Что мы понимаем под революцией в геномике?

На протяжении последних 50 лет генетическая модификация свиней была очень успешной. В процентном выражении типичный генетический прирост в год, независимо от всех улучшений в кормах, управлении хозяйствами, здоровье животных и состоянии окружающей среды, составляет:

Источник: Уолтерс, 2011

Описанные улучшения были достигнуты в результате использования ряда технологий:

• Регулируемые программы спаривания
• Интрогрессия через искусственное осеменение
• Минимизирование родственного спаривания
• Точная проверка продуктивности
• Селекция внутри одной породы
• Целенаправленный отбор по материнской и отцовской линиям
• Селекционное индексирование для специализированных рынков
• Адаптированная под животных модель наилучшего линейного несмещенного прогноза (BLUP)

BLUP является особенно мощным инструментом в процессе улучшения, так как позволяет дать оценку будущим кандидатам на разведение на основе одного только генетического потенциала. Другими словами, он исключает влияние различий в состоянии здоровья, времени года, местоположения и т.д. Это осуществляется с помощью сложных статистических моделей, использующих собственную продуктивность животного и представителей всей его родословной в разные годы, на разных фермах и в разных условиях жизни.

Рис. От хромосомы к генам и нуклеотидам

Использование информации ДНК в геномике для улучшения оценки наследственного качества
(Источник: Проф. К. Хейли - Рослинский институт, Эдинбург)

На протяжении последних 20 лет было проведено много исследований по использованию "маркеров" ДНК для улучшения селекции, но результаты во многом были неутешительными. Основным исключением здесь была успешная селекция по главным генам (например, галотану) и устойчивости к кишечной палочке.

Сейчас, после публикации проекта свиного генома в 2009 году и недавней публикации по "полному" геному, начинается потенциально новая эра геномной селекции. Это происходит вслед за глобальной молочной индустрией, которая уже использует информацию ДНК для селекции непроверенных быков и коров вместо того, чтобы полагаться на дорогие и менее точные испытания по качеству потомства

Чип свиного ОНП (Источник: Illumina)

Так что же такое геномная селекция? В общем смысле, это использование информации ДНК вместе с родословной и сведениями по продуктивности для прогнозирования более точной оценки племенной ценности или наследственного качества по сравнению с "традиционной" технологией BLUP. Геномная селекция включает в себя 4 основные стадии:

1. ДНК забирается из образцов крови, семенной жидкости, фолликула волоса или ткани особи и затем извлекается в лаборатории.
2. ДНК анализируется посредством "генного чипа". Это одновременно определяет различия в генетическом коде животных, что часто именуется как ОНП (однонуклеотидный полиморфизм). Это отдельные различия в нуклеотидах или буквах в ДНК. Они связывают определенные сегменты ДНК с разницей в продуктивности по всему диапазону измеряемых и отмечаемых характеристик.
3. Разрабатывается ДНК/ОНП ключ (основанный на уравнении прогноза), который управляет отношениями между генами и фенотипами. Подобные испытания проводятся на многотысячной группе животных (называемой референтной или стандартной популяцией), которая характерна для определенной породы или популяции внутри породы.
4. Ключ ДНК/ОНП используется для перевода всей имеющейся информации (о родословной, проверках, ДНК) в геномный племенной индекс.

Каковы преимущества геномной селекции?

Ключевыми положительными аспектами использования информации ДНК являются:

• Совершенствование общего генетического развития Например, исследования путем моделирования, проведенные в Дании показывают генетические улучшения на 20-25% по материнским линиям и 10-15% по отцовским линиям.
• Улучшенная селекция по таким "сложным" характеристикам, как выживаемость поросят, долголетие свиноматок и большинству мясных и пищевых качественных показателей.
• Улучшенное контролирование родственного спаривания

Несмотря на обозначенные преимущества, в геномной селекции существует ряд ограничений:

• Несмотря на тот факт, что стоимость генотипирования уменьшилась в разы за последние годы, общие затраты на использование геномного индекса значительно выше аналогичной операции с традиционным BLUP индексом.
• Генотипирование животных никогда не заменит точные записи по продуктивности большого количества животных. Таким образом, животных все еще необходимо тестировать и вести их учет - потенциально по всем интересующим характеристикам, включая те, которые в настоящее время не включены в селекционные программы.
• Ключ ДНК/ОНП нуждается в постоянной перекалибровке, так как все больше животных пополняют популяцию и селекция меняет "активные" гены в этой популяции.
• Очень большое количество животных особенно требуется для референтных популяций. Как, впрочем, и для многого другого в сфере разведения животных, - это игра чисел!

В следующей статье в тематической серии мы рассмотрим потенциальное улучшение здоровья свиней посредством геномной селекции.