Biotechnologie ve šlechtění zvířat Doc. Ing. Tomáš Urban, Ph.D. Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat AFMENDELU urban@mendelu. cz Historie živočišných biotechnologií Tradiční šlechtitelské techniky před 5000 př.n.l. . Křížení rozdílných populací (hybridizace) k vytvoření větší genetické variability a následně selekcí zlepšovat žádoucí vlastnosti • Např. křížením kobyly s oslem -> mula, a hřebce s oslicí -> mezek, jako pracovní zvířata Moderní éra biotechnologií - 1953 (objev struktury DNA - Watson a Crick) 60. léta - objev restrikčních enzymů 1974 - rekombinantní DNA technologie (genetické inženýrství) Transgenoze (rekombinantní DNA) -vnášení cizích genů -> produkce lidských proteinů ve vejcích, mléce, krvi... Klonování (reprodukční technika) Genový knockout (inaktivace specifického genu) Xenotransplantace ■ Etické a náboženské problémy y Šlechtění zvířat ~ umělá evoluce populací pod kontrolou člověka Selekce, hybridizace, inbreeding Kvalitativní znaky - minimálně významné Kvantitativní (komplexní) vlastnosti • -> nutnost analýz fenotypové variability v populací, v kterých jsou známy příbuzenské vztahy • ->cíl -> odhad genetických parametrů - genetická variance, heritabilita, opakovatelnost, genetické korelace • -> využití genetických parametrů v rovnicích (Animal model) při odhadech plemenné hodnoty potenciálních rodičů další generace Nelze jinak než aplikovat statistické analýzy!!! ® y Šlechtění zvířat vychází z těchto hypotéz: Primární podmínka pro šlechtění je ... ■ Předmětem není jedinec, ale populace. ■ Většina užitkových vlastností je determinována polygeny -kvantitativní vlastnosti (i když se již mapují i QTL - geny většího účinku). ■ Nepřenášejí se z generace na generaci genotypy, ale geny pomocí gamet, jejichž spojením se vytváří nove genotypy u generace potomků. ■ Fenotyp kvantitativních vlastností je také modifikován vlivy prostředí (P = G +E) Jakým směrem? Jak toho dosáhnout? . .if: ení vlastností; množství mléka, růstj ■ zm^ilotil, plodnosl... samci x samice OPH - fenotyp - rodokmen - BLUP-AM T, n : -technologie \- testování potomků ') - genetické markery .Oi. ~t 1ň--L L aQTL - uniO lá insemínace - vícenásobná ovulace aET - klonovjuii Selekce a vyřazení - genetické ohodnoceni - vyvážený pomer genetických změn Genetika a šlechtění ■ Většina ekonomicky významných vlastnosti u HZ jsou kvantitativní vlastnosti • U jedince platí: P = G + E • U populace platí: VP = VG + VE 2 2 . heritabilita (dědivost) h2 = VG / (VG + VE) h2 = p = -^-^ • (x dědičnost) P G E ■ Klasickým šlechtěním se pomalu ale kumulativně mění průměrná hodnota vlastnosti ■ Dnes nastupuje éra využívání skutečně detekované genetické variability -> ■ Genetická selekce na fenotypové vlastnosti není nic jiného, než vybírání rozdílných kombinací alel ■ ALE pořád se jedná o kvantitativní znaky!!! P = G + E Šlechtěn zvířat vychází z těchto hypotéz: Předmětem není jedinec, ale populace. ■ Většina užitkových vlastností je determinována polygeny - kvantitativní vlastnosti. ■ Fenotyp kvantitativních vlastností je modifikován vlivy prostředí. Výše hodnot genetického zlepšování a její odraz v ekonomické účinnosti závisí na: • Genetickém založení vlastností • Odhadu plemenné hodnoty jedinců a populací (genotypová hodnota) • Přesnost definování šlechtitelského cíle • Optimální využití populace a zvířat s vysokou PH Realizovaná heritabilita hodnoto fenotypu v původní popuiacc y selektovaní As rodiče "=—=—I selekční diferencia! genetický zisk AG =XL- X0 AG = d . h2 V V a P genetický n " » 7 " H — selekční Systém genetického hodnocení pomáhá při navrhování šlechtitelských programů. Selekce na fenotyp Selekce na OPH Rok narození 1992 - 1993 1994 1995, 1996 1997 fenotyp Rok narození 7992 1993* 1994 1995 1996 1997 BLUPAM -> OPH y Praxe ve šlechtění zvířat Záznamy užitkových vlastností Rodokmenová data (matice příbuznosti) Výpočet odhadu plemenné hodnoty (OPH) • OPH = h2 (Yj - |i) Selekce rodičů dle OPH Genetická variabilita odhadována pomocí fenotypové variability a příbuznosti - h2) MAS - jednotlivé genetické markery Genomická selekce - genomické markery • Výpočet odhadu genomické plemenné hodnoty (GEPH) a selekce rodičů dle GEPH • Genetická variabilita určována pomocí tisíců SNP markem (DNA chipy) > Plemenná hodnota - hodnota genů zvířete, které jsou předány jeho potomkům o (součet efektů všech jeho genů pro danou > Plemenná hodnota - pravděpodobnost, že potomstvo bude vykazovat dobré genetické založení PH odhadnutá BLUP Pro předpověď plemenné hodnoty (PH) se dnes téměř celosvětově používá metoda BLUP (best - nejlepší, linear -lineární, unbiased - nevychýlená, prediction - předpověď) (Henderson, 1975), která umožňuje současnou předpověď PH i odhad pevných efektů (~ prostředí) Obecný lineární model zahrnující pevné a náhodné efekty používaný pro předpověď PH (Mrode, 2005): Zobecněný lineární model vektor pozorování (fenotypu) vektor pevných efektů, který se odhaduje (vlivy prostředí) incidenční matice pro náriodné efekty y = Xb + Za + e \ vektor reiid lál nich chyb (rlállůdné efekty) incidenční matice pro pevné efekty vektor náhodných efektů, který se od hadu j e (ind i vidi á I n i gen e tk ká hodnota ~ plemenná hodnota) Linear Model* for the Prediction of Animal Breeding Values, Jiul ! ilitiuii Soustava rovnic pro víceznakový model fx'r-ix x rxz 1 fbl = x'r-V z'r-VJ m = g ® a: G je variančně-kovarianční matice náhodných (genetických) efektů A je matice příbuznosti V případě jednoznakového modelu xx lz'x z x'z i ľbl = [x yl z + a-1^ LäJ Lz'yJ cc = ol/o a • modelová rovnice (maticový zápis): y = Xb + Zu + e • soustava normálních rovnic (Henderson, 1950) X'FTX XFTZ ~b~ XFr1y" ZFTX ZFTZ+H u ZFTy LS T LS T = PS T = LS1.PS y 15 BLUP AM: = \i + S: + L + gk + e VijKl ~ r 1 1 1 bik 1 ^ijkl y = Xb +Zu + e Yijki [~y] - naměřená užitkovost [~ X] - populační průměr [~ b] - stádo a laktace- působení 9k [~ u] - efekt jedince (genetický) - eijkl [~ e] - reziduum jedince stádo laktace užitkovost 1 1 1 2* 1 1 5000 3 1 2 6500 2 2 8000 5* 2 1 PH ! pořadí kráva OPH užitkovost 1 5 +62 7000 2 3 +53 6500 3 2 +47 5000 4 4 -53 8000 5 1 -88 4500 1. stádo: 5472 kg 2. stádo: 7352 kg 1. laktace: - 574,4 kg 2. laktace: + 861,6 kg PH jedinců (krav): 1. -88 kg 2. 47 kg 3. 53 kg 4. - 53 kg 5. 