Genomika je specializovaný vědní obor, který usiluje o komplexní a úplnou identifikaci a analýzu dědičné informace organismu a je v současnosti snad nejrychleji se rozvíjející vědní disciplínou. Tento obor se dá velmi dobře prakticky využít v zemědělství, v chovu hospodářských zvířat.
O využití genomiky v praxi předních plemenářských firem USA přednášel koncem března na České zemědělské univerzitě v Praze nejen pro studenty Levi. V. M. Gassaway, ředitel genetických programů World Wide Sires.
Několik údajů z historie
Nápad vyžít genetické markery v chovu hospodářských zvířat vznikl v roce 1983. Tato myšlenka byla rozpracována a v roce 1990 vznikla selekce asistovaná markery (MAS). Vzhledem k poměrně malému počtu markerů, které byly k dispozici, bylo její využití omezené, přesto ale pozitivně ovlivnilo plemenářskou práci. V té době byl na základě této metody vybrán například býk Ha-Ho Cubby Manfred, který výrazně ovlivnil celou následnou generaci holštýnského skotu a prostřednictvím svých synů i generace další. Mezi populární syny Manfreda patří například býci Oman, Potter, Sosa a Murphy.
Milníkem v oblasti využívání genetiky pro selekci skotu byl rok 2001, kdy technologie mapování genomu pokročila a vymyslelo se využití markerů pro selekci v rámci celé populace.
Polymorfismus sekvence DNA
Pro selekci pomocí markerů se využívá metoda SNP (Single Nucleotide Polymorphism), jednonukleotidový polymorfismus. Jedním z hlavních použití této metody bylo zpočátku určování původu zvířat a výběr býků – otců.
Pokrok v mapování DNA dovolil také nalézt nové recesivní genetické vady v populaci skotu. Posledním takovým zjištěným problémem je brachyspina. Postižená telata mají zkrácené míchy, prodloužené končetiny, patologické změny na vnitřních orgánech, k úhynu dochází již i v ranějších fázích gravidity. Případ brachyspiny dokazuje, jak důležitou roli bude hrát genomická selekce při výběru býků (nositel této vady, býk Sweet Haven Tradition).
Podmínky pro rozvoj původní metody MAS
Nejlepší využití markerů bylo pro selekci uvnitř rodin. Limity MAS jsou také v tom, že se používá malý počet markerů pro specifické znaky a vlastnosti. Nevýhodou je její velká časová náročnost.
Důležité pro selekci asistovanou markery je soustředit se na identifikaci konkrétních markerů, které budou mít dopad na ekonomiku chovu skotu. Aby bylo možné takové úkoly splnit a dosáhnout pokroku, musí být používané technologie přesné, rychlé, ale také jejich cena musí být efektivní a přijatelná.
Situace v SNP selekci
Využití genomiky v praxi bylo v USA nastartováno v roce 2007. V prvním roce bylo podle dr. Gassawaye bylo provedeno genotypování u 56 947 vzorků, z nichž některé byly pro další použití vyřazeny, aby se se zbytkem dalo pracovat jako s ověřenými výsledky, takže prvotní počet byl pro genomická hodnocení 40 874. V současné době se pracuje s počtem 43 385 SNP markerů. Podle přednášejícího se počet využívaných markerů navyšuje prakticky denně s tím, jak se technologie stále rozvíjí.
Stále lepší technologie
V genomice se využívá se silikonových čipů společnosti Illumina, které jsou schopny přečíst miliony informací. Příkladem může být čip BovineSNP50, který je schopen přečíst 54 001 SNP markerů. Každý z těchto čipů je unikátní a může se s jejich použitím vyhodnotit až dvanáct vzorků najednou, kapacita je 50K.
Vývoj technologie ale pokračuje velmi rychle. Byl také. vyvinut čip s vysokou hustotou (HD - high density) Bovine HD BeadChip, který umí číst 777 962 markerů, pro hodnocení lze využít kapacitu 600K dat. Dalším čipem pro rok 2011je BovinesSNP3K, který přečte 2900 markerů a 2706 se jich využívá pro genomická hodnocení. Tento čip má přijatelnější cenu, může vyhodnotit 32 vzorků, komunikovat s čipy 50K.
