Ник Боддикер, доктор наук

nboddicker@genesus.com

Геномика часто становится предметом дискуссий, когда производители свиней заводят речь о генетике. И это понятно, поскольку именно геномика обещает значительные улучшения в свиноводстве. Производители хотят быть уверенны, что компании, занимающиеся разведением свиней и работающие над улучшением породы, используют самые передовые технологии в целях максимизации прибыли их клиентов. Большинство (если не все) крупных генетических компаний в своих разработках используют геномику тем или иным способом. В их числе и Genesus. Многие из публикуемых нами технических докладов посвящены теме геномики или проектам, где геномика является одним из компонентов. Так насколько же исследования этой области генетики способны повлиять на свиней? Не слишком ли разута эта тема? Какую выгоду может извлечь из геномики отрасль свиноводства? 
 
Геном свиньи (общая генетическая составляющая свиньи) был официально представлен в 2009 и опубликован в 2012 году (Groenen et al., 2012). Геном свиньи состоит из 19 пар хромосом, одна из которых является хромосомной парой пола и в длину примерно составляет 2.7 миллиардов пар оснований (нуклеотидов), что походит на протяженность пар оснований генома человека – 3 миллиарда (Bates, 2010). На рисунке справа изображены пары оснований в хромосоме. Большинство из этих пар оснований неинформативны, поскольку у всех свиней они абсолютно одинаковы, но, к счастью, не все. Отличающиеся пары оснований нуклеотидов свиней называются SNPs, или точечные нуклеотидные полиморфизмы. Первый коммерчески доступный чип SNP состоял из ~60,000 SNPs. В течение последних шести или семи лет эти 60,000 SNP используются для идентификации локусов количественных признаков (QTL), которые представляют собой области в геноме, связанные с изменением фенотипа, но не обязательно вызывающие его изменчивость. Эти QTL обычно находятся в непосредственной близости от гена, который вызывает фенотипическую изменчивость.
 
До выхода данных о геноме свиней и чипа SNP для коммерческого доступа, в среднем в год публиковалось до 370 QTL (локусов количественных признаков). Затем, после предоставления информации о геноме, в среднем в год публикуется до 1,350 QTL, то есть, в 3.6 раза в год больше, чем до выделения генома (animalgenome.org). Эти результаты привели к значительному прорыву в тех областях знаний о генах или QTL, которые являются важными не только с научной, но и экономической точки зрения. Ниже приводится график, где, начиная с 2000 года, отражено количество описываемых в год QTL.
 

Информация о геноме больше всего влияет на выбор тех признаков и черт, которые нельзя получить от животных – кандидатов для селекции (сложно измерить качество туши и мяса без ущерба для здоровья и, также, такие низко наследуемые черты, как например репродуктивный потенциал). Ниже приводится краткая сводка общего числа QTL по классификации черт, о которых было известно к концу 2014 года. Примерно 72% из зарегистрированных QTL  относятся к признакам классификации качества туш, мяса и здоровья. Это не означает, что все эти QLT уже используются в рамках свиноводческой отрасли, но со всей определенностью можно говорить о том, что проводится очень много исследований по идентификации QTL, ассоциируемых с признаками, по которым сложно провести селекцию животных на племенных фермах нуклеус. Это некая точка отсчета для каждой компании, поскольку только от компании зависит, будет ли проводиться проверка наличия этих QTL в их стадах перед их использованием для геномной селекции.
 


 (Классификация черт: качество туш и мяса, здоровье, производительность, репродукция, экстерьер.)

Исследования показывают, что геномика может увеличить уровень генетического прогресса от 10 до 43% для различных черт (Dekkers, 2007). Тем не менее, в целом включение геномной информации в работу всей отрасли свиноводства идет медленнее, чем, например, в молочной промышленности. Одна из основных причин этого кроется в том, что при производстве коммерческих животных используется перекрестное скрещивание, а свиньи на племенных фермах нуклеус обычно являются чистокровными. Таким образом, существует разрыв между производительностью чистопородных и гибридных животных. Геномика может преодолеть эту разобщенность, если компания по разведению животных имеет доступ к геномной и фенотипической информации гибридных животных.
 
Выше приводится краткое описание того, на каком этапе развития   находится геномика на сегодняшний день и какое место занимает геномика в отрасли свиноводства в текущий момент. Но в каком направлении в отношении геномики будет двигаться отрасль в будущем? Первой ключевой областью является увеличение количества SNP - точечных нуклеотидных полиморфизмов в чипе SNP. Меньшие панели плотности, например, чип 60,000 SNP, не захватывают всю генетическую изменчивость, присутствующую внутри популяции, следовательно, может быть упущена или не полностью отражена важная информация внутри генома. Немногим более года назад была выпущена новая панель, содержащая примерно 80,000 SNP. Ведутся разработки с применением этой панели и уже на первых этапах исследования, проводимого Genesus, намечаются многообещающие результаты, вероятно, лучше, чем при применении первоначального чипа 60,000 SNP. Новейшей панелью является разработка чипа из 600,000 SNP. Компания Genesus является одной из первых, если не первой свиноводческой генетической компанией, которая использует этот новый чип. С определенной уверенностью можно говорить о том, что результаты исследований будут доступны уже в ближайшие месяцы. Наибольшее количество SNP расшифровывает, или секвенирует генетическую последовательность, это все 2.7 миллиардов пар оснований нуклеотидов, в настоящее время в Genesus уже секвенировали некоторых животных в пределах их популяции. Трудно оценить, охватить и проанализировать все огромное количество полученных данных по расшифровке генетической последовательности, могу только заметить, что для работы с этим массивом информации требуется действительно очень мощный компьютер.
 
Другими развивающимися областями исследований, чья важность возросла с момента предоставления информации о геноме свиньи стали нутригеномика (пищевая геномика), эпигенетика (динамика развития) и “пресонифицированные” лекарственные средства для свиней. Так что к геномике обращаются не только генетики, свои исследования также проводят и специалисты по питанию и разработке рационов кормления. Они хотят понять, какой эффект оказывает питание на экспрессию гена, которая затем приводит к различиям в производительности. “Изменяет ли экспрессию гена в положительную, благоприятную сторону применение определенных питательных составляющих в корме?” – нутригенетика ищет ответ на этот вопрос. Примером эпигенетики является влияние матери на свое потомство в период внутриутробного развития. “Влияет ли микроклимат, в котором пребывает свиноматка в период супоросности на производительность потомства?” -  это один из вопросов, на которые может ответить эпигенетика. И, наконец, компании по разработке вакцин применяют геномику для определения наиболее выгодных и действенных вакцин, если популяция животных имеет определенные генетические характеристики.
 
Уже сейчас со всей очевидностью можно говорить о значительном вкладе геномики в развитие отрасли свиноводства в целом, но при этом необходимо понимать – мы только слегка затронули самую “вершину айсберга”. Информация о геноме свиньи позволила приоткрыть двери для многих областей исследований, которые раньше были просто невозможны. Это захватывающее и интересное время для свиноводческой отрасли и, как ученый и генетик, я рад возможности работать в этом бизнесе, проводя самые передовые исследования при использовании новейших технологий для того, чтобы максимизировать прибыль наших производителей и клиентов.
 
 
Ссылки:
Animal Genomics website and database. Animalgenome.org.
Bates, Ronald. 2010. Release of the Pig Genome! 2010 National Pork Board Swine Extenstion In-Service Conference.
Dekkers, JCM. 2007. Marker-assisted selection for commercial crossbred performance. Journal of Animal Science. 85:2104-2114.
Groenen, M.A, Archibals, A.L, et al. 2012. Analyses of pig genomes provide insight into porcine demography and evolution. Nature 491:393-398.