ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ ОБ ИНБРИДИНГЕ И ПРИБЫЛЬНОСТИ

20.11.2020

ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ ОБ ИНБРИДИНГЕ И ПРИБЫЛЬНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ

Концепция инбридинга в молочном животноводстве широко обсуждалась в течение многих лет. У большинства производителей все еще есть достаточно вопросов о допустимом уровне инбридинга на их фермах, чтобы продолжать генетический прогресс, но не вызывать никакого негативного снижения продуктивности, фертильности или показателей здоровья. Часто увеличение инбридинга считается очень негативным фактором и его следует избегать. В недавней статье издания Journal of Dairy Science было заявлено: «Важно отметить, что сам по себе инбридинг не является ни хорошим, ни плохим. При отборе для улучшения того или иного признака (в большинстве случаев мы заинтересованы в повышении продуктивности конкретного производственного признака) накопление гомозиготности при благоприятных вариантах является основной целью» (Maltecca et al. 2020). Сам по себе инбридинг не является фактором, который должен влиять на решения отбора. Нам нужно понять, как инбридинг влияет на рентабельность животного, а также на решение о подборе пар, чтобы мы сосредоточились на генетическом прогрессе и, в конечном итоге, на прибыльности.

Геномный инбридинг (gIB) может быть идентифицирован для всех животных, прошедших геномное тестирование, с помощью оценки США (рис. 1А). gIB — это относительный процент гомозиготных аллелей, которые животное имеет в составе своей ДНК. Если число положительное, это означает, что у животного более высокий процент одинаковых аллелей в одном месте, чем в общей популяции. Процент гомозиготности означает долю генома, в котором присутствует один и тот же вариант. Если каждая локация имеет два варианта, B или b, гомозиготной комбинацией будет bb или BB. Гетерозиготной комбинацией будет Bb (рис. 2). Геномный инбридинг более точен, чем инбридинг по родословной (по прародителям), потому что с помощью геномики мы точно знаем, какие аллели были переданы от каждого родителя и где происходит фактический инбридинг (гомозиготность).


Рисунок 1


Рисунок 2

На рис. 3 показан результат закрепления одной коровы с четырьмя полнородными братьями: DELTA, DENVER, DRAMA и DION, чтобы продемонстрировать разницу в инбридинге по родословной и в геномном инбридинге. Инбридинг потомства по родословной, созданный путем скрещивания одной и той же коровы с каждым из четырех братьев, составляет 11,5%. Инбридинг потомства по родословной тот же самый для потомства четырех братьев, потому что инбридинг по родословной вычисляет родословные отношения отца и матери, основанные на общем происхождении. Поскольку каждый из этих быков имеет одинаковую информацию о происхождении, они имеют одинаковые родословные по отношению к указанной корове. Геномный инбридинг потомства от каждого из этих быков очень отличается. Ожидается, что потомство быка DELTA будет иметь геномный инбридинг на 7% выше, чем потомство быка DRAMA. Каждый бык в этом примере не унаследовал одни и те же гены от своих родителей, поэтому каждый бык имеет различные геномные отношения с этой самкой или геномный инбридинг их ожидаемого потомства. Наиболее точным представлением инбридинга является геномный инбридинг, поскольку он использует информацию SNP для вычисления доли гомозиготного генома.


Рисунок 3

На рисунке 3 показаны результаты геномного инбридинга и инбридинга по родословной от скрещивания одной коровы с четырьмя полными братьями: DELTA, DENVER, DRAMA и DION. Инбридинг потомства по родословной, созданный путем скрещивания одной и той же коровы с каждым из четырех братьев, составляет 11,5%. Геномный инбридинг потомства от каждого из этих быков сильно отличается. Ожидается, что потомство быка DELTA будет иметь геномный инбридинг на 7% выше, чем потомство быка DRAMA.

ЧТО ТАКОЕ ОЖИДАЕМЫЙ БУДУЩИЙ ИНБРИДИНГ (EFI)?

Ожидаемый будущий инбридинг (EFI) — это предполагаемый будущий уровень инбридинга потомков животного при скрещивании с общей популяцией.

Основная популяция, используемая CDCB — это самки, родившиеся за последние четыре года, имеющие информацию о родословной в CDCB. EFI отображается в информации об оценке в США и основывается на среднем по родословной отношении особи к основной популяции (рис. 1С). gEFI также можно найти в информации об оценке в США и он основывается на родстве, которое особь разделяет со средним показателем по породе с учётом геномных исследований (рис. 1B).

КАКОЙ УРОВЕНЬ ИНБРИДИНГА ВЛИЯЕТ НА ПРОГНОЗИРУЕМУЮ ПЕРЕДАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ (РТА)?

