ŠLECffllNl Cílevědomý výběr zvířat vedoucí ke genetické fixaci vlastností, které jsou součástí chovatelského cíle I ŠLECHTĚNÍ mZákon č. 154/2000 Sb ^Navazující vyhlášky I CHOVATELSKÝ CÍL ^Vlastnosti zdraví ^Vlastnosti užitkové i GENETIKA VE ŠLECHTĚNI ^Genetika normálních znaků: exteriér, užitkovost ^Genetika zdraví: DO, UVU, resistence, reakce na léčbu, environmentálni mutageny, genové manipulace i GENETIKA VE ŠLECHTĚNI ^Genetika normálních znaků [kvantitativních i kvalitativních] > Genetika zdraví P ENETIKA ZDRAVÍ VE ŠLECHTĚNI ZVIRAT [šlechtitelského cíle s Součást šlechtitelského cíle I šlechtění mSelekce mPlemenitba I šiechtíní mSelekce mPlemenitba Selekce upřírodní/umělá s negativn í/poziti vn í mna jeden znak/na více znaků sfenotypová/genotypová Selekce upřírodní/umělá s negativní/pozitivní mna jeden znak/na více znaků sfenotypová/genotypová Selekce upřírodní/umělá s negativn í/poziti vn í mna jeden znak/na více znaků sfenotypová/genotypová Selekce upřírodní/umělá s negativní/pozitivní mna jeden znak/na více znaků sfenotypová/genotypová J Selekce na leden znak mDirekcionální ^Stabilizační mDisruptivní j Selekce na více znaku sTandemová mNezávislé vyřazování ^Simultánní - selekční indexy Selekce upřírodní/umělá s negativní/pozitivní mna jeden znak/na více znaků sfenotypová/genotypová 1 G EN OTYPOVÁ SELEKCE Zdrojem genotypové selekce je geneticky podmíněná proměnlivost DĚDIČNOST KVANTITATIVNÍHO ZNAKU Rozklad fenotypové variance: Vp = VG + VE v6 = vA + vD*v, Ve = VEp + VEt DĚDIČNOSTKVňNTITŘWNIHO ZNAKU Genetická variabilita vG = vA + VD + V, neaditivni V širším smyslu Koeficient heritability: h2 vG/vP V užším smyslu Koeficient heritability: h2 Va/Vp Možnost predikce I Genotypová selekce Nutnost odhadu plemenné hodnoty i ODHAD PLEMENNÉ HODNOTY sPodle příbuzenstva sPodle markerů | ODHAD PLEMENNÉ HODNOTY sPodle příbuzenstva sPodle markerů j PH podle příbuzenstva mVlastní užitkovost mPředkové a kolaterální příbuzní sPotomci I PH podle potomků mMetoda vrstevnic mSkupiny potomstva Integrované metody •BLUP •Animal model ODHAD PLEMENNÉ HODNOTY sPodle potomků sPodle markerů 1 GENETIKA VE ŠLECHTĚNI ZVIRAT Identifikace genů - markerů pro zdraví a užitkovost mObdobí redukcionismu mObdobí holistické I Hledání markerů GENOMIKA A PROTEOMIKA GENOMIKA A PROTEOMIKA Systematická a komplexní analýza genomu a proteomu GENOMIKA A PROTEOMIKA Systematická a komplexní analýza genomu a proteomu g GENOMIKA DOMÁCÍCH ZVÍŘAT >Markery >Parentita >Dohledatelnost GENOMIKA DOMÁCÍCH ZVÍŘAT >Markery >Parentita >Dohledatelnost l GENOMIKA A PROTEOMIKA VE ŠLECHTĚNÍ „Animal genomics" >Systematické hledání markem >Analýza komplexních znaků užitkovosti a zdraví METODICKY POTENCIÁL Genom Transkriptom Proteom HTTcTr Microarrays SAGE Strukturální genomika domácích zvířat >Kompletní sekvence genomů >Ekonomicky významné znaky, kandidátní geny >Genomový screen: WHS Strukturální genomika domácích zvířat >Kompletní sekvence genomů >Ekonomicky významné znaky, kandidátní geny >Genomový screen: WHS J Geny zdraví a nemoci Genomika nebo postgenomika? Postgenomická éra Období, kdy jsou známy kompletní sekvence genomů významných organismů (lidský génom 2001) http ://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genomes/ Období štrukturálni a funkční anotace genomu I Kompletní sekvence genomů 1 atgtgcccgc cgcgcggcct cctccttgtg gccatcctgg tcctcctaaa ccacctggac 6' C3CC:C3C:: :CCCC3CC33 CC:CCCC3C3 CCC3C3CC3C CCCC3CC33: c::cc3c:cc "ľ c:c33cc3c: xcaaaacc: cc:c3cc3cc c:c3cc33C3 ccc::c3C33 