Геномная селекция – новая стратегия генетического совершенствования свиней

Печать

Геномная селекция – новая стратегия генетического совершенствования свиней

Наталия ЗИНОВЬЕВА, академик РАН
Александр СЕРМЯГИН, кандидат сельскохозяйственных наук
Ольга КОСТЮНИНА, доктор биологических наук ВИЖ им. Л.К. Эрнста


Бурное развитие молекулярно-генетических методов в последнюю четверть века (от определения отдельных генов, контролирующих единичные физиологические процессы, до локусов количественных признаков (QTL) — регионов в геноме, ответственных за наследование признаков, и однонуклеотидных замен (SNP), или точечных мутаций, маркирующих комплекс продуктивных качеств животного) открывает новые возможности для ускорения прогресса в селекции животных.

В коммерческом свиноводстве ДНК-технологии стали использовать с 90-х гг. прошлого века, начиная с внедрения маркерного теста так называемого HAL-гена, ассоциированного с развитием в условиях стресса злокачественной гипертермии (MHS) и снижением качества мяса (PSE). Однако большинство хозяйственно полезных признаков животных имеет поли-генный характер наследования, то есть определяется действием большого числа QTL. Первым QTL-маркером у свиней, внедренным в программы селекции во всем мире, стал эстрогеновый рецептор, который контролирует около 12% генетической изменчивости по показателю многоплодия. Большинство QTL оказывают лишь незначительное влияние на хозяйственно полезные признаки, что затрудняет их идентификацию.

В начале 2000-х гг. были предложены подходы, обеспечивающие внедрение в селекцию геномных методов. Впервые геномную оценку стали признавать в качестве официальной для крупного рогатого скота голштинской породы в США начиная с 2009 г., и сегодня она становится традиционной практикой в молочном скотоводстве как за рубежом, так и в нашей стране. Использование информации о геноме повышает точность прогноза племенной ценности молодых животных на 15—25%, что позволяет начать их более раннее интенсивное использование, сокращая тем самым генерационный интервал и повышая прогресс в селекции.

Отличная от скотоводства организация разведения и селекции свиней (отсутствие крупномасштабной селекции, замкнутое разведение, использование материнских и отцовских пород или линий), существенные различия в системе промышленного производства продукции, основанной на гибридизации, отсутствие эффективных технологий заморозки семени хряков, а также ряд биологических особенностей свиней (короткий генерационный интервал и др.) не позволяют эффективно воспроизвести технологии геномной селекции, разработанные для крупного рогатого скота, а требуют развития собственных систем геномной оценки, специфических для свиней как объекта сельскохозяйственного производства.

Начальной точкой для интеграции геномных методов в селекцию свиней стало создание первой коммерческой SNP-панели для высокопроизводительного генотипирования. Первый ДНК-чип Porcine SNP60 BeadChip, разработанный компанией Illumina (США), содержит около 60 тыс. SNP, которые включают как аутосомные, так и Х-хромосомные маркеры. В настоящее время на рынке предлагают и другие SNP-панели для полногеномного анализа (таблица). Все большее распространение получает ДНК-чип GGP-Porcine HD (GeneSeek, США), так как он дополнительно включает SNP, локализованные в «главных» генах, ассоциированных с продуктивными и другими экономически значимыми показателями.


Первым этапом разработки системы геномной селекции является создание так называемой референтной популяции — группы животных, оцененных по фенотипу или имеющих высокодостоверные значения племенной ценности по селекционным признакам (Estimated Breeding Value, EBV). Всех животных референтной популяции генотипируют с использованием ДНК-чипов (см. таблицу), после чего по результатам полногеномных ассоциативных исследований (Genome-Wide Association Studies, GWAS) определяют степень влияния каждого из SNP на изменчивость признака. Отбор ремонтного молодняка с достоверно более высоким потенциалом продуктивности проводят на основании результатов генотипирования животных-кандидатов и последующего расчета геномной племенной ценности (Genomic EBV, GEBV). Таким образом, геномная селекция — это новая технология повышения достоверности оценки племенной ценности животных в раннем возрасте, использование которой позволит принимать более объективные и взвешенные селекционные решения. Схема геномной селекции представлена на рисунке 1.