Jaká je spolehlivost?
Spolehlivost genomického odhadu přenášených vlastností (PTA) je závislá na počtu zvířat, velikosti referenční populace a na počtu SNP markerů. Je spolehlivější a má vyšší vypovídací hodnotu než odhad plemenné hodnoty na základě rodokmenu. Využíváním genomiky se dramaticky zvýšila především spolehlivost odhadu znaků s nízkým koeficientem dědivosti.
Přednášející uvedl, že u holštýnského plemene se v USA podle výsledků USDA individuálně otestovalo do září loňského roku 10 611 doprověřených býků a 9457 krav holštýnského skotu. Testují se také mladá zvířata, všichni rozprověření býci a testanti (19 389 býků a 13 333 jalovic). Celkový počet testovaných zvířat, včetně těch, kterým byl genotyp již dopočítán , činí 52 786.
Postup využití v USA
Genomicky testovaní býci, respektive jejich inseminační dávky se dostávají k chovatelům prostřednictvím plemenářských firem. Postup genotypizace začíná u chovatelů dojnic, kteří odesílají vzorky plemenic do DNA laboratoře a vzorek býka či krávy do plemenářské firmy, odkud putují do DNA laboratoře a z ní potom genoptypované do USDA (ministerstvo zemědělství USA), kde se shromažďují a výsledky se potom posílají do plemenářských firem, které je dále využívají. Takový systém bude platit do roku 2013, kdy končí moratorium, a po tomto datu bude moci každý chovatel posílat vzorky přímo přes laboratoř do USDA a výsledky dostane zpět. Podle přednášejícího dr. Gassawaye je aplikace genomiky do praxe změna stejně významná, jako bylo kdysi zavedení inseminace do chovu skotu
Přínosy genomiky
Za dobu používání genomiky se zvýšila průměrná kvalita testovaných býků a významně narostla přesnost odhadu. Přínosem je také zkrácení generačního intervalu a zvýšení genetického zisku. Jednoznačnou výhodou genomiky je regulace genetických defektů a nemocí.
Podle přednášejícího dr. Gassawaye je ale stále velice důležitá kontrola dědičnosti. Zjišťování plemenné hodnoty podle potomstva poskytuje základ pro genomiku a je velmi důležité pro pro zpětnou vazbu, tedy ohodnocení přesnosti stávajícího genetického odhadu.
A co nejbližší budoucnost genomiky?
Předpokládá se masivnější využití genomiky i v praxi běžných chovů. Snahou vědců je, aby náklady na ní byly pro chovatele relativně příznivé. Záměrem je během několika nejbližších let používat pro komerční účely nejmenší, LD (low density) čip pro méně než 3000 markerů tak, aby ho chovatelé mohli využít pro selekci plemenic stáda a pro tvorbu připařovacích plánů. Genomika se bude využívat především pro selekci jalovic, pro jejich výběr pro embryotransfer nebo inseminaci sexovanými inseminačními dávkami, snížení procenta brakace.
Na trhu se také brzy objeví čip další firmy. Nově vyvíjený 384 SNP (700K SNP Affymetrich chip) čip by měl být o deset procent levnější než 50 K čip a levnější než Illumina HD čipy.
Úkolem genomiky je mimo jiné využívání HD čipů pro genotypování geneticky důležitých zvířat z mnohem větší části populace než dosud a zvýšení přesnosti odhadu plemenné hodnoty a dále průběžně zvětšovat velikost referenční populace. V této souvislosti uvedl přednášející, že severoamerické konsorcium diskutuje možnost dalších mezinárodních partnerství a výměny dat.
Klíčové informace:
· Levi. V. M. Gassaway, ředitel genetických programů World Wide Sires, přednášel o využívání genomiky v chovu mléčného skotu v USA.
· V do září loňského roku bylo v USA otestováno 10 611 doprověřených býků a 9457 krav holštýnského skotu, testují se také mladá zvířata, všichni rozprověření býci a testanti. Celkový počet testovaných zvířat včetně těch, kterým byl genotyp již dopočítán, je 52 786.
