Selekcija ar mērķi iegūt tirgum piemērotu produkciju Kari Kolstads, Mete Sorensens

Selekcija ar mērķi iegūt tirgum piemērotu produkciju

Kari Kolstads, Mete Sorensens

Attēli: Zorans Markovičs, Serbijas universitātes Lauksaimniecības fakultāte

Ievads

Pasaules mēroga ražošana no ģenētiski uzlabotām dzīvnieku un augu sugām:

• Lauksaimniecībā > 90%

• Akvakultūrā < 5%

o

Salīdzinājumā ar lauksaimniecības nozari, ģenētiski uzlabotu zivju izmantošanas līmenis ir ļoti zems. Akvakultūras jomā nozare parasti neizmanto selekcijas programmas, un attiecībā uz daudzām sugām ražošana joprojām ir pilnībā atkarīga no savvaļas vaislinieku un / vai mazuļu (fry) zvejošanas.Viens no akvakultūras sugu selekcijas programmu trūkuma iemesliem ir tas, ka reproduktīvais cikls bieži vien ir komplicēts un tātad bieži netiek pilnībā izprasts, un tāpēc to nav iespējams pabeigt vai kontrolēt nebrīvē. Tas tā ir īpaši attiecībā uz jūras sugām.

Otrs akvakultūras sugu selekcijas programmu trūkuma iemesls, iespējams, ir sugas izdzimšana vienkārši ātras tuvradnieciskās krustošanās pieauguma dēļ, kas izriet no neliela vaislinieku skaita izmantošanas katrā dzimtā, un bez identificēšanas, lai novērstu vairākkārtēju izmantošanu. Šī ir problēma visām sugām ar augstu vaislību.Citi iemesli, iespējams, ir pētnieku, kvalificētā personāla un zivju audzētavu īpašnieku zemais izglītības līmenis selekcijas teorijā, jo izglītība zivju bioloģijā velta maz uzmanības vai vispār nepievērš vērību kvantitatīvajai ģenētikai un selekcijas plāniem.

Uz ģenētisko uzlabošanu balstīta zaļā revolūcija !

Norman Earnest Borlaug (1914-)

- tiek uzskatīts par zaļās revolūcijas tēvu.

► ASV augu patalogs / augu selekcionārs.

► 194-. gadā pievienojās Rokfellera fondam.

- Norīkots darbā Starptautiskajā kukurūzas un kviešu uzlabošanas centrā (CIMMYT), Mehiko.

■ 1970. gadā ieguva Nobela miera prēmiju.Imp: ifwww .emary.edu/CARTER_C ENTER/BIOS iborkug .htm

Akvakultūra ir veiksmīga vienīgi tad, ja ir ieviesta ģenētika!

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā. 3

300

Ģenētiskais ieguvumsCāļi

200

Nororvēģijas lasis

TropTropiskās zivis

100

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Gads (Modificēts pēc Eknath un citiem, 1991. gadā)

Efektīvu selekcijas programmu trūkumam akvakultūrā nav acīmredzama iemesla. Saimnieciski svarīgas pazīmes, kas raksturīgas zivīm un vēžveidīgajiem, šķiet, ir nedaudz atšķirīgas no tām, kas raksturīgas mājlopiem un augiem. Selekcijas reakcija zivīm un vēžveidīgajiem parasti ir augstāka nekā mājlopiem. Tāpēc ūdenī dzīvojošo sugu ģenētiskajai uzlabošanai ir augstāka efektivitāte salīdzinājumā ar sauszemes dzīvniekiem, dodot iespēju sasniegt akvakultūras produkcijas pieaugumu.

I I IUI I I II

Pro

du

ktiv

itāt

e

Liellopi

Cūkas

Norvēģijas laši

Tropiskās zivis

Selekcijas mērķis:• Selekcijas mērķis ir uzlabot svarīgas produktivitātes

pazīmes.• Ir iespējams izmantot, lai:

- palielinātu produkciju un ražošanas ienākumus,- saglabātu produkciju tajā laikā, kad tiek samazināts

ražošanas laiks un izmaksas, piemēram, darba, barošanas un medikamentu izmaksas; pazeminātu cenu patērētājam,

- uzlabotu barošanas efektivitāti un samazinātu zemes platības izmantošanu dīķu vajadzībām,

- uzlabotu pretošanās spēju slimībām, samazinātu medikamentu un ķimikāliju izmantošanu,

- uzlabotu ētisko standartu un dzīvnieku dzīves apstākļus,- uzlabotu produkta kvalitāti.

Selekcijas programmas vispārīgs mērķis parasti ir uzņēmuma, nozares vai programmā investējošās sabiedrības peļņas palielināšana.

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība“, 2009. gada 27. maijā 5

Selekcija

Tiek atlasīti populācijas īpatņi ar

vislabākajiem gēniem. Tie tiek izmantoti kā

vecāki.

o

•

Pirms tiek uzsākta selekcijas programma, ir jāizstrādā detalizēts plāns, ņemot vērā apspriežamo sugu reproduktīvo bioloģiju, kā arī vaislību. Bet principā zivju selekcija nozīmē īpatņu ar vislabākajiem gēniem atrašanu un to izmantošanu par vecākiem nākošajai paaudzei.

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība” 2009. gada 27. maijā 6

Selekcijas mērķis

• Selekcijas programmas vispārīgais mērķis

- Izmaiņas, kuras vēlamies veikt.

- Virziens un centieni/mērķi selekcijas programmai.

• Jābūt orientētai uz nākotni

- Laika periods starp darbību un sasniegto ģenētisko ieguvumu.

- Ģenētiskās izmaiņas ir pastāvīgas un kopīgas —►lielas izmaiņaslaika gaitā.

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 7

Par selekcijas mērķi var uzskatīt selekcijas programmas vispārīgo mērķi. Šim mērķim būtisku īpašību izteiksmē vajadzētu raksturot to, ko vēlamies panākt, izmantojot selektīvu audzēšanu. Tas, iespējams, atspoguļos mērķus saistībā ar ražošanas efektivitāti, tirgus pieprasījumu, vides aspektiem un dzīvnieku dzīves apstākļiem.

Selekcijas mērķim vajadzētu būt orientētam uz nākotni divu iemeslu dēļ.

Pirmkārt, ģenētiskās izmaiņas ir pastāvīgas un kopīgas, un tās var novest pie būtiskām efektivitātes izmaiņām laika gaitā.

Otrkārt, parasti pastāv ievērojams laika periods starp selekcijas lēmumu pieņemšanu un ģenētisko uzlabojumu izmantošanu. Tomēr, straujas izmaiņas tirgus apstākļos, jaunu tehnoloģiju un ražošana sistēmu attīstība, jauna likumdošana, utt., apgrūtina spēju prognozēt lopkopības ražošanas nākotni un, tādejādi, noteikt selekcijas ilgtermiņa mērķus.

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā

.

Kādas pazīmes iekļaut selekcijas mērķī• Ekonomiskā un ētiskā

nozīme.• Nodrošina ģenētisko mainību.• Jābūt novērtējamām par

pieņemamām izmaksām.

Ekonomiskais novērtējums ir nozīmīgākais faktors izvēloties, kādas pazīmes iekļaut selekcijas mērķī. Pienācīgs alternatīvo mērķu novērtējums un atbilstoša pazīmju izvērtēšana, iespējams, novedīs pie ieteikumiem attiecībā uz nozares darbībām, kas ir visienesīgākās un visilgspējīgākās. Vērības pievēršana selekcijas programmu ekonomikai rezultātā dos daudz precīzāku zivju un liellopu ģenētiskās uzlabošanas ieguvumu novērtējumu nozares un sabiedrības segmentos.

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā9

Atšķirības fenotipā• Vai tās izraisa atšķirīgi gēni ??

• Cik daudzu novēroto atšķirību cēloņi ir ģenētiskas atšķirības?• Vai vislielākajai zivij ir vislabākie gēni???

Galvenais izaicinājums darbā ar selekcijas programmām ir saprast, cik lielā mērā konkrēto pazīmi izraisa gēni un cik lielā mērā tai par cēloni ir citi faktori – vides faktori. Vai vislielākajai zivij dīķī ir vislabākie gēni vai arī tā ir saņēmusi visvairāk barības.


Kā izpētīt gēnus

P = Fenotips

G = Genotips

E= Vides ietekme

G = A + D + IA = Papildinošais efektsD = Mijiedarbība lokusa robežāsI = Mijiedarbība starp lokusiem

Lai selekcijas programma būtu efektīva, ir ļoti svarīgi nodalīt ģenētisko ietekmi no vides faktoru ietekmes. Fenotips ir tas, ko novērojam. Genotips ir zivs gēni, un vides ietekme ir vides faktori, kā barība, ūdens kvalitāte, utt., kas arī ietekmē pazīmi, ko novērojam.