С 2008 года оценки для EFI в США были скорректированы. В мае 2020 года CDCB Connections совместно с техническим консультантом Дуэйном Норманом представил текущие эффекты ожидаемого будущего уровня инбридинга животных (EFI). Министерство сельского хозяйства США оценивает экономическую ценность инбредной депрессии, связанной с каждым 1% инбридинга животного для каждого экономического признака, который показан на рис.4. Например, за каждый 1% инбридинга, которым обладает животное, индекс пожизненной прибыли (NM$) уменьшается на $25. Точно так же молоко уменьшается на 63,9 фунта (28,98 кг) на каждый 1% инбридинга, которым обладает животное. На рис. 5 показан пример того, как инбредная депрессия влияет на оценку NM$ у 4 быков. Каждый из 4 быков имеет одинаковое сырое или нескорректированное значение NM$ в размере 1000 NM$. Каждая из дочерей этих быков выглядит одинаково; однако у каждого быка разные значения EFI от 7% до 10%. В последней колонке показан скорректированный EFI и официальный NM$, который публикуется в оценке быка. Разница между пожизненной прибылью дочерей 1 быка и 4 быка составляет 75 долларов. Скорректированный NM$ определяется путем вычитания EFI, умноженного на 25 долларов США (инбредная депрессия за каждый 1% инбридинга в NM$) из нескорректированного значения NM$.


Рисунок 4


Рисунок 5

НА ЧТО ВЛИЯЕТ ИНБРИДИНГ: НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ИЛИ ПРИБЫЛЬНОСТЬ?

Геномный инбридинг (gIB) влияет на производительность или прибыльность. EFI оценивает, каким был бы уровень инбридинга потомков особи, если бы они были скрещены с общей популяцией. gIB указывает на фактический инбридинг особи от генов, переданных их отцом и матерью.

УВЕЛИЧИЛСЯ ЛИ ИНБРИДИНГ БЛАГОДАРЯ ГЕНОМНОМУ ТЕСТИРОВАНИЮ?

Первоначально геномное тестирование дало молочной промышленности возможность оценивать генетический потенциал большей группы животных с более высокой точностью, чем это было возможно ранее с помощью средних показателей предков. Эта возможность могла бы привести к большему разнообразию животных, используемых для создания следующего поколения родителей; однако производители также, вероятно, будут использовать высокоточные геномные показатели PTA из геномных оценок, чтобы выбрать наиболее генетически ценного быка или мать для создания ремонтных самок. Это сужает генетический фонд до нескольких избранных особей. Кроме того, геномное тестирование сократило временные рамки, необходимые для определения ценности животного. Это означает, что молодое животное может быть оценено как имеющее высокую генетическую ценность до наступления половозрелого возраста и использоваться в качестве родителя для следующего поколения. Это уменьшает интервал между поколениями или средний возраст животного, когда рождается его замена. CDCB сообщает, что с момента введения геномного тестирования, интервал между поколениями для отцов быков-производителей сократился с 7 до 2,5 лет, а для матерей быков-производителей с 4 до 2,5 лет. За этот же период времени средний инбридинг коров Голштинской породы увеличился с 5,66% в 2010 году до 8,49% в 2020 году и с 6,84% в 2010 году до 8,74% в 2020 году у коров Джерсейской породы (https://queries.uscdcb.com/eval/summary/inbrd.cfm) (рис. 6 и 7). Важно отметить, что геномное тестирование не увеличило количество инбридинга в нашей популяции молочного скота, а наоборот, инбридинг увеличился из-за стратегий, которые используются для отбора быков и матерей на основе геномной информации (Norman 2020). Инбридинг происходит в каждом поколении, и уменьшение интервала между поколениями, а также увеличение интенсивности отбора ускоряют рост инбридинга.


Рисунок 6


Рисунок 7

КАКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОВОДЯТСЯ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ В ОБЛАСТИ ИНБРИДИНГА МОЛОЧНЫХ КОРОВ?

В настоящее время исследователи работают над выявлением летальных или негативных рецессий. Мы можем идентифицировать 16 из этих негативных рецессивов в тот момент, когда животные получают геномную оценку (Cole et. al, 2018). Мы должны продолжать выявлять области генома, на которые отрицательно влияет повышенная гомозиготность инбридинга, а также области, на которые положительно влияет повышенный инбридинг.


КАК УЧИТЫВАЕТСЯ ИНБРИДИНГ ПРИ ХРОМОСОМНОМ ПОДБОРЕ ПАР®

Целью Программы по Хромосомному подбору пар® не является сокращение инбридинга. Хромосомный подбор пар® выбирает лучшие пары для закрепления для повышения прибыльности, принимая во внимание инбредную депрессию, вызванную инбридингом (IB или gIB) предполагаемого потомства. Формула для определения экономической ценности потомства по сценарию подбора пар выглядит так: генетическая выгода минус инбредная депрессия. Уравнение, которое STgenetics® использует в Программе по Хромосомному подбору пар®, рассчитывает прогнозируемую продуктивную ценность (PPV), которая показывает, как животное будет работать в стаде (Sun et. Al, 2013). Первый шаг формулы удаляет потери EFI из значений PTA отца и матери. На втором этапе определяется фактическое отношение каждой подобранной пары, рассчитанное CDCB.

