Markery genetyczne w hodowli zwierząt

Co nazywamy markerem genetycznym? To cechy jakościowe organizmu, które podlegają dziedziczeniu według praw Mendla i które można identyfikować metodami analitycznymi.

Ewolucja markerów genetycznych    a. Markery fenotypowe    b. Grupy krwi     c. Polimorfizm markerów biochemicznych     d. RFLP (Polimorfizm Długości Fragmentów Restrykcyjnych)     e. VNTR (Markery minisatelitarne)     f. STR (Markery mikrosatelitarne)     g. SNPs (Polimorfizm Pojedynczych Nukleotydów) 1960 1970 1980 1990 2000

Clasyfikacja markerów genetycznych: Część-I: Rodzaj I markerów genetycznych Część-II: Rodzaj II markerów genetycznych 1.1 Geny candidujące 1.2 Geny candidujące związane z cechami Użytkowości zwierząt 1.3 Użytek genów candidujących w praktyce hodowli zwierząt 2.1 Markery QTL 2.2 Markery QTL sprzężone z cechami użytkowymi Integracja rodajów I i II markerów genytycznych w Genomice zwierząt

Co to jest gen kandydujący ? Geny o znanej biologicznej funkcji, uczestniczące w przebiegu głównych procesów biochemicznych i fizjologicznych, potencjalnie związane z określonymi cechami zwierząt. Przykłady: receptor hormonu wzrostu (bydło mleczne), Insulinopodobny czynnik wzrostu (świnie)

Płodność i reprodukcja Behawior Cechy pokrojowe Cechy użytkowe (Wybrane gatunki zwierząt gospodarskich) Cechy produkcyjne Cechy zdrowotne Wzrost Płodność i reprodukcja Behawior Cechy pokrojowe

Wybrane cechy użytkowe u bydła Cechy użytkowości mlecznej Cechy zdrowotne Cechy użytkowości mięsnej Płodność i reprodukcja Wydajność mleczna Wydajność tłuszczu Wydajność białka Zawartość tłuszczu Zawartość białka LKS Kliniczny stan mastitis Odporność na choroby Odporność na pasożyty Średnia masa ciała Masa poubojowa Masa ciała przy urodzeniu Masa ciała przy odsadzeniu Masa roczna   Średni przyrost dzienny Stosunek tłuszczu do mięśni Kruchość mięsa Marmurko- -watość mięsa Powierzchnia mięśnia najdłuższego grzbietu Zawartość kwasu stearynowego Wskaźnik owulacji Jakość nasienia Wiek w okresie dojrzewania płciowego Łatwość porodów

Wybrane funkcjonalne geny kandydujące cech użytkowych u bydła Cechy użytkowości mlecznej Cechy użytkowości mięsnej Cechy zdrowotne Płodność i reprodukcja Acyl CoA acylotranferaza diacylglycerolowa 1 (DGAT1-K232A) Grisart et al.. 2002 Receptor hormonu wzrostu (GHR F279Y) Blott et al.. 2003 Białko FAM13A1 Cohen et al. 2004 Białko oporności na raka sutka (BCRP/ABCG2) Cohen-zinder et al. 2005 Podjednostka alfa 1 ko-aktywatora receptora gamma aktywującego proliferacje peroksysomów (PPARGC1A) Weikard et al. 2005 Osteopontyna Schnabel et al. 2005 Utlenowany niskocząsteczkowy receptor lipoprotein (OLR1) Khatib et al. 2006 Miostatyna (MSTN, GDF-8) Grobet et al. 1997 Tyroglobulina 5 (TG5) Thaller et al. 2003 Kalpastatyna (CAST) Schenkel et al. 2006 µ Kalpaina (CAPN-1) Casas et al. 2006 Czynniki miogeniczne (Rodzina genów MYF) Maak et al. 2006 Osteopontyna (SPP1) Allan et al. 2006 Czynnik stymulujący osteoklasty (OSTF1) Schwerin et al. 2003 Receptor urokinazy aktywującej plazminogen (PLAUR) Kinaza białkowa DNA zależna (PRKDC) Osteopontyna (SPP1 ) Allan et al. 2006

Wybrane funkcjonalne geny kandydujące cech użytkowych u świń Cechy użytkowości mięsnej Płodność i reprodukcja Jakość mięsa Cechy zdrowotne Mucyna 4 (MUC4) Jorgensen et al. 2004 Białko C-reaktywne (CRP) Chomdej et al. 2004 Beta 1,3-galaktozylo-transferaza (B3GALT) (Python et al. 2005) Białko wiążące retinol 4 (RBP4) Rothschild et al. 2000 Receptor hormonu uwalniajacego gonadotropinę (GNRHR) Jiang et al. 2001 Hormon stymulujący wzrost pęcherzyka (FSHB) Du et al. 2002 Fukozyltransferaza 1 (FUT1) Horak et al. 2005 Receptor erytropoetyny (EPOR) Vallet et al. 2005 Podjednostka gamma kinazy białkowej aktywowanej przez AMP (PRKAG3) Ciobanu et al. 2001 Receptor melanokortyny4 (MC4R) Bruun et al. 2006 Receptor melanokortyny 1 (MC1R) Kijas et al.. 1998, 2001 Leptyna (LEP) i receptor leptyny (LEPR) Ovilo et al. 2005 Insulinopodobny czynnik wzrostu_2 (IGF2-G3072A) Van Laere et al. 2003, Estelle et al. 2006 Receptor rianodyny (Ryr1 -Arg615Cys) Balog et al. 2001 Desaturaza stearoylo- CoA (SCD) Doran et al. 2006

