1
00:00:02,276 --> 00:00:11,450
Dobrý den. Molekulární genetika ovlivňuje nové metody ve šlechtění. Tato přednáška se zabývá genetickými markery a jejich aplikace.

2
00:00:11,450 --> 00:00:21,515
Přednáška je součástí modulu 3, Šlechtění zvířat. Vytvoření této prezentace bylo podpořeno grantem ERASMUS+ KA2 v rámci projektu ISAGREED,

3
00:00:21,515 --> 00:00:30,590
Inovace obsahu a struktury studijních programů v oblasti managmentu živočišných genetických a potravinových zdrojů s využitím digitalizace.

4
00:00:31,316 --> 00:00:40,556
S rozvojem molekulární genetiky od 70. let 20. století, a hlavně molekulárně genetických metod práce s molekulou DNA je 

5
00:00:40,556 --> 00:00:47,024
možné identifikovat reálnou genetickou variabilitu (genotypy) pomocí molekulárních genetických markerů.

6
00:00:47,024 --> 00:00:57,089
Toho se využívá např. k mapování genů či oblastí v genomu (QTL), kde by se geny pro komplexní užitkové vlastnosti mohly nacházet.

7
00:00:57,089 --> 00:01:02,006
Díky těmto analýzám se nabízí využívání těchto informací ve šlechtění,

8
00:01:02,006 --> 00:01:08,705
a to konkrétně ke zpřesnění odhadů genetických parametrů (jako je heritabilita) a plemenných hodnot,

9
00:01:08,705 --> 00:01:16,229
čímž dochází k zefektivnění šlechtění pomocí zvýšení genetického zisku a zkrácení generačního intervalu.

10
00:01:17,186 --> 00:01:28,670
Na počátku (tj. od 80. let 20. století) vznikla myšlenka využívání genetických markerů jako selekční kritérium, tedy po identifikaci 

11
00:01:28,670 --> 00:01:38,306
genotypu jedinců následně selekci genotypově vhodného rodiče. Říká se tomu selekce s podporou markerů (tzv. MAS). 

12
00:01:38,306 --> 00:01:49,922
Reálně se ale využívá tento přístup omezeně. Takováto selekce byla použita např. na gen stresu u prasat (CRC gen) nebo BLAD u skotu.

13
00:01:49,922 --> 00:02:00,086
Jednalo se o geny s monogenní dědičností, jejichž mutace způsobovalo snížení fitness jedinců. Pro užitkové, komplexní, kvantitativní znaky

14
00:02:00,086 --> 00:02:08,402
je přímé selektování podle genotypu jednoho genu nevhodné, nebo muselo být zahrnuto více markerů do statistických modelů

15
00:02:08,402 --> 00:02:21,272
 a odhadovaly se už plemenné hodnoty. Pokud byl přímo určena markerem variabilita v příčinném genu, pak se hovoří o GAS, selekce s podporou genů.

16
00:02:21,272 --> 00:02:33,515
Velkou revolucí v těchto přístupech byly nové technologie masivního sekvenování genomů a identifikace milionů markerů (SNP) 

17
00:02:33,515 --> 00:02:43,151
a přesnější určení oblastí QTL a genů v genomu pro kvantitativní znaky. Od roku 2009, po osekvenování genomů skotu,

18
00:02:43,151 --> 00:02:51,863
a postupně dalších hospodářsky významných druhů zvířat, je postupně zaváděna genomická selekce. Jedná se o metodu, která 

19
00:02:51,863 --> 00:03:06,581
začleňuje genomické SNP markery (desetitisíce až statisíce) do genomické matice příbuznosti a tu do rovnic např. BLUP (různé varianty) s cílem

20
00:03:06,581 --> 00:03:17,339
odhadnout plemennou hodnotu - GEBV (genomická OPH). Což je zase jen jedno číslo, které je snadno použitelné ve šlechtitelské praxi.

21
00:03:17,900 --> 00:03:30,176
Protože využíváme reálnou genetickou variabilitu, tak se výrazně zefektivňuje šlechtění – snižují se  náklady, zpřesňuje odhady PH a zkracuje generační interval.


22
00:03:31,100 --> 00:03:42,683
Co je tedy genetický molekulární marker? Jedná se o detekovatelný polymorfismus (více alel) se známou pozicí v genomu. 

23
00:03:42,683 --> 00:04:12,779
Rozlišují se tři typy těchto markerů: I. Typu jsou kódující geny, tzv. kandidátní geny (např. CRC gen, ESR u prasat). 

24
00:04:12,779 --> 00:04:25,781
Markery II. Typu jsou mikrosatelity, tedy krátké tandemově opakující se sekvence bází (STR) – nacházejí se mimo kódující sekvence.

25
00:04:27,101 --> 00:04:34,724
III. typem jsou bialelický jednonukleotidový polymorfismus (SNP) v kódujících nebo častěji v nekódujících

26
00:04:34,724 --> 00:04:43,172
intronových či intergenových oblastech. Na obrázku dole je příklad jednoho SNP. 

27
00:04:43,865 --> 00:04:52,808
Na schématu je ukázán polymorfismus u SNP pro jeden nukleotidový pár, a polymorfismus u mikrosatelitů, který je dán délkovou

28
00:04:52,808 --> 00:05:02,675
variabilitou tandemových repetic (zejména dinukleotidových). U SNP jsou zpravidla dvě alely, u mikrosatelitů může 

29
00:05:02,675 --> 00:05:07,559
být alel v populaci i dvacet, je jich však v genomech výrazně méně než SNP.


30
00:05:07,559 --> 00:05:12,311
Proto se v praxi uplatňují nejvíce SNP polymorfizmy.