cccc3ccc33 3ccc:-3C33: :c:-3c:cc:c C3c::c:c33 C3C3:CC3:C 3:C3CC3:3: C3C3333C3;; 33C3CC3CC3 CCC:CCCCCC c:ccc:cccc c:cc33c:cc ccccc33cc3 C3c::ccc:c 'iZ' cc::cc3C3c 3C3:c:c::: =3:33033: ccc3c::ccc :c3ccccccc 333cccc:c: 36' :c:3:c3:c3 ccc:c:ccc: :-3cc3cc3:c :3:c3cc3c: :c33C3:c:3 X3cc:cc3c t-'ľ ::c33cccc3 :c33:ccc33 cc:c::c3:3 c3:cc:c3C3 ccc3C3:c:: :c:cc3:c3c iíi' 33C3:cc:c3 C3ccc3::c3 C33cc:c3:c C3ccccc:c3 3c::c33C3c :c3C3c:c:c 5i' cc3C3333cc cc:ccc::c3 3cc3c:cc3: ::::3>3333 c:333c:c33 cc:c:cc3:c c::c::c3:c cc::c3C33: cccccc3c:c 3cc3:c33C3 cc3:c3:ccc c:-3:c:c33: 66' cc::cc:-33 I Využití znalosti kompletní sekvence genomů 1. Identifikace genů a genových drah „in si li co" 2. Komparativní genomika, význam modelů 3. Analýza genetické variability: SNP 4. Analýza genové exprese: EST", RNA, proteomika HVyužití znalosti kompletní sekvence genomů 1. Identifikace genů a genových drah „in si li co" 2. Komparativní genomika, význam modelů 3. Analýza genetické variability: SNP 4. Analýza genové exprese: EST", RNA, proteomika HVyužití znalosti kompletní sekvence genomů 1. Identifikace genů a genových drah „in si li co" 2. Komparativní genomika, význam modelů 3. Analýza genetické variability: SNP 4. Analýza genové exprese: EST, RNA, proteomika Myš jako model lidských onemocnění > http ://www.cmhd.ca/databases/index.html >http://www.informatics.iax.org/ > http ://www.mouseclinic.de/ HVyužití znalosti kompletní sekvence genomů 1. Identifikace genů a genových drah „in si li co" 2. Komparativní genomika, význam modelů 3. Analýza genetické variability: SNP 4. Analýza genové exprese: EST", RNA, proteomika l Single nucleotide polymorphisms (SNPs) http ://www.humgen.nl/SNP databases.html HVyužití znalosti kompletní sekvence genomů 1. Identifikace genů a genových drah „in si li co" 2. Komparativní genomika, význam modelů 3. Analýza genetické variability: SNP 4. Analýza genové exprese: EST", RNA, proteomika Genomika v chovu zvířat >Molecular breeding value (MBV) > Parentita, dohledatelnost >Monogenní dědičná onemocnění > Komplexní nemoci a genetická predispozice Genomika v chovu zvířat > Molecular breeding value (MBV) > Parentita, dohledatelnost > Monogenní dědičná onemocnění > Komplexní nemoci a genetická predispozice Genomika v chovu zvířat > Molecular breeding value (MBV) > Parentita, dohledatelnost > Monogenní dědičná onemocnění > Komplexní nemoci a genetická predispozice Geny zdraví a nemoci >Monogenní dědičná onemocnění >Komplexní nemoci a genetická predispozice HDĚDIČNÁ ONEMOCNĚNÍ _ZVÍŘAT_ OMIA On-line Mendelian Inheritance in Animals http://www. angis. org.au/Datab ases/BIRX/omia/ Diagnostika Testy DNA u psů a koček http://www.gen0me.g0v/l 1008069 http://www.cbi.pku.edu.cn/mirror/GenomeWeb/vert-gen-db.html http: //www, vetgen. com http: //www, doggenetichealth. org/faq.php http://members.ozemail.com.au/~gentest/ I Geny zdraví a nemoci >Monogenní dědičná onemocnění > Komplexní nemoci a genetická predispozice I GENOMICKÉ PŘÍSTUPY: komplexní analýza OD FENOTYPU KE GENOTYPU DNA TRANSLACEn Protein RNA Fenotypový projev OD GENOTYPU K FENOTYPU I Molekulární disekce komplexních znaků 1. Fenotypizace 2. Genome wide screen (GWS) 3. Analýza genové exprese: RNA, proteiny 4. Analýza drah (pathway analysis) I Molekulární disekce komplexních znaků 1. Fenotypizace 2. Genome wide screen (GWS) 3. Analýza genové exprese: RNA, proteiny 4. Analýza drah (pathway analysis) I Molekulární disekce komplexních znaků 1. Fenotypizace 2. Genome wide screen (GWS) 3. Analýza