Научная составляющая проекта

Проект Лота №1 на ОКР (мероприятие 2.2)

Предоставление сведений для заседания Рабочей группы «Живые системы»

ОАО «Корпорация «Развитие»

Белгородская область

Лисов Сергей Васильевич

+7 903 7908047

эл. адрес: sl@rmzd.ru

Тип лота – комплексный

объем средств бюджета: 205 млн. руб.

Тема

«Разработка и организация опытного производства тест системы для геномной селекции в промышленном свиноводстве».

Актуальность проекта.

Эффективность промышленного производства свинины, во многом, определяется результативностью системы племенной работы, ключевым элементом которой является точность оценки племенной ценности свиней. Племенная ценность – это способность передачи уровня развития хозяйственно-полезных признаков потомству. Все современные зарубежные технологии селекции свиней базируются сегодня на оценке с помощью статистических методов не поддающейся измерению генетической предрасположенности к определенной продуктивности (= племенная ценность) на основе непосредственно измеряемой собственной продуктивности животного и его родственников (= фенотип).

Усилия ведущих зарубежных компаний два последних десятилетия были направлены на разработку и совершенствование методов, позволяющих как можно с более высокой точностью оценивать генетический потенциал животных. Эта задача была решена созданием так называемой «animal model», позволяющей вычленять из фенотипической изменчивости хозяйственно-полезных признаков их генетическую составляющую. Сегодня такая стратегия оценки племенной ценности свиней реализуется во всех ведущих компаниях – производителях племенного материала, в том числе поставляющих племенных свиней в Россию (Hypor иTopigs, Голландия, DanBred, Дания, Hermitage, Ирландия, France Hybrid и Cooperl, Франция, PIC, Великобритания и ряд других).

Принимая во внимание, что племенная ценность животного состоит из (1) племенной ценности предков (родителей, прародителей и т.п.), а так же его боковых родственников (сибсов и полусибсов); (2) отклонения в продуктивности самого животного, скорректированного на влияние условий среды; (3) средней скорректированной племенной ценности потомства, точные значения племенной ценности могут быть получены только после получения достаточного числа потомства.

Точность оценки племенной ценности определяет эффективность всей последующей цепочки промышленного производства свинины, поэтому такая информация является стратегически важной, как для частных компаний (смотри примеры выше), так и для организаций, контролирующих национальные племенные нуклеусы свиней (например, NSR в США, CCSI в Канаде и т.п.). Владея полной информацией о племенной ценности всех животных стада уже на этапе подбора пар и рождения, зарубежные компании могут использовать эту информацию для поставки на экспорт генетически не лучших животных. Такие животные, лишившись необходимой «жесткости» отбора по продуктивным показателям, обусловленной отсутствием системы оценки племенной ценности (что происходит в подавляющем большинстве российских компаний, закупивших импортный племенной материал), через 2-3 поколения теряют свои ценные качества. Относительные неудачи в создании отечественных линий свиней, в полной мере отвечающих требованиям современного рынка (свиньи с хорошими воспроизводительными качествами (25-28 деловых поросят от одной свиноматки в год), высокой скороспелостью (возраст достижения массы 100 кг – 150-160 дней) и конверсией корма (1,8-2,4 кг на 1 кг прироста), хорошим качеством туш (толщина шпика менее 15 мм, выход постного мяса - более 65%)) так же обусловлены несовершенными методами оценки племенной ценности, применяемыми в подавляющем большинстве свиноводческих предприятий России.

Таким образом, разработка приемов, направленных на повышение точности оценки племенной ценности животных, является ключевым элементом эффективного производства свинины в Российской Федерации, как следствие, продовольственной независимости страны.

Развитие современных технологий и инструментального обеспечения для проведения ДНК-анализа обусловило возможность модернизации системы племенной работы и перевода ее на качественно новый уровень за счет разработки и внедрения в программы селекционно-племенной работы методов геномной селекции, суть которой заключается в использовании в оценке свиней молекулярно-генетической информации о полиморфизмах единичных нуклеотидов (SNP), связанных с проявлением уровня развития хозяйственно полезных признаков.

Окончание расшифровки генома свиньи (http://piggenome.org/) позволило выявить однонуклеотидные полиморфизмы свиньи с частотами минорного аллеля более 3% в основных породах и создать высокоплотную микроматрицу ДНК для быстрого и относительно дешевого определения значения данных SNP у индивидуальных животных. Компания Иллюмина предлагает использовать в племенной работе микроматрицы PorcineSNP60 BeadChip, с помощью которых можно определить генотипы не менее 55 тысяч однонуклеотидных полиморфизмов у одного животного. При проведении ассоциативного исследования генотипируется ДНК, выделенная из тысяч животных с различными фенотипическими и племенными показателями (толщина шпига, BLUP индекс, способность передавать потомству полезные качества и т.д.). Целью такого исследования является определение координат отдельных однонуклеотидных полиморфизмов или их гаплотипов, которые статистически значимо корелируют с тем или иным признаком животного. Результатом подобных (к примеру, Fan et al, Genome-wide association study identifies Loci for body composition and structural soundness traits in pigs.PLoSOne. 2011,6(2):e14726) полногеномных исследований является отбор небольшого количества однонуклеотидных маркеров, которые можно определять быстро и эффективно с помощью стандартных ПЦР методов или с использованием микроматриц ДНК низкой плотности.

