| Sidenavigasjon: Hovedside / Institutter / Husdyr- og akvakulturvitenskap |
[Sidekart] [Kontakt] 
|
| Tekststørrelse. |
Genomisk seleksjon: Markør assistert seleksjon på hele genomet samtidig
Theo Meuwissen og Trygve R. SolbergInnenfor tradisjonell husdyravl er seleksjon basert på fenotypiske observasjoner på dyret selv og deres slektninger. Ny teknologi innenfor funksjonell genomikk gir utsikter for seleksjon direkte på DNA nivå, hvilket kan medføre en raskere genetisk fremgang sammenliknet med seleksjon basert på bare fenotyper.
DNA
Foto: Ukjent
Utvikling innen SNP-genotyping
Genomet til mange av våre husdyr har blitt sekvensert, eller blir sekvensert i nær fremtid, hvilket bl.a. resulterer i hundre tusener av DNA-markører av typen Singel Nukleotid Polymorfisme (SNP). Det har vært en dramatisk utvikling innenfor SNP-genotyping hvor for eksempel analyser med 500,000 SNP-markører er tilgjengelig innenfor humangenetikk, og det er ventet at tilsvarende analyser skal være tilgjengelig også for husdyr de neste årene. Genomisk seleksjon, først beskrevet av Meuwissen et al. (2001), foreslår en metode for å nyttiggjøre denne markør-informasjon i husdyravl.
To måter å bruke SNP-genotypen til å predikere den genetiske verdien
SNP-markører oppfører seg som merkelapper på kromosomene. De er biter av kromosomene som kan bli identifisert med hjelp av molekylærgenetiske teknikker, og viser forskjell mellom individer. Det er imidlertid lite trolig at SNP-markørene i en analyse direkte kan identifisere den kausale genetiske forskjellen i for eksempel tilvekst, men SNP-markørene kan være veldig nær en mutasjon i genet som forårsaker forskjellen i tilvekst. Det er to måter man kan bruke SNP-genotypen til å predikere den genetiske verdien av individer.
Identifisere mutasjonen
Den første er å identifisere selve mutasjonen. En SNP-markør som er lokalisert nær en mutasjon vil indirekte vise deler av effekten av mutasjonen, fordi den ofte er nedarvet sammen med mutasjonen. Når man finner en slik SNP-markør, kan man finne flere SNP-markører i samme region, og dermed nærme seg mutasjonen til man til slutt identifiserer den. Dette er en kostbar måte, da man suksessivt leter etter mutasjonen steg for steg. SNP-markøren må i tillegg testes veldig strengt for statistisk signifikans, siden vi ønsker å være sikre på at vi har identifisert en faktisk genetisk effekt. Dette resulterer i at kun de største mutasjonene blir identifisert, hvilket begrenser andelen av den totale genetiske variasjon som blir identifisert med denne metoden.
Genomisk seleksjon
Den andre metoden er genomisk seleksjon, som ikke bryr seg om å identifisere den faktiske mutasjonen, men direkte selekterer for effektene som gjenspeiles av SNP-markørene, og dermed bruker flere eller alle SNP-markørene samtidig. Med denne metoden slipper man å teste enkeltmarkører for signifikans, fordi alle SNP-markørene brukes uansett. Hvis det er mange markører uten effekt, antas deres estimeringsfeil å være gjennomsnittlig lik null, og vil dermed ikke i særlig grad påvirke presisjonen av genomisk seleksjon. Fordi genomisk seleksjon har potensial til å predikere alle mutasjonene samtidig, vil all genetisk variasjon fanges opp, ikke bare den som fanges opp av den største mutasjonen. Derfor antas genomisk seleksjon å gi en mer nøyaktig prediksjon av den totale genetiske verdien sammenliknet med metoden hvor man leter etter mutasjonene en etter en.
Ved å bruke stokastiske datasimuleringer av hele genomet, hvor den sanne genetiske verdien til fenotypiske observasjoner er kjent, har Solberg et al. (2008) vist at genomisk seleksjon kan predikere den totale genetiske verdien med en sikkerhet på estimert avlsverdi på 0.86 (Figur 1) for individer uten egne observasjoner eller observasjoner for avkommet. Sikkerheten på estimert avlsverdi økte markant med flere markører, d.v.s. økt markørtetthet gir økt sikkerhet. Med tradisjonell seleksjon er den teoretiske maksimale sikkerhet 0.7 for slike individer, og i praktiske situasjoner ofte mye lavere.
Bærekraftig avlsarbeid
For mange egenskaper er eksisterende avlsprogram veldig suksessrike når det gjelder genetisk fremgang. Noen egenskaper er derimot vanskelig eller veldig dyre å måle på seleksjonskandidatene, og i disse tilfellene vil genomisk seleksjon være svært nyttig. For eksempel innenfor fiskeoppdrett er seleksjon for sykdomsresistens basert på å teste søsken til seleksjonskandidatene for sykdommen, fordi det er for stor risiko for at seleksjonskandidatene selv får sykdommen hvis de blir testet for den. Slike søskentester kan imidlertid ikke differensiere mellom fullsøsken kandidater fordi de vil gi samme søskentest resultat. Informasjon om SNP-markører kan derimot skille mellom fullsøsken, fordi hvert individ har dets unike sett med markører. Egenskaper som sykdomsresistens, levetid og fruktbarhet er alle egenskaper det er vanskelig å oppnå genetisk fremgang på, p.g.a. begrenset målbarhet og/eller lav arvbarhet, men er likevel svært viktige egenskaper i bærekraftige avlsprogram. Siden genomisk seleksjon i mindre grad er avhengig av målinger/observasjoner på seleksjonskandidatene kan genomisk seleksjon bli svært viktig i bærekraftige avlsarbeid.
Innen humangenetikk
Innenfor humangenetikk har man benyttet teknikken med å gradvis identifisere en og en mutasjon til å predikere den genetiske risikoen for en sykdom. Men da man beveger seg mer og mer mot komplekse sykdommer, som for eksempel hjerte-karsykdommer, vil antall genetiske og andre faktorer som påvirker sykdomsrisikoen øke. Samtidig vil effekten av en enkelt mutasjon på den totale sykdomsrisikoen reduseres, hvilket gjør det svært vanskelig å identifisere mutasjonene. Genomisk seleksjon kan derfor spille en viktig rolle for en nøyaktig prediksjon av sykdomsrisiko innen genetiske rådgivningsprogrammer (Wray et al., 2007). IHA samarbeider med Universitetet i Liege i Belgia for prediksjon av den genetiske risikoen for Crohns sykdom med hