Tuotantoeläinten jalostus ja geenitekniikka Esa Mäntysaari Professori, Biometrinen Genetiikka Biotekniikka- ja elintarviketutkimus Maa- ja elintarviketalouden tutkimus MTT
Tänään: Eläinjalostus eristyisesti tuotantoeläinjalostus Biotekniikka - Geenitekniikka jv1 Genomiikka Genomin rakenteen ja toiminnan kartoitus Genominen valinta
Dia 2 jv1 Juha Vilkki; 25.4.2009
Eläinjalostus Tuotantoeläinjalostus Seuraeläimet Työeläimet Urheilu ja harraste
Mittaukset, Tuotannon tarkkailu Talous Biologia Ekologia Etiikka Paritusohjelma JALOSTUS- TAVOITE Keinosiemennys Alkionsiirto Jalostusarvostelu Sukulaistuminen, Sukupolven väli Riski
Pohjoismainen jalostustavoite Tuotantotalous, laatu, terveys- ja hyvinvointi (ympäristö) Lypsykarja Nordic Total Merit NTM Tuotos Hedelmällisyys Syntymäindeksi Poikimaindeksi Utareterveys Muut hoidot Runko Jalkarakenne Utarerakenne Lypsettävyys Luonne Kestävyys Kasvuindeksi (maito,rasva, valkuainen) (5 eri osa-aluetta) (vasikkan omin.) (emän ominaisuus) (terveystarkkailu, maidon soluluku) Siat Lihantuotanto-ominaisuudet K-indeksi Rehunkäyttökyky Kasvukyky Teuraominaisuudet Lihanlaatuominaisuudet Porsastuotanto-ominaisuudet H-indeksi Pahnuekoko Porsimaväli Porsaskuolleisuus Rakenneominaisuudet Jalat Liikuntapisteet Nisät
Pohjoismainen jalostustavoite Tuotantotalous, laatu, terveys- ja hyvinvointi (ympäristö) Lypsykarja Siat Nordic Total Merit NTM Eläinten jalostustavoite K-indeksi käsittää Tuotos (maito,rasva, valkuainen) monipuolisesti kaikki Hedelmällisyys (5 eri osa-aluetta) taloudellisesti tärkeät ominaisuudet: Syntymäindeksi Poikimaindeksi Utareterveys Muut hoidot Runko Jalkarakenne Utarerakenne Lypsettävyys Luonne Kestävyys Kasvuindeksi Pohjoismainen jalostusprofiili (vasikkan omin.) (emän ominaisuus) (terveystarkkailu, maidon soluluku) Tuotanto Tuotelaatu Eläinten hyvinvointi Ympäristökuormitus Lihantuotanto-ominaisuudet Rehunkäyttökyky Kasvukyky Teuraominaisuudet Lihanlaatuominaisuudet Porsastuotanto-ominaisuudet H-indeksi Pahnuekoko Porsimaväli Porsaskuolleisuus Rakenneominaisuudet Jalat Liikuntapisteet Nisät
Geenitekniikka ja eläinjalostus I 1. Muuntogeeniset eläimet Tuotantoeläimet - käytännössä vaikea toteuttaa (tuotanto-ominaisuuksien takana runsaasti geenejä) - kallis menetelmä - eettiset ongelmat: eläinten hyvinvointi, ympäristöriskit, terveys - lähinnä kala (kana), Tautimallit (esim. Sika/Alzheimer); Farmaseuttinen tuotanto 2. Geenikartoitus ja merkkiavusteinen valinta 3. Genominen valinta
Geenitekniikka ja eläinjalostus II 1. Muuntogeeniset eläimet 2. Geenikartoitus ja merkkiavusteinen valinta Joko: - geeni tunnettu Tai: - vaikuttavan geenimuodon todennäköisyys voidaan ennustaa ympäröivien geenimerkkien avulla - geeni ja geenimerkki kytkentäepätasapainossa Voidaan hyödyntää: 1. Nostamassa arvosteluvarmuutta jalostusarvostelussa 2. Voidaan välttää haitallisia (letaaleja) heterotsygotteja - geenitestit 3. Geenin tunnisteena roturisteytyksissä 3. Genominen valinta
Geenien kartoitus? Tavoitteena tunnistaa jalostettaviin ominaisuuksiin vaikuttava DNA-tason muuntelu, jota voitaisiin hyödyntää merkkiavusteisessa valinnassa ja ominaisuuksien biologian ymmärtämisessä Nautatutkimuksessa optimaaliset perherakenteet (keinosiemennys > isot puolisisar-perheet) ja sukupolvien tiedot kvantitatiivisista ominaisuuksista (jälkeläisarvostelu -> jalostusarvot) isoisä pojat jälkeläisarvostelu pojantyttäret
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 SCC m tk,hh m tk r%, v% m SCC v m tk,hh m, v% r% UT hh UT SCC 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 v%, v, m, r tk r, r% UT hh v%,scc hh UT,SCC hh v% m UT, m SCC m, SCC v% 24 25 26 27 28 29 SCC v% hh m, v tk r% SCC m, v SCC m, v tk Ayrshire-lehmien perimän kartoituksessa löytyneet alueet
Hienokartoituksella tuotetaan valintamerkkejä useita kromosomialueita hienokartoitettu (kansainvälisenä yhteistyönä) kytkeytyneiden DNA-merkkien tai geenimuutosten löytämiseksi MTT mukana patenttihakemuksissa: maidon valkuaispitoisuuteen vaikuttava muutos GHR-geenissä (Holland Genetics, LIC -> käyttöoikeus Suomessa), maitotuotoksiin vaikuttava markkeri PRLR-geenissä (FABA Jalostus), utaretulehdus-alttiuteen vaikuttavat markkerihaplotyypit kromosomeissa 9 ja 11 (MTT,DIAS,EAU)
Geenitekniikka ja eläinjalostus III 1. Muuntogeeniset eläimet 2. Geenikartoitus ja merkkiavusteinen valinta 3. Genominen valinta Genominen arvostelu Genominen valintaohjelma
SNP-merkit mahdollistavat: Tiheän genotyypityksen QTL geenikartoituksessa hyödynnetty lähinnä mikrosatelliitteja Tiheät kytkentäkartat: DNA:n emäsjärjestyksen yksittäisten nukleotidien vaihtelua (single nucleotide polymorphism, SNP). Naudan genomin kattavat SNP-kokoelmat kaupallisesti saatavilla (SNP mikrosirut: Affymetrix 25K, Illumina 50K) Ennennäkemätön mahdollisuus QTL vaikutusten tunnistamiseen
Käsitteet: Genomi ja SNP-merkki Naudan genomi 30 kromosomia, joka kromosomi on yksi pitkä DNA molekyyli DNA koostuu emäspareista A,T,C,G 3 000 miljoonaa emäsparia Kirjoita koko koodi paperirullalle: Käytä konekirjoitustekstiä: Paperiliuskasta 6000 km pitkä Helsingistä Intiaan! Kuva:http://fi.wikipedia.org/wiki/DNA
Yksittäisen emäksen polymorfismi - SNP SNP-merkki kertoo onko juosteessa tietyllä paikalla tietty emäs A,G,T,C Koko genomi skannataan käyttäen ns. SNP geenimerkkejä 10011010001010 Tarvitaan riittävä tiheys, nyt käytössä on 50-60 000 SNP merkkiä kattava SNP setti Jalostusarvo +322 kg SNP=1 0 1 ATATGATACGTCTACATACGCGATACGCGAGAGCGGCATATGATACGTCTACATACGCGATACGGCGAGAGCGGCATTGATACGTCTACATACGCGATACGGCGAGAGCGGCATATGATACG
Esimerkki genomi... Koko genomi kirjoitettuna paperille oli 6000 km 60 000 SNP merkkiä: SNP merkki keskimäärin 100 metrin välein 50 000 emäsmerkin välein ATATACGATACGTCTCATACTGGA
Genominen arvostelu ja valinta
Jälkeläisarvostellut sonnit (~2000 + ) Luotettavat arvostelut terveydestä tuotoksesta, ym Genotyypitykset joka sonnista 50,000 SNP merkkiä Genominen Jalostusarvostelu Vaihe I Genomisen mallin ratkaisut SNP vaikutukset (50,000 SNP)
Genominen Jalostusarvostelu Vaihe II Keinosiemennyssonnivasikat Sonninemäkandidaatit, yms. Genotyypitykset joka sonnista 50,000 SNP merkkiä Genotyypitykset 50,000 SNP merkkiä Genomisen mallin ratkaisut SNP vaikutukset ( 50,000 SNP) Genomiset jalostusarvot
Keinosiemennysjalostusohjelma NYT 4 isäsonnia Sonninemät parhaat sonnivasikkat Nuorsonnit Ikä 1 v testisiemennykset odotusaika 10 Valio sonnia Tyttärien tuotokset Ikä 5 vuotta!
Keinosiemennysjalostusohjelma NYT 4 isäsonnia Sonninemät parhaat sonnivasikkat Nuorsonnit Tullessaan Keinosiemennyssonnin isäksi testisiemennykset sonni on 6-7 vuotias Ikä 1 v odotusaika 10 Valio sonnia Tyttärien tuotokset Ikä 5 vuotta!
Esimerkki genomisesta valinnasta Sonninemät Parhaat Sonnivasikat: Genotyypitys 20 Valio sonnia Jälkeläisarvostelut Ikä 1-2 v
Genominen valintaohjelma 1. Lyhyt sukupolven väli Geneettinen edistyminen jopa kaksikertainen 2. Suurin hyöty saadaan vaikeasti mitattavissa ominaisuuksissa, kuten terveys- ja kestävyysominaisuuksissa 3. Parantaa jalostustoiminnan kustannustehokkuuta Alussa iso investointi kehitystyöhön Genomiset jalostusarvosteluyhtälöt ovat rotu/populaatio -kohtaisia! Tulevaisuudessa vähentää testaustarvetta
Genominen valinta on jo käytössä Kaupalliset SNP-mikrosirut ovat olleet saatavissa 2006- USA, Canada, Uusi-Seelanti, Alankomaat, Ranska, Saksa,Austraalia genotyypittäneet 30 000 keinosiemennyssonnia Genomiset arvostelut virallisesti käytössä USAssa, Kandassa ja Hollannissa. Suomi, Ruotsi ja Tanska perustaneet yhteisen projektin genomisen valintaohjelman kehittämiseksi Viking Genetics (Tanska ja Ruotsi), Faba Palvelu ja Faba Jalostus, Svensk Mjölk MTT, Aarhus University, Uppsala lantbruksuniversitet Genotyypitetty n. 2500 Holstein ja 1500 Pohjoismaista punaista sonnia
Yhteenveto Uusi genomianalyysi antaa mahdollisuuden jalostusarvoltaan parhaiden eläinten tunnistamiseen Tuotteiden laatu, tuotantotalous, eläinten hyvinvointi: kaikki elintarviketuotannon kannalta tärkeät jalostettavat ominaisuudet Koko genomin kattava tiheä genotyypitys (SNP-sirut) tarjoaa mahdollisuuden kaikkien geenivaikutusten mallintamiseen kerralla Suuri vaikutus koko eläinjalostusohjelmaan Pohjoismailla potentiaalisesti suurin mahdollisuus hyötyä (koska suurin etu saavutettavissa ns. ei-tuotanto-ominaisuuksiin) Genominen arvostelu on suurin bioteknikkavallankumous sitten keinosiemennyksen!