О перспективах разработки тест-систем для геномной селекции свидетельствует тот факт, что целый ряд ведущих племенных компаний мира сообщили о начале подобных исследований. В апреле 2010 года вышел пресс-релиз университета штата Айова, где было сообщено о начале исследований по разработке технологии геномной селекции в США. В октябре 2010 года о начале таких исследований для датского племенного свиноводства сообщил Университет Орхуса в сотрудничестве с Датским центром исследования свиней. В апреле 2011 года об инвестировании нескольких миллионов Евро в исследования по геномной селекции сообщила компания Topigs (головной офис находится в Голландии), производящая 1100000 гибридных свиней и 6 млн. доз семени в год (база данных компании содержит сведения о фенотипических признаках 23 млн. свиней). Исследования по разработке технологии геномной селекции свиней проводятся другим крупнейшим производителем племенного материала с головным офисом в Голландии – компанией Hypor, имеющей филиалы более чем в 30-и странах мира (персональное сообщение, г. Орел, 2010 г.).

Научная составляющая проекта

Нахождение локусов, ассоциированных с племенной ценностью животного, является задачей во многом схожей с проведением полногеномного ассоциативного исследования (GWAS, GenomeWideAssociationStudy) групп здоровых и подверженных полигенному заболеванию (онкологические, сердечно-сосудистые, нейродегенератвиные) людей. Технология проведения подобных исследований является сегодня хорошо отлаженной, но трудоемкой процедурой, которая включает в себя выделение ДНК, генотипирование на высокоплотных микроматрицах ДНК и интерпретацию результатов. Ассоциированность признака с генетическим маркером оценивают методом хи-квадрат с получением вероятности ассоциации. Если достоверно ассоциированные маркеры входят в локус с высоким неравновесным сцеплением, то такой локус является прекрасным кандидатом для использования в предсказании признака. Нанесенные на микроматрицу ДНК SNP маркеры не являются причиной признака, а скорее всего,представляют из себя так называемые«пассажирские» SNP, которые в силу сцепления сопутствуют SNP, определяющему признак. В данном проекте предлагается установить гаплотипы генов, входящих в ассоциированный локус. Для этого в ДНК из не менее 250 животных с высокой племенной ценностью будут прицельно секвенированы ассоциированные локусы с использованием технологии SureSelectи секвенаторов нового поколения (технология Solexa, SOLiD, IonPGM). Аллельное фазирование позволит перейти от отдельных маркерных SNP к протяженным гаплотипам. В случае совпадения гаплотипов с генами появится возможность оценить вклад отдельных несинонимичных нуклеотидных замен в функциональные свойства кодируемых геном белков и проследить взаимосвязь с признаком. Технология определения целых гаплотипов, а не отдельных SNP является более прогрессивной, поскольку может оценить комплексное влияние SNP на локус. Научным результатом этой части проекта станет установление функции генов свиньи, находящихся в ассоциированных с признаком локусах. Вполне вероятно, что эти фундаментальные данные будут иметь и проекцию на генетику человека.

Цель выполнения работы

Исходя из выше изложенной актуальности, целью проекта является повышение эффективности промышленного производства свинины на основе внедрения геномной технологии выявления гаплотипов, ассоциированных с высокой племенной ценностью свиней по хозяйственно-полезным признакам, имеющих экономическое значение (многоплодие, показатели мясной и откормочной продуктивности и др.).

Для достижения поставленной цели будут решены следующие задачи:

1) Создание коллекции ДНК хряков-производителей в количестве не менее 3000 голов, в том числе:

· количество образцов геномной ДНК, выделенных из проб хряков с известными значениями EBV по важным хозяйственно-полезным признакам (многоплодие, среднесуточные приросты, толщина шпика и / или площадь вышечного глазка), рассчитанными, в том числе, по результатам оценки по качеству потомства, - не менее 1000;

· количество образцов геномной ДНК, выделенных из проб молодых хряков, имеющих значения EBV, рассчитанные на основании продуктивности родителей и / или собственной продуктивности - не менее 2000.,

2) Получение ДНК-профилей хряков-производителей с использованием ДНК-чипов высокой плотности (60 КPorcineSNP60 BeadChip).

3) Проведение корреляционных исследований, направленных на выявление SNP, достоверно связанных с племенной ценностью (EBV) хряков по отдельным хозяйственно-полезным признакам и по комплексу признаков.

4) Прицельное секвенирование с применением технологии Next Generation Sequencing локусов (не менее 1 м.п.н. каждый), содержащих маркерные SNP с целью нахождения ассоциированных гаплотипов у не менее, чем 250 животных.

4) Расчет влияния («веса») отдельных SNP на уровень проявления хозяйственно-полезных признаков и определение спектра селекционно-значимых SNP для использования в создании чипов низкой плотности (например, сотни SNP).

5) Разработка математических и статистических моделей для расчета достоверных значений геномной племенной ценности.

6) Разработка программного обеспечения для расчета значений геномной племенной ценности.

7) Оценка экономической эффективности использования геномной селекции в свиноводстве.

8) Налаживание опытного производства тест-систем для геномной селекции

Ожидаемый результат

Будет разработана тест-система для полногеномного анализа, внедрение которой в дополнение к традиционным методам оценки племенной ценности позволит у молодых животных, не имеющих потомства, повысить точность предсказания значений племенной ценности по отдельным признакам и / или комплексу признаков, достигнув значений коэффициента корреляции со значениями племенной ценности этих животных, оцененных, в том числе, по качеству потомства r=0,5 не менее.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: