Molekulární genetika a genetika
kvantitativních znaků
doc. Ing. Tomáš Urban, Ph.D.
urban@mendelu.cz
Genetika kvantitativních znaků
15.5.2012
Úvod
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
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
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 1
Kovarianční matice:
- Variance prostředí
- Prostřeďové kovariance jsou
nulové
Jeden lokus A
-Aditivně genetická hodnota pro zvíře
i
ui = ui
1 + ui
2
ui
j aditivní genotypová hodnota jté
alely u jedince i
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 2
Molekulární genetika ve šlechtění
MAS – marker assisted selection (vazba s QTL)
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.
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)
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 3
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 markeru 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.
Genetické markery
I. typ - kódující geny
II. typ - mikrosatelity (MS), krátkodobé tandemové
sekvence bazí (STR1)
III typ - bi-alelický jednonukleotidový
polymorfismus (SNP) v kódujících nebo častěji v
nekódujících intronových či intergenových
regionech
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 4
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
QTL
Aditivní QTL efekt
-výběr alel na QTL
-i je aditivní efekt QTL alely i
var(vi) = var(v) =
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 5
Odhad
Známe-li, která QTL alela je přenášena
- je zde 2x počet QTL efektů zvířat
Neznáme však, které alely byly přeneseny na potomky!
Marker poskytuje jen částečnou informaci
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 polymorfizmů
takovýchto kandidátních genů. Kandidátní geny mohou být
přímo QTL.
Skenování celého genomu, kdy jsou otypovány velké počty
náhodných markerů (markery 2. typu - MS, SNP) umístěných po
celém genomu. Markerový lokus nemusí být QTL sám o sobě, ale
může být vázán ke QTL.
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 6
y = Zu + Qq + e -> MA-BLUP -> MEBV
u – vektor polygenních efektů
q – vektor QTL efektů
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 7
Genomická selekce - proces
Referenční data: 1000+ zvířat se známými genotypy
(SNP) a OPH
-> získat OPH pro SNP
-> přesnější GEBV mladých vybraných kandidátů
(soustava lineárních rovnic…)
<- mladí vybraní kandidáti se známými genotypy (SNP),
ale bez znalosti užitkovosti
Genetika kvantitativních znaků
15/05/2012 8