Genetika kvantitativních znaků . „ r _... Genetika kvantitativních znaků 1 b.b.tĹ\j\ 1 Molekulární genetika a genetika kvantitativních znaků doc. Ing. Tomáš Urban, Ph.D. urban@mendelu. cz ^^^^^7^^* ^i^^B I MINISTERSTVO SKOL STV: OP hrMIfrrfcil EVROPSKÁ UNIE V V I pfffUaikijrflncwtíHipih^t ' V\ investice do rozvoje vzdělávaní Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky U Genetické zlepšování kvantitativních vlastností se provádí pomocí selekce Polygenní model Geny na mnoho lokusech, každý s malým (aditivním) účinkem Míra kumulativního efektu Analýzy smíšenými modely \j Lokusy kvantitativních vlastností (QTL) Geny na málo lokusech s velkým efektem Je důležitá lokalizace Markery Poskytují informaci o toku alel QTL v populaci Selekce s podporou markerů Začlenění markerové informace o alelách QTL do předpovědi o Hilf ^ O IMI ^^^^^7^^" ^i^^B I MINISTERSTVO SKOL STV OP VjrfélÉKAnf V^^!-- ĚVROPSKA UNIE V V I MLAdÉÍÉ -■ pfffUaikijrflncwdHipih^t ' V\ investice do rozvoje vzdělávání Talo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky 16/05/2011 1 Genetika kvantitativních znaků ne-genetické faktory I Xb + e y = Xb + Zu + e polygenní genetické faktory I Zu T y u ~ N (0, G) e - N (0, R) ^^^^^^^^ ^^^^É I MINISTERSTVO 5KOLSTV: OP hrMIfrrfcil EVROPSKÁ UNIE ■ mlAdéžcatél :.how pfon«ikiir,««dHhpnwt 'Híía»* investice do rozvoje vzdělávaní Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky X'R ^X X'R 'Z b X'R V Z'R ^X Z'R 'Z + G1 u Z'R Kovarianční matice: R = IC7.2 - Variance prostředí - Prostřeďové kovariance jsou nulové 1 u Jeden lokus A -Aditivně genetická hodnota pro zvíře u j = u j1 + u j2 u j aditivní genotypová hodnota j-té alely u jedince i va r (u)) + va r (uf) = 2 va r (u j) H!?f ■ MlMSTEHSTVO 5KO ÉVrWSKA UME ■ MLAOE2É A TÉLQVÝCi školství, élovýchovy IMJ 16/05/2011 investice do rozvoje vzdělávaní Talo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky Genetika kvantitativních znaků ivioieKuiarni geneiiKa ve Šjfíphtění MAS - marker assisted selection (vazba GAS - gene assisted selection (QTN - quantitative trait nucleotide - použití kandidátních genů) Genomická selekce (GS) - Genomic selection (SNP rovnoměrně po celém genomu) Využívání znalosti skutečné genetické variability (mutace v genech nebo v jejich blízkosti) detekovatelné metodami molekulární genetiky Jejich aplikace ve šlechtění v systémech selekce GS - začlenění matice genomických SNP markerů do rovnic BLUP-AM (různé varianty) a odhadnutí GEBV (genomická OPH) Selection using single nucleotide polymorphism (SNP) markers scattered throughout the genome or genomic selection (GS) is considered. This approach permits simultaneous selection of most quantitative trait loci (QTLs) determining the selected trait. According to expert assessment, GS makes it possible to save 92% of the funds spent on traditional selection and is twice as efficient as the latte. ■iff ^ Úi ^^^^^^^^ ^^^^É I MINISTERSTVO SKOL STV: OP hrMlfrrfcil EVROPSKÁ UNIE h^^ÉP ■ MLAdÉÍÉATÉL 3HQVt pfoUaikiirflmwäH.pnwt 'HiffA»* investice do rozvoje vzdělávaní Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočtem České republiky Typy molekulárně genetických dat (z hlediska aplikace) Kandidátní geny Funkční markery (Funkcional marker) Přímé markery (Direct marker) Lokusy kvantitativních znaků, QTL LD markery (Linkage Disequilibrum markers) LE markery (Linkage Equilibrum markers) Hllf ^ o IMI ^i^^B I MINISTERSTVO SKOL STV OP hrMIfrrfcil V^^!-- ĚVHOPSKA UNIE V V I VLÁDÉÍÍ ■■ pfffUaikijrflncwtíHipih^t ' V\ investice do rozvoje vzdělávání Tálo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočtem České republiky 16/05/2011 Genetika kvantitativních znaků Lokusy kvantitativních znaků (QTL) LE markery • Vypovídací schopnost pouze v populaci, ve které byly zjištěny • Vztah LE a QTL může být odlišný v jednotlivých rodinách, a generacích. Proto je nutné stanovovat vliv těchto markerů - u jedinců vybíraných do plemenitby - u jejich příbuzných (z důvodu odhadu efektu QTL). • Využití těchto markerů je limitováno cenou molekulárních metod. LD markery • Jejich využití se příliš neliší od KG • Při dlouhodobějším využívání je nutné sledovat zda nedojde ke snížení vypovídací hodnoty markerů z důvodu rekombinací. • V každé populaci může být jiná vazbová fáze s QTL nebo jiný vliv na základě rozdílného genetického pozadí. • Důležité je zjistit vliv v každé populaci. ■ !|f ^ úi ^^^^^^^^ ^^^^É I MINISTERSTVO SKOL STV: OP hrMIfrrfcil EVROPSKÁ UNIE ■ MLAdÉÍÉATÉL 3HQVt pfoUaikiirflniwäH.pnwt 'HiffA»* investice do rozvoje vzdělávaní Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočtem České republiky Genetické markery I. typ - kódující geny II. typ - mikrosatelity (MS), krátkodobé tandemové sekvence bazí (STR^ III typ - bi-alelický jednonukleotidový polymorfismus (SNP) v kódujících nebo častěji v nekódujících intronových či intergenových regionech Hllf ^ o IMI ^^^^^7^^" ^i^^B I MINISTERSTVO SKOL STV OP hrMIfrrfcil V^^!-- ĚVHOPSKA UNIE V V I VLÁDÉÍÍ ■■ pfffUaikijrflncwtíHipih^t ' V\ investice do rozvoje vzdělávání Tálo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočtem České republiky 16/05/2011 Genetika kvantitativních znaků QTL -lokus, který si zasluhuje speciální pozornosti - rozdíl v alelách QTL může mít signifikantní vliv na užitkovost potomků - může zde být i více lokusů, jejichž efekt je malý, ale celkový je signifikantní - mnoho alel na 10 15 Quantitative Trait ) rozvoje vzdělávaní ato prezentace je spolufinancována 2£ Evropským sociálním fondem slam i m rozpočlem České republiky ne-genetické faktory Xb + e Aditivní QTL efekt polygenní genetické faktory i Zu -výběr alel na QTL -Vj je aditivní efekt QTL alely i varty) = al var (v) = Ao"^ T y QTL genetické faktory i Wv y j = Xjb + u j + v f + v™ + e,. a i = u j + v? + v™ H Iff EVROPSKÁ UNIE ta^^^ ■ mlAdéze a tělovýci ^érí^ investice do rozvoje vzdělávaní Tato prezentace je spolu financován a Evropským sociálním fondem MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ WVUUMflf Tt^^ť pra hD»kurAiMLh^hc«n«t i-- g slálnim rozpočlem Ceske republiky 16/05/2011 5 Genetika kvantitativních znaků Odhad Známe-li, která QTL alela je přenášena - je zde 2x počet QTL efektů zvířat XR X XR Z XR ]W b X R V ZR X ZR z + A-V;2 ZR W u ZR y WR X WR z WR _1w+rV;2 v WR y Neznáme však, které alely byly přeneseny na potomky! Marker poskytuje jen částečnou informaci otec matka AP QP BP aP qP bP AM QM BM X aM gM b" S3řf EVROPSKÁ UNIE ^ *J I T 770 :edo rozvoje vzdělávaní A Q B? Talo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky 7 7 ? potomek