پتانسیل ها و چالش های انتخاب ژنومی در دام سبک
رستم عبداللهی |
۰۷ تیر ۱۳۹۶

بکارگیری انتخاب ژنومی در صنعت گاو شیری کاملا عملی و مورد قبول صنعت واقع شده است با این وجود در بکارگیری انتخاب ژنومی برای صنعت دام سبک مانند بز و گوسفند و همچنین گونه های دامی دیگر مانند شتر، گاومیش و طیور هنوز جای اما و اگر وجود دارد. در ژانویه ۲۰۱۶، جلد ششم مجله Animal frontiers  از برترین متخصصان در تحقیقات ژنومی مرتبط با گونه های مختلف دعوت کرد تا در مورد بکارگیری انتخاب ژنومی در گونه های مختلف دامی از طیور گرفته، سگ، اسب، گوسفند، بز، ماهی و … مقاله مروری بنویسند و چالش ها و فرصت های بکارگیری انتخاب ژنومی را تشریح کنند ( https://www.animalsciencepublications.org/publications/af/tocs/6/1). در همین راستا  یکی از دوستان گرامی به نام آقای مهندس رستم پهلوان زحمت کشیدند مقالات مرتبط با چالش های بکارگیری انتخاب ژنومی در گوسفند و بز را مطالعه کردند و خلاصه ای از آنها را در اختیار بنده برای پست در وبلاگ بگذارم. امیدوارم که مورد توجه شما قرار گیرد.

پتانسیل ها و چالش های انتخاب ژنومی در دام سبک

بر اساس آمارها جمعیت جهان در حال افزایش و منابع در حال کاهش است. به منظور تامین نیاز خوراکی این جمعیت در حال افزایش نیاز به افزایش راندمان تولیدات دامی و بهره وری به ازای هر راس مولد در هر یک از گونه های دامی از جمله گوسفند و بز می باشد. لذا جهت بهبود صفات اقتصادی در راستای افزایش تولید، پیشرفت ژنتیکی سریع تر از طریق به کارگیری روش های جدید اصلاح نژادی نظیر انتخاب ژنومی  و تکنیک های تولیدمثل می تواند راه گشا باشد. انتخاب ژنومی در حقیقت، استفاده از معادلات پیش بینی اقتباس شده از یک جمعیت پایه (مرجع) به اندازه کافی بزرگ دارای اطلاعات فنوتیپ و ژنوتیپ به منظور برآورد شایستگی ژنتیکی افراد کاندیدای انتخاب است که از آنها رکورد فنوتیپی موجود نمی باشد و فقط دارای اطلاعات تعیین ژنوتیپ هستند.

مطالعات ژنومی در دام سبک با تولید و توسعه چیپ (تراشه) ۵۰k گوسفند در سال ۲۰۰۹ شروع و توسعه آن در سال های اخیر با تولید چیپ های متراکم گوسفندی و بزی سرعت بیشتری یافته که این امر به نوبه خود افق جدیدی در برنامه های اصلاح نژاد دام سبک است.

پتانسیل انتخاب ژنومی در اصلاح نژاد دام سبک:

انتخاب ژنومی می تواند با تغییر در اجزای معادله کلیدی اصلاح نژاد سبب پیشرفت و بهبود ژنتیکی صفات اقتصادی شود، به شرح ذیل:

– در یکسری از صفات، به طور همزمان با کاهش فاصله نسل، (امکان ارزیابی و انتخاب افراد کاندیدا در سنین کمتر)، افزایش صحت (در مقایسه با صحت انتخاب بر مبنای میانگین والدین و بدون اطلاعات ژنومی) و افزایش شدت انتخاب. از جمله صفاتی که:

–         در سنین بالاتر و اغلب پس از سن تولیدمثل قابل اندازه گیری اند : وزن بلوغ ؛ تولید پشم در زمان بلوغ و…

–         وراثت پذیری آنها کم است و بهبود ژنتیکی آنها از طریق روش معمول (بدون اطلاعات ژنومی) زمانبر است: سازگاری و مقاومت در مقابل شرایط محیطی

–         بر روی دام قابل اندازه گیری نمی باشند و اغلب پس از ذبح دام (و بر وری خویشاوندان) رکورد برداری می شوند: ترکیب لاشه (عمدتاً نژادهای گوشتی)

–         وابسته به جنس می باشند و ارزیابی معمول این صفات از طریق آزمون نتاج زمان بر و پرهزینه می باشد: صفات تولید شیر (عمدتاً نژادهای شیری) و صفات تولید مثل.

– بعضی از صفات با اهمیت اقتصادی نظیر وزن بدن در هر دو جنس و قبل از رسیدن به سن تولیدمثلی در کاندیدای انتخاب قابل اندازه گیری اند و به نظر می رسد که انتخاب ژنومی برتری زیادی حاصل نمی نماید. در حالیکه با ترکیب و استفاده از اطلاعات ژنومی در حضور تعداد محدودی رکورد فنوتیپی، می توان افراد را در سنین اولیه بروز صفت، با صحت بیشتر  و شدت بالاتر نسبت به روش معمول (بدون اطلاعات ژنومی)، انتخاب نمود.

– انتخاب ژنومی برای ارزیابی مستقیم و بهبود صفات جدید (novel traits) در دام سبک از جمله ترکیب شیمیایی، طعم گوشت،  بازدهی خوراک (feed efficiency) ، دفع متان (methane emission) و غیره که به طور معمول به دلیل پر هزینه و مشکل بودن، رکوردگیری نمی شوند یک فرصت است. در حال حاضر انتخاب ژنومی در گوسفند و بز در کشورهای نیوزیلند (گوسفند) ، استرالیا (گوسفند) ، فرانسه (گوسفند و بز شیری) و انگلستان (بز شیری) در غالب تحقیق و توسعه به مرحله اجرا رسیده است.

چالشهای انتخاب ژنومی در اصلاح نژاد دام سبک:

۱)       مشکل تشکیل یک جمعیت مرجع به اندازه کافی بزرگ:

–     تعداد زیاد نژادها، توده نژاد و آمیخته های آنها با اهداف اصلاح نژادی متفاوت سبب می شود، جمعیت ها بسیار مجزا و در بعضی موارد جمعیت کم و محدود باشد. همچنین اثرات نشانگری و معادلات پیش بینی که در یک نژاد برآورد می شوند، به علت تفاوت و عدم تداوم فاز LD بین نژادها و آمیخته ها، قابل استفاده در نژاد دیگر نیست.

–         تعداد بسیار کم مولد نر آزمون نتاج شده (پروف) و دارای اطلاعات فنوتیپ و ژنوتیپ با صحت بالا برای تشکیل جمعیت مرجع

–         محیط ها و روش های پرورشی مختلف (اثر متقابل ژنتیک و محیط) و فقدان ارزیابی های بین المللی

–         استفاده محدود از تلقیح مصنوعی و ارتباط ژنتیکی و روابط خویشاوندی کم افراد جمعیت مرجع با جمعیت های تایید و کاندیدای انتخاب

–         افزیش صحت روش اجرایی چند مرحله ای انتخاب ژنومی در مواردی که جمعیت مرجع کوچک است، خیلی جزئی می باشد

۲)       ارزش اقتصادی

–         سرمایه گذاری عمده و شرکت های تجاری سرمایه گذار در این بخش (پرورش دام سبک) محدود است.

–      هزینه بالای تعیین ژنوتیپ و ارزیابی ژنومی در مقابل ارزش حیوانات اصلاح شده و در نتیجه عدم تمایل به سرمایه گذاری و در صورت سرمایه گذاری بخش خصوصی، عدم تضمین در بازگشت سرمایه

–     فاصله نسل نسبتاً کوتاه و محدودیت فیزیولوژیکی سن تولیدمثل مانع تاثیر حداکثر انتخاب ژنومی در پیشرفت ژنتیکی و اقتصادی تر شدن (پذیرش) آن در مقایسه با روش معمول انتخاب می شود.

به منظور رفع این چالش ها راهکارهای مختلفی پیشنهاد شده که عبارتند از:

–         افزایش اندازه جمعیت های مرجع در طول زمان

–         افزودن داده های ژنوتیپی و استفاده از  چیپ های متراکم تر، توالی یابی کل ژنوم (افراد موثر) و روش های بیزی، غیر خطی و غیرپارامتری

–     ارزیابی ژنومی یک مرحله ای و تشکیل یک جمعیت مرجع چند نژادی و بین نژادی و در صورت امکان و وجود ارتباط ژنتیکی، تشکیل جمعیت مرجع بر یک پایه بین المللی به خصوص در مورد اندازه گیری و بهبود ژنتیکی صفات جدید

–     تعیین ژنوتیپ افراد جمعیت مرجع با چیپ های متراکم تر و تعیین ژنوتیپ افراد کاندیدا با چیپ های کم تراکم و ایمپیوت کردن اطلاعات آنها به اطلاعات چیپ های متراکم تر یا اطلاعات توالی کل ژن

نتیجه گیری:

انتخاب ژنومی، علیرغم رسیدن به بلوغ و استفاده تجاری در صنعت گاو شیری در گونه های دیگر از جمله گوسفند و بز  به عنوان یک فرصت ، در حال بررسی و طی مراحل بلوغ می باشد.

منابع:

 

–          Auvray, B.,  J.C. McEwan,  S.-A.N. Newman,  M. Lee, and K.G. Dodds. 2014. Genomic prediction of breeding values in the New Zealand sheep industry using a 50K SNP chip. J. Anim. Sci. 92(10):4375–۴۳۸۹

–          Daetwyler, H. D., Swan, A. A., van der Werf, J. H., & Hayes, B. J. 2012. Accuracy of pedigree and genomic predictions of carcass and novel meat quality traits in multi-breed sheep data assessed by cross-validation. Genetics Selection Evolution, 44(1), 1-11.

–           Hayes, B. J., Lewin, H. A., & Goddard, M. E. 2013. The future of livestock breeding: genomic selection for efficiency, reduced emissions intensity, and adaptation. Trends in Genetics۲۹(۴), ۲۰۶-۲۱۴٫

–          Rupp, R., Mucha, S., Larroque, H., McEwan, J., & Conington, J. 2016. Genomic application in sheep and goat breeding. Animal Frontiers۶(۱): ۳۹-۴۴٫

 
avatar