1 00:00:00,000 --> 00:00:04,200 Prezentacja została wsparta przez Erasmus Plus KAII. 2 00:00:04,400 --> 00:00:06,560 Cooperation Partnerships. 3 00:00:06,760 --> 00:00:11,200 Innowacja struktury i treści programów studiów w dziedzinie zarządzania genetycznymi 4 00:00:11,400 --> 00:00:14,880 zasobami zwierzęcymi i żywnościowymi przy użyciu digitalizacji. 5 00:00:15,080 --> 00:00:16,640 Wsparcie Komisji Europejskiej dla 6 00:00:16,840 --> 00:00:21,080 produkcji tej prezentacji nie 7 00:00:21,280 --> 00:00:26,000 stanowi poparcia 8 00:00:26,200 --> 00:00:29,560 dla jej treści, 9 00:00:29,720 --> 00:00:33,760 które odzwierciedlają jedynie poglądy autorów, a Komisja nie może ponosić 10 00:00:33,960 --> 00:00:38,960 odpowiedzialności za jakiekolwiek wykorzystanie zawartych w niej informacji. 11 00:00:40,200 --> 00:00:42,760 Nazywam się Katarzyna Andraszek. 12 00:00:42,960 --> 00:00:46,160 Pracuję w Instytucie Zootechniki i Rybactwa 13 00:00:46,360 --> 00:00:50,520 Wydziału Agrobioinżynierii i Nauk o zwierzętach Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego 14 00:00:50,720 --> 00:00:55,480 w Siedlcach i mam przyjemność przedstawić wykład na temat nowoczesnej biotechnologii 15 00:00:55,480 --> 00:01:02,480 stosowanej w hodowli zwierząt, elementów inżynierii genetycznej i postępu w hodowli. 16 00:01:02,680 --> 00:01:04,800 Współczesna biotechnologia optymalnie 17 00:01:05,000 --> 00:01:09,440 wykorzystuje techniki rekombinacji DNA i jest związana z rozwojem wielu 18 00:01:09,640 --> 00:01:13,440 dyscyplin naukowych, między innymi mikrobiologii, biochemii, 19 00:01:13,640 --> 00:01:19,000 biologii molekularnej i biologii komórkowej, a także chemii, informatyki i fizyki. 20 00:01:19,200 --> 00:01:23,640 Badania biotechnologiczne to badania interdyscyplinarne. 21 00:01:23,840 --> 00:01:28,480 Biologiczne cechy badawcze to przede wszystkim optymalizacja poziomu ekspresji 22 00:01:28,680 --> 00:01:33,480 genu, modyfikacja sekwencji nukleotydowych kodujących białko lub regulujących 23 00:01:33,680 --> 00:01:38,320 ekspresję genu, sekwencjonowanie genomów i genów wybranego organizmu 24 00:01:38,520 --> 00:01:43,040 oraz porównania tych sekwencji z wcześniej poznanymi. 25 00:01:43,240 --> 00:01:48,760 Konstrukcja organizmów transgenicznych o nowych cechach, somatyczna i reprodukcyjna 26 00:01:48,760 --> 00:01:54,800 terapia genowa, a także diagnostyka genetyczna i klonowanie zwierząt. 27 00:01:55,000 --> 00:02:00,120 Realizacja celów biotechnologicznych to nie tylko osiągnięcia, ale także obawy 28 00:02:00,320 --> 00:02:05,280 i zagrożenia. Prawidłowe diagnozy, ulepszone metody zapobiegania i leczenia 29 00:02:05,480 --> 00:02:10,560 chorób genetycznych niewątpliwie należą do osiągnięć biotechnologicznych. 30 00:02:10,760 --> 00:02:16,680 Możemy do nich zarówno zaliczyć zarówno nowe korzystne odmiany roślin i zwierząt, 31 00:02:16,880 --> 00:02:21,960 nowe szczepy mikroorganizmów o korzystnych cechach produkcyjnych, nowe substancje 32 00:02:22,160 --> 00:02:27,360 uzyskane dzięki badaniom i wdrożeniom oraz nowe metody ochrony środowiska. 33 00:02:27,560 --> 00:02:34,680 Do obaw i zagrożeń można zaliczyć możliwe szkody wyrządzane innym organizmom lub 34 00:02:34,880 --> 00:02:40,360 środowisku przez transgeniczne szczepy i odmiany, zmniejszenie bioróżnorodności 35 00:02:40,560 --> 00:02:46,280 genetycznej, ingerencję w genotypy człowieka i zwierząt, naruszenie granic 36 00:02:46,280 --> 00:02:51,920 informacji osobistych u ludzi oraz taki aspekt społeczny, dalsze uprzywilejowanie 37 00:02:52,120 --> 00:02:57,200 bogatych ludzi i bogatych krajów dzięki dostępności drogich i często 38 00:02:57,400 --> 00:02:59,960 patentowanych technologii. 39 00:03:00,160 --> 00:03:05,480 Od kilkunastu lat biotechnologię przyjęto dzielić na trzy główne pola. 40 00:03:05,680 --> 00:03:08,200 Biotechnologia czerwona prowadząca do 41 00:03:08,400 --> 00:03:13,880 znajdowania nowych form zapobiegania, leczenia i wyleczenia, szczególnie chorób 42 00:03:13,880 --> 00:03:18,840 dotychczas nieuleczalnych z użyciem nowych metod, diagnostyki i terapii. 43 00:03:19,040 --> 00:03:23,440 Interesująca nas w tym momencie najbardziej biotechnologia zielona, 44 00:03:23,640 --> 00:03:29,560 czyli manipulacje genetyczne u roślin i zwierząt prowadzące do ulepszenia plonów 45 00:03:29,760 --> 00:03:35,240 i wytworzenia nowych produktów rolniczych oraz uzyskiwania nowych cech przez rośliny 46 00:03:35,240 --> 00:03:43,760 i zwierzęta oraz biotechnologia biała to biotechnologia działająca na rzecz przemysłu. 47 00:03:43,960 --> 00:03:49,240 Zielona biotechnologia to produkcja genetycznie modyfikowanych roślin i zwierząt. 48 00:03:49,440 --> 00:03:54,840 Działanie zielonej biotechnologii można obserwować w zakresach produkcji in vitro 49 00:03:55,040 --> 00:04:00,920 roślinnego materiału wyjściowego do upraw, prowadzania nowych genów warunkujących 50 00:04:00,960 --> 00:04:06,840 pożądane cechy roślin i zwierząt, czyli proces transgenezy oraz to, 51 00:04:07,040 --> 00:04:15,240 czemu chciałabym najwięcej poświęcić czasu, czyli hodowla z wykorzystaniem markerów genetycznych. 52 00:04:15,440 --> 00:04:20,360 We współczesnej hodowli zwierząt nastawionej na maksymalny postęp hodowlany 53 00:04:20,560 --> 00:04:26,400 najistotniejszą rolę odgrywają markery genetyczne i ocena postępu hodowlanego 54 00:04:26,400 --> 00:04:30,720 oraz wartości hodowlanej zwierząt z wykorzystaniem tych markerów. 55 00:04:30,920 --> 00:04:36,080 Warto w tym momencie zapytać czym jest marker genetyczny. 56 00:04:36,280 --> 00:04:44,200 Markerem genetycznym może być gen lub sekwencja DNA o znanej lokalizacji w genomie zwierzęcia. 57 00:04:44,400 --> 00:04:46,480 Sprzężona z genem lub fragmentem 58 00:04:46,680 --> 00:04:51,880 chromosomu, determinującym konkretną cechę, zazwyczaj cechę ilościową, 59 00:04:52,080 --> 00:04:55,360 mającą duże znaczenie w hodowli danego gatunku. 60 00:04:55,520 --> 00:05:00,120 Przydatność markera zależy od tego, czy jest on polimorficzny, 61 00:05:00,320 --> 00:05:06,880 co zachodzi wówczas, gdy w populacji występują przynajmniej dwa allele w locus z tego markera. 62 00:05:07,080 --> 00:05:09,920 Polimorfizm markerów bada się za pomocą metod 63 00:05:10,120 --> 00:05:17,480 analitycznych, wśród których kiedyś dominowały metody serologiczne z wykorzystaniem surowic testowych, 64 00:05:17,680 --> 00:05:23,440 metod biochemicznych technikami opartymi na elektroforezie białek oraz 65 00:05:23,680 --> 00:05:30,240 najnowocześniejszymi technikami wykorzystującymi analizy sekwencji DNA. 66 00:05:30,440 --> 00:05:34,760 Prowadzono podział markerów genetycznych na dwie klasy. 67 00:05:34,960 --> 00:05:39,200 Klasa pierwsza obejmuje klasyczne markery, czyli geny. 68 00:05:39,400 --> 00:05:44,000 Polimorfizm tych markerów wykrywany był wcześniej przez analizę produktów genów 69 00:05:44,200 --> 00:05:49,240 metodami serologicznymi i klasyczną techniką elektroforezy białek. 70 00:05:49,440 --> 00:05:54,120 Ale może być również badany na drodze analizy sekwencji tych genów 71 00:05:54,320 --> 00:05:58,240 metodami takimi jak sekwencjonowanie DNA. 72 00:05:58,440 --> 00:06:01,560 Wykorzystywane są także testy RFLP, czyli 73 00:06:01,760 --> 00:06:06,840 polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych lub testy SSCP, 74 00:06:07,040 --> 00:06:10,200 czyli polimorfizmy długości prostych sekwencji. 75 00:06:10,400 --> 00:06:15,000 Klasa druga markerów to polimorficzne sekwencje niekodujące, 76 00:06:15,160 --> 00:06:20,320 wśród których za najważniejsze uznawane są tandemowo powtarzające się sekwencje 77 00:06:20,520 --> 00:06:25,680 mikrosatelitarne, a w mniejszym stopniu sekwencje minisatelitarne. 78 00:06:25,880 --> 00:06:33,760 Polimorfizm tej klasy markerów analizowany jest wyłącznie z użyciem analiz sekwencji DNA. 79 00:06:33,960 --> 00:06:38,520 Oprócz markerów DNA można wyróżnić jeszcze grupę markerów związanych z 80 00:06:38,720 --> 00:06:42,760 polimorfizmem chromosomowym, który jest wykrywany za pomocą 81 00:06:42,800 --> 00:06:45,520 technik prążkowego barwienia chromosomu. 82 00:06:45,720 --> 00:06:50,760 Polimorfizm chromosomowy dotyczy przede wszystkim wielkości i lokalizacji 83 00:06:50,960 --> 00:06:53,440 bloków heterochromatyny konstytutywnej. 84 00:06:53,640 --> 00:06:57,720 Jest on identyfikowany, kowany techniką barwienia CBG 85 00:06:57,920 --> 00:07:02,520 oraz polimorfizm obszarów jąderkotwórczych identyfikowany techniką 86 00:07:02,720 --> 00:07:09,480 wykorzystującą azotan srebra, krócie określana jako technika AGNOR. 87 00:07:09,640 --> 00:07:15,080 Wływ na postęp hodowlany zwierząt ma niewątpliwie odpowiednio prowadzona praca 88 00:07:15,280 --> 00:07:18,280 selekcyjna. Przeprowadzenie selekcji zwierząt na 89 00:07:18,480 --> 00:07:23,520 podstawie oceny wartości hodowlanej oszacowanej z wykorzystaniem markerów 90 00:07:23,720 --> 00:07:29,480 genetycznych nosi nazwę selekcji wspomaganej markerami w skrócie MAS. 91 00:07:29,680 --> 00:07:35,200 Przydatność markerów genetycznych w programach MAS zależy od tego jaka część 92 00:07:35,240 --> 00:07:41,080 wariancji genetycznej ocenianej cechy może zostać wyjaśniona dzięki informacjom 93 00:07:41,280 --> 00:07:44,320 dostępnym z markerów genetycznych. 94 00:07:44,520 --> 00:07:48,640 Wykorzystanie markerów genetycznych w programach hodowlanych zwiększa 95 00:07:48,840 --> 00:07:54,360 dokładność oceny wartości hodowlanej, a tym samym powiększa postęp hodowlany. 96 00:07:54,560 --> 00:07:59,520 Dodatkowa informacja o wartości hodowlanej zwierząt dostarczana przez markery 97 00:07:59,560 --> 00:08:05,120 genetyczne przydatna jest zwłaszcza w przypadku cech o niskiej odziedziczalności. 98 00:08:05,320 --> 00:08:10,400 Cech których pomiary dostępne są w późnym okresie życia zwierzęcia lub dopiero po 99 00:08:10,600 --> 00:08:14,040 jego uboju oraz cech związanych z płcią. 100 00:08:14,240 --> 00:08:17,000 Kolejną korzyścią jaka płynie z możliwości 101 00:08:17,200 --> 00:08:21,680 wykorzystania markerów genetycznych jest skrócenie odstępu pokoleń. 102 00:08:21,880 --> 00:08:24,680 Szybkie pozyskanie informacji o ocenianym 103 00:08:24,680 --> 00:08:29,920 osobniku, a takie możliwości dają markery genetyczne może znacząco skrócić 104 00:08:30,120 --> 00:08:33,640 odstęp pokoleń i przyspieszyć postęp hodowlany. 105 00:08:33,840 --> 00:08:38,800 Przydatność markerów genetycznych w ocenie wartości hodowlanej zwierząt zależy od tego, 106 00:08:39,000 --> 00:08:43,480 jak mocno są one sprzężone z locus cechy ilościowej, czyli QTL. 107 00:08:43,680 --> 00:08:49,240 O sile sprzężenia markera z QTL informuje nierównowaga sprzężeń, czyli LD, 108 00:08:49,440 --> 00:08:54,440 mówiące o nielosowym sprzężeniu alleli z dwóch lub większej liczby loci. 109 00:08:54,600 --> 00:08:59,840 Jeżeli markery genetyczne sprzężone są w danym locus w sposób całkowicie losowy, 110 00:09:00,040 --> 00:09:05,320 to markery takie występują w równowadze sprzężeń, czyli w skrócie LE. 111 00:09:05,520 --> 00:09:08,000 Biorąc pod uwagę siłę sprzężenia, 112 00:09:08,200 --> 00:09:13,440 markery w związku z tym dzielimy na markery LD i markery LE. 113 00:09:13,640 --> 00:09:16,320 Najbardziej przydatnymi w hodowli zwierząt są 114 00:09:16,520 --> 00:09:22,000 markery będące w silnej nierównowadze sprzężeń z loci cech ilościowych, 115 00:09:22,160 --> 00:09:29,480 co oznacza, że sprzężenie markera z QTL bardzo rzadko jest rozrywane przez rekombinację. 116 00:09:29,680 --> 00:09:32,320 Wykorzystanie informacji 117 00:09:32,520 --> 00:09:37,560 dostarczanej przez markery genetyczne w ocenie wartości hodowlanej metodą BLUP 118 00:09:37,760 --> 00:09:42,560 polega na włączeniu do modelu mieszanego dodatkowego efektu losowego, 119 00:09:42,760 --> 00:09:44,960 jakim jest efekt QTL. 120 00:09:45,160 --> 00:09:50,080 Estymacja efektów QTL możliwa jest dzięki analizie sprzężeń markerów 121 00:09:50,080 --> 00:09:53,040 genetycznych z cechami ilościowymi. 122 00:09:53,240 --> 00:09:55,960 Na podstawie takiej analizy wybierane są 123 00:09:56,160 --> 00:10:01,800 regiony chromosomów, których najprawdopodobniej znajduje się poszukiwany QTL. 124 00:10:02,000 --> 00:10:06,920 Istota selekcji z wykorzystaniem markerów w przypadku oceny wartości hodowlanej na 125 00:10:07,120 --> 00:10:11,960 podstawie modelu z dodatkowym efektem losowym QTL polega na połączeniu 126 00:10:12,160 --> 00:10:16,560 wykorzystania informacji fenotypowej, tak jak w klasycznych bazujących na 127 00:10:16,560 --> 00:10:21,200 fenotypie metodach oceny wartości hodowlanej z dodatkową informacją 128 00:10:21,400 --> 00:10:24,840 dostarczaną przez markery genetyczne. 129 00:10:25,040 --> 00:10:29,480 W ostatnich latach coraz popularniejsze stają się badania nad wykorzystaniem 130 00:10:29,680 --> 00:10:36,320 polimorfizmu pojedynczych nukleotydów, czyli SNP jako źródła informacji o wartości 131 00:10:36,520 --> 00:10:39,200 hodowlanej zwierząt. 132 00:10:39,400 --> 00:10:43,840 W przeciwieństwie do szacowania wartości hodowlanej z efektem QTL w modelu 133 00:10:43,840 --> 00:10:49,280 mieszanym, gdzie identyfikacja lokalizacji QTL wymaga przeprowadzenia testu 134 00:10:49,480 --> 00:10:55,080 istotności, selekcja z wykorzystaniem markerów wykorzystująca SNP 135 00:10:55,280 --> 00:11:00,880 polega na jednocześnie z tej estimacji efektów wszystkich SNP lub haplotypów 136 00:11:01,080 --> 00:11:05,120 SNP bez konieczności testowania ich istotności. 137 00:11:05,320 --> 00:11:11,120 W badaniach tych zakłada się, że markery typu SNP będą jedynym źródłem 138 00:11:11,160 --> 00:11:14,000 informacji o wartości hodowlanej zwierząt. 139 00:11:14,200 --> 00:11:19,680 Zbędne stanie się gromadzenie informacji fenotypowych, dzięki czemu możliwe będzie 140 00:11:19,880 --> 00:11:25,000 uzyskanie dokładnej oceny wartości hodowlanej dla bardzo młodych osobników 141 00:11:25,200 --> 00:11:27,080 bezpośrednio po urodzeniu. 142 00:11:27,280 --> 00:11:33,320 Pozwoli to na znaczne skrócenie odstępu pokoleń, przyspieszenie postępu hodowlanego 143 00:11:33,520 --> 00:11:37,280 i ograniczenie kosztów oceny wartości hodowlanej. 144 00:11:37,440 --> 00:11:42,120 Dzięki możliwościom, jakie stwarza technologia mikromacierzy SNP, 145 00:11:42,320 --> 00:11:47,520 możliwe jest szybkie genotypowanie setek tysięcy loci SNP. 146 00:11:47,720 --> 00:11:52,720 Z ogromnej liczby poznanych SNP wybierane są te najbardziej informatywne, 147 00:11:52,920 --> 00:11:58,280 określane jako tak SNP, następnie ustalane są najbardziej prawdopodobne 148 00:11:58,480 --> 00:12:03,520 frekwencje haplotypów SNP, po czym poszukiwane są związki pomiędzy 149 00:12:03,560 --> 00:12:10,920 haplotypami SNP a cechami, których wartości hodowlane mają być szacowane. 150 00:12:11,120 --> 00:12:17,800 Po oszacowaniu efektów haplotypów zakłada się, że efekty haplotypów nie są 151 00:12:18,000 --> 00:12:22,200 osobniczo specyficzne, ale są takie same dla całej populacji. 152 00:12:22,400 --> 00:12:28,400 Wartość hodowlaną, zwaną genomową wartością hodowlaną, szacuje się jako sumę 153 00:12:28,480 --> 00:12:34,200 estimowanych efektów haplotypów SNP charakterystycznych dla danego gatunku 154 00:12:34,400 --> 00:12:40,120 lub dla danego osobnika. Zakłada się, że efekty haplotypów SNP 155 00:12:40,320 --> 00:12:46,600 sumują się, a oddziaływania epistatyczne między loci SNP nie występują. 156 00:12:46,800 --> 00:12:52,160 Szacowanie genomowej wartości hodowlanej można przeprowadzić w tym przypadku metodą 157 00:12:52,240 --> 00:12:58,480 BLUB, prowadzając do modelu liniowego losowy efekt haplotypów. 158 00:12:58,680 --> 00:13:04,000 Polimorfiz markerów genetycznych jest wykorzystywany w badaniach nad odpornością, 159 00:13:04,200 --> 00:13:08,080 podatnością zwierząt na różne choroby i zaburzenia genetyczne. 160 00:13:08,280 --> 00:13:10,480 Dzięki czemu nosiciele niekorzystnych 161 00:13:10,680 --> 00:13:15,160 allelii mogą być wykrywani, zanim wystąpią objawy chorobowe. 162 00:13:15,360 --> 00:13:17,920 Szczególne znaczenie mają badania 163 00:13:18,040 --> 00:13:24,000 związku pomiędzy antygenami lub genami głównego kompleksu zgodności tkankowej, 164 00:13:24,200 --> 00:13:29,040 a występowaniem chorób, zwłaszcza chorób infekcyjnych. 165 00:13:29,240 --> 00:13:34,640 Markery genetyczne są także niezwykle przydatne w szacowaniu stopnia zinbredowania, 166 00:13:34,840 --> 00:13:39,280 czyli homozygotyczności poszczególnych populacji lub linii hodowlanych, 167 00:13:39,480 --> 00:13:44,800 w analizie podobieństw i różnic między populacjami oraz w ustalaniu dystansu 168 00:13:44,800 --> 00:13:49,800 genetycznego między innymi. Szacowanie dystansu genetycznego i wybór ras, 169 00:13:50,000 --> 00:13:55,040 które cechuje duża zmienność genetyczna, służy zachowaniu bioróżnorodności 170 00:13:55,240 --> 00:13:59,400 zwierząt gospodarskich. Z kolei ocena zmienności genetycznej 171 00:13:59,600 --> 00:14:02,480 między populacjami lub liniami hodowlanymi 172 00:14:02,680 --> 00:14:07,880 ułatwia wybór optymalnego wariantu krzyżowania, a w krzyżowaniu towarowym 173 00:14:08,080 --> 00:14:13,800 uzyskanie maksymalnego efektu heterozli, ujawniającego się głównie zwiększeniem 174 00:14:13,800 --> 00:14:18,600 wydajności cech użytkowych zwierząt. Charakterystyka wybranych markerów 175 00:14:18,800 --> 00:14:24,320 genetycznych pozwala śledzić wpływ pracy selekcyjnej na strukturę genetyczną 176 00:14:24,520 --> 00:14:30,200 danej populacji, jak określone geny ulegają eliminacji równolegle z 177 00:14:30,400 --> 00:14:35,720 eliminacją cech niekorzystnych z punktu widzenia hodowliń. 178 00:14:35,920 --> 00:14:37,520 Dziękuję bardzo za uwagę.