62 kg PH otce: 44 kq mléka pořadí 5^3^2^4^1 Nové biotechnologie ve šlechtění Quantitative Trait Loci (QTL) jsou hypotetické specifické oblasti na chromozomu, které obsahují geny, přispívající na expresi komplexní (kvantitativní) vlastnosti. QTL jsou identifikovatelné pomocí porovnání asociací polymorfních molekulárních markerů s fenotypovými vlastnostmi. Konečným cílem disekce komplexních vlastností je identifikovat geny (QTN) zapojené do vývoje vlastnosti a porozumět jejich roli v buňce a organizmu. Správnost a přesnost lokalizace QTL závisí z části na hustotě vytvářených vazbových map. Čím větší hustota markeru v mapě, tím větší přesnost lokalizace domnělého QTL. ccccggctgacaagtgtgcggtccc acaggggcctggacagcttcagcg gaaagccacg gggctctggggccc cgg ctg gcaca gcgctacccctcg a gggcgtcatcctgagcctgcagga cctcatcg gcta ctttg ag ccg ccct Genetické markery Genetický marker (GM): polymorfní znak, jehož varianty vykazují mendelistickou dědičnost a mohou být v asociaci s variabilitou znaku důležitou pro šlechtění (příp. mapování) - DNES: Mutace v DNA, která je detekovatelná molekulárně genetickou metodou!!! Marker přímý (příčinný gen) a nepřímý (ve vazbě s neznámým příčinným genem) n marker C _^ vazba __í U marker A -\m_r—u-1 QTL marker B Genetické markery I. typ - kódující geny II. typ - mikrosatelity (MS), krátké tandemové sekvence bází (STR.,) - hlavně v intergenových oblastech III typ - bi-alelický jednonukleotidový polymorfismus (SNP) v kódujících nebo častěji v nekódujících intronových či intergenových oblastech (po celém genomu) ...ccccggctgacaagtgtgCggtcccacagg.._ ...ggggccgactgttcacacGccagggtgtcc... ~ genetická . . .ccccggctgacaagtgtgAggtcccacagg. . . Variabilita ...ggggccgactgttcacacTccagggtgtcc.._ SNP 19.9.2014 y 19 Mikrosatelity Vysoce polymorfní >=> různé alely (5-20), délkové polymorfizmy Např. (GC)n n = 5-25 opakování 5'ATCGGTATCATTGCGCGCGCGCGCGCGCTACGTTAATTC 3' n=8 5'ATCGGTATCATTGCGCGCGCGCTACGTTAATTC 3' n=5 5'ATCGGTATCATTGCGCGCGCGCGCGCGCGCGCGCTACGTTAATTC 3' n=ll Typy genetických markerů marker I. typu - kandidátní geny ~ . Kandidátní geny mohou být charakterisovány dvěma typy polymorfismů: • Funkční markery (Funkcional j marker), což je vlastní příčinná '^Oe^j^ mutace • Přímé markery (Direct marker), což je polymorfismus DNA přímo v sekvenci genu II. typu - markery ve vazbě s QTL Přímý genetický marker marker QTL rriir inijih i rnjdřTioyt relcurr.biľiJĽC marker - kandidátní ten ~QTG Nepřímý genetický marker marker QTL LD markery - jsou s QTL ve vazbové nerovnováze (linkage disequilibrum markers) LE markery - jsou s QTL ve vazbové rovnováze (linkage equilibrum markers) GAMETY + možné rckambinace -o- Marke ry a QTL QTL - lokus pro kvantitativní znak (místo na chromozomu, které je asociované s variabilitou příslušného kvant, znaku) QTL nemůžeme ho přímo testovat, ale využívají se G M Genetické markery a jejich umístění stati konec gen funkční mutace fítarkeiy X Lt_j, exony Mutace, která zapříčiňuje vliv určitého typu genu vbioku QTL (napf. fíYRI gert} štafl DNA nepřímý marker Marker veimi biizko, nebo uvnitř genu (vazbové nerovnováha s funkční mutací) 4 gen konec >A marker DNA .1. Marker btlzko genu {vazebná nerovnováha