Это соотношение может быть использовано для прогнозирования уровня инбридинга потомства. На третьем этапе формула соотносит потери от инбридинга предложенного потомства путем умножения инбредной депрессии выбранного признака для оптимизации инбридинга потомства. Хотя максимальное увеличение PPV в Хромосомном подборе пар® не ограничивает инбридинг, оптимизация PPV снижает инбридинг в потомстве от подобранных пар по сравнению с простой оптимизацией для PTA в программе подбора пар. Дополнительные сведения о PPV см. в статье «Прогнозируемая производственная стоимость» (PPV). Что это такое и почему это так важно?!

УКАЗЫВАЕТ ЛИ ВЫСОКИЙ ГЕНОМНЫЙ ИНБРИДИНГ НА НИЗКОЭФФЕКТИВНОЕ ИЛИ МЕНЕЕ ПРИБЫЛЬНОЕ ЖИВОТНОЕ?

Нет, помните, что gIB — это процент гомозиготных аллелей, которые есть у особей в составе их ДНК. Большая гомозиготность означает меньшее разнообразие в генетической структуре, но это не обязательно означает меньшую генетическую ценность. Как уже было сказано во введении, и недавняя статья в Journal of Dairy Science подтвердила: «Важно отметить, что сам по себе инбридинг не является ни хорошим, ни плохим. При отборе для улучшения того или иного признака (в большинстве случаев мы заинтересованы в повышении продуктивности конкретного производственного признака) накопление гомозиготности при благоприятных вариантах является основной целью» (Maltecca et al. 2020).

Геномного инбридинга (gIB) недостаточно для определения производственной ценности животного. Мы также должны сначала посмотреть на генетическую ценность животного, а затем учитывать инбредную депрессию. Дуэйн Норман написал в мае 2020 в материале CDCB Connection: «Инбридинг отрицательно влияет на большинство индивидуальных признаков. Тем не менее, генетические выгоды в результате интенсивного отбора могут превосходить любые потери, понесенные от инбредной депрессии. На рисунке 8 показан пример использования Хромосомного подбора пар® для закрепления одной самки с двумя разными быками, CAPTAIN и SULLY. Ожидается, что потомство CAPTAIN будет иметь более высокое значение инбридинга, выше на 1%, но также прогнозируется, что за свою жизнь оно принесет прибыль на 317 долларов больше, чем потомство Салли. Это подтверждает, что при определении генетической ценности необходимо учитывать дополнительную генетику и инбредную депрессию, и могут возникнуть дополнительные издержки снижения инбридинга вместо увеличения генетической выгоды.


Рисунок 8

Май 2020 CDCB Connection

(https://www.uscdcb.com/wp-content/uploads/2020/05/Microsoft-Word-CDCB-Norman-Inbreeding-05_2020-CDCB-Norman-Inbreeding-05_2020.pdf).

СУЩЕСТВУЕТ ЛИ ОПРЕДЕЛЕННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ИНБРИДИНГА, КОТОРЫЙ НЕ ДОЛЖЕН БЫТЬ ПРЕВЫШЕН В СТАДЕ?

Исторически в молочном животноводстве приветствовалось сокращение роста инбридинга, либо просто нужно было не превышать произвольный средний уровень инбридинга. До геномного тестирования увеличение гомозиготности у особи или увеличение инбридинга могло привести к экспрессии отрицательных гаплотипов. Например, до того, как мы обнаружили гаплотип голштинского дефицита холестерина (HCD), существовал высокий риск подбора родственных животных, которые оба несли гаплотип HCD, что приводило к появлению у телёнка летального дефицита холестерина. Геномное тестирование позволило нам идентифицировать животных с отрицательными гаплотипами, и теперь молочные производители могут избежать нежелательного подбора с помощью программы по Хромосомному подбору пар®. В настоящее время нет допустимого порога инбридинга, который приводит к катастрофической потере; следовательно, лучшая стратегия управления инбридингом - избегать подбора двух родителей-носителей одного и того же отрицательного гаплотипа и использовать фактический инбридинг для увеличения показателей стада в программе по Хромосомному подбору пар®.

   

ИСТОЧНИКИ:

Cole, J.B., P.M. VanRaden, D.J. Null, J.L. Hutchinson, T. A. Cooper, and S. M. Hubbard. 2018. AIP research report Genoimc4:

Haplotype tests for economically important traits of dairy cattle. Accessed May 12, 2020. https://aipl.arsusda.gov/reference/haplotypes_ARR-G4.html

Maltecca, C., Tiezzi, F., Cole, J.B., and Baes, C. 202. Exploiting homozygosity in the era of genomics- selection, inbreeding, and mating programs.

Journal of Dairy Science. doi: 10.3168/jds.2019-17846

Sun, C., Vanraden, P., O’Connell, J.,Weigel, K., and Gianola, D. 2013. Mating programs including genomic relationships and dominance effects.

Journal of Dairy Science. 96:8014–8023. doi:10.3168/jds.2013-6969