lepszą wartość genów dla tej cechy. Aby jednak oszacować wartości hodowlane, musimy posiadać informację o występowaniu mastitis. Pozyskaną niekoniecznie bezpośrednio od tych zwierząt (do czego jeszcze wrócimy), ale także od zwierząt z nimi spokrewnionych. Punktem wyjścia jest utworzenie populacji referencyjnej dla danej cechy, czyli zbioru zwierząt zgenotypowanych, które mają również zarejestrowane obserwacje. Nie uciekniemy od tego. Można powiedzieć, że ten komplet danych stanowi podstawę, a jednocześnie szczyt marzeń. Dlaczego? Bo wiele cech, których doskonalenia hodowcy oczekują, nie da się zarejestrować w prosty sposób, przykładowo w czasie próbnego doju. Tak to wygląda chociażby z taką cechą jak mastitis – nie jesteśmy w stanie uzyskać pełnego obrazu sytuacji, rejestrując wystąpienie klinicznej formy schorzenia tylko konkretnego dnia. Jeszcze trudniej jest w przypadku cech, które w ogóle nie są powiązane z dojem, a więc są niemożliwe do rejestracji w czasie jego trwania. Przykładem mogą być choroby racic, choroby cieląt czy liczba inseminacji, nie wspominając o wykorzystaniu paszy. Może zaskakiwać, że na tej liście znajduje się także oceniana już płodność, jednak kompletność dostępnych dla populacji danych nie napawa optymizmem. Wynikać to może z różnego rodzaju problemów na drodze wprowadzania i przekazywania danych do systemu. Informacje funkcjonujące jedynie lokalnie w gospodarstwie niestety nie przyczyniają się do wzrostu dokładności oceny. Dane muszą trafiać do systemu obejmującego krajową populację, by stać się podstawą do oszacowań.
Jak wygląda model oceny dla nowej cechy?
Jedną z cech, dla której funkcjonuje już ocena wartości hodowlanej, jest zdrowie racic. Dojście do tego punktu wymagało kilku lat działania projektu „CGen korekcja”, w ramach którego zbierano fenotypy dotyczące zdrowotności racic. Pozyskano ponad 12 000 zwierząt z zarejestrowanymi obserwacjami i genotypami do budowania populacji referencyjnej. Dzięki temu w kwietniu 2024 r. udało się w Polsce wdrożyć ocenę genomową dla pierwszej cechy zdrowia racic – dermatitis digitalis. Kiedy spojrzymy na tę cechę jako na pewien model poszerzania oceny, wyraźnie dostrzeżemy, jakie elementy należy uwzględnić. Na wstępie w zakresie rejestrowania informacji musi wystąpić współpraca z osobą, którą będzie wprowadzała dane w zunifikowany sposób. Następnie konieczne jest stworzenie narzędzia umożliwiającego digitalizację informacji, przekazywanie ich do systemu centralnego, a także prawidłowe przypisanie go do odpowiedniego zwierzęcia. Bez danych fenotypowych nie ma oceny, a bez danych genomowych nie będzie ona szybka i dokładna.
Metoda jednostopniowa
jako ważny element układanki
Do tej pory dokładną ocenę uzyskiwały zwierzęta, które miały własny fenotyp lub córki z obserwacjami. W dobie selekcji genomowej również młode zwierzęta, zaraz po urodzeniu, są w stanie otrzymać ocenę wartości hodowlanej o satysfakcjonującej dokładności, która pozwala na lepszą, a przede wszystkim szybszą selekcję w stadzie. Od kwietnia 2025 r. wszystkie dotychczas oceniane cechy w Polsce będą szacowane z użyciem nowej metody jednostopniowej, która w pełni wykorzystuje wszystkie źródła informacji. W przypadku tej metody należy zwrócić uwagę na różnice w dokładności ocen uzyskiwanych przez poszczególne grupy zwierząt. Osobniki zgenotypowane będą w pełni korzystać z genetycznych powiązań z populacją i ich ocena będzie miała wysoką dokładność. Z kolei zwierzęta, które nie są zgenotypowane i wnoszą niewiele informacji do systemu, również niewiele z niego zyskują, a więc dokładność ich oceny będzie niska.
