Prethodni tekst. Dve najvažnije praktične metode za određivanje nivoa srodstva su genomska analiza i softversko računanje iz porekla predaka.
Genomska analiza kao metoda određivanja koeficijenta inbridinga
Implementiranje genomske analize i genomske selekcije u programe genetskog unapređenja predstavlja prekretnicu u odgoju mlečnih, kombinovanih i tovnih rasa goveda. Rezultat upoznavanja ključnih gena, alela, načina nasleđivanja i njihovih regulatornih mehanizma na nivou nukleotida je do sada neviđeno povećanje genetskog potencijala kako na nivou jedinki tako i na nivou različitih populacija. Pokazalo se da je upotreba informacija dobijenih genomskom analizom veoma efikasan alat u selekciji. Pored toga, genomska analiza nam pruža i najtačnije informacije o poreklu životinja, pa se koristi kao metoda za validaciju srodstva i za razvijanje različitih strategija očuvanja genetičke varijabilnosti.
Prednosti genomske validacije porekla su mnogostruke. Ako znamo da potomak nasleđuje po 50% gena od svakog od svojih roditelja, a istovremeno i ne nasleđuje po 50%, postavlja se pitanje – koji su geni konkretno nasleđeni? Vratićemo se na formulu Wrighta-Kislovskog. Rezultati koje dobijemo koristeći je predstavljaju verovatnoću da su dva alela gena jedinke koji su nasleđeni od zajedničkog pretka. Rezultat nam ne govori da li su i koji delovi genoma nasleđeni od oca a koji od majke i koliki je stvarni inbriding individue.
Kako bi lakše objasnili, uzmimo opet Primer 2. Tele je nasledilo 50% gena od oca i 50% gena od majke, po 25% od svake babe i svakog dede, kao i po 12,5% od svakog pretka iz pradedovske generacije u kojoj se i nalazi zajednički predak. Po formuli za izračunavanje koeficijenta inbridinga nivo srodstva je Fx = 3.38%. Dakle, verovatnoća da jedinka u svom DNK ima gene sa očeve i majčine strane poreklom od bika AltaSPRING je 3.38%. Međutim, mi ne znamo, da li su uopšte i koliko zajedničkih gena, ovoga bika, posredno nasledili Očev otac i Majčina Majka ili neposredno Otac i Majka. Samim tim, mi ne znamo, ni koje je udeo gena istog porekla nasledilo tele X. Tu je prednost genomske analize, koja identifikuje, koji su to aleli gena zajedničkog porekla i u kom obimu nasleđeni.
Primer 2
Postupak genotipizacije životinja se sastoji iz nekoliko koraka:
- Uzimanje uzorka tkiva za analizu (dlaka, krv, hrskavica, seme)
- Izolacija DNK iz uzorka
- Upoređivanje čipa (baze podataka o populaciji) i DNK uzorka životinje
- Ocene uticaja markera – modelima SNP jednačina
- Korišćenje dobijenih rezultata u modelu za dobijanje dodatnih informacija o genomskoj priplodnoj vrednosti (GEBV – Genomic Estimated Breeding value)
U toku genomske analize se poredi DNK jedinke koja se testira sa čipom koji sadrži informacije o referentnoj populaciji. SNP (engl. Single-nucleotide polymorphism – srp. Polimorfizam jednog nukleotida) su molekularni markeri koji su pogodni za automatske metode otkrivanja varijacija sekvenci DNK. Modeli SNP jednačina uzimaju u obzir raspored nukleotida u DNK lancu i njihovo međusobno zajedničko delovanje. Ovako se dolazi do SNP marker genotipa testirane životinje.
Osnovni preduslov za dobijanje pouzdanih rezultata genomske analize je formiranje dovoljno obimne baze podataka o osobinama referentne populacije koje želimo da analiziramo. Veličina referentne populacije zavisi od heritabiliteta selektiranih osobina. Što je naslednost osobina (heritabilitet) niža, potrebna je veća referentna populacija kako bi smo dobili pouzdane podatke, i obratno što je nalsednost viša potrebna je manja populacija za dobijanje dovoljno kvalitetnih (pouzdanih) podataka. Tu dolazimo i do glavnog nedostatka genomske analize. U istraživanja u ovoj oblasti na svetskom nivou su uložena ogromna materijalna sredstva. Proces formiranje dovoljno velike referentne populacije koja je genomski i fenotipski ispitana i koja će biti polazna osnova za procenu priplodne vrednosti malih populacija je složen. Uzmimo opet za primer bušu. Kako bi genomski testirali jedinke ove rase za osobine visokog heritabiliteta (npr. osobina mlečnosti) verovatno je potrebno da se uzmu uzorci DNK cele populacije, da se odrede fenotipski kriterijumi ocenjivanja, da se sve jedinke fenotipski ocene, da se progeno testira potomstvo i td. Primena genomske analize je zbog svega navedenog prvo našla utočište u populacijama holštajna, simentalca i na kraju tovnih rasa, a od skoro je preko naše kompanije dostupna i farmerima u Srbiji.
Računarski softveri za izračunavanje koeficijenta inbridinga
Pored genomske analize, usled globalizacije, primene tehnologija VO i ET, te sve većeg usložnjavanja pojedinačnih pedigrea pripoldnjaka usled parenja u srodstvu – razvijeni su računarski softveri koji se koriste za određivanje kako pojedinačnog stepena srodstva, tako i srodstva na nivou populacije. Dobre strane ovakvih softverskih rešenja su to što su brži i jeftiniji u odnosu na genomsku analizu. Praktično, nije potrebno uzimati uzorak, plaćati i čekati rezultate iz laboratorije u inostranstvu.
Kod ovih softvera, osnova za predpostavljanje nivoa srodstva je Wright-ova formula za određivanje koeficijenta inbridinga. Stim, što računarski program može da izbroji daleko veći broj veza između zajedničkih predaka i individue kao i pojedinačno srodstvo za svakog pretka. Tačan model izračunavanja je „know-how“ tehnologija kompanija čiji su programi vlasništvo. U svakom slučaju, na ovaj način dobijamo jednu kvaltetnu informaciju visoke pouzdanosti o verovatnoći zajedničkog porekla gena, koju možemo koristiti kao polaznu tačku za kontrolisanje srodstva i očuvanja genetičke raznovrsnosti u nekoj populaciji ili nečijem stadu.
Odličan primer je AltaGPS koji se je istovremeno softver za genetsko pozicioniranje, selekciju, sparivanje i kontrolisanje nivoa srodstva u stadima brown swiss, holštajn i džerzej krava. U ovom slučaju koristimo informacije o poreklu muških predaka tri generacije unazad. Dakle, procena koeficijenta srodstva se obavlja na osnovu podataka o 87.5% porekla (Primer 3).
Primer 3
Svaki domaćin, seljak i farmer koji sarađuje sa našom komanijom uz seme dobija i predlog plana osemenjavanja. U ovom izveštaju, napravljenom u softveru AltaGPS, se između ostalog, nalazi i procena koeficijenta inbridinga za svaku jedinku posebno, za celo stado i za potomstvo koje nastaje kombinacijom (sparivanjem) jedinki iz stada i dogovorenih opcija za osemenjavanje (semena bikova).
Vladan Ćirić
Mart 2021