Fenotyp zwierząt: bez miary, wagi i ultrasonografu Maciej Szydłowski 2007

Wykorzystanie fenotypów w hodowli: bydło mleczne Świat: 1-61 cech, średnio 31 Bezpośrednie mniejszość np. wydajność mleczna Pośrednie większość skorelowane ze zdrowiem, płodnością i kosztami utrzymania np. 16 cech typu i budowy Mark 2004 J Dairy Sci. 87: 2641-2652

Problemy oceny fenotypów Drogie w pomiarze: np. próbne udoje Pracochłonne w pomiarze: np. zawartość mięsa w tuszy Wymagają doświadczenia, np. cechy budowy

Problemy oceny fenotypów – c.d. Niektóre cechy mierzalne po śmierci lub pod koniec życia Cechy mierzone w różnych warunkach i przez różne osoby Brak standardów międzynarodowych utrudnia wymianę materiału hodowlanego

Ekspresja genów Poziom RNA Białko RNA DNA Gen różny dla różnych genów różny w poszczególnych tkankach Białko RNA DNA Gen

Mikromacierz Pozwala określić poziom ekspresji większości genów osobnika kura 28 tys. genów bydło 23 tys. genów świnia 20 tys. genów pies 20 tys. genów Mikromacierz firmy Affymetrix Uwaga! Ekspresja jest mierzona tylko w pewnym zakresie

Poziom RNA przypomina zwykłą cechę produkcyjną zmienny w czasie zmienny między osobnikami częściowo odziedziczalny

Genetyczna determinacja poziomu RNA Poziom RNA pojedynczego genu zależy od wielu genów. Białko Regulacja przez produkty odległych genów Autoregulacja RNA Regulacja lokalna Ekspresja DNA Regulator Gen

Genetyczna determinacja poziomu RNA „Gorące miejsca” regulacji poziomu RNA Liczba powiązań z ekspresją różnych genów Większość części genomu reguluje ekspresję kilku różnych RNA Genom (w 611 częściach) Rockman i Kruglyak 2006 Nature Reviews Genetics 7: 862-872

Poziom RNA podlega wpływom środowiska Badania kanadyjskie: 100 jałówek 2 grupy: żywione normalnie i głodzone przez 24h Wynik: 66 genów o bardzo różnej ekspresji  inhibitory i transport kwasów tłuszczowych  odpowiedź immunologiczna  synteza cholesterolu Doelman i wsp. 2007 JDS 90, sup 1: 85

Determinacja poziomu RNA cecha poligeniczna odziedziczalność: 0-100%, średnia 0,2 nieliczne geny główne wyjaśniają co najwyżej 25% zmienności obecność dominacji i epistazy zazwyczaj duży efekt środowiska Dixon i wsp. 2007 Nature Genetics 39,10:1202-1207

z cechami produkcyjnymi Poziom RNA ma związek z cechami produkcyjnymi Badania hiszpańskie: 370 wieprzków duroc po 5 knurach Tłuszcz śródmięśniowy, skład kwasów tłuszczowych w mięśniach Wynik: 1007 genów o ekspresji powiązanej z cechami otłuszczenia czynniki transkrypcyjne metabolizm tłuszczu dojrzewanie mRNA Także ważne w mapowaniu genów! Canovas i wsp. 2007 JAS 85, sup 1: 14

Profil ekspresji genów Wykorzystanie ekspresji genów w hodowli Profil ekspresji genów Zestaw obserwacji poziomu wielu tysięcy różnych sekwencji RNA osobnika Etap 2 Przewidywanie Etap 1 Drążenie danych odkrywa w danych wzorce przydatne w predykcji Ważne cechy zwierzęcia

Porównanie Doskonalenie długowieczności krów Tradycyjna metoda 16 cech typu i budowy duży wpływ klasyfikatora pomiar wieku dorosłym Nowe podejście poziom 23 000 różnych sekwencji RNA pomiar obiektywny pomiar już u cielęcia

Wykorzystanie ekspresji genów w hodowli Eliminacja potrzeby pomiaru wielu cech zmniejszenie kosztów obiektywizm oceny Wczesna ocena zwierząt zmniejszenie odstępu pokoleń buhajki-bracia mają różną ocenę Spokrewnienie na podstawie ekspresji genów zamiast rodowodu wszystkie osobniki będą spokrewnione zwiększenie dokładności oceny

Porównanie z selekcją na podstawie genomu Selekcja na podstawie genomu wykorzystuje informacje o polimorfizmie DNA zwierząt w całym obszarze genomu Ominięcie wielu informacji nieistotnych część polimorfizmu DNA nie ma znaczenia (która?) Więcej informacji istotnych RNA matki pomiary można powtarzać (genotyp jest stały) Wykorzystanie sprawdzonych metod statystycznych oceny wartości hodowlanej na podstawie cech ciągłych

Porównanie z selekcją na podstawie genomu Poziom RNA może odzwierciedlać zmienność liczby kopii regionów DNA Zmienność liczby kopii (CNV) duże fragmenty DNA (10 tys-5 mln pz) znanych ok. 2000 fragmentów u człowieka liczba kopii 0-5 zamiast dwóch (od ojca i matki) fragmenty obejmują geny kształtujące system immunologiczny, rozwój mózgu i aktywność Niektóre choroby (np malaria) powiązane z CNV Poziom ekspresji RNA powiązany z: SNP 83,6% CVN 17,7% Stranger i wsp. 2007 Science 9: 845-853

Porównanie z selekcją na podstawie genomu RNA może odzwierciedlać pewne mechanizmy epigenetyczne Doświadczenia szwedzkie kury Leghorn wykazały zmniejszoną umiejętność uczenia się i inną ekspresję genów w odpowiedzi na stres zmiana ta została przeniesiona następnemu pokoleniu Lindqvist i wsp. 2007 PloS ONE

Wizja przyszłości Biorczynie Hodowla zygot in vitro Mejoza in vitro Gamety Klonowanie Selekcja Profil ekspresji genów Zapłodnienie in vitro Nowe kombinacje genów

Podsumowanie Mikromacierze dostarczają nową klasę cech ilościowych zwierząt (poziom RNA) Poziom RNA ma związek z cechami ważnymi dla hodowli Istnieje możliwość ich wykorzystania w selekcji pośredniej (to wymaga potwierdzenia) Czy profil RNA zarodka ma związek ze produkcyjnością, reprodukcją i zdrowiem osobnika dorosłego?