การปรบัปรงุพนัธุสัตว (Animal Breeding)

015221015221 Animal Science and TechnologyAnimal Science and Technology

ศกร คุณวุฒิฤทธิรณพรรณวดี โสพรรณรัตนภาควิชาสัตวบาล คณะเกษตรมหาวทิยาลัยเกษตรศาสตรEmail: agrpds@ku.ac.thHomepage http://pirun.ku.ac.th/~agrpds/

หนังสืออานประกอบหนังสือหนังสืออานอานประกอบประกอบ

การปรบัปรงุพนัธุสัตว สมชัย จนัทรสวาง

Understanding Animal Breeding. R.M. Bourdon

Animal Science and Industry. Merle Cunningham and Duane Acker.

Modern Livestock & Poultry Production. James R. Gillespie.

ความรูเบื้องตนเกีย่วกับการปรับปรุงพันธุสัตวความรูเบื้องตนเกีย่วกับการปรับปรุงพันธุสัตว

การถายทอดทางพนัธุกรรมการถายทอดทางพนัธุกรรมการถายทอดทางพนัธุกรรม

การคัดเลือกและระบบการผสมพันธุการคัดเลือกและระบบการผสมพันธุการคัดเลือกและระบบการผสมพันธุ

เทคโนโลยีชีวภาพกับการปรบัปรงุพันธุเทคโนโลยีชีวภาพกับการปรบัปรงุพันธุเทคโนโลยีชีวภาพกับการปรบัปรงุพันธุ

ความรูเบื้องตนเกี่ยวกับการปรบัปรงุพันธุสัตวความรูเบื้องตนเกี่ยวกับการปรบัปรงุพันธุสัตว

การปรบัปรงุพนัธุสัตว เปนการประยกุตใชความรูทางวทิยาศาสตร เพือ่ปรบัปรุงพนัธกุรรมของตวัสตัว

การปรับปรุงพันธุสัตวAnimal Breeding

พันธุศาสตรเบื้องตน พันธุศาสตรประชากร

Simple (Mendelian)Genetics & Population

Geneticsพันธุศาสตรโมเลกุล

Molecular Genetics

พันธุศาสตรปริมาณQuantitative Genetics

ลูกตัวเมียทดแทนฝงู

เปนการประยุกตใชความรูทางวิทยาศาสตรเพื่อปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมของตัวสัตว เพื่อใหไดสัตวรุนลูก (โดยเฉลี่ย) มีลักษณะที่พึงประสงค “ดีกวา” คาเฉลี่ยของสัตวรุนพอ-แม

แม พอ

ขอควรพิจารณาในการพัฒนาพันธุกรรมของสัตว☺ ตองการสัตวที่มีลักษณะอยางไร?

“No best animal for all situations.”☺ ลักษณะนั้น ๆ มีความสําคัญอยางไร?☺ ลักษณะนั้น ๆ วัดคาไดหรือไม อยางไร?☺ การแสดงออกของลักษณะนั้น ๆ สัมพันธกับการแสดงออก

ของลักษณะอื่น ๆ หรอืไม อยางไร?☺ การแสดงออกของลักษณะนั้น ๆ เปนผลมาจากอิทธิพล

ทางพันธุกรรมเพียงไร?

การคัดเลือก

วางแผนการปรับปรุงพันธุ

ผสมพนัธุ ประเมินคาทางพันธุกรรม

วัตถุประสงคของการปรับปรุงพันธุ

ขั้นตอนในการปรบัปรงุพันธุสัตว

เครื่องมือพื้นฐานที่สําคัญสําหรับนักปรับปรุงพันธุสัตวในการปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมคือ

การคัดเลือกการผสมพันธุ

เครื่องมือพื้นฐานที่สําคัญสําหรับนักปรับปรุงพันธุสัตวในการปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมคือ

การคัดเลือกการผสมพันธุ

ศพัทเบื้องตนทางการปรบัปรงุพนัธุทีค่วรทราบTrait ลักษณะที่สังเกตได

Phenotype (ลักษณะปรากฏ) ประเภทหรือระดับการแสดงออกลักษณะใดๆ ของสัตว

Genotype รูปแบบของยีนหรือรูปแบบทางพันธุกรรม

Environmental effects อิทธิพลจากปจจัยภายนอกอื่นที่ไมใชพันธุกรรมที่มีตอสมรรถภาพในการแสดงออกซึ่งลักษณะใดๆ ของสัตวแตละตัว

สีขนน้าํหนกัแรกเกิด

ขาว ดํา น้าํตาล25, 30, 32 กก.

