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.
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 10
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.
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā11
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
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā
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.
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 14
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.
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 16
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).
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 17
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.
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 19
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).
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 20
• 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 )
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā
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
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā26
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
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 29
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
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā
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.
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 33
Paldies!
4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā34