Genomska selekcija

Gregor Gorjanc Biotehniška fakulteta, Oddelek za zootehniko

Katedra za znanosti o reji živali

Beograd-Zemun, 23. marec 2012

Selekcija

• “Izbor (odbira) najboljših posameznikov z namenom, da izboljšamo populacijo”

• Merimo fenotip fenotipska vrednost

Napredek

Fenotip = Genotip + Okolje

V praksi poznamo le …

Okolje Okolje

Fenotip

Genotip

Fenotipska vrednost

Genotipska vr. Odstopanje zaradi okolja

Plemenska vrednost (PV)

Skupni učinek genov, ki se prenaša na potomce

Ocenjujemo na podlagi podobnosti med sorodniki

. . .

Preizkus na potomcih

C

Točnost

h2

Število potomcev

Točn

ost

(r)

Metoda BLUP - splošno

• Model y = Xb + Za + e

• Sistem enačb (Henderson, 1950+)

2

2

1ˆ

ˆ

a

e

T

T

TT

TT

yZ

yX

a

b

AZZXZ

ZXXX

Ocenimo z metodo REML

Matrika sorodstva – zajamemo vse možne

preizkuse na sorodnikih

Fenotip

Ro

do

vnik

i

1990 1995 2000 2005

95

100

105

110

Leto

Sta

ndard

izir

ana P

V

Laktacija 305 dni

Mleko, kg

Beljakovine, kg

Maščoba, kg

Beljakovine, %

Maščoba, %

Dosedanji dosežki

Lisasto govedo, SLO

Genetski napredek

ΔG = (i × r × σa) / g

• i – intenzivnost selekcije

– 50 % odbranih i ~ 0,8

– 5 % odbranih i ~ 2,0

• r – točnost plemenskih vrednosti

– povprečje staršev r = 60 % za mlečnost

– preizkus na potomcih r = 95 % za mlečnost

• σa – standardni odklon plemenskih vrednosti

• g – generacijski interval

Genetski napredek - govedo

• Večja intenzivnost selekcije po moški strani

ΔG = (i♂ × r♂ + i♀ × r♀) / (g♂ + g♀)

• Mladi biki – povprečje staršev

ΔG = (2 × 0,60 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,30 90 kg? (problem pristranosti pri bikovskih materah!!!)

• Preizkus na potomcih

ΔG = (2 × 0,95 + ~ 0) / (6 + 2) = 0,24 72 kg

InterBull - MACE

Durr in Philipsson (2012)

Genom goveda

• 30 parov kromosomov (29 + 1)

• ~ 20.000 genov (~14.000 skupnih s človekom)

Iskanje genov ali regij (QTL)

Okolje Okolje

Fenotip

Genotip

Fenotipska vrednost

Genotipska vr. QTL + ocena učinka

Odstopanje zaradi okolja

Kromosom od očeta

Kromosom od mame

Gen - Gen +

Označevalci (markerji)

Minimalno povečanje točnosti

Genomika

• Genom ~ 3 milijarde baznih parov

• SNP označevalci

• SNP genotipizacija

– 3.000 (3K) ~ 35 €

– 50.000 (50K) ~ 100 €

– 800.000 (HD) ~ 200 €

• Sekvenca

c

• 50K SNP / 30 kromosomov • ~ 2000 SNP / kromosom • ~ 1 SNP / 50K baznih parov

SNP čipi

Kromosom od očeta

Kromosom od mame

Gen - Gen +

Označevalci (markerji)

V praksi poznamo le …

Okolje Okolje

Fenotip

Genotip

Fenotipska vrednost

Genotipska vr. QTL + ocena učinka SNP + ocena učinka

Odstopanje zaradi okolja

Genomska selekcija

PV PV PV

PV PV

Genomska selekcija

• Ideja: 1. ocenimo učinke SNP na referenčni populaciji

(poznan fenotip ali PV in genotip) SNP enačba 2. SNP enačbo lahko uporabimo tudi na osebkih brez

fenotipa, npr. novorojenih teletih

SNP enačba a = (α1,i + α1,j ) + (α2,i + α2,j ) + … + (αk,i + αk,j )

SNP praviloma niso v genih, so pa mogoče blizu genov!!!

potrebno obdržati kontrolo prireje!!!