Breeding Objectives and Industry Structure

EliteBreeders

Multipliers

End Users(commercial producers)

Germ Plasmseedstock

การถายทอดทางพันธุกรรม

ยนี, โครโมโซม และยโีนไทปยีน (gene)

• หนวยพื้นฐานของการถายทอดทางพันธกุรรม

• ชื้นสวนของ deoxyribonucleic acid หรือ DNA

• โมเลกลุที่สลบัซบัซอนเรียงตัวเพื่อเปนรหัสทางพันธกุรรมของสิ่งมชีีวิต

โครโมโซม (Chromosome)

• สายยาวของ DNA รวมตวักันอยูภายในนวิเคลียสในเซลของสิ่งมชีีวิต

• โครโมโซมจะอยูเปนคู โครโมโซมหนึง่จะถายทอดมาจากพอ และอกีโครโมโซมหนึง่จะถายทอดมาจากแม

• จํานวนคูของโครโมโซมจะขึ้นอยูกบัชนดิของสตัว

ชนิด จํานวนโครโมโซม (แทง)โค 60มา 64แพะ 60สุกร 38แกะ 54ไก 78ไกงวง 80

โลกสั (locus) ตําแหนงของยีน

ที่แตละโลกสั จะเปนตําแหนงของคูของยีนคูของยีนในแตละโลกสัจะแทนตวัสัญญลกัษณ เชนที ่J โลกสั

จะมยีีน J และ j

J locusB locus

J , j เรียกวา อลัลลี (Allele) (รูปแบบตาง ๆ ของยีน)

รูปแบบของยีน เชน Jj เราเรียกวา ยีโนไทป (genotype)

รูปแบบของยีนที่ตําแหนงใดตําแหนงหนึง่ เรียกวา a one-locus genotype

ที่ a one-locus genotype จะสามารถเรียกวาเปน โฮโมไซกสั ( homozygous) เมื่อยีนที่ตําแหนงนัน้มหีนาที่เหมือนกนั เชน JJ, BB, bb, jj

ที่ a one-locus genotype จะสามารถเรียกวาเปน เฮทเทอโรไซกสั ( heterozygous) เมือ่ยีนทั้ง 2 นีม้ีองคประกอบทางเคมี และหนาที่ที่แตกตาง กนั เชน Jj, Bb

กฎของเมนเดล (Mendel’s laws)

• กฎการแยกของคูของยีน (law of segregation) ในการสรางเซลสืบพันธุ (germ cell หรอื gamete) ที่ตําแหนงหนึ่งของยีนจะม ี2 ยีน ในเซลพอแม จะถูก แยกออก โดยจะมีเพียงยีนเดียวเทานั้นไปอยูในเซลสืบพันธุ

• กฎการรวมกันของโดยอิสระ (law of independent

assortment) ยีนจะจัดเขาชุดโดยอิสระระหวางขบวนการ meiosis ถาการเกิดโอกาสในการเกิดเซลสืบพันธุรูปแบบตางมีเทากัน

Parent cell(2n)

Germ cell or Gamete(n)

Parent genotype: AABB AABb AaBb

Possible gametes: AB AB Ab AB Ab aB ab

Linkage ตําแหนง หรอื locus 2 หรอื มากกวา อยูบนโครโมโซมแทงเดียวกัน

J locusB locus

J j

B b

JB jb

Crossing over การเกิดการแลกเปลี่ยนชิ้นสวนของโครโมโซมที่เปนคูกัน

J locusB locus

J j

B b

J locusB locus

j J

B b

jB Jb

• Dominance: ปฏิกิริยารวมระหวางยีนที่ตําแหนงเดียวกัน เชน heterozygotes อัลลีลหนึ่งจะมีอิทธิพลตออีกอัลลีลหนึ่ง

J’J’ (10 กก.) JJ (20 กก.)

JJ’ (15 กก.) JJ’ (20 กก.)

• Epistasis: ปฏิกิริยารวมระหวางยีนตางตําแหนง เชนการแสดงออกของยีนที่ตําแหนงหนึ่งขึ้นอยูกับอัลลีลในอีกตําแหนงหนึ่ง

แสดงปฏิกิริยารวมระหวางยีนตางตําแหนงแสดงปฏิกิริยารวมระหวางยีนตางตําแหนง ((EpistaticEpistatic effect) effect) ของลักษณะของลักษณะหงอนในไกหงอนในไก Rose Comb Pea Comb

Genotype RR pp rr PPGamete Rp rP

F1 Generation

Genotype RrPp RrPpPhenotype Walnut Comb Walnut Comb

×Parent

F1 Generation

Genotype RrPp RrPpGamete RP Rp rP rp

RP

Rp

rP

rp

F2

• Sex-Related Inheritance: การแสดงออกของยีนขึ้นอยูกับเพศ (sex-linked, sex-limited, and sex influenced inheritance)