a" q b" Mapování QTL Pomocí kandidátních genů, kdy se vychází ze znalosti o fyziologických vlastností užitkového znaku a znalost o genech je využita k detekci QTL. Vybírá se pak gen, u kterého se očekává, že se podílí na projevu vlastnosti. Studují se efekty polymorfizmu takovýchto kandidátních genů. Kandidátní geny mohou být přímo QTL. Skenování celého genomu, kdy jsou otypovány velké počty náhodných markem (markery 2. typu - MS, SNP) umístěných po celém genomu. Markerový lokus nemusí být QTL sám o sobě, ale může být vázán ke QTL. Hllf o IMI ^i^^B I MINISTERSTVO SKOL STV OP hrMIfrrfcil V^^!-- ĚVHOPSKA UNIE V V I MLADÉÍt ■■ pfffUaikijrflncwtíHipih^t ' V\ investice do rozvoje vzdělávání Tálo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky 16/05/2011 Genetika kvantitativních znaků Sil IU LI. -oi" Armee Vol. M, No. 4. UT-KB DOE: ULm^DMTBBDH ■S liutituu °E MiLh^m.ti-.: Stn.Ti.ti:*. SMS Estimating Effects and Making Predictions from Genome-Wide Marker Data Michael E. Goddord Naomi R. Wray, Klara Verbyla and Peter M. Visscher Abstract. In genome-wide association studies (GWAS), hundreds of thousands of genetic markers (SNPs) are tested foT association with a trait or phenotype. Reported effects tend to be larger in magnitude than the true effects of these markers the so-called ^winner's curse.13 We argue that the classical definition of unbiasedness Ls not useful in this imnisi iiri'L prop &e to use a differenl definition oluiikiwdncss ihal i:. ;i properly of lbs? (stirrtiii ivc advocate. We sugRCtil an integrated approach to the estimation of the SNP effects and to the prediction of trait values, treating ENP effects as random instead of filed effects. Statistical moth >ds inniii imiiilly used in ili-1 prediction 'i| incii values in the genetics of livestock, which predates the availability of SKP data, can be applied to analysis of GWAS, giving better estimates of the SNP effects and predictions of phenotypic and genetic values in individuals. Key twords and phrases: Genome-wide association study, prediction, estimation. ■iff ^ öi ^^^^^^^^ ^^^^m I MINISTERSTVO 5KOLSTV: OP VjrfiltKAnf EVAOPSkA JNIE ■ mlAdéí-e a tel. JHCrVt mto*mm>m*mm investice do rozvoje vzdělávaní Tálo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky Vliv molekulami go%«rtiky jfctttYfriKtit infrírmííi prj> 4lS£httni neznámé geny -polygeny _k tenotypová _ odhad polygenní, - geny velkého účinku CQTL datu aditivní PH \ X ? *_ / selekční kriterium geny y = Zu + Qq + e -> MA-BLUP -> MEBV u - vektor polygen n ich efektů q - vektor QTL efektů Hilf ^ O IMI ^^^^^7^^" ^i^^B I MINISTERSTVO SKOL STV OP hrMIfeJnl V^^!-- ĚVHOPSKA UNIE V V I VLÁDÉÍÍ ■■ pfffUaikijrflncwdHipfh^t ' I W-L investice do rozvoje vzdělávání Tálo prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočlem České republiky 16/05/2011 7 Genetika kvantitativních znaků Genomická selekce - proces Referenční data: 1000+ zvířat se známými genotypy (SNP) aOPH -> získat OPH pro SNP -> přesnější GEBV mladých vybraných kandidátů <- mladí vybraní kandidáti se známými genotypy (SNP), ale bez znalosti užitkovosti (soustava lineárních rovnic.) investice do rozvoje vzděláván! Tato prezentace je spolufinancovaná Evropským sociálním fondem a slálnim rozpočtem České republiky 16/05/2011 8