4 июля 2024 года, в Санкт-Петербургском государственном университете ветеринарной медицины состоялась Всероссийская научная конференция «Племенная оценка скота как основа животноводства».
Конференция была организована Объединенным научным советом по агробиотехнологиям и продовольственной безопасности Санкт-Петербургского отделения РАН, научным советом секции зоотехнии и ветеринарии отделения сельскохозяйственных наук РАН и ФГБОУ ВО СПбГУВМ.
Спикеры представили доклады о биотехнологических подходах в повышении генетического прогресса в животноводстве, синергии генетических и репродуктивных технологий в ускорении селекционного процесса, перспективах развития геномной селекции крупного рогатого скота молочного направления на евразийском пространстве и многие другие. А спикеры на конференции собрались серьёзные – 6 академиков РАН, член-корреспонденты РАН, профессора и доктора наук, директора институтов и ректоры аграрных университетов.
От имени организационного комитета конференции участников приветствовал академик РАН, руководитель секции и заместитель председателя ОНС по Агробиотехнологиям и продовольственной безопасности Анатолий Александрович Стекольников: «Наша конференция посвящена 300-летию российской академии наук и десятилетию науки и технологии. Сегодня у нас будет возможность рассмотреть и обсудить современные тенденции и перспективы развития племенного скотоводства в контексте новейших научных достижений».
Приветствуя участников, академик РАН Виктор Иванович Долженко отметил важность понимания развития научного обеспечения животноводства как значимой составляющей продовольственной безопасности страны.
Биотехнологический подход
Ректор ФГБОУ ВО СПбГУВМ, член-корреспондент РАН, доктор ветеринарных наук, профессор Кирилл Владимирович Племяшов подчеркнул, что идея проведения конференции по племенной оценке скота в стенах ветеринарного университета логична. «Зоотехния и ветеринария связаны между собой, необходимо сотрудничество этих отраслей знаний, – считает К.В. Племяшов. – Маститов и многих других болезней животных можно было бы избежать, если грамотно заниматься селекцией».
Ежегодно в нашу страну завозится импортный генетический материал. Основными поставщиками семени являются США и Канада. В 2022 году в системе Меркурий зарегистрирована поставка импортного семени в количестве 6,6 млн доз. По данным американской Национальной ассоциации селекционеров (NAAB), в 2021 году выручка от экспорта почти 28 млн доз семени молочных бычков голштинской породы превысила $266 млн. С 2009 года американская семяпродукция экспортируется на основе геномной оценки – именно с этого времени произошел взрывной рост продаж. «Российские хозяйства получают субсидии, в том числе на закупку импортной спермы. Конечно, сперма ведущих мировых быков должна присутствовать на нашем рынке, но в разумных пределах», – уверен Племяшов.
К биотехнологическим подходам в животноводстве относятся технологии геномного редактирования, in vivo et, in vitro et, клонирования, геномная оценка племенной ценности. Если раньше использовались сначала визуальные, а затем маркерные подходы к селекции, то теперь на первый план вышла геномная селекция, достоверность которой достигает 80%. Селекционные подходы требуют усилий и времени. Чтобы улучшить 1 признак с помощью визуальной оценки (VS), необходимо 1000 лет. Маркерная селекция (MAP) позволяет производить селекционную работу по нескольким признакам и занимает 5-10 лет. Геномная селекция (GS) занимает порядка 4 лет и включает в себя огромное количество маркеров.
Что же ограничивает развитие и внедрение ? Сбор первичных данных, генетических показателей и другой информации слабый, не соответствующий потребностям. Существующая система идентификации животных не подразумевает прослеживаемости поколений и взаимосвязей всей информации, в базе нет данных о происхождении животного.
Алгоритмы оценки
Кирилл Племяшов обратился к информации Голштинской ассоциации США – какие же базисные алгоритмы оценки племенной ценности они используют.
Вся их система базируется на математической модели животного, в которую включаются все установленные родственные связи животного с оцененными или еще не получившими оценки животными. Результаты оценки всех предков напрямую влияют на оценку животного. Модель учитывает и такие негенетические факторы, как влияние сезона и региона, племенная ценность сверстников, родословная, воздействие окружающей среды на дочерей быка в одном стаде. Данные продуктивности животных для оценки с помощью модели приводятся к удою за 305 дней при двухразовом доении. При этом учитывается влияние сезона отела, возраста в лактациях и длина сервис-периода предыдущей лактации. Влияние возраста и стадии лактации на момент бонитировки также учитываются при оценке экстерьера и итогового балла бонитировки (типа) в модели животного. Для адекватного отображения племенной ценности используется обновляющийся раз в 5 лет генетический базис. Он представляет из себя средние показатели всех коров, рожденных в определенном году (на данный момент – в 2020 г.). Вся оценка рассчитывается относительно базисных значений, принятых за ноль, за исключением признаков легкости отёла, мертворождения и уровня соматики, за точку отсчета для которых взято среднее значение по породе.
Наши быки не хуже
В СПбГУВМ разработана математическая модель племенной ценности скота, где используются данные племенных заводов и РБЖ. Все поголовье обсчитывается на основе оценки быков хозяйства. (Как известно, Ленинградская область является лидером по качеству коров). Проводится молекулярно-генетическая экспертиза, микросателлитный анализ, выявляются геномные дефекты. На основании геномной информации о предках с помощью математической модели производится расчет прогнозируемой племенной ценности. Данные лучших быков, полученные по результатам расчетов, отправляются в американскую Голштинскую ассоциацию на генотипирование, поскольку там имеется наибольшая база генотипов: на сегодняшний день в племенной книге ассоциации хранится информация о 22 млн животных. Самая большая в мире референтная популяция голштинского скота позволяет достичь максимальной достоверности геномной оценки скота. На сегодняшний день таким образом генотипировано более 1000 голов с племенных заводов Ленинградской области.
«Следует отметить, что, сравнивая карточки бычков с наивысшей племенной ценностью, полученных в Ленинградской области, с американскими бычками, можно с уверенностью сказать – наши быки не хуже», – считает Кирилл Племяшов.
В 2023 году в СПбГУВМ открыта лаборатория молекулярно-генетической экспертизы, которая займется подтверждением достоверности происхождения и диагностикой моногенных заболеваний животных.
Синергия для ускорения прогресса
Академик РАН, доктор биологических наук, профессор, директор ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им.Л.К.Эрнста Наталия Анатольевна Зиновьева отметила, что в 2016 году институт получил премию губернатора Московской области за внедрение технологии геномной селекции (оценки), которая используется в каталогах быков.
ВИЖ занимается разработкой и сопровождением программ геномной селекции в молочном скотоводстве на уровне регионов, с ним сотрудничают более 50 племенных заводов и репродукторов. Технология геномной оценки опробована в Московской области на поголовье 36 тыс. коров, в Ленинградской на 47 тыс. коров, в Вологодской на 40 тыс. коров, в Воронежской на 33 тыс. коров. Достоверность оценки племенной ценности быков по геному (DGV) составляет: удой за 305 дней – 60,6%, молочный жир – 46,8%, молочный белок – 53,5%. По сравнению с достоверностью оценки по предкам (20-50%) результат лучше, но пока уступает достоверности по потомству (88-90%).
«Геномная оценка повышает точность оценки животных, а точность прогноза на ранних стадиях позволяет эффективнее работать», – уверена Наталия Зиновьева. До генетической оценки использовалось 40% быков, сейчас до 70%, то есть больший процент телок можно покрывать молодыми быками. В США для искусственного осеменения используется 71% молодых генотипированных быков-производителей и еще 25% – генотипированных быков первого сезона (данные за 2021 год). В Канаде 97% быков – это результат трансплантации эмбрионов за счет геномной оценки, без ожидания оценки по потомству.
Результатом внедрения геномной селекции стало снижение возраста родителей: в 1990-е их средний возраст был 7-8 лет, сейчас 3-4 года. Оборачиваемость стада ускорилась.
По мнению спикера, генетический прогресс обеспечивается не только геномной оценкой. Геномная оценка эффективна только в синергии со вспомогательной продуктивной технологией. Вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ) – это набор методов и процедур, предусматривающих проведение манипуляций с половыми циклами, гаметами или эмбрионами. Их цель – сохранение, эффективное использование и совершенствование генетических ресурсов животных.
К ВРТ относятся: искусственное осеменение, синхронизация полового цикла, криоконсервация семени, сексирование семени, клонирование, определение пола эмбрионов и ПГД, получение эмбрионов in vitro, суперовуляция и пересадка эмбрионов. Сочетание вышеназванных технологий позволяет повысить точность и интенсивность оценки (селекции), а также снизить генерационный интервал.
«С помощью ВРТ можно решить еще одну проблему – отсутствие оценки самок и ввод в оборот всех телок. Эта проблема решается через пересадку эмбрионов, – считает Наталия Зиновьева. – Получение потомства от лучших животных позволяет увеличить потенциал от генетической оценки».
Технология получения эмбрионов коров in vitro хорошо изучена. По данным ВИЖа, приживаемость свежеполученных эмбрионов после пересадки составляет 63,64%, замороженных – 49,10%. По рождаемости показатели почти в два раз ниже – 33,30% и 26,30% соответственно.
Получение эмбрионов in vitro не требует сверхсложностей: простые приборы, синтетические среды, следование протоколу. Проблема только в источнике яйцеклеток, для их получения надо работать с животными.
Перспективы на евразийском пространстве
Директор ВНИИГРЖ, кандидат сельскохозяйственных наук Александр Александрович Сермягин уверен, что система оценки племенной ценности – это способ ускорить селекцию, обеспечить максимально точный прогноз в максимально раннем возрасте.
Возможны разные подходы к оценке племенной ценности, но лучше использовать референтные популяции. Принципами их формирования являются уровень достоверности оценок племенной ценности для быков (коров); активная и генотипированная численность популяции; наследуемость и изменчивость количественных признаков; оптимальный уровень генетического разнообразия. Также важны неравновесие по сцеплению между SNP для оценки объединения различных популяций молочного скота в одну; унификация системы оценки племенной ценности животных на породном уровне (BLUP, EBV, SI); ведение единой базы данных фенотипов и их сбор для объединенной популяции.
По данным Александра Сермягина, в мире уже существует система международной генетической оценки – INTERBULL. Оценка геномной племенной ценности быков-производителей проводится в 11 странах, а рейтинг животных имеет межгосударственный статус. В международный консорциум EuroGenomics входит 9 европейских стран с базой данных по генотипам 38 тыс. быков и 3,8 млн коров. Возможно объединение стран в группы по континентам для совместного использования генетической информации.
По мнению спикера, перспективным является развитие геномной селекции крупного рогатого скота молочного направления на евразийском пространстве, формирование консорциума в Евразийском экономическом союзе (ЕАЭС). Докладчик предложил принцип ранжирования значений племенной ценности быков для ЕАЭС. На основе данных по 7,8 млн российских, 1,5 млн белорусских и 2,2 млн казахстанских коров, а также GEBV-рейтингов оценок по геному этих стран можно составлять объединенные топ-рейтинги стран ЕАЭС.
«Интересен генетический тренд по результатам внедрения геномной селекции на основе референтной популяции скота России и Казахстана, геномный прогноз вполне положительный, можно получать интересных животных», – считает Александр Сермягин.
Спикер также продемонстрировал концепцию управления совместной селекционно-племенной работой трёх стран.
Методики оценки
Доктор сельскохозяйственных наук Сергей Евгеньевич Тяпугин (ФГБНУ ВНИИПЛЕМ) определил точки для дальнейшей корректировки работы.
«На протяжении уже 30 лет в РФ проводится централизованная оценка племенной ценности быков-производителей. До 2018 года она проводилась по методу дочери-сверстницы, потом была разработана методика в пользу BLUP, – говорит Сергей Тяпугин. – С 2021 года оценка производится согласно методик, утвержденных Евразийской Экономической Комиссией методом BLUP AM (наилучший линейный несмещенный прогноз по модели животного)».
Преимущества метода BLUP AM:
-обеспечивается несмещенная оценка эффекта генетической группы, к которой относится оцениваемое животное;
-обеспечивается наилучший линейный несмещенный прогноз аддитивной генетической ценности быка;
-повышается достоверность оценки за счет объединения факторов стада, года и сезона отела в один фактор «стадо-год-сезон отела» или HYS;
-повышается достоверность оценки при привлечении данных дочерей по первой и последующей лактациям;
-повышается достоверность прогноза при объединении массива данных с учетом периода оценки;
-повышается достоверность оценки при учете всех родственных связей быка (предки, дочери, сыновья, племянницы и т.д.).
Процедура подготовки массивов данных включает сбор электронных баз данных ИАС «СЕЛЭКС-Молочный скот» племенного учета хозяйственного уровня (1123 баз данных из 67 регионов); формирование групп дочерей быков (более 2,7 млн записей); формирование данных по молочной продуктивности дочерей.
По данным ВНИИПЛЕМа, сегодня в оценке участвует 11110 быков как многочисленных, так и малочисленных пород. Максимальное количество – быков голштинской породы – 8730 голов. Это логично, так как 80% всего поголовья популяции – голштинский скот, а 20% занимают животные других 24 пород.
Если рассмотреть минимальные и максимальные показатели молочной продуктивности дочерей быков разных пород, можно заметить, что максимальные различия у голштинской породы – от 2380 до 15310 кг молока, а минимальные – в генофондных породах. Максимальные значения продуктивности демонстрирует всё-таки голштинская порода, но чёрно-пёстрая, айрширская и холмогорская породы также превышают уровень надоя 10 тыс. кг.
«Отбор по фенотипу не способствует прогрессу стада. Мы исследовали генотип и фенотип. Изменчивость в показателях фенотипа и генотипа минимальна у генофондных пород и максимальная – у голштин. Поэтому надо использовать BPUP процедуру, которая будет нивелировать изменчивость показателей», – считает Сергей Тяпугин.
Отбор по одному признаку способствует снижению других признаков. Например, отбор только по удою будет снижать жир и белковость молока. Отбор по белку не способствует росту продуктивности. Отбор по комплексу показателей (жир и белок) не снижают удой и показатели жира и белка.
Расчеты показали, что год рождения быка влияет на его итоговую оценку. Около 40% быков, получивших оценку, имеют средний возраст примерно 12 лет. Резервом эффективности селекции является снижение интервала между поколениями.
До 1994 средний выход жира и белка на порядок меньше, чем в 2015 году. Этот резерв есть в плане эффективности селекции и снижения интервала между поколениями. Надо внедрять в практику, чтобы получать животных с генетическим потенциалом.
Докладчик сообщил, что с 2025 года будут внесены поправки в методики оценки племенной ценности. Изменения коснутся экстерьерных характеристик (18 показателей), дополнительно будут учитываться показатели воспроизводства и здоровья вымени. Идет процесс разработки комплексного индекса.
Проблемные вопросы
Директор Института ветеринарии и биотехнологий ФГБОУ ВО Ставропольский ГАУ, доктор биологических наук, профессор Валентин Сергеевич Скрипкин представил результаты стратегического проекта по генетическому совершенствованию молочного скота в Ставропольском крае, который выполняется в рамках программы Приоритет – 2030. Проект носит региональный характер, но при этом является частью федерального проекта. Методологическая проработка вопроса ведется на протяжении уже 17 лет.
Ведущие страны по производству молочного сырья в оценке племенной ценности объединены в рамках ICAR и Interbull. Основой роста производства молока в этих странах является геномная оценка и расчет индексов. Программы геномной оценки реализованы в ключевых молокопроизводящих странах – США, странах ЕС, Израиле, Новой Зеландии. Средний срок реализации национальной геномной программы составляет10 лет.
Россия не является членом этих всемирных организаций, поэтому вынуждена импортировать большие объемы генетических ресурсов: в страну ввозится 4,5 млн доз бычьего семени, это 44% от потребности. Плюс к этому импортируется 33,7 тыс. голов животных.
«Однако сейчас появилась возможность преодолеть отставание от ведущих стран за счет реализации проекта по генетическому совершенствованию молочного скота, – уверен Валентин Скрипкин. – В рамках проекта разработаны и переданы для включения в нормативную документацию предложения, направленные на унификацию российской нормативной документации с методологией ICAR».
К реализации регионального проекта университет приступил с уже созданным мощным ресурсно-технологическим центром, включающим подразделения, рекомендованные методологией ICAR для оценки племенной ценности крупного рогатого молочного скота. В 2023 году была создана современная лаборатория молекулярно-генетической экспертизы. На лаборатории университета возложена задача по сбору и оценке фенотипических данных и участие в геномной оценке племенного молочного скота.
По словам Валентина Скрипкина, в процессе выполнения проекта были выявлены и впервые подняты проблемные вопросы, связанные с оценкой экстерьера животных. Возникла необходимость срочно проводить работу по формированию достоверной базы данных с промерами тела животных, выявлению средних показателей по популяции, присвоением оценки по пятибалльной шкале.
Также к числу проблемных вопросов относится необходимость разработки молочных коэффициентов, позволяющих провести перерасчет суточного производства молока по результатам оценки одной пробы молока. В ICAR эти коэффициенты разработаны. В лаборатории университета были получены результаты, аналогичные коэффициентам ICAR, и сейчас проводится доработка программного модуля для автоматизации процесса по пересчету данных.
Конференция стала площадкой, где обсуждались вопросы, стоящие перед образованием, наукой и производством. Участники получили возможность поделиться своими исследованиями, обменяться опытом и обсудить актуальные вопросы, связанные с племенной оценкой скота.