Ramy czasowe – od pierwszego
fenotypu do genetycznej oceny zwierzęcia
Rozpoczęcie zbierania fenotypów nie oznacza, że w kolejnym sezonie jesteśmy już w stanie wprowadzić ocenę dla zbieranej cechy. W tym aspekcie ważna jest nie tylko ilość obserwacji, ale też ich jakość, rozkład, reprezentacyjność w skali stada i populacji. Proces zbierania danych trwa zwykle kilka lat. Potem następuje proces analizy danych, w tym rozkładu cechy, zmienności w skali stada oraz filtracji i kontroli jakości. Dopiero ostatnim etapem prac jest przygotowanie modelu do szacowania wartości hodowlanej, oszacowanie odziedziczalności cechy, finalnie obliczenie wartości hodowlanej i publikacja rankingu zwierząt. Oczywiście w międzyczasie zachodzi cały proces testowania oceny i sprawdzania jej stabilności.
Często wybrzmiewa oczekiwanie, że po uruchomieniu zbierania danych dla jakiejś nowej cechy niemal natychmiast będziemy w stanie obliczyć wartość hodowlaną dla każdego zwierzęcia w kraju. Faktycznie, jesteśmy w stanie to zrobić dla zwierząt, które mają powiązania rodowodowe ze zwierzętami posiadającymi dane fenotypowe, a tym bardziej dla zwierząt zgenotypowanych. Jednak dopiero po tym, jak utworzymy populację referencyjną i opracujemy działający system oceny. Jak widać, najwięcej możliwości daje genotypowanie. Ale nie zwalnia nas ono z opracowywania systemów rejestrowania informacji, bo bez nich nie stworzymy populacji referencyjnej.
Dominującej do tej pory oceny konwencjonalnej nie da się wykorzystać, kiedy tylko mała grupa zwierząt jest objęta pomiarami. Informacja ta w ograniczony sposób może być bowiem przenoszona na potomstwo lub krewnych poprzez powiązania rodowodowe. W przypadku oceny konwencjonalnej jedynie zbieranie obserwacji na szeroką skalę pozwalało na dokładną ocenę zwierząt. W przypadku oceny genomowej z kolei możemy dodatkowo wykorzystać powiązania pomiędzy genotypem zwierząt a posiadanym fenotypem i relacją z innymi osobnikami. W związku z tym mamy dwa rozwiązania: zbieranie dużej liczby obserwacji fenotypowych u danych osobników i ich krewnych bocznych (stosowane dotychczas) lub zgenotypowanie zwierzęcia oraz oszacowania jego wartości hodowlanej przy wykorzystaniu powiązań genetycznych z populacją referencyjną.
Taki scenariusz dotyczy cech możliwych do rozpoznania i rejestracji przez człowieka. Należą do nich np. mastistis, zapalenie płuc u cieląt czy inseminacja. W ich przypadku to hodowca, lekarz weterynarii lub inny specjalista będzie potwierdzał wystąpienie danego zdarzenia i zapisywał obserwację. Ale mamy też takie cechy, które wymagają szczególnych pomiarów, jak na przykład pobranie paszy – tutaj bez inwestycji w wysoko wyspecjalizowane rozwiązania się nie obejdzie. W efekcie liczba zwierząt objętych gromadzeniem danych o takiej cesze będzie ograniczona. Automatycznie jeszcze większą rolę będzie odgrywało ich genotypowanie, a następnie genotypowanie zwierząt, dla których chcemy uzyskać wyniki oceny wartości hodowlanej. Utworzenie populacji referencyjnej i genotypowanie zwierząt przez hodowcę jest tańsze niż prowadzenie pomiarów we wszystkich stadach pod oceną.
Jeżeli mówimy o cechach mierzonych w ramach różnych systemów automatycznych, to przy opracowaniu oceny wyzwań jest znacznie więcej. Nawet jeśli mierzona jest taka sama cecha, to różne systemy opierają się na różnych pomiarach, a następnie wykorzystują własne algorytmy dla uzyskania wyniku. Stąd nawet jeśli chcielibyśmy oceniać przykładowo wspomniane wcześniej mastitis, to producenci mogą wykorzystywać własne parametry, by taką informację o wystąpieniu schorzenia wygenerować, dlatego porównywanie jej pomiędzy różnymi dostawcami wymagałoby uwzględnienia chociażby faktu, że informacje pochodzą z odrębnych źródeł. Bardzo dobrym przykładem może być automatyczna ocena szybkości doju, która przez producentów sprzętu udojowego bywa nawet różnie definiowana, np. jako łączny czas doju lub jako średni przepływ itp. Na poziomie konkretnego gospodarstwa takie dane wykorzystuje się do zarządzania stadem, a więc uwzględnia się informacje o pojedynczym zwierzęciu lub jego odchyleniach na tle całego stada. W tym przypadku dane te wystarczają. Kiedy jednak mamy oszacować potencjał genetyczny, musimy mieć możliwość prowadzenia porównań pomiędzy zwierzętami utrzymywanymi w różnych stadach, a do tego potrzebny jest zunifikowany sposób definiowania i pobierania pomiarów.
Wyniki nie spadają z nieba – wielowymiarowa współpraca
Kiedy sprawdzimy, ilu hodowców przyłączyło się do projektu „CGen korekcja”, szybko uświadomimy sobie, że choć wielu jest zainteresowanych doskonaleniem zdrowia racic, to niewielu zdecydowało się podjąć dodatkowy wysiłek. Oczywiście jest to specyficzna grupa cech, bo wymaga współpracy z przeszkolonym korektorem. Pokazuje jednak, jak wielkie są limity przy cechach spoza próbnego doju, w którego rejestrację zaangażowana jest osoba spoza gospodarstwa i którego automatyzacja jest trudna lub niemożliwa. Nawiązując do tytułu, chcemy – nie ponosząc kosztów ani czasowych, ani finansowych – poszerzać zakres doskonalonych cech. To oczywiste, bo wszyscy szukamy oszczędności i sposobu, by stosunek ceny do jakości był jak najlepszy. Jednocześnie nakłady poniesione na rejestrowanie informacji i genotypowanie są inwestycją długoterminową, która dzięki wyższemu potencjałowi wszystkich kolejnych pokoleń użytkowanych zwierząt będzie przynosiła zyski latami. Pozostaje kwestia wyboru, które cechy są dla hodowcy na tyle istotne, by chciał inwestować swój czas, uwagę, a niekiedy nawet pieniądze.
Jakie są perspektywy na poszerzenie oceny o kolejne cechy?
Na ten moment wiemy jedynie, że hodowcy wskazali wcześniej wspomniane cechy jako ważne, ale czeka nas zorganizowanie całego systemu pozyskiwania informacji. Dla zdrowia cieląt mogłaby to być informacja pozyskiwana we współpracy z lekarzem weterynarii lub wprowadzana przez samych hodowców. Dane te mogłyby być gromadzone w już istniejących systemach, takich jak SOL, lub innych dostępnych aplikacjach. W przypadku cech trudno mierzalnych, takich jak pobranie i wykorzystanie paszy, jedynym z możliwych sposobów pozyskania danych jest inwestycja w automatyczne systemy pomiaru.
Odpowiadając na pytanie zawarte w tytule, w przypadku wielu nowych cech, które potencjalnie można wykorzystać do poszerzenia oceny wartości hodowlanej, możliwe jest ograniczenie kosztów związanych z gromadzeniem danych przy wykorzystaniu już istniejących narzędzi. Zastosowanie oceny genomowej pozwala na zebranie mniejszej liczby fenotypów niż w przypadku oceny konwencjonalnej dzięki powiązaniu ich z genotypem zwierzęcia. Dodatkowo zaletą oceny jednostopniowej jest satysfakcjonująca dokładność dla młodych zwierząt, która umożliwia lepszą selekcję w stadzie. Wykorzystując najlepszą wiedzę, narzędzia i metody oceny, można mieć ciastko, czyli zgromadzić dane, i zjeść ciastko, czyli uzyskać dokładną ocenę.