Основным ограничением для широкого использования геномной селекции в свиноводстве является высокая стоимость генотипирования высокой плотности (High Density, HD), которая сегодня составляет не менее 50 евро на голову. Даже если стоимость начнет ожидаемо снижаться, то необходимость обеспечения высокой жесткости отбора для достижения прогресса в селекции потребует проведения генотипирования большого числа животных — кандидатов для отбора, что может сделать проведение геномной оценки экономически невыгодным. Предложен ряд подходов, способных преодолеть это ограничение, включая предварительный отбор животных для генотипирования, учет фенотипических данных только участи отобранных кандидатов, использование ДНК-панелей низкой плотности (Low Density, LD) с последующей импутацией (заменой) отсутствующих SNP из HD-панели. Если принять во внимание преимущество LD-генотипирования (более низкая стоимость), то последний подход наиболее экономически оправдан. Расчеты показали, что при LD-генотипировании животных-кандидатов и при последующем HD-исследовании животных, отобранных в основное стадо, дополнительные затраты в расчете на 1 тыс. свиноматок материнской линии и на 600 свиноматок терминальной отцовской линии составят соответственно 0,164 и 0,210 долл, на отъемыша. Дополнительным подходом, направленным на повышение точности LD-панелей, может стать включение в них SNP, локализованных в «главных» генах. У свиней выявлено более десяти таких генов, например ESR, ассоциированный с показателем многоплодия, IGF2, влияющий на энергию роста, мясные качества и др. Включение в LD-панель нескольких десятков дополнительных маркеров практически не скажется на увеличении стоимости генотипирования, при этом приведет к увеличению точности получаемых EBV и снижению затрат хозяйств, реализующих программы маркерной селекции (Marker Assisted Selection, MAS) на основе «главных» генов. Другое ограничение для внедрения геномной селекции в свиноводстве связано с тем, что, в отличие от скотоводства, оценка и отбор ремонтных свиней производится в чистопородной популяции (племенное ядро, нуклеус), а эффект отбора должен быть реализован в кросс-бридной популяции (товарные свиньи) (рис. 2).


Одним из путей решения данной проблемы может стать сбор фенотипических данных кроссбридных животных и их использование для расчета EBV на чистопородных прародителях. Однако недостатком такого подхода являются дополнительные затраты, связанные с необходимостью мечения кроссбридных свиней, учета их родословных. Альтернативным методом может стать создание смешанной референтной популяции, состоящей как из чистопородных, так и из кроссбридных свиней (без учета родословной). Отобранных в референтную популяцию животных генотипируют с использованием HD-панели и с высокой точностью фенотипируют по интересующим признакам. В последующем определяют прямой эффект SNP посредством GWAS на кроссбридных животных и учитывают его для расчета GEBV родителей. Наличие смешанной референтной популяции сделает возможным прогнозирование племенной ценности свиней как для чистопородного разведения (pbGEBV), так и для скрещивания (cbGEBV).

Ожидаемое увеличение степени генетического прогресса в селекции на 20—50% за счет использования информации о геноме делает разработку систем геномной селекции свиней экономически оправданной. В этой связи целый ряд зарубежных компаний — Нурог (ЕГидерланды), Genesus (США), PIC (Великобритания), DanBred (Дания), Hermitage (Ирландия) и др. — сообщили о создании и внедрении геномных методов в селекционные программы.

В России официальная оценка свиней по откормочным и мясным качествам потомства (метод контрольного выращивания), показателям воспроизводства основана на сборе и анализе бонитировочных сведений, то есть фенотипических данных. В то же время ведущие генетические компании страны (селекционно-генетические центры, селекционно-гибридные центры, племенные заводы) используют метод оценки племенной ценности свиней на основе наилучшего линейного несмещенного прогноза с учетом показателей всех предков в родословной (BLUP-АМ), который позволяет получать более точные значения генетической племенной ценности по хозяйственно полезным признакам. В целом все племенные свиноводческие компании страны в отношении использования подходов генетического совершенствования свиней на основе BLUP можно условно разделить на три группы.

Первая группа компаний обеспечивает традиционную оценку маточного поголовья (сравнение со сверстниками внутри одного стада), в то время как хряков, оцененных по BLUP, завозят из-за рубежа. Несмотря на то что поголовье свиноматок воспроизводится на территории РФ, генетическое совершенствование стада во многом зависит от завоза племенных хряков зарубежной селекции.