genové exprese: RNA, proteiny 4. Analýza drah (pathway analysis) I Genomový screen n Princip: markery ve vazbě k dosud neznámým významným genům n Markery: mikrosatelity, SNP n Postup: srovnání skupin extrémních fenotypu n výsledky: kandidátní chromosomální oblasti n Další postup: mapování oblasti, kandidátní geny Analýza funkce identifikovaných genů Molekulární disekce komplexních znaků 1. Fenotypizace 2. Genome wide screen (GWS) 3. Analýza genové exprese: RNA, proteiny 4. Analýza drah (pathway analysis) Genová exprese 1. ValidaceGWS 2. Identifikace kandidátních genů 3. Identifikace funkčně významných drah I Molekulární disekce komplexních znaků 1. Fenotypizace 2. Genome wide screen (GWS) 3. Analýza genové exprese: RNA, proteiny 4. Analýza drah (pathway analysis) I Genové dráhy (regulační, signální metabolické etc.) http://www.polyqenicpathways.co.uk/ m I Molekulární disekce komplexních znaků Fenotyp I Genové dráhy a mechanismus nemoci (patogeneze) rhttp://www.polygenicpathways. co.uk/1 A2M, ABCAI, APOAI, AP0A4, APOCI, AP0C2, AP0C3, APOE, CD36, CETP, HMGCR, LDLR, LIPA, LRPI.LRP6, LPA, LPL, OLR I, SREBFI CCL2, CCR2, ILIB, ILIRN, IL6.ILI 8, TGFBI, TNF CYPI9AI, ESRI, PPARA ACE, CST3, MMPI, MMP3.SERPINEI Genes associated with both atherosclerosis/hy perch olesterolaemia and Alzheimer's 1 Komplikace při analýze komplexních nemocí 1. Analýza dat: bioinformatika 2. Příliš složité interakce 3. Regulace na úrovni DNA, RNA, proteinu 4. Individuální a epigenetická variabilita genové exprese I Využití v medicíně > Diagnostika > Terapie > Profylaxe > Prevence HÚstřední problém objevování nových léčiv „Molecular biology is teaching us that many, if not all diseases have a genetic basis. To understand the pathways and the genetic programs that cause disease or that dispose an individual for disease must be central to drug research". Jürgen Drews: Strategic trends in the drug industry, Drug Discovery Today 8, 2003: 411-420. _ Zmatení pojmů ^ Tarma^pgenomi^a y Tarma^oßeneti^a 1 Farmakogenomika v produkci léčiv Target looking for \ the best tampound J The Combing torta Í Chemistry view Biology driven^) Screen targets /DNA Arrays /Proteomics (■Real-Time PCR / Compound looking for Vits best target , /rc-profillng ^^^^ The Pharmacogenomic view Fmiuií I A [.iľi.invi.i;:i::-i|í-ii-::iiľii;:i • | | • i u? -Jiun rii?v-í-|i::-|--iii^ľii Farmakogenomika v produkci léčiv - New drugs and therapies t Eliolcgi-Ml insighl —— t - Computational biology t Pathway cell, system models (in interaction with experiments' t Genomic, proteomic. system find anatomical data 1 Genomika patogenů: antimikrobiální léčiva L- ,"l !■!.'(iiuk-idi'ii '.'.-hli m- ilii-i ■ ■.....° ■ - . i1 ii.'ii , .i i in 11 iili ii i< n. - 11 pi n ' 11 - ■ i ■- ■ ■ -111 ■ - ľ 1 II . III Hli. II III Hi I I. I', i Hi Mil I i I ni il |'l i| Ml -. 3 Miesel et at. 2003 I FARMAKOGENETIKA Genetic polymorphisms Pharmacokinetic Pharmacodynamic Absorption / \ \ Receptors / \ \ Distribution \ \ . Ion channels \ \ Metabolism \ Enzymes \ Excretion Immune system Pirmohamed, Park, 2001 Cíle personalizované medicíny (Ross, Sinsburg, 2002) ♦:♦ Výběr optimálních cílů terapie ❖ Optimalizace dávkování ❖Selekce a monitoring pacientů pro efektivnější klinické zkoušky ❖Predikce individuální odpovídavosti a reakce na léčiva ❖ Redukce nákladů na výrobu léčiv ❖Celkové zlepšení lékařské péče STRUKTURÁLNÍ GENOMIKA METODY GENOVÉHO MAPOVÁNÍ ZVÍŘAT 13 Mapy genetické 13 Mapy cytologické 13 Mapy integrované I Metody mapováni genů