mezi mafkerem a funkčrri mutací je neúplná) Využřtí DNA markerů ve šlechtění hospodářských zvířat Příbuznost Ci$íá plemena Kříženi II. typ Qvéřeni rodidov$tví -hyperpolymorfni rTTini%nTf?liTy rnikíosátelrty Vazbové rn*py T > Optimální šlechtitelské > programy MAS QTL identifikace < T / I ran ^yŕnuZ^ Identifikace genú^ K»nt™iá prostředí Genetické Rezistence _ Kvalita vady k nemocem produktu r * / DNA Čip/ ^— I. typ kandidátní (stiukt urni) Výsledky studií strukturální genomiky • tisíce oblastí QTL (quantitative trait loci) u různých produkčních vlastností: - skot - prase - 3808 - kur - 789 - ovce http://www.animalgenome.org/ • spíše menší počet funkčních polymorfizmu ovlivňujících produkční vlastnosti - QTN (qunatitative trait nucleotide): - myostatin, GDF8 (skotz, ovce, pes) - RYR1 (prase) - DGAT1 (skot) - IGF2 (prase) - aŕoŕ. y 2 Genomická charakteristika - skotu www.animalgenome.org/cgi-bin/QTLdb/index /^WQTLdb Druh Chromozomy 2n Typ chr. C-hodnota* (pg) Zmapovaných Počty genů* Skot Bos taurus 60 Akrocentrické X a Y metacen. 3,43-3,93 11543 1558 Ovce Ovis aries 54 3 metacen. 23 akrocen. 2,34-3,50 789 370 Koza Capra hircus 60 akrocentrické 3,24 731 271 • C-hodnota ~ množství DNA / haploidní buňku (pikogramy: 1 pg ~ 1G bp) (The Virtual sheep genome' project has mapped 98 per cent of the sheep's genetic make-up. CSIRO, Monday, November 13, 2006 ) Ovce: Centromericke fuze chromozomu 1/3, 2/8 a 5/11 Cattle QTL There are 11,543 QTLs from 505 publications curated into the database. Those QTLs represent 481 different traits {see data summary for details). Chicken QTL There are 4,337 QTLs from 209 publications curated into the database. Those QTLs represent 305 different traits (see data summary for details). Horse QTL NE* There are 345 QTLs from 16 publications curated into the database. Those QTLs represent 9 different traits (see data summary for details). Pig QTL There are 11,610 QTLs from 433 publications curated into the database. Those QTLs represent 649 different traits (see data summary for details). Rainbow Trout QTL There are 127 QTLs from 10 publications curated into the database. Those QTLs represent 14 different traits (see data summary for most recent updates). Sheep QTL There are 789 QTLs from 90 publications curated into the database. Those QTLs represent 217 different traits (see data summary for most recent updates). Osekvenovani genomu skotu Zimin et al. (2009) A whole-genome assembly of the domestic cow, Bos taurus. Genome Biology 2009, 10:R42 • Our assembly of the B. taurus genome contains 2,857,605,192 bp, of which 2,612,820,649 bp are placed on one of the 30 chromosomes • University of Maryland assembly of B. taurus, release 2 (UMD2 40. WO.OOO-20.000.000- i- c>i (O -t u> ifiN co Q> O *- C-l O T •»"• of"- ari O) o »- 0 N o> a> x i ^ ^ £ ^ £ £ i r r r r z r r r r r 'L! 'L' 'L' 'ii 'i! -J Ci1 L1 £ Figure I Chromosome (Chr) lengths (in base pairs) based on amount of sequence In the Bl taunn assembly placed on each chromosome. 