Вторая группа компаний обеспечивает ремонт как маточного поголовья, таки хряков, однако для обеспечения прогресса в селекции использует зарубежные информационные ресурсы. В этом случае учетные записи о продуктивных и иных хозяйственно полезных признаках направляют в зарубежные компании, которые осуществляют расчеты племенной ценности и пересылают полученные значения EBV для использования в программах селекции на российских предприятиях. Таким образом, имеет место аналогичная зависимость, но уже от доступа к объектам зарубежной инфраструктуры.

Третья группа компаний (пока самая малочисленная) реализует систему генетической оценки на основе BLUP-AM на своей базе, обеспечивая принятие селекционных решений на основании собственных результатов генетической оценки. Именно в данной группе компаний может быть наиболее успешно и с минимальными затратами реализована разработка методов геномной селекции и их внедрение.

Федеральным научным центром животноводства — ВИЖ им. Л. К. Эрнста, Сколковским институтом науки и технологий и ООО «Селекционногибридный центр» Воронежской области впервые в России предложена стратегия внедрения геномной оценки в систему селекционной работы с племенными ресурсами отечественного воспроизводства. Конечной целью такой стратегии является получение племенного материала свиней, конкурентоспособного не только на российском, но и на мировом рынке. Уже выполнено генотипирование свыше 1 тыс. свиней пород крупная белая, ландрас и дюрок по более чем 60 тыс. SNP с использованием ДНК-чипа GGP-Porcine HD, а также по шести ДНК-маркерам, ассоциированным с хозяйственно полезными признаками: многоплодием (ESR1), мясными и откормочными качествами (IGF2), устойчивостью к стрессам (Ryrl и DMD) и диарее (ECR FШ/FUT1 и MUC4).

Мы ожидаем, что данная стратегия может быть реализована и на других свиноводческих предприятиях страны, занимающихся разведением и селекцией свиней отечественного воспроизводства. Внедрение геномной селекции станет базисом для снижения зависимости страны от завоза маточного племенного материала из-за рубежа и внесет весомый вклад в повышение экспортного потенциала отечественного племенного свиноводства.


Источник: Журнал "Животноводство России", тематический выпуск "Свиноводство 2018", май 2018

Печать
2332
11.11.2021

Статьи партнеров

Саймон Грей, Генеральный директор Genesus Inc. Россия, Европа и СНГ   Превосходный вкус мясу придает жир, а точнее - внутримышечный жир или уровень мраморнос...

02.12.2021 232

Чад Бирман, Доктор наук, генетик, Genesus Inc. В свиноводстве рентабельность зависит от множества различных компонентов. Есть предположение, что количество свиней, проданных...

30.11.2021 155

Д. В. Малай, специалист по кормлению Topigs Norsvin Russia Согласно результатам регрессионного анализа, проведённого Topigs Norsvin в 2009 году на популяции из 12505 свино...

24.11.2021 296

Селекция свиней по такому признаку, как более низкий коэффициент конверсии корма приводит к снижению уровня потребления корма у выращиваемых свиней и лактирующих свиноматок. Это ...

22.11.2021 199

Д. В. Малай, специалист по кормлению Topigs Norsvin Russia Постоянное генетическое совершенствование животных означает, что рекомендации по их кормлению необходимо регуляр...

15.11.2021 324

Саймон Грей, генеральный директор Genesus Россия, страны СНГ и ЕС Генетические компании зачастую склонны говорить о выходе отъемных поросят на свиноматку в год как о показ...

25.10.2021 321

Тимур Сергеев, специалист по кормлению ООО «Провими» Евгения Черненко, категорийный менеджер ООО «Провими» Все в мире стремится к порядку. Как докосмический хаос со вре...

18.10.2021 317

Саймон Грей, Генеральный директор Genesus Россия, страны СНГ и ЕС В настоящее время многие хозяйства отмечают усиление проявлений каннибализма и связанный с этим эконом...

20.09.2021 548

Саймон Грей, Генеральный управляющий Genesus в России, странах СНГ и Европы, Genesus Inc. Селекционные индексы программы племенной работы Genesus являются критерием измере...

18.09.2021 313

В.В. Пругло, к.в.н., руководитель отдела ветеринарного сервиса ООО Сева СА, член экспертно-консультационного совета по ветеринарии НСС 1. Введение Репродуктивные патологи...

14.09.2021 337

Саймон Грей, генеральный директор Genesus, Россия, страны СНГ и ЕС Если у сотни производителей поинтересоваться, какой фактор производства в большей степени определяет вых...

13.09.2021 330