genomska selekcija
DESCRIPTION
Predstavitev ideje genomske selekcije na Inštitutu za stočarstvo Beograd - Zemun, marec 2012.TRANSCRIPT
Genomska selekcija
Gregor Gorjanc Biotehniška fakulteta, Oddelek za zootehniko
Katedra za znanosti o reji živali
Beograd-Zemun, 23. marec 2012
Selekcija
• “Izbor (odbira) najboljših posameznikov z namenom, da izboljšamo populacijo”
• Merimo fenotip fenotipska vrednost
Napredek
Fenotip = Genotip + Okolje
V praksi poznamo le …
Okolje Okolje
Fenotip
Genotip
Fenotipska vrednost
Genotipska vr. Odstopanje zaradi okolja
Plemenska vrednost (PV)
Skupni učinek genov, ki se prenaša na potomce
Ocenjujemo na podlagi podobnosti med sorodniki
. . .
Preizkus na potomcih
C
Točnost
h2
Število potomcev
Točn
ost
(r)
Metoda BLUP - splošno
• Model y = Xb + Za + e
• Sistem enačb (Henderson, 1950+)
2
2
1ˆ
ˆ
a
e
T
T
TT
TT
yZ
yX
a
b
AZZXZ
ZXXX
Ocenimo z metodo REML
Matrika sorodstva – zajamemo vse možne
preizkuse na sorodnikih
Fenotip
Ro
do
vnik
i
1990 1995 2000 2005
95
100
105
110
Leto
Sta
ndard
izir
ana P
V
Laktacija 305 dni
Mleko, kg
Beljakovine, kg
Maščoba, kg
Beljakovine, %
Maščoba, %
Dosedanji dosežki
Lisasto govedo, SLO
Genetski napredek
ΔG = (i × r × σa) / g
• i – intenzivnost selekcije
– 50 % odbranih i ~ 0,8
– 5 % odbranih i ~ 2,0
• r – točnost plemenskih vrednosti
– povprečje staršev r = 60 % za mlečnost
– preizkus na potomcih r = 95 % za mlečnost
• σa – standardni odklon plemenskih vrednosti
• g – generacijski interval
Genetski napredek - govedo
• Večja intenzivnost selekcije po moški strani
ΔG = (i♂ × r♂ + i♀ × r♀) / (g♂ + g♀)
• Mladi biki – povprečje staršev
ΔG = (2 × 0,60 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,30 90 kg? (problem pristranosti pri bikovskih materah!!!)
• Preizkus na potomcih
ΔG = (2 × 0,95 + ~ 0) / (6 + 2) = 0,24 72 kg
InterBull - MACE
Durr in Philipsson (2012)
Genom goveda
• 30 parov kromosomov (29 + 1)
• ~ 20.000 genov (~14.000 skupnih s človekom)
Iskanje genov ali regij (QTL)
Okolje Okolje
Fenotip
Genotip
Fenotipska vrednost
Genotipska vr. QTL + ocena učinka
Odstopanje zaradi okolja
Kromosom od očeta
Kromosom od mame
Gen - Gen +
Označevalci (markerji)
Minimalno povečanje točnosti
Genomika
• Genom ~ 3 milijarde baznih parov
• SNP označevalci
• SNP genotipizacija
– 3.000 (3K) ~ 35 €
– 50.000 (50K) ~ 100 €
– 800.000 (HD) ~ 200 €
• Sekvenca
c
• 50K SNP / 30 kromosomov • ~ 2000 SNP / kromosom • ~ 1 SNP / 50K baznih parov
SNP čipi
Kromosom od očeta
Kromosom od mame
Gen - Gen +
Označevalci (markerji)
V praksi poznamo le …
Okolje Okolje
Fenotip
Genotip
Fenotipska vrednost
Genotipska vr. QTL + ocena učinka SNP + ocena učinka
Odstopanje zaradi okolja
Genomska selekcija
PV PV PV
PV PV
Genomska selekcija
• Ideja: 1. ocenimo učinke SNP na referenčni populaciji
(poznan fenotip ali PV in genotip) SNP enačba 2. SNP enačbo lahko uporabimo tudi na osebkih brez
fenotipa, npr. novorojenih teletih
SNP enačba a = (α1,i + α1,j ) + (α2,i + α2,j ) + … + (αk,i + αk,j )
SNP praviloma niso v genih, so pa mogoče blizu genov!!!
potrebno obdržati kontrolo prireje!!!