27 eottleQTLdb TOP 15 vlastnosti s QTL skotu Traits Number of QTL Milk protein yield (daughter deviation) 461 Milk fat yield (daughter deviation) 435 Milk yield (daughter deviation) 423 Milk protein percentage 337 Residual feed intake 330 Average Daily Gain 288 Body weight (birth) 271 Milk protein percentage (daughter deviation) 269 Milk fat percentage 262 Milk fat percentage (daughter deviation) 249 Carcass weight 248 Milk yield 248 Longissimus muscle area 227 Fat thickness at the 12th rib 214 Gestation length 186 Geny zmasilosti u skotu embryonální mezodermální ^L_j buňky myobl-asty iTi i cj riicc a fůze myoblastů í svalová mvofibrila svazek svalových vláken svalové vlákna MYOD rodina • Myf3 (MYOD1 - 15. chr.), Myf5 (5. chr.) - determinace myoblastů • Myogenin (Myf4 - 16. chr.) -spojování myoblastů do vícejaderných myofibril 29 IGF rodina (inzulínu podobné růstové faktory) • IGF1 (5. chr.), IGF2 (29. chr.) - vliv na myogenezi Myostatin - MSTN (GDF8) (2. chr.) -blokuje buněčné dělení, blokuje vliv myogeninu (negativní regulace) > zamezuje tvorbě myofibril v embryonálním stádiu Vznik dvojitého osvalení skotu Gen MYOSTATIN (MSTN- BTA 2) - protein (člen velké rodiny molekul transforming growth factors beta (TGF-|3), někdy jako growth and differentiation factor-8 (GDF-8) • blokuje vliv myogeninu a tím zamezuje tvorbě dalších myoblastů, myofibril a svalových vláken MUTACE MSTN = ztráta funkce blokády = větší množství svalových buněk, fibril a vláken . Vznik DVOJITÉHO OSVALENÍ u skotu Belgického modro-bílého plemene, jeho systematické šlechtění od roku 1807, podmíněné genotypy recesivních homozygotů Výsledek dvojité osvalení = • 20 % - 43 % nárůst svalové hmoty • 50 % redukce lipidů Kvalita? • lepší konverze krmiva • větší hřebenové svaly na lopatce (svíčková) 30 y delece 11 bazí DNA ve 3. exonu (937 - 947) > mutovaný protein kratší o 89 AMK a posledních 11 AMK má jiny smysl > Belgické Modré > hypertrofie a hyperplasie svalových vláken a zvýšení svalové hmoty • Hyperplazie = zvětšení orgánu způsobené zvýšení počtu svalových vláken • Hypertrofie = zvětšení orgánu způsobené zvětšením velikosti individuálních svalových vláken • 20 - 25% nárůst svalové hmoty, 50% redukce lipidů (IMT), lepší konverze krmiva • snížení velikosti vnitřních orgánů, snížení plodnosti u samic, oddálení pohlavní dospělosti, nižší životaschnopnost potomků > Piedmontese • C -> A v 1. exonu > substituce Leu za Phe • G -> A v 3. exonu > substituce Cys za Tyr > Bodová mutace C > T - plemena Charolais, Piemont, Mánie -Anjou, Limusine (další 2 mutace) ~ recesivní homozygoti = vyšší zmasilost popsáno více mutací > ztrátu funkce myostatinu > svalová hyperplazie 31 Genomická charakteristika - prase ~ , Chromozomy , Druh 2n Typ chr. Pras Sus scrofa domesticu 38 Metacentrické, submetacentri. akrocentrické C-hodnota* (pg) 2,95-3,51 rŕW^QTLdb Zmapovaných lokusů 11610 Počty genů Divoké prase: 2n - 30 (střední Asie a západní Evropa),—^ ostatní populace mají 37 a 38 - Robertsonovy translokace 15;17 (asijská prasata 16;17) • C-hodnota ~ množství DNA / haploidní buňku (pikogramy: 1 pg ~ 1G bp) 32 wellcome trust sanger All Sequencing Human (HGP) Pathogens Blast Clone Sequencing End Sequencing Select jSelect Contacts Select Website Search People Search Library Services Site Map Feedback / Help Information L Pioja els Olhef Serv ŽI Porcine Genome Sequencing Project The- genome of the pig {Sus scrota) comprises 18 autosomes, wilh X and Y sex chromosomes. The genome size is similar to that of human and is estimated at 2.7Gb. There is extensive conserved homology with the human genome. The pig is a member of the artiodactyls, (cloven-hoofed mammal) which are an evolutionary c!ade distinct from the primates and rodents. It is an important model for human hearth particularly for understanding complex traits such as obesity and cardiovascular disease.The funding for the clone based sequencing project at the Wellcome Trust Sanger Institute runs to 31.12.09. In the time remaining we anticipate further refinement to the fingerprint map and sequence coverage of >90% of the genome. Physical Mapping Project • clone mapping overview • end sequencing overview • pig map in Pre-Ensembi Genome Sequencing Project • clone sequencing overview • pig sequence in Ensembi Current Sequencing Status 12-Apr-2011 Unfinished Sus scmfa 2,B09T751,537 Finished Total 197,717,B96 3,007,469,433 33 WfQTLdb TOP 15 vlastnosti s QTL u prasat Traits Number of QTL Drip loss 1,022 Average daily gain 312 Loin muscle area 258 Hematocrit 238 Average backfat thickness 225 Backfat at last rib 203 Mean corpuscular volume 203 Red blood cell count 201 Age at puberty 175 Shear force 175 Intramuscular fat content 156 Backfat at tenth rib 155 Backfat at rump 147 Carcass length 139 Total number born 138 .... .... KG pro produkci vepř. masa Kvantitativní znak Kandidátní gen % libové svaloviny, PSE maso HAL, RYR1, CRC MHS > QTG > Cf?C (6. chr.) stres CflC + HSP70 (2. chr.) + c-myc (4. chr.) kapacita tvorby svalové hmoty MYOD rodina, Myodl (2. chr.), Myf4 (9. chr.), My/5 (5. chr.), Myf6 (5. chr.) hmotnost při narození POU1F1 ukazatele JOT IGF1, IGF2 (maternální imprinting) přírůstek GH (12. chr.), GHR (16. chr.) množství tuku LEP (18. chr.), /.EPfl, MC4R (6. chr.) % IMT H-FABP (6. chr.) y 177Í+Í l/rmi\/o o r\říri0io+L\/ Geny 6. chromozomu prasete Map Name: Kopečný, M et al 2D Cl 4 Sex: A Species: Pig, Chromosome: 6 Map Name: PiGMaP v1 Sex: A Species: Pig, Chromosome: 6 20.0 40.0 60.0 80.0 SOD 16 Map Name: Cytogenetic Map Sex: N/A Species: Pig, Chromosome: 6 Double click maikerfor more details RYR1 (0,333,0,344,0,354) GPI : ( 3,333, 0,344, 0,354) GPI : ilo.333. 0,344, 0,354) C0XA1 : (0,305, 0,329, 0,354) PSMC4 : (0,305, 0,329, 0.354) CAPNS1 : (0.305. 0,329, 0,354) SSC8E02 : (0.358, 0,339, 0,420 ) APOE : (0,358, 0.389, 0,420 ) GPR4 : (0,353, 0,389, 0.420 ) FOSB : (0,358, 0,389, 0.420 ) POU2F2 : (0.358. 0.389. 0,420 ) DAP 10 : (0.358. 0.389. 0.420 ) ECH1 : (0,358, 0,389, 0,420 ) RAB AC 1 : (0,358. 