Gli strumenti operativi della selezione : i valori genetici dei riproduttori
Paolo CarnierPaolo Carnier
Dipartimento di Scienze Dipartimento di Scienze ZootecnicheZootecniche
Facoltà di Medicina Veterinaria di Facoltà di Medicina Veterinaria di PadovaPadova
email [email protected] [email protected]
http://147.162.137.15/carnierhttp://147.162.137.15/carnier
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sità
di P
ado
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Geni e displasiaGeni e displasia
La displasia dell’anca (HD) è una La displasia dell’anca (HD) è una patologia controllata almeno in patologia controllata almeno in parte dai geni che un cane possiedeparte dai geni che un cane possiede
Quanti sono, quali sono e che effetto Quanti sono, quali sono e che effetto specifico ha ognuno di essi specifico ha ognuno di essi sull’espressione della patologia ?sull’espressione della patologia ?
Non lo possiamo sapere con Non lo possiamo sapere con esattezza esattezza
E’ certo che sono coinvolti più geni E’ certo che sono coinvolti più geni ognuno dei quali esercita un piccolo ognuno dei quali esercita un piccolo effettoeffetto
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Un
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Geni e displasiaGeni e displasia
Porzione di cromosomi omologhiPorzione di cromosomi omologhi
gengenee
alleleallele
allele allele (a(a11, a, a22, a, a33, …, a, …, ann))
(a(a11, a, a22, a, a33, …, a, …, ann))
(b(b11, b, b22, b, b33, …, b, …, bnn))
(b(b11, b, b22, b, b33, …, b, …, bnn))
aa1 1 aa22aa33
..
..
..
aa
nn
++++++
++++ - - -- - -
..
..
..
--
bb1 1 bb22bb33
..
..
..
bbnn
- -- --- ++
..
..
..
++++
++
Effetti geneticiEffetti genetici
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0
10
20
30
40
50
A B C D E
%Norm x Norm Norm x Altro Altro x Altro
Poligenico ? ( 12.000 PT italiani)
??
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Geni e displasiaGeni e displasia
Non esiste il gene della displasia Non esiste il gene della displasia dell’anca !!!dell’anca !!!
Ulteriore complicazione deriva Ulteriore complicazione deriva dall’influenza esercitata da vari dall’influenza esercitata da vari fattori ambientali fattori ambientali
• EtàEtà• Peso e tagliaPeso e taglia• VeterinarioVeterinario• Allevamento (alimentazione e Allevamento (alimentazione e
esercizio)esercizio)
I fattori ambientali modulano I fattori ambientali modulano l’espressione della patologial’espressione della patologia
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Geni e displasiaGeni e displasia La manifestazione fenotipica della patologia La manifestazione fenotipica della patologia
interessa solo cani geneticamente interessa solo cani geneticamente predispostipredisposti
Fattori ambientali di per sé non causano HD Fattori ambientali di per sé non causano HD
Essendo una patologia ad accertata base Essendo una patologia ad accertata base ereditaria poligenica si combatte per via ereditaria poligenica si combatte per via geneticagenetica
Altri interventi non risolvono il problemaAltri interventi non risolvono il problema
Utili per migliorare lo status di un animaleUtili per migliorare lo status di un animale
Nessun effetto sulla trasmissione a Nessun effetto sulla trasmissione a discendentidiscendenti
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Geni e displasiaGeni e displasia
Nessuna riduzione della frequenza di Nessuna riduzione della frequenza di soggetti displasici da una generazione soggetti displasici da una generazione all’altra per intervento non geneticoall’altra per intervento non genetico
Favorire a fini riproduttivi soggetti il cui Favorire a fini riproduttivi soggetti il cui complesso poligenico esercita effetti complesso poligenico esercita effetti più favorevoli rispetto a quello di altri più favorevoli rispetto a quello di altri cani (alterazione frequenze alleliche)cani (alterazione frequenze alleliche)
Quali riproduttori ? Quali riproduttori ?
La soluzione : la genetica quantitativaLa soluzione : la genetica quantitativa
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Genetica quantitativa
Fornisce strumenti operativi per Fornisce strumenti operativi per identificare animali portatori di poligeni identificare animali portatori di poligeni con effetto favorevole e sfavorevole con effetto favorevole e sfavorevole nei riguardi della patologianei riguardi della patologia
Selezione mirata dei riproduttori su Selezione mirata dei riproduttori su basi oggettive e corrette : riduzione basi oggettive e corrette : riduzione dell’incidenza e gravità della patologia dell’incidenza e gravità della patologia
Applicazioni soprattutto per altre Applicazioni soprattutto per altre specie (con risultati evidenti e provati) specie (con risultati evidenti e provati)
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Il problema fondamentaleIl problema fondamentale
??
FenotipoFenotipo(FCI, WILLIS ecc.)(FCI, WILLIS ecc.)
GENIGENI
effetto del effetto del complesso complesso poligenicopoligenico++
effetti effetti ambientaliambientali
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Il problema fondamentaleIl problema fondamentale
??FCI = A = FCI = A = 00 normalenormale
FCI = E = FCI = E = 44 grave grave displasiadisplasia
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Il problema fondamentaleIl problema fondamentale
FCIFCI11 = A = 0 = A = 0normalenormale
FCIFCI22 = E = 4 = E = 4grave grave
displasiadisplasia
FCI = FCI = fenotipofenotipo
FCIFCI11 = G = G1 1 + + AA11
FCIFCI22 = G = G2 2 + + AA22
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La valutazione genetica La valutazione genetica è quell’insieme di La valutazione genetica è quell’insieme di
programmi e procedure che conduce alla programmi e procedure che conduce alla stima del valore genetico (effetto del stima del valore genetico (effetto del complesso poligenico) di un individuo in complesso poligenico) di un individuo in relazione a una data caratteristica (ad es. relazione a una data caratteristica (ad es. HD)HD)
Il risultato finale della valutazione Il risultato finale della valutazione genetica è un numero, positivo o genetica è un numero, positivo o negativo, che esprime il merito genetico negativo, che esprime il merito genetico dell’individuo rispetto al valore genetico dell’individuo rispetto al valore genetico medio degli individui della medesima medio degli individui della medesima popolazione (razza, linea, allevamento popolazione (razza, linea, allevamento ecc.) che per definizione è pari a zeroecc.) che per definizione è pari a zero
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Cosa serve per la valutazione genetica ?
Necessarie accurate informazioni Necessarie accurate informazioni individuali :individuali :
• FenotipicheFenotipiche
• Genealogiche (rapporti di parentela tra individui)Genealogiche (rapporti di parentela tra individui)
Non sono indispensabili informazioni Non sono indispensabili informazioni derivanti dall’analisi del DNAderivanti dall’analisi del DNA
Informazioni da analisi del DNA utili per :Informazioni da analisi del DNA utili per :
• Verifica di parentela (informazioni genealogiche + Verifica di parentela (informazioni genealogiche + accurate)accurate)
• Marcatori genetici (Marker Assisted Selection)Marcatori genetici (Marker Assisted Selection)
• Introgressione genicaIntrogressione genica
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Quanto affidabile è un VG ? Accuratezza = correlazione tra il vero Accuratezza = correlazione tra il vero
valore genetico di un individuo e valore genetico di un individuo e quello stimato (varia tra 0 e 1)quello stimato (varia tra 0 e 1)
Bias = tendenza sistematica alla Bias = tendenza sistematica alla sovra- o sottostima di un valore sovra- o sottostima di un valore genetico genetico
Accur. OKBias OK
xx xx x x
x x x x x x
Accur. NOBias OK
xx xx x x
Accur. OKBias NO
Accur. NOBias NO
x x x x x x
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Da cosa dipende l’accuratezza ?
L’accuratezza dipende da :L’accuratezza dipende da :
• EreditabilitàEreditabilità
• n° di informazioni fenotipiche n° di informazioni fenotipiche disponibili (letture radiografiche) disponibili (letture radiografiche)
• Rapporto di parentela esistente tra Rapporto di parentela esistente tra l’individuo di cui si stima il valore l’individuo di cui si stima il valore genetico e gli individui che forniscono genetico e gli individui che forniscono l’informazione fenotipica l’informazione fenotipica
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Un esempio di VG e accuratezza
Letture radiografiche dell’individuo oggetto di Letture radiografiche dell’individuo oggetto di valutazione e di 56 figli valutazione e di 56 figli
VG VG PT 1024PT 1024 = = + 0.237+ 0.237 acc = acc = 0.830.83
Se per la valutazione genetica di PT 1024 fosse Se per la valutazione genetica di PT 1024 fosse stata utilizzata solamente la valutazione FCI di stata utilizzata solamente la valutazione FCI di PT 1024 l’accuratezza sarebbe stata pari a PT 1024 l’accuratezza sarebbe stata pari a 0.470.47
Se per la valutazione genetica di PT 1024 Se per la valutazione genetica di PT 1024 fossero state disponibili solamente le fossero state disponibili solamente le valutazione FCI di 10 figli l’accuratezza sarebbe valutazione FCI di 10 figli l’accuratezza sarebbe stata pari a stata pari a 0.610.61
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La valutazione genetica in pratica
IndividuoIndividuo
AscendentiAscendenti
CollateraliCollaterali
DiscendentiDiscendenti
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La valutazione genetica in pratica
PerformancePerformance
Indice pedigreeIndice pedigree
Sib testSib test
Progeny testProgeny test
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Indice pedigree Rappresenta il metodo di valutazione Rappresenta il metodo di valutazione
genetica più precoce genetica più precoce
E’ utilizzabile anche per programmare E’ utilizzabile anche per programmare gli accoppiamenti gli accoppiamenti
Utilizza i valori genetici stimati degli Utilizza i valori genetici stimati degli ascendenti dell’individuo oggetto di ascendenti dell’individuo oggetto di valutazionevalutazione
Esempio:Esempio:
• IPIP11 = ½ VGS = ½ VGS padrepadre + ½ VGS + ½ VGS madremadre
• IPIP22 = ½ VGS = ½ VGS padrepadre + ¼ VGS + ¼ VGS nonno maternononno materno
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Performance individuale e Performance individuale e accuratezzaaccuratezza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
HDHD
acc
ura
tezz
aacc
ura
tezz
a
ereditabilitàereditabilità
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Prova di progenie e accuratezzaProva di progenie e accuratezza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100
h2 = 0.20 h2 = 0.40
acc
ura
tezz
aacc
ura
tezz
a
n° figlin° figli
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Come si fa ?
Procedure statistiche sofisticateProcedure statistiche sofisticate
BLUP (BLUP (BBest est LLinear inear UUnbiased nbiased PPrediction) rediction)
Animal modelAnimal model
• Tutte le informazioni fenotipiche proprie e Tutte le informazioni fenotipiche proprie e di individui parentidi individui parenti
• Livello genetico medio delle fattrici con cui Livello genetico medio delle fattrici con cui uno stallone si accoppiauno stallone si accoppia
• Valutazione genetica anche di animali mai Valutazione genetica anche di animali mai sottoposti a radiografia e non più esistentisottoposti a radiografia e non più esistenti
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L’equazione fondamentale
rubbishrubbish 3 3
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Il progetto di ricerca in corso
Analisi genetica di HD in varie razze Analisi genetica di HD in varie razze e spondilosi deformante nel Boxere spondilosi deformante nel Boxer
Ruolo di specifici effetti ambientali Ruolo di specifici effetti ambientali
Stima di ereditabilitàStima di ereditabilità
Studio e messa a punto di procedure Studio e messa a punto di procedure per la valutazione genetica dei per la valutazione genetica dei candidati riproduttoricandidati riproduttori
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I dati disponibili
Letture radiografiche e valutazione Letture radiografiche e valutazione FCI e WILLISFCI e WILLIS
Dati per PT, Boxer, Dobermann, Dati per PT, Boxer, Dobermann, Rottweiler, Terranova e Labrador Rottweiler, Terranova e Labrador
Periodo 1992 – 2001Periodo 1992 – 2001
Età >1 annoEtà >1 anno
Informazioni su allevamento, Informazioni su allevamento, veterinario, sesso, anno e mese di veterinario, sesso, anno e mese di nascita, età nascita, età
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I dati disponibili
0
5
10
15
20
1 10 19 28 38 54 64 78 >100
n. di letture effettuate
% v
eter
inar
i
Pro
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va
Effetto dell’allevamento
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.5 0.7 1.0 1.2 1.4 1.7 1.9 2.1 2.3 2.6 2.8 3.0
punteggio medio FCI
% a
lleva
men
ti
Pro
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Effetto del veterinario (>30 letture)
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
31 41 51 61 71 81 91 101
veterinariopunt
eggi
o m
edio
FCI
2121111111
FCI medioFCI medio
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Ereditabilità (h2) di HD nel PT italiano
Stima preliminareStima preliminare
Dati di 1268 famiglie di mezzi Dati di 1268 famiglie di mezzi fratelli paternifratelli paterni
Sottostima (genealogie non Sottostima (genealogie non disponibili)disponibili)
hh22 = 0.22 = 0.22 ± ± 0.020.02
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Valori genetici HD dei PT italiani
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
-0.50 -0.27 -0.16 -0.04 0.07 0.18 0.29 0.40 0.51
valore genetico (punti FCI)
freq
uenz
a (%
)
??
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VG e HD nella progenie
BV BV PT 986 PT 986 = = + 0.493+ 0.493 n = 43n = 43
BV BV PT 520PT 520 = = + 0.008+ 0.008 n = 119n = 119 ==
BV BV PT5203PT5203 = = - 0.247- 0.247 n = 36n = 36
Pro
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di P
ado
va
VG e HD nella progenie
0
10
20
30
40
50
60
70
PT 8989 PT 9200 PT 7408
%A B C D E
==
Pro
f. P
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Conclusioni
I valori genetici stimati devono I valori genetici stimati devono essere il criterio su cui basare la essere il criterio su cui basare la scelta dei candidati riproduttoriscelta dei candidati riproduttori
La scelta dei riproduttori sulla base La scelta dei riproduttori sulla base di criteri diversi dai valori genetici di criteri diversi dai valori genetici non porta a un controllo genetico non porta a un controllo genetico efficace di HDefficace di HD
Un servizio efficiente per gli Un servizio efficiente per gli allevatoriallevatori
Il ruolo fondamentale degli allevatoriIl ruolo fondamentale degli allevatori
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Conclusioni Il problema del prescreeningIl problema del prescreening
La mancata registrazione dei casi gravi di La mancata registrazione dei casi gravi di displasia è un danno enorme per il displasia è un danno enorme per il miglioramento della razzamiglioramento della razza
I migliori allevamenti per il futuro della I migliori allevamenti per il futuro della razza saranno quelli in cui il controllo di HD razza saranno quelli in cui il controllo di HD si basa su criteri di trasparenza si basa su criteri di trasparenza
L’attendibilità delle informazioni provenienti L’attendibilità delle informazioni provenienti da tali allevamenti garantirà agli allevatori da tali allevamenti garantirà agli allevatori stessi fiducia nello schema di controllo di stessi fiducia nello schema di controllo di HD e negli strumenti operativi della HD e negli strumenti operativi della selezione che essi usanoselezione che essi usano