Użytek genów candidujących w praktyce hodowli zwierząt Formy ekspresji genów Mapowanie LE i LD QTL Zróżnicowana ekspresja genów (eksprecyjne QTLs) e-QTLs Analiza sprzężeń QTH Strategie detekcji funkcjonalnych genów kandydujących (cech użytkowych zwierząt) Klonowanie pozycyjne regionu QTL Mapownie porównawcze Anotacja sekwencji całego genomu Szlaki metaboliczne Podejście do odkrywania genów kandydujących In silico

Mikromacierze cDNA oraz long oligo DNA chip Mapowanie LE i LD Formy ekspresji genów STR Mikromacierze cDNA oraz long oligo DNA chip ESTs, c-DNA-AFLP SAGE SNP Illumina SNP chip Molekularne metody detekcji funkcjonalnych genów kandydujących (cech użytkowych zwierząt) AFLP, cDNA-AFLP RFLP, SSCP, DGGE, Sekwencjonowanie DNA Bioinformatyczna analiza baz danych Detekcja genów kandydujących In silico

Identyfikacja zróżnicowanej ekspresji genów Jakie geny ulegają ekspresji w mięśniach jasnych a jakie w mięśniach czerwonych? Źrodło: Bai et al. 2003 Mięsień brzuchaty łydki (czerwony) Mięsień najdłuższy grzbietu (biały) Eksperyment z wykorzystaniem mikromacierzy :Analiza profilu ekspresji genów związanych z jakością mięsa Izolacja mRNA Synteza cDNA i znakowanie Hybrydyzacja do mikromacierzy Skanowanie mikromacierzy Identyfikacja zróżnicowanej ekspresji genów Analiza bazy danych

Rodzaj II markerów genetycznych 2.1 Markery QTL 2.2 Markery QTL sprzężone z cechami użytkowymi

Markery QTL Loci cech ilościowych (QTL ang. - quantitative trait locus) są regionami chromosomowego DNA wykazującymi związki z poszczególnymi cechami fenotypowymi (hipotetycznymi genami kształtującymi zmienność cech ilościowych) Do identyfikacji regionów QTL wykorzystuje się markery sprzężone z QTL (najczęściej markery mikrosatelitarne) Markery QTLs docelowo prowadzą do wykrycia genów kandydujących, wpływających na daną cechę. Zidentyfikowane regiony QTL można sekwencjonować a uzyskane sekwencje porównać z sekwencjami genów gatunków pokrewnych lub modelowych o znanych funkcjach i ostatecznie identyfikować QTL – czyli mutacje sprawcze kształtujące zmienność cech ilościowych (produkcyjnych).

Markery QTL sprzężone z cechami użytkowymi u zwierząt gospodarskich Źródło: Baza danych QTL http://www.animalgenome.org/QTLdb/ Liczba zidentyfikowanych QTLs wykazujących związek z cechami użytkowymi u zwierząt gospodarskich Wybrane cechy Liczba QTL Wydajność tłuszczu 93 271 Wydajność białka 112 Wydajność mleczna 66 Wzrost 186 Jakość mięsa 54 Płodność 43 Mastitis 39 Gatunek Łączna liczba QTL 630 1287 657 Wybrane cechy Liczba QTL Cechy pokrojowe 423 Otłuszczenie 318 Wzrost 187 Skład tłuszczu 40 Wybrane cechy Liczba QTL Wzrost 345 Jakość jaj 101 Behawior 45 Odporność na choroby 87

Użytek markerów genetycznych w praktyce hodowli zwierząt Markery genomiki funkcjonalnej (Markery- I Rodzaj) klasyczny markery genetyczne (Markery- II Rodzaj) Selekcja wspomagana markerami (MAS) Selekcja wspomagana genami (GAS) Identyfikacja na podstawie markerów QTL sprzężonych z cechami użytkowymi w genomie zwierząt Identifikacja na podstawie clonowanie pozycyjne regionów QTL oraz przyczynowa zmienność sekwencji QTN (SNPs) w obrębie genów kandydujących u zwierząt gospodarskich

Analiza ekspresji genów Integracja markerów genetycanych (rodaje I oraz II) w genomice zwierząt gospodarskich Analiza ekspresji genów Mapowanie markerów genetycznych Analiza na podstawie sekwencji DNA i danych bioinformatycznych Pozytywny efekt ekspresji genów Zachodzenie genów na siebie Integracja genetyki klasycznej (analiza QTL) i genomiki funkcjonalnej (analiza ekspresji genów) u zwierząt gospodarskich

Kompleksy biologiczne Integracja markerów genetycanych (rodaje I oraz II) w genomice zwierząt gospodarskich ---podsumowanie Kompleksy biologiczne Zrozumienie genomu Funkcje genomu Sekwencjono-wanie genomu Mapowanie genomu Poznanie szlaków metabolicznych Interaktomika Cechy uwarunkowane poligenowo e QTL Współregulacja Oznaczenie funkcji genu: Porównywanie sekwencji Transkryptomika Proteomika Oznaczenie pozycji genu: Mapowanie genetyczne Mapowanie fizyczne Mapowanie porównawcze Mapowanie regionów pQTL Wymogi bioinformatyczne