Novērošanas rezultāts = G + vide

1. dīķis 2. dīķis

B) 2. dīķis

Fenotips (Novērošana)

Genotips (G)

Vide (E)A) 1. dīķis

Nozīmīgas produktivitātes pazīmes ir kvantitatīvas

= Pazīmes ietekmē daudzi gēni un vide

• Nepārtraukta ģenētiskā atkāpe (mutācija)

x Svars

x Garums

x FCR (barības

konvertācijas rādītājs?)

x Tauki %

x un citi


Populācijas vidējā vērtība

13

Bie

žum

s

Nepieciešamība izmantot statistisko analīzi,

lai atšķirtu genotipu no fenotipa.

• aritmētiskie vidējie, variācijas (atkāpes) un kopējās variācijas

(atkāpes)

> raksturo populāciju,

> saista fenotipu ar genotipu.

> Aritmētiskais vidējais: kā izmērīt.

> Variācija (atkāpe): potenciāls izmaiņai.

> Kopīgas variācijas (atkāpes): saistītā informācija.


Līdzības starp radnieciskām šķirnēm izmantošana, lai atšķirtu gēnus no vides faktoru ietekmes

Lai novērtētu ģenētisko pamatu pazīmei

Lai noteiktu zivs ģenētisko vērtībuVecāki .5

Sibi (māsas un brāļi) .5 Dzīvnieks .25 Pussibi (pusmāsas un pusbrāļi)

.5 Pēcteči

Vai mēs spējam tieši izpētīt hromosomas?

• Ātrāka attīstība.

– Palielināta precizitāte.

– Ir iespējams izvēlēties selekcijas

kandidātus.

– Izvēle dzimtas ietvaros.– Samazina negatīvo korelāciju

problēmas.


Nozīmīgus gēnus sauc par kvantitatīvās pazīmes nosakošiem lokusiem (QTL)

■ Daži atklātie QTL (22++).

■ Nav vēl ieviests selekcijas programmās.

■ Tiek izstrādātas ģenētiskās saistības kartes.

■ Ir izstrādātas datorprogrammas ģenētiskās saistības analīzei un intervālu kartēšanai, kā arī uz marķieriem balstītai atlasei (MAS).


Kontroles > Testa

Testa > Kontroles

Testa = Kontroles

Gēnu ekspresijas analīze, lai salīdzinātu gēnu ekspresijas līmeņus divos paraugos: kontroles (zaļš) un testa (sarkans).

Aleksejs Krasnovs4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā

18

Sistemātiska un kontrolēta pieeja selekcijas vajadzībām

• Ne pārāk šaurs selekcijas mērķis.

– Ģenētiskās variācijas zudums.

– Negatīva blakusiedarbība.

– Tuvradnieciskā krustošanās bieži pārtrauc selekcijas programmas!

– Plašs selekcijas mērķis, lai apmierinātu izaicinājumu –nodrošinātu zivis

nākotnei!

• Patērētāji ir nobažījušies par savu veselību un dzīvnieku dzīves apstākļiem.

► Tam visam jānodrošina ilgspējīga selekcijas programma.


Svarīgas pazīmes, kas jāņem vērā varavīksnes foreļu (+ citu sugu) selekcijas mērķim.

• Ķermeņa masa / pieaugums

– Ekonomiski nozīmīgs gaļas lopiem.

– Samazina izmaksas, atliek nobriešanu uz vēlāku laiku.

– Pietiekama ģenētiska variācija uzlabošanai (h2~0,25)

• Vecums dzimumbrieduma stadijā– Problēma, ja tas notiek pirms sasniegtās ražas/produkcijas masas

(piemēram, ražošana jūrā).– Samazina pieaugumu un gaļas kvalitāti.– Pietiekama ģenētiska variācija uzlabošanai (h2~0,07-0,34).


• Kvalitātes pazīmes– Nozīmīgums dažādos tirgos ir atšķirīgs.– Tauku %, tauku sadalījums, gaļas nokrāsa, filejas

iznākums, audi/struktūra, ķermeņa forma, stāvokļa faktors, ādas krāsa, kautiznākums %.

– Bieži tiek novērtētas pēc kaušanas – piemēram, nedrīkst vērtēt selekcijas kandidātam.