u domácích zvířat ^Genetické mapování @ Fyzické mapování I Mapy genetické mVazebná analýza mSingle sperm typing I Mapy cytologické EFISH ERH panel EMikrodisekce EBACs, YACs I Genové mapyzvirat http://locus.jouy.inra.fr http://www.ri-bbsrc.ac.uk http://www.genome.iastate.edu http://www.sol.marc.usda.gov •flkpl Institut National de Recherche Agronomique Laboratoire de genetique biochimique - Jouy-en-Josas Welcome to Horsemap Database World Wide Web Version 2.00 Last code change : 20 Feb2003 MAPPING LOCI UST REQUEST ON POLYMORPHISM ve lopped by Dř Ip hi tie & Fra INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE Laboratoire de Génétique Biochimique et de Cytogénétique de Jouy-en-Josas Mapping the Equine Genome Entry of the Horsemap database - click here SUBMIT DATA FOR HORSEMAP ART FOR ANIMAL GENOME MAPPING Around HORSEMAP database Other Equine Genome Ressoi GENETIKA VE ŠLECHTĚNI ZVIRAT Geny ovlivňující užitkovost příklady QTLs B prase: chr. 4, 6, 7, m skot: chr. 6, 14, 20 Majorgeny •skot: kappa-kasein • prase: ESR, RN, myostatin • ovce: boorola QTLs and CGs for meat -nrjMMCitofljnjiigs QTLs identified for: ■ growth chrom.: 3, 4, 7, 8, 9,12,13,14,15,16, X * meat quality chrom.: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11,12,13,14,15,17, 18, *fat chrom.: 1,5, 6, 7,13,14,18, X Candidate genes for meat production Quantitative traits Candidate genes % of lean meat, PSE meat HAL, RYR1, CRC, c-myc MHS QTG CRC stress RYR + HSP70 + Triad Muscle building capacity MYOD family, MYF4 Muscle mass MYOST Birth weight POU1F1 Weight gain GH Fat percentage LEP % IMF H-FABP Feed conversion CCK ui is ana canmnate g reproduction traits enesior npigs locus/ gene trait chromosome ESR Litter size 1 QTL Age in first heat 1 I SHU Litter size 2 QTL Ovulation rate 4, 3 QTL Number of embryos Ovulation ratio uterus size 8 QTL Length of pregnancy 9 StAR reproduction 15 PRLR Litter size 16 OPN Litter size 8 Effect of CRC genotypes menši plocha myofibril menší Úhyny před porážkou J KOMPARATÍVNI GENOMIKA > Strukturální: homologie, ortologie > Mapování: konzervované bloky > Geny pro nemoci: biomodely > Evoluce: fylogeneze, speciace > Biodiversita: conservation genetics" > Funkční: microarrays, rekonstrukce metabolických drah a regulačních okruhu P Praktické aplikace" m Negativní selekce n Pozitivní selekce (MAS) ni AI, ET, klonování, transgenoze n Produkce léčiv a vakcín uRekombinantní technologie mSelekce mPlemenitba Rozdělení plemen Podle původu Podle morfologie (kraniologie) Podle geografického rozšíření Podle užitkového zaměření ^|Rozdělení plemen Podle původu Podle morfologie (kraniologie) Podle geografického rozšíření Podle užitkového zaměření sPodle podobnosti rodičů a potomků mHeteróza [čistokrevná plemenitba > Čistokrevná plemenitba s.s. > Osvěžení krve > Liniová plemenitba > Příbuzenská plemenitba Rozdělení metod plemenitby sPodle podobnosti rodičů a potomků mHeteróza Rozdělení metod plemenitby Podle podobnosti rodičů a potomků: - Čistokrevná plemenitba - Pozměňovací křížení Pozměňovací křížení >Zušlechťovací křížení >Prevodné křížení > Kombinační křížení Rozdělení metod plemenitby sPodle podobnosti rodičů a potomků mHeteróza pecif ická kombinační návaznost > Selekce Unií >Rekurentní selekce >Reciproká rekurentní selekce ŠLECHTĚNÍ ^Šlechtitelské programy SHybridizační programy Rozdělení metod plemenitby Heteróza: - Specifická kombinační návaznost - Náhodná kombinace - užitková křížení Užitková křížení >Jednoduché >Vícenásobné >Mezidruhové