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.