การกําหนดเพศ

• Homogametic sex

• Heterogametic sex

Rhode Island Red x Barred Plymouth RockZbZb ZBW-

Zb ZB W-Gamete

F1 Generation ZbZB ZbW-

Phenotype Barred non-barred

Parent cell(2n)

Gamete(n)

Zygote(2n)

Embryo(2n)

Female

Male

Punnett square

ตาราง 2 ทาง ใชในการคํานวณหารูปแบบยีนของไซโกตหรือของลกูที่จะเปนไปไดหลงัจากการผสมพันธุ

Hh x Hh

Male/Female H h

H HH Hh

h Hh hh

1HH:2Hh:1hh

JjBb x JjBb

F/M JB Jb jB jb

JB JJBB JJBb JjBB JjBb

Jb JJBb JJbb JjBb Jjbb

jB JjBB JjBb jjBB jjBbjb JjBb Jjbb jjBb jjbb

1JJBB:2JJBb:2JjBB:1JJbb:4JjBb:1 jjBB:2Jjbb:2 jjBb:1jjbb

9J_B_:3J_bb:3jjB_:1jjbb

Quantitative Genetics (พันธุศาสตรปริมาณ)

Qualitative traits (ลักษณะคุณภาพ): การแสดงออกของลักษณะปรากฏถูกควบคมุดวยยีนนอยคู และสภาพแวดลอมไมมอีิทธิพลตอการแสดงออกลักษณะปรากฏ (P=G)

Quantitative traits (ลักษณะปริมาณ): การแสดงออกของลักษณะปรากฏถูกควบคมุดวยยีนหลายคู และสภาพแวดลอมมอีิทธิพลตอการแสดงออกของลักษณะปรากฎ

EGPEGP++=

+=µ

Phenotypic value (P-mean)

Genotypic value (G)

Environmental effect (E)

500

A) P=600 B) P=450 C) P=450

Genotypic vale (คายีโนไทป หรือคาความสามารถทางพันธกุรรมรวม): อทิธพิลของยีนในตวัสัตวแตละตวัที่สงผลตอการแสดงออกในลกัษณะนัน้ ๆคาความสามารถทางพันธกุรรมรวมเกดิจากอทิธิพลทางพันธกุรรม

3 แบบ คือ• อทิธิพลทางพันธกุรรมแบบบวกสะสม (Additive genetic

effects, Breeding value, A, BV)• อทิธิพลทางพันธกุรรมเนือ่งจากปฏิกิริยารวมระหวางยีนใน

ตําแหนงเดยีวกัน (Dominance genetic effects, D)• อทิธิพลทางพันธกุรรมเนือ่งจากปฏิกิริยารวมระหวางยีนตาง

ตําแหนง (Epistatic effects, I) IDAG ++=

BVAA = 10+10 =20

BVAa = 10+ (-10)=0

BVaa =(-10)+ (-10)=-20

Genotype Breeding Value

AA 20 g

Aa 0 g

aa -20 g

Genotypic Value

20 g

20 g

-20 g

Dominance Value

0 g

20 g

0 g

)()(

)()(

)()(

)()()(),(2)()()(

PVEV

PVGV

PVPV

EVGVPVEGCOVEVGVPV

EGP

+=

+=++=

+=

อัตราพันธุกรรมแบบกวางHeritability in broad sense, h2

)()()()(

)()(

)()(

)()()()()(....2)()()()()(

PVEVIVDV

PVAV

PVPV

EVIVDVAVPVCOVEVIVDVAVPV

EIDAPEGP

+++=

+++=++++=

+++=+=

อัตราพันธุกรรมแบบแคบHeritability in narrow sense, h2

อัตราพันธุกรรม (heritability: h2)สัดสวนของความแปรปรวนเนื่องจากพันธุกรรม ( genetic variance) ตอ

ความแปรปรวนของลกัษณะปรากฏ (phenotypic variance) หรือ สัดสวนของความแปรปรวนเนื่องจากพันธุกรรมแบบบวกสะสม (additive

genetic variance) ตอความแปรปรวนของลักษณะปรากฏ phenotypic variance หรือ

เปนคาที่บอกถึงความสัมพันธระหวางพันธุกรรม และลักษณะปรากฏ

อัตราพันธุกรรม

เปนคาเฉพาะของแตละประชาการ ในแตละลักษณะ

มีคา ตั้งแต 0-1

สหสัมพันธทางพันธุกรรม (Genetic Correlation, rG)

เกิดจากการที่ยีนตําแหนงหนึ่งมีผลในการควบคุมลักษณะมากกวาหนึ่งลักษณะ (pleiotropy) และจากการที่ยีนหรือกลุมของยีนที่ควบคุมลักษณะทั้งสองมีตําแหนงอยูบนโครโมโซมเดียวกัน (linkage)

สนับสนุนซึ่งกันและกัน (synergistic effect)

แบบตรงกันขาม (antagonistic effect)