0.389, 0,420 ) SEPW1 : (0,358, 0,389, 0,420 ) Java .Applet Window RYR1 (HAL, CRC) GPI - glikozofosfát izomeráza AB1G - sérový postalbumin PGD - 6 fosfoglukonát dehydrogenáza EAH - erytrocytární entigen H > vazbová skupina 8 - 10 cM Fujii,J., Otsu,K., Zorzato,F., de Leon,S., Khanna,V.K., Weiler,J.E., O'Brien,P.J. and MacLennan,D.H. Identification of a mutation in porcine ryanodine receptor associated with malignant hyperthermia. Science, 253 (5018), 448-451 (1991) ■ translation^, ...EEAAESWKEIVNLLYEILASLIRGNRANCALFSNNLDWLVS KLDRLEASSGILEVLYCVLIESPEVLNIIQENHIKSIISLLD KHGRNHKVLDVLCSLCVCNGVAV SNQDLITENLLPGRELL LQTNLINYVTSIRPNIFVGRAEGTTQYSKWYFEVMVDEVVPF LTAQATHL..." - pozice i (Arg) > (Cys) 37 cDNA sekvence ~ mRNA (U > T) ORIGIN 1 ccccgcgggt gcctctgggg ttcccagagg tctccgaccc cagccgcccc cggcccgccc 61 gcccgcccag cctgcggccc cctcctccta ttccctgacc tcagccccgg ctcctcgggc 121 ctcgacatccl tCJggtgacgg aggagagggc gaagatgagg tccagtttct gcggacagac 1681 attgtgaacc tgctgtatga gatcctggcc tctctgatcc gtggcaatcg tgccaactgt 1741 gcccttttct ccaacaactt ggattggctg gtcagcaagc tggatcgact ggaggcctcc 1801 tcagggatcc tggaggtgct gtactgtgtc ctgattgaga gtcctgaggt cctgaacatc 1861 atccaggaga accacatcaa gtccatcatc tcccttctgg acaagcatgg gaggaaccac 1921 aaggtgctgg atgtcctgtg ttccctgtgt gtgtgcaatg gtgtggccgt gCcjCtccaac 1981 caagatctca ttactgagaa cttgctgcct ggccgcgagc ttctgctgca gacaaacctc 2041 atcaactatg tcaccagcat ccgccccaac atctttgtgg gccgagcaga gggcaccaca 15241 acccccagct ggccccgcac ccccacctca agtgccttgt tttcacagca agccccttag 15301 ccccccaaac cctcccccca aggcagctag gggagaggtg accatgcagt ggagaaataa 15361 agtctgtgct acacccct v r - , 15 378 bp atg ~ aug ~ iniciační kodon 5036 AMK cgc ~ kodon pro Arg - dominantní alela N gc ~ kodon pro Cys ~ recesivní alela n 38 y Efekty genotypů CRC RN gen - hampshirský efekt Gen PRKAG3-\ podjednotka AMP aktivované proteinázy (15. chromozom) . mutace R200Q Důsledky Rřr alely • zvýšený obsah glykogenu • Horší technologické vlastnosti (5 - 6% ztráta při výrobě šunky) • Nižší konečné pH masa ~ kyselé maso 40 y PSE maso DNA jádra (3 Gb) I Geny a sekvence ve vztahu ke genům (900 Mb) T DNA kódující t RNA, rRNA a některé histony Nekódující DNA (810 Mb) 1 Extragenová DNA (2,1 Gb) Repetitivni DNA (420 Mb) Jedinečné sekvence, nebo málo kopií Jedinečné geny Pseudogeny Vtroušené elementy 1 andemové repetice (opakování) Genové rodiny Genové fragmenty LTR elementy Satelitní DNA (centromera) Introny, 5' a 3' nekódující oblasti LINE Telomerové sekvence DNA transposony Minisatelity (nad 10 b) Mikrosatelity (2-9 b) _ Some of the animals whose genomes are being or have been sequenced: Platypus Omithorhynchas anatinas Dog Canis familiaris Photo: Courtesy of The Broad Institute of MIT and Harvard Cow ^J.f Bos taums Photo: Courtesy ofTerri Hobbs (ani>u>-cruzyfarcoa>$.com) J European rabbit Oryctolagus cuniculus Roundworm Caenorhabditis elegans Photo: Courtesy of Erik Jargensen, University of Utah r Zebra fish Danio reňo J African elephant Loxodonta aMcaiia ■-.____J Fruitfly Drosophila melanogaster Honey Bee Apis meltifem Photo. Counesy of Scon Bauer, USDA/A RSLabomtories Mouse Mns musculus Photo: Courtesy of Jackson Laboratories Silkworm Bombyx mori Daza Photo: Aidcn M. Johnson, California Academy of Sciences Armadillo Dasypus nouemcirictus Plioto: Courtesy of P. Basatto, Department of Biology, University of Akron Chicken Gallus gaÜus Opossum Monodelphis dornest tea Photo: Courtesy of Bon Sakagitchi Cat F$U$ domesticus Photo: Courtesy of Dr. \ Kristina Narfsttom, University of Missouri-Columbia Náklady na sekvenování 1 Mb DNA 2001: , 5,292.39 $ 2003: : 2,230.98 $ 2005: 766.73 $ 2007: 397.09 $ 2009 0.78 $ 2011 0.19$ Zdroj: NHGRI MAS vs. GS Genomická selekce je vyústěním MAS. Oproti MAS je při genomické selekci zahrnut podstatně větší počet markem a nebývá zahrnut polygenní efekt. Předpokládá se, že vysoký počet hustě rozmístěných markerů napříč genomem vysvětlí celou genetickou proměnlivost. Genomická selekce ■ Genomická selekce je forma MAS, v které genetické markery (v počtu tisíců) pokrývající celý genom a všechny QTL jsou ve vazbové nerovnováze s nejméně jedním markerem (SNP - single nucleotide polymorphisms). ■ To je možné díky využívání velkého počtu SNP popsaných při genomovém sekvenování a nových metod genotypování velkého počtu SNP (DNA microarray) ■ Vyvíjí se metody odhadu PH z genomických dat (genomická PH) - matematické modely SNP Chipy Chip je malý kousek plastu či sklíčka na jehož povrchu jsou stovky či tisíce malých bodů -ssDNA próba (oligonukleotid) Každý bod koresponduje s krátkou sekvenci DNA s SNP - hybridizace -> identifikace mnoho tisíc SNP u jedince • Různé firmy vytváří SNP chipy - lllumina . 50 000 SNP, 50K SNP chip, ale pouze asi 40 000 jsou využitelné pro konkrétní populaci z důvodu variability -> v intervalu cca každých 70 tis. bp PorcineSNP60 Genotyping BeadChip MorG than G2r000 SNPs that dGliver tho donsest coveragG availablG for thG porcino gonomG Fig ure 1: Po rci neS N P60 BeadCh i p Tha PDrcneSNPeo BaadChp feahjas mere than 62,000 avenly spaced STJPs across tha entire porcine genome. The PorcineSNPGO BeadChip (Figure 1) is the most comprehensive genome-wide genotyping array for the porcine genome, providing superior power to interrogate genetic variation across many porcine breeds, including Duroc, Landrace, Pietran, and Large White. The PorcineSNPeo BeadChip was developed in collaboration with the International Porcine SNP Chip Consortium, comprising porcine researchers trom Wageningen University. Danish Instirute of Agricultural Science, USDA-AFS, USMARC, Roslin Institute, University of Hinds, Iowa State University, INRA, Jniversity of Missouri, and Cambridge University. Statistické metody pro genomickou selekci R. Howard, A. L. Carriquiry, and W. D. Beavis. G3 (Genes, Genomes, Genetics) Volume 4 | June 2014, 1027-1046. doi: 10.1534/g3.114.010298 Least squares regression Ridge regression Bayesian ridge regression BLUP LASSO Bayes LASSO Bayes A Bayes B Bayes C Bayes Ctt Nadaraya-Watson estimator RKHS Support vector machine Neural network test bull/waiting bull/breeding bull sys genomic selection selection of young bulls {age: Q-2 months) based on the yields of the parents ♦ young bulls {age: 12-H months) used for test bull inseminations initial data from daughters (age: ± 49 months) + reliable breeding values for bulls (age: ± 61 months) 1 selection oT young bulls (age: 0-2 monttis} based on the yields of the parents + markers of young bulls measured + markers of young bulls combined with marker breeding values from reference population r f reliable breeding values for bulls (age: 0-2 months) ik employed as breeding bulls t± 61 months) employed as bre ed i ng bul is (12-14 m o n ths) y Závěr