– Tehnoloģija, iespējams, novērsīs pārāk augstu cenu ? veidošanos.– Vispār augsta ģenētiskā variācija (h2~0.3-0.6).

• Pretošanās spēja slimībām 10 0 Augsta

– Zivju audzēšanai tas nozīmē “Būt vai nebūt”.– Risks/izmaksas un pieņemšana no patērētāju puses.– Ir iespējams efektīvi uzlabot, izmantojot

selektīvo audzēšanu.– Lielas cerības saistītas ar molekulārajām

pieejām.– Liela ģenētiskā variācija zivīm, salīdzinājumā

ar mājlopiem (h2~0.2-0.7)

Zema

6

5

4

3

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49

Da y s p o s t c h a lle ng e (DP C )


21

• Kroplības– Nevēlamas selektīvās audzēšanas blakusparādības.– Problēma bieži tiek novērsta pēc zivju adaptācijas vides apstākļos.– Konstatēta nevēlama korelācija ar pieaugumu – nepieciešama

nepārtraukta kontrole!!!– Ir iespējams uzlabot, izmantojot selektīvo audzēšanu.

• Barošanas efektivitāte– Visnozīmīgākais ekonomiskās/produktīvās selekcijas mērķis.

– Centieni rast efektīvus novērtēšanas veidus.

– Uzlabota tiešā veidā, izmantojot pozitīvo korelāciju ar

pieaugumu.

– Ģenētiskā variācija dokumentēta.

Selekcijas programmas varavīksnes foreļu ģenētiskai uzlabošanai

• Aptuveni 9 dokumentētas selekcijas programmas.

• Visas koncentrētas uz pieaugumu.

• 5 ietver kā minimums 1 veselības pazīmi.

• 5 ietver kvalitātes pazīmes.

• Vecums un dzimumbriedums ir ietverts 5.

• Ādas krāsa ir ietverta 3.

• 1 ietver tikai 1 pazīmi.

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā marine

Varavīksnes forelePazīme \ Programma 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Liemeņa masa X X X X X X X X X

Vecums dzimumbriedumā X X X X X

IPN (infekciozā pankreātiskā nekroze)

X

F. Psychrophilum (?) X X

Diplostomum (par)(?) X

V. Anguillarum (?) X

Kortizola (stresa) hormons

X

Filejas iznākums X

Filejas krāsa X X X

Filejas tauki X

Ādas krāsa X X X X X

Ādas plankumainums X

Ķermeņa forma X X X

Kroplības X X

Ikru lielums X

Uz dzimtu pamatotas, lašu dzimtas ģenētiskās klases uzlabošanas programmā vairākas pazīmes ir iekļautas selekcijas mērķos:

liemeņa masa, dzimumbriedums, pretestības spējas slimībām pazīmes, izdzīvošana, filejas kvalitātes pazīmes, ādas krāsa,

kroplība/anomālijas un ikru lielums. Iepriekšminētās pazīmes ir iekļautas arī atlases kritērijā. Tabulā norādītas pazīmes, kas

iekļautas zināmās, uz dzimtu pamatotās varavīksnes foreļu selekcijas programmās.May 27th 2009 IV International Conference "Fishery 24 _________....

Vai visas pazīmes ir iespējams uzlabot vienlaicīgi?

Pieaugums rg = ++

rg = -?FCR (barības Pretošanās izmantojamības spēja rādītājs) rg = -? slimībām

Dažas pazīmes ir savstarpēji labvēlīgi saistītas, un efektivitāti ir iespējams uzlabot abām pazīmēm vienlaicīgi, izmantojot selektīvo audzēšanu. Tomēr, ir vairāki nevēlamu korelāciju piemēri, tas ir, starp pieaugumu un kroplībām, un starp pieaugumu un pretošanās spēju slimībām (Kolstad un citi, 2005.). Kamēr nevēlamo korelāciju koeficienta absolūtā vērtība nepārsniedz 1, ir iespējams panākt uzlabojumus pazīmēs, kas ir nelabvēlīgas, izmantojot dzimtas atlases shēmas ar pietiekamu ģenealoģisko informāciju un ciltsrakstiem. Uzlabojums tomēr būs daudz lēnāks nekā gadījumā, kad korelācija nepastāv vai ir labvēlīga.