Ocene SNP učinkov

• 1200 bikov • 800 referenčna pop. (testirani do 2004) • 400 testna pop. (testirani v 2004+)

Učinek: 15 % %Var: 9,5 %

Učinek: 25 % %Var: 6,0 %

Učinek: 10,5 % %Var: 8,8 %

Hayes in sod. (2010)

Ocene SNP učinkov II

Vsebnost maščobe v mleku

Odstotek črne barve

Skupna ocena telesa

Hayes in sod. (2010)

2

2

1ˆ

ˆ

a

e

T

T

TT

TT

yZ

yX

a

b

HZZXZ

ZXXX

Metoda BLUP - splošno

• Model – enako kot prej

y = Xb + Za + e

• Sistem enačb (Legarra in sod., 2010)

Ocenimo z metodo REML

Klasična matrika sorodstva Genomska matrika sorodstva

SNP

Fenotip

Ro

do

vnik

i

Potrebni pogoj

Goddard in sod. (2009)

Velikost referenčne populacije

Preizkus na potomcih

Genomika

Genetski napredek

ΔG = (i × r × σa) / g

• i – intenzivnost selekcije

– 50 % odbranih i ~ 0,8

– 5 % odbranih i ~ 2,0

• r – točnost plemenskih vrednosti

– povprečje staršev r = 60 % za mlečnost

– preizkus na potomcih r = 90 % za mlečnost

• σa – standardni odklon plemenskih vrednosti

• g – generacijski interval

Točnost (R2) skozi čas - biki

Reents (2010)

Starost (leta) Starost (leta)

Mlečnost Dolgoživost

Točn

ost

(R

2)

Točn

ost

(R

2)

r ~ 0,8

r ~ 0,6

Točnost (R2) skozi čas - krave

Reents (2010)

Starost (leta) Starost (leta)

Mlečnost Dolgoživost

Točn

ost

(R

2)

Točn

ost

(R

2)

r ~ 0,6

r ~ 0,8

Genetski napredek - govedo

• Večji genetski napredek

– Mladi biki – povprečje staršev

ΔG = (2 × 0,60 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,30 90 kg?

– Preizkus na potomcih

ΔG = (2 × 0,95 + ~ 0) / (6 + 2) = 0,24 72 kg

– GS mladi biki

ΔG = (2 × 0,80 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,40 120 kg

– GS mladi biki + “bikovske” matere

ΔG=(2 × 0,80 + 0,8 × 0,80) / (2 + 2) = 0,56 168 kg

Sprememba rejskih programov (primer iz Francije, 2009)

• Preizkus na potomcih

– 800 telet

– 400 lastni preizkus

– 130 mladih bikov

– 15 elitnih bikov

• Genomska selekcija

– 2400 telet

– 400 lastni preizkus

– 80 mladih bikov

Genetski napredek: ~1x več

Inbriding: ~1/3 manjši porast

InterBull - GMACE

Durr in Philipsson (2012)

Implementacija v Sloveniji

Premajhno število za lasten genomski program!

• Rjava pasma 191 bikov

• Črno bela pasma 192 bikov - ??? konzorcij

• Lisasta pasma ???

InterBull - InterGenomics

Durr in Philipsson (2012)

Točnost - validacija

• Količina mlečnih beljakovin – povprečje staršev (klasično): 0,56 – genomika (novo): 0,79

Potrditev teoretičnih pričakovanj

Celotni set podatkov (preizkus na potomcih)

Kalibracija Validacija

Tudi pri drugih vrstah!!!

McClure (2011)

Pomen nacionalne selekcije v globalizaciji?

PRO, +3

SCS, -0.8

CC1, -0.6

DLO, +0.2