KSIDAY 2021: возможности геномной селекции

KSIDAY 2021: возможности геномной селекции

Первоклассные спикеры, среди которых учёные с мировым именем, представители бизнеса и власти, выступили на острые темы селекции сельскохозяйственных животных в рамках международной практической конференции «KSIDAY 2021: День геномной селекции в животноводстве». 

Из выступивших 21 докладчиков, семеро были представителями таких зарубежных стран как Венгрия, Франция, Ирландия, США и Сербия.

На протяжении шести часов 350 зарегистрированных слушателей получали отборную информацию о геномной селекции через онлайн-трансляции и записи выступлений. 

Индекс: данные, модели, оценки

Ведущий зоотехник компании KSITEST Антон Дёкин представил данные, собранные компанией за два года. В референтной базе молочного КРС компании находится почти 20 тыс. генотипов, работа ведется в 9 регионах страны, охватывает 26 хозяйств, 330 056 животных с фенотипами, то и из которых около 20 тыс. животных с генотипами. KSITEST – единственный в России и СНГ аккредитованный ICAR центр интерпретации ДНК-данных, таких центров в мире всего 23.

Для геномной селекции требуется три группы показателей: фенотипы животных (данные об осеменении, отелах, молочной продуктивности); данные о родословной животных и данные генотипов.

Была собрана единая референтная база данных животных. Для этого животные были идентифицированы и получили уникальный код. Подтверждение родства проводили по методике ICAR, обеспечивающей 100%-ю точность. Данные показали, что конфликты находятся на среднем уровне (от 4 до 13%). Подтверждение родства – это очень ценная информация, позволяющая исключить инбридинг.

На следующем этапе были отфильтрованы фенотипы. Для каждого признака были выбраны доверительные интервалы, и фильтрация производилась на основе этих интервалов – так отсекались недостоверные данные. Например, по межотельному интервалу норма 365 дней, а достоверный интервал от 300 до 550 дней.

Далее для каждой оценки подбиралась оптимальная математическая модель расчета оценки животных. Сейчас у KSITEST есть восемь оценок по шести признакам (молочная продуктивность за 305 дней, продуктивное долголетие, межотельный период, жир и белок (в кг и в процентах), интервал от первого до плодотворного осеменения).

Разобрав процесс оценки на примере признака молочной продуктивности, спикер отметил, что корреляция между оценками по молоку у KSITEST и CDCB достаточно высокая, причем оценка KSITEST лучше коррелирует с фактическим удоем. Но самый неожиданный результат был получен при сравнении оценки KSITEST по продуктивному долголетию с CDCB – оценки KSITEST обратно коррелировали с CDCB. Это говорит о том, что отбор по долголетию CDCB в российской популяции не будет эффективным.

Все эти оценки нужны для получения индекса, оценивающего животное. Экономический индекс отличается от селекционного тем, что учитывает экономическую ценность признака, то есть насколько данное животное будет приносить больше прибыли, чем среднее животное по стаду. Селекционный индекс рассчитывается на основе конкретной селекционной цели и ранжирует животных в условных единицах индекса.

Если не использовать индексы, а применять только оценку, то при отборе можно не учесть важные признаки.

KSITEST разработал первый российский геномный индекс для Республики Удмуртия, о чем рассказал следующий докладчик. 

Новости из Удмуртии

О генетическом проекте в Удмуртии и том, в каком направлении идет развитие селекции, рассказала заместитель министра сельского хозяйства и продовольствия Удмуртской Республики Наталья
Шавшукова.

По мнению замминистра, наличие сильной научной базы, базы животных, базы племенных организаций, которые занимаются учетом и сбором фенотипических данных, – все это является хорошим толчком для создания и развития геномной селекции в России. Система государственной поддержки поможет перезагрузить систему племенной работы.

Однако, по словам Натальи Шавшуковой, на сегодняшний день в Российской Федерации нет стратегии развития селекции на уровне Федерации. Также нужна единая система сбора фенотипических данных, методологическая система, которые должны базироваться на идентификации племенного поголовья.

В 2018 году в рамках пилотного проекта Удмуртская республика провела идентификацию племенного поголовья, и сейчас созданная база данных позволяет ранжировать животных с уникальными номерами. В 2020 году запустили генетический проект, в рамках которого была поставлена глобальная стратегическая задача – расширение и сохранение рынка генетического материала в регионе. К 2025 году две республиканские станции по искусственному осеменению должны занять 80% рынка Удмуртии и 10% рынка ПФО.

Наталья Шавшукова рассказала, что планируется сделать в регионе в краткосрочной перспективе до 2024 года. Это работа над введением региона в ICAR и приведением системы сбора фенотипической информации в соответствие с рекомендациями ICAR. Не обойтись будет без создания контроль-бонитерских служб. Необходимо создать генетический кластер на базе станций искусственного осеменения для целенаправленного выращивания быков с целью получения спермопродукции и оценки, станцию эмбриотрансплантации с большой лабораторией in vitro и аналитическим центром.

В 2020 году в Удмуртии был запущен проект совместно с компанией KSITEST. За два года создана племенная книга, сформирована быкородящая группа, разработана система отбора животных на основании индекса и разработан экономический индекс племенной ценности. В проекте участвуют 37% племенных хозяйств, прогенотипировано 52% племенных коров, что составляет 17% всего поголовья республики. На сегодня в базе 205 тыс. животных, 9,5 тыс. геномов. Потенциал оценивается в 16 тыс. генотипов.

Сейчас идет процесс объединения баз с Чувашией для повышения эффективности отбора и точности оценок. 

Глазами животноводов

Наталия Козлова, главный технолог ООО УК «Август-Агро» представила взгляд производителя молока на геномную селекцию.

Геномная селекция глазами животноводов – это, прежде всего, метод отбора по генотипу (без отбора по фенотипу) и прогнозирование племенной ценности (EBV). Его структурными частями являются маркеры, коррелирующие с определенными хозяйственными признаками (однонуклеотидные полиморфные маркеры SNP); контрольная референтная популяция для анализа связи между генотипами SNP и признаками; математические модели, создаваемые путем статистической оценки референтных популяций (геномная оценка племенной ценности GEBV), а также селекционные индексы для ранжирования животных.

Никаким другим методом нельзя интенсифицировать селекцию, только геномная селекция позволяет сократить генерационный интервал между поколениями.

Также геномная селекция для животноводов – это эффективный отбор по признакам, которые не всегда можно точно прогнозировать. Прежде всего, это фертильность, продолжительность хозяйственного использования, резистентность к заболеваниям и т.п.

Именно геномная селекция позволила качественно повысить тот материал, с которым работают животноводы.

Сегодня постоянно появляются новые возможности и предложения. Компании предлагают различные услуги в области селекционно-племенной работы: генотипирование маточного поголовья, присвоение селекционных индексов TPI, NM$ и даже создание собственных селекционных индексов; прогнозирование общей племенной ценности EBV, ранжирование маточного поголовья, в т.ч. ремонтных телок, подбор быков-производителей, сочетание с репродуктивными технологиями, это все очень интересно производителям.

И все-таки, у животновода возникают вопросы: «это модный тренд или действительно потребность?», «это чистый рынок или соединение науки, практики и бизнеса?», и, в конце концов, – «насколько это будет полезно?». Что дает животноводу знание, что, например, его корова, согласно индексу TPI, входит в число 100 лучших в США? Спикер отметила, что их компания, в первую очередь, задается этим вопросом, когда общается с генетическими компаниями.

Так какова действительная ценность рыночных предложений? Наталия Козлова считает, что свои ответы на данный вопрос найдены. Оценка племенной ценности EBV очень специфична для той популяции, в которой была определена, для разных стран выявлены факты низкой повторяемости EBV: разные паратипические факторы (определяют результат на 40-50%); разное соотношение генотипического и паратипического компонента изменчивости; различия в значениях селекционно-генетических параметров для BLUP Animal Model; различия в значении весовых коэффициентов признаков для селекционных индексов.

Все селекционные индексы создаются под определенные задачи и условия, и напрямую их сравнивать нельзя. И необязательно лучший по TPI бык будет считаться лучшим у нас. То есть прямое использование EBV других популяций не обеспечивает достаточную надежность. INTERBULL – это решение для большинства стран, имеющих собственную систему EBV. К сожалению, в России нет собственной системы EBV, пригодной для конвертации в INTERBULL. И здесь, по мнению спикера, надо много работать.

Кое-что, правда, уже есть: методология и практическое применение BLUP Animal Model в молочном животноводстве давно отработаны (ВНИИЗЖ, ВНИИГРЖ, Московская, Ленинградская, Кировская области). Селекционные индексы, основанные на процедуре BLUP Animal Model существуют и используются в практической работе. Чтобы Россия стала полноценным членом INTERBULL и MACE, что позволит получить доступ к точному, надежному и достоверному прогнозу EBV, необходимо масштабирование уже имеющегося опыта.

«Нам необходима собственная референтная популяция, создание массива собственных данных, анализ связи между генотипами SNP и секционируемыми признаками в популяции РФ. Но это очень затратный процесс, требующий значительных материальных, человеческих и временных ресурсов, а также взаимодействия государства и частного бизнеса», – считает Наталия Козлова.

Спикер также отметила, что самые большие проблемы у нас с той популяцией, которая подлежит оценке. Во-первых, отсутствует уникальная идентификация животных на государственном уровне. Нужна единая информационная система с необходимым ПО, генеалогическими, генетическими и фенотипическими базами данных, которая объединит все существующие базы данных (СЕЛЭКС и др.). Очень нужна гармонизация системы и правовой базы учета секционируемых признаков c международной (ICAR). И, самое главное, действительно не хватает централизации управления селекционно-племенной работой с породами (ассоциации), что могло бы правильно сформировать запрос как науке, так и бизнесу.

Таким образом, по мнению Наталии Козловой, эффективность геномной селекции в России в ближайшие годы будет зависеть от реализации отечественной модели селекционно-племенной работы. 

Геномная селекция на практике

О работе по внедрению геномной селекции в АО «ПЗ «Первомайский» (Ленинградская область) рассказала главный зоотехник сельскохозяйственного предприятия, кандидат биологических наук Екатерина Николаева.

Селекционная работа ведется в хозяйстве с поголовьем коров 1002 головы, продуктивность в 2020 году составила 10329 кг молока от фуражной коровы (жир 3,56%, белок 3,17%).

Важная работа, которая проводится уже много лет – это подбор быков для закрепления за коровами и телками. Быков выбирают на зарубежных сайтах очень тщательно. Оценивается их родословная, индексы, продуктивность, тип, носительство нежелательных генов и другие параметры. Например, если у быка есть минусы по продуктивности, жиру и белку, такой бык даже не рассматривается.

Быки подбираются с учетом улучшения полезных признаков у коров, это конечно же продуктивность, здоровье, экстерьер, легкость отелов, наследуемость признаков и другое. Для такого подбора необходимо осуществлять постоянный анализ стада и отдельно – работа с семействами.

Много лет закрепление быков в хозяйстве проводилось индивидуально и вручную. Но последние два года это делается при помощи программы Optimate, где можно учитывать все необходимые параметры для улучшения. Программа позволяет подобрать сразу несколько быков, учитывается также геномная оценка коровы, если ее уже провели. Было проведено сравнение результатов закрепления вручную и программой, схожесть результатов получилась 90-95%.

В качестве методов селекционной работы применяется целенаправленный отбор – выбор животных с желательными качествами для дальнейшего воспроизводства. Если раньше в хозяйстве проводили геномную оценку только быков, то теперь оценивают и коров. Проводится анализ стада по продуктивным качествам, анализ и оценка семейств, оценивается экстерьер коров. Анализ стада и семейств проводится с помощью программы СЕЛЕКС и различных отчетов – готовых и сформированных самостоятельно.

За 2021 год в «Первомайском» был проведен анализ 34 коров и получены генетические паспорта. Из этих коров три головы сразу выбраковали, потому что у двух был обнаружен гаплотип эмбриональной смертности НН3 и у одной коровы – НСD (холестериновая недостаточность). Геномный анализ позволяет выявить и исключить таких животных из стада. Также генетический паспорт дает полный анализ хозяйственных признаков животных.

В этом году в «Первомайском» впервые был осуществлен эмбриотрансфер. После проведения генетической оценки коров выбрали 6 коров-доноров, в том числе из семейств с хорошими продуктивными и экстерьерными показателями. От этих коров получили 35 эмбрионов, из которых 25 подсадили сразу, а 10 заморозили и пересадили через месяц. Эффективность по первым подсаженным эмбрионам составила 64% (68% по телкам и 50% по коровам), по пересаженным после заморозки – 78%. Первые телочки после пересадки эмбрионов уже родились.

Какие же выгоды получает хозяйство от геномной оценки? Это выбраковка животных с нежелательными генами, подбор и более точное закрепление быков, использование лучших коров для получения эмбрионов, и, что важно для племенного завода, – планирование получения племенных быков от лучших коров быкопроизводящей группы. Геномная оценка позволяет более точно планировать селекционную работу.

«Геномная селекция позволит сделать еще один шаг вперед для улучшения стада и продуктивных показателей животных. На следующий год нами запланирована геномная оценка 100 коров, а также подготовлен план этой работы на 5 лет», – поделилась планами Екатерина Николаева. 

Вопросы и ответы Филиппо Миглиора

На конференции было много интереснейших докладов зарубежных спикеров мирового уровня. Предлагаем вам резюме выступления одного из них. Стратегии реализации геномного отбора внутри стада представил слушателям Филиппо Миглиор, PhD (кандидат) в разведении животных Университет Гуэлф (Канада).

Традиционная селекция использует сложные статистические методы для прогнозирования генетических результатов животных. Однако данная стратегия не подходит для характеристик, которые трудно измерить. Геномика предоставляет хорошую возможность уделить внимание затратным характеристикам. Геномная селекция многого позволяет добиться, например, сокращения интервала между поколениями и достижения более высокой точности племенных значений, что приносит отрасли большой дополнительный доход. Канада генотипирует более 65 тыс. коров в год, а мировая база приближается к 5 млн генотипов.

Геномика позволяет точно идентифицировать и подтверждать отцовство, дает более высокую точность отбора молодых животных, позволяет выявлять рецессивные гены, улучшать такие экономически выгодные показатели, как здоровье и эффективность кормов.

Перед тем, как решиться на геномное тестирование, спикер посоветовал задаться вопросом – а есть ли в хозяйстве избыток телок, чтобы сделать из них выбор, какой их процент? И есть ли вообще желание попробовать геномную селекцию? Если да, то надо выработать план, определенную стратегию использования этих результатов.

Когда нужно делать геномный тест? Животных следует отбирать близко к тому времени, когда будет использована информация. Надо рассчитать сроки реализации планов. Обычно тестирование животных проводят при рождении, отъеме, после вакцинации и до оплодотворения. Как правило, результаты тестов готовы через 3-5 недель.

Как ранжировать животных? Лучше использовать селекционный индекс, который включает практически все значимые признаки селекции для ваших конкретных целей разведения. Можно использовать такие индексы, как LPI или Pro $, TPI или даже разработать свой собственный индекс. Только, следуя выбранной стратегии, важно придерживаться выбранного индекса и не менять его.

В 2020 году увеличилось количество исследований, посвященных конверсии корма, а при расчете индексов стали применяться соответствующие показатели, например, FSAV в США и FE в Канаде. Последний продукт, о котором рассказал спикер, – молочный геном, в рамках которого рассматривается конверсия корма. Только совсем недавно удалось внедрить одноэтапную геномную оценку конверсии корма. Вообще, по мнению Филиппо Миглиора, надо стараться предвосхищать новые тенденции, ведь с момента начала оценки до возможности проведения анализа проходит достаточно много времени. Если оценка не включена в индекс по локальной референтной базе, то изменения генетического прогресса не дадут значимого результата.

Что обеспечивает генетический прогресс на ферме? В стаде есть животные с высокой и низкой генетической ценностью. Перед руководителем стоит две задачи – сократить количество плохих животных и увеличить количество хороших животных. Какую стратегию использовать? Если позволяет размер стада (есть лишние животные), можно его сократить, например, за счет генетически неполноценных телок (животных с носительством наследственных заболеваний). Или можно заниматься селекцией лучших представителей стада, замещая нежелательных животных. Для этого применяются передовые репродуктивные технологии – сексированное семя и вымывание, и пересадка эмбрионов. И третья стратегия предполагает сокращение животных с самой низкой генетической ценностью по индексу родословной.

Другими преимуществами геномного тестирования спикер назвал подтверждение отцовства, использование программ закрепления быков для управления инбридингом и контроля вредных гаплотипов. В результате можно получить более надежный генетический профиль животных с их сильными и слабыми сторонами.

Геномное тестирование и применение сексированного семени теперь являются ключевыми факторами при принятии решения по выбраковке и селекции стада. И впервые фермер может использовать генетический анализ своего стада, для чего имеются все соответствующие инструменты. 

Точность расчета геномных оценок повысится

В рамках конференции было подписано соглашение между компаниями KSITEST и РЦ «Плинор», которые будут сотрудничать в области развития геномной селекции КРС, продвижения стандартов записи данных в соответствии с международными рекомендациями, а также обмена данными между сервисами KSITEST и «СЕЛЭКС. Молочный скот». Будут разработаны модули интеграции, чтобы клиентам было удобно пользоваться как фенотипической, так и геномной информацией. KSITEST доработает свой сервис таким образом, чтобы данные о животных вносились в соответствии с международными стандартами ICAR. Все это позволит сельскохозяйственным предприятиям улучшать генетический потенциал своих животных за счет знаний о геноме животных, а также проявления их фенотипических признаков.

Информация по конференции доступна на канале youtube (KSITEST).

Поделиться статьей:

Другие статьи из журнала:

Законы на благо села

Законы на благо села

Об итогах 2021 года и планах на ближайшее время в аграрной законотворческой деятельности мы беседуем с первым заместителем председателя комитета Госдумы по аграрным вопросам, федеральным координатором проекта «Российское село», президентом АККОР Владимиром Николаевичем Плотниковым.

Рыба: время подводить итоги

Рыба: время подводить итоги

2 и 3 февраля 2022 года в Санкт-Петербурге прошло ставшее уже традиционным мероприятие, организованное издательским домом «Сфера» – VII Международная конференция «Рыба. Аквакультура: настоящее и будущее отрасли».

Ветеринарный врач – выбор из поколения в поколение

Ветеринарный врач – выбор из поколения в поколение

Совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом ветеринарной медицины мы продолжаем рубрику «Династия», в которой рассказываем о семьях выпускников старейшего профильного университета России.