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība, 2009. gada 27. maijā

0

o


Nofima Marine nodrošina ģenētiskās uzlabošanas pakalpojumus akvakultūrai visā pasaulē

SugasValstis

• Norvēģija

• Skotija

• Čīle

• Indija

• Vjetnama

• Filipīnas

• Kolumbija

• Ekvadora

• Havaju salas

• Serbija

• Grieķija

Pakalpojumi

• Izpēte

• Plāni/projekti

• Konsultēšana

• Izglītība

• Analīze

Atlantijas lasisTilapijaVaravīksnes foreleRohu (Indijas karpa) KarpaGarnelesSudrablasisArktikas palijaPaltuss MencaJūrasasaris/labraksJūraskarūsasAkmeņplekste

•••••••••••••

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā27 marine

Selekcijas mērķis,mērķis ģenētiskai uzlabošanai.

Pazīme(s)

1975.

1981.

1993.

1994.

1995.

Pieaugums (G)

G + Vecums dzimumbriedumā (SM)

G + SM + Pretošanās spēja slimībām (DR)

G + SM + DR + Gaļas krāsa (C)

G + SM + DR + C + Ķermeņa struktūra

4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 28 marine

Atlantijas lasis – pieauguma efektivitāte

12000 Gen 5

10000

8000

6000

4000

2000

Gen 0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Mēneši


Ģenētiskais ieguvums, Atlantijas lasis, selekcionēts (5G), pretstatā savvaļas/neselekcionētajam lasim.

Selekcionēts - Neselekcionēts, %

- Pieaugums +113

- Barības patēriņš +40

- Proteīna saglabāšana +9

-Enerģijas saglabāšana +14 - FCR (barības izmantojamības rādītājs) - Barība/ieguvums

- 201,5 miljards NOKietaupīts barības

izmaksu izteiksmē gadā!Pašlaik 7.

paaudzē=> -25%

Selektīvā audzēšana Norvēģijā

Ražošanas laiks (mēneši)1975. 2000.

Saldūdens 16 8

Sālsūdens/Jūras 24 12

Kopā 40 20

15% pieaugums uz paaudzi

1971.g31


Selekcijas reakcija 10-15% uz paaudzi

Suga Vidējā Ieguvums Paaudžu populācija, g uz paaudzi, % skaits

Autors

Sudrablasis 250 gVaravīksnes forele 3.3 gVaravīksnes forele 4,0 kgAtlantijas lasis 4,5 kgAtlantijas lasis 6.3 kgAtlantijas lasis 3.5 kgAmerikas sams -Amerikas sams 67 gNīlas tilapija 100g Nīlas tilapijaIndijas karpa (Rohu) 400gGarneles 20 gGarneles 15 gAusteres 42 gAusteres 36 g Austeres AusteresĒdamgliemeži 33 gĶemmīšgliemenes 47 gĶemmīšgliemenes

10.1 10.0 13.0 14.4

1412.512.0-18.0201512174.410.79-12

91720 91618

4 Hershberger et. al. 1990.3 Kincaid et al., 1977. 2 Gjerde, 1986.1 Gjerde, 1986.6 Gjerde and Korsvoll, 1999.1 Flynn et al. 1999.1 Dunham, 1987.1 Bondary, 1983.5 Rye and Eknath, 1999. 12 Bolivar, 1999.2 Mahapatra et al., 2000. 1 Fjalestad et al., 1997.1 Hetzel et al., 2000.1 Toro et al., 1996.2 Nell et al., 1999.1 Newkirk and Haley, 1983.4 Barber et al., 1998. 1 Hadley et al.,1991. 1 Ibarra et al. 1999.1 Ibarra et al. 1999.

Nobeigums

• Selekcijas mērķis nosaka selekcijas programmas virzienu un centienus.

• Tirgus un nozare izšķir to, kādas pazīmes iekļaut.

• Nozīmīgas pazīmes atklāj lielu potenciālu uzlabošanai.

• Šauri selekcijas mērķi ir riskanti. Obs! Ilgspējīgums.

• Sistemātiska/kontrolēta pieeja, lai izvairītos no nevēlamas

blakusiedarbības.

• Uzlabojumus ir iespējams panākt vairumā pazīmju vienlaicīgi.

– Nevēlamas korelācijas regulē modernizēta/progresīva

selekcija.


Paldies!


Documents

Selekcija ar mērķi iegūt tirgum piemērotu produkciju Kari Kolstads, Mete Sorensens