Ocene SNP učinkov
• 1200 bikov • 800 referenčna pop. (testirani do 2004) • 400 testna pop. (testirani v 2004+)
Učinek: 15 % %Var: 9,5 %
Učinek: 25 % %Var: 6,0 %
Učinek: 10,5 % %Var: 8,8 %
Hayes in sod. (2010)
Ocene SNP učinkov II
Vsebnost maščobe v mleku
Odstotek črne barve
Skupna ocena telesa
Hayes in sod. (2010)
2
2
1ˆ
ˆ
a
e
T
T
TT
TT
yZ
yX
a
b
HZZXZ
ZXXX
Metoda BLUP - splošno
• Model – enako kot prej
y = Xb + Za + e
• Sistem enačb (Legarra in sod., 2010)
Ocenimo z metodo REML
Klasična matrika sorodstva Genomska matrika sorodstva
SNP
Fenotip
Ro
do
vnik
i
Potrebni pogoj
Goddard in sod. (2009)
Velikost referenčne populacije
Preizkus na potomcih
Genomika
Genetski napredek
ΔG = (i × r × σa) / g
• i – intenzivnost selekcije
– 50 % odbranih i ~ 0,8
– 5 % odbranih i ~ 2,0
• r – točnost plemenskih vrednosti
– povprečje staršev r = 60 % za mlečnost
– preizkus na potomcih r = 90 % za mlečnost
• σa – standardni odklon plemenskih vrednosti
• g – generacijski interval
Točnost (R2) skozi čas - biki
Reents (2010)
Starost (leta) Starost (leta)
Mlečnost Dolgoživost
Točn
ost
(R
2)
Točn
ost
(R
2)
r ~ 0,8
r ~ 0,6
Točnost (R2) skozi čas - krave
Reents (2010)
Starost (leta) Starost (leta)
Mlečnost Dolgoživost
Točn
ost
(R
2)
Točn
ost
(R
2)
r ~ 0,6
r ~ 0,8
Genetski napredek - govedo
• Večji genetski napredek
– Mladi biki – povprečje staršev
ΔG = (2 × 0,60 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,30 90 kg?
– Preizkus na potomcih
ΔG = (2 × 0,95 + ~ 0) / (6 + 2) = 0,24 72 kg
– GS mladi biki
ΔG = (2 × 0,80 + ~ 0) / (2 + 2) = 0,40 120 kg
– GS mladi biki + “bikovske” matere
ΔG=(2 × 0,80 + 0,8 × 0,80) / (2 + 2) = 0,56 168 kg
Sprememba rejskih programov (primer iz Francije, 2009)
• Preizkus na potomcih
– 800 telet
– 400 lastni preizkus
– 130 mladih bikov
– 15 elitnih bikov
• Genomska selekcija
– 2400 telet
– 400 lastni preizkus
– 80 mladih bikov
Genetski napredek: ~1x več
Inbriding: ~1/3 manjši porast
InterBull - GMACE
Durr in Philipsson (2012)
Implementacija v Sloveniji
Premajhno število za lasten genomski program!
• Rjava pasma 191 bikov
• Črno bela pasma 192 bikov - ??? konzorcij
• Lisasta pasma ???
InterBull - InterGenomics
Durr in Philipsson (2012)
Točnost - validacija
• Količina mlečnih beljakovin – povprečje staršev (klasično): 0,56 – genomika (novo): 0,79
Potrditev teoretičnih pričakovanj
Celotni set podatkov (preizkus na potomcih)
Kalibracija Validacija
Tudi pri drugih vrstah!!!
McClure (2011)
Pomen nacionalne selekcije v globalizaciji?
PRO, +3
SCS, -0.8
CC1, -0.6
DLO, +0.2