31
00:05:13,895 --> 00:05:23,564
Hlavní význam genetického markeru je, že může být ve vztahu, asociaci s fenotypovou variabilitou produkčního znaku důležitého ve šlechtění,

32
00:05:23,564 --> 00:05:31,054
ačkoliv nemusí mít přímý biologický efekt na znak. Pak je takový marker označován jako nepřímý.

33
00:05:31,054 --> 00:05:47,125
Nepřímý je proto, že je ve vazbě (tedy v blízkosti na chromozomu) s jiným genem, který nemusíme znát (oblast QTL), a který přímo ovlivňuje užitkovou vlastnost.

34
00:05:47,125 --> 00:05:57,091
Využívá se pak vazbová nerovnováha markeru s QTL. Čím silnější vazba je, tím informativnější je marker pro šlechtění.

35
00:05:57,982 --> 00:06:12,898
Příklad SNP zároveň i jako kandidátního genu je SNP na 4. chromozomu skotu, kde se nachází gen leptinu. Polymorfizmus v tomto SNP je záměna adenina a guaninu. 

36
00:06:12,898 --> 00:06:25,933
Dále vidíme, že mutace je v kódující sekvenci a způsobuje změnu čtení, záměnu 40. aminokyseliny z threoninu na alanin.

37
00:06:25,933 --> 00:06:34,909
Toto SNP je tedy přímým markerem. Navazující asociační analýzy pak musí určit, jestli toto SNP ovlivňuje variabilitu

38
00:06:34,909 --> 00:06:40,486
v efektu působení leptinu a v tomto případě na ukazatele tuku ve svalovině skotu.

39
00:06:41,377 --> 00:06:51,013
Vztah mezi markerem a QTL souvisí tedy s jejich vzájemnou vzdálenosti a možností crossing-overu mezi nimi.

40
00:06:51,904 --> 00:06:57,943
Pokud marker není přímý a příčinný, může být ve vazbě s příčinným lokusem QTL.

41
00:06:57,943 --> 00:07:10,978
Na obrázku vidíme různé kombinace vazebné nerovnováhy mezi alelami markeru (M1 a M2) a alelami QTL (L – horší-low a H lepší-high užitkovost).

42
00:07:10,978 --> 00:07:18,865
Podle toho v jaké kombinaci na chromozomu jsou, je v jednom případě výhodnější alela M1, podle které by se mohlo selektovat,

43
00:07:18,865 --> 00:07:31,273
v druhém alela M2. Ve třetím případě není vhodná žádná markerová alela, protože obě jsou vázány se stejnou alelou H v QTL. 

44
00:07:32,560 --> 00:07:40,513
V krátkosti si popíšeme princip selekce s podporou markerů. MAS v selekčních programech hospodářských zvířat umožňuje 

45
00:07:40,513 --> 00:07:46,486
zvýšit přesnost výběru specifických variací DNA, které jsou spojeny s měřitelnými rozdíly v hospodářsky významných 

46
00:07:46,486 --> 00:07:53,878
vlastnostech. Míra genetického zlepšení dosažená pomocí MAS může být podstatně vyšší než zlepšení dosažené selekcí 

47
00:07:53,878 --> 00:08:04,933
založenou na plemenných hodnotách u znaků, které mají v populacích nízké hodnoty heritability nebo se určují post mortem. 

48
00:08:07,474 --> 00:08:13,150
MAS má proto potenciál výrazně zvýšit efektivitu šlechtění zvířat u těchto vlastností.

49
00:08:13,150 --> 00:08:25,492
Fáze MAS. Rozlišují se fáze detekce, hodnotící fáze a fáze implementace. Ve fázi detekce se polymorfismy DNA používají 

50
00:08:25,492 --> 00:08:34,534
jako přímé nebo vázané markery za účelem zjištění specifických frekvencí alel v rámci segregačních populací QTL. Během 

51
00:08:34,534 --> 00:08:44,302
této fáze jsou identifikovány markery spojené s QTL a lze odhadnout velikost alelových efektů QTL a umístění QTL v genomu. 


52
00:08:44,302 --> 00:08:56,149
V hodnotící fázi jsou propojené markery testovány v cílových populacích, aby se zjistilo, zda se QTL v rámci populace segregují.  

53
00:08:56,149 --> 00:09:03,871
A ve fázi implementace se v rámci rodin používají prediktivní propojené markery v populaci a přímé markery se používají 

54
00:09:03,871 --> 00:09:11,857
napříč rodinami za účelem vytvoření genotypové databáze. Tyto údaje se při genetickém hodnocení kombinují s rodokmenovými 

55
00:09:11,857 --> 00:09:18,556
a fenotypovými informacemi, aby bylo možné předpovědět individuální genetické hodnoty.


56
00:09:20,074 --> 00:09:35,122
Využití MAS pro přímou selekci jedince podle genotypu genetického markeru/genu pro jednoduché vlastnosti – monogenní 

57
00:09:35,122 --> 00:09:54,361
(nejčastěji monogenní choroby) je vhodné. Např. gen stresu CRC a gen nemoci BLAD u skotu. 


58
00:09:54,361 --> 00:10:07,528
Pro markery asociované s kvantitativními znaky je  využití MAS menší, s menším efektem – není tolik popsaných kandidátních 

59
00:10:07,528 --> 00:10:14,689
genů a hlavně není mnoho vlastností s jednoduchým genetickým determinizmem. Pro tyto vlastnosti je nutné zahrnout 

60
00:10:14,689 --> 00:10:23,467
celogenomové SNP markery a to do systému genomické selekce.


61
00:10:25,117 --> 00:10:28,087
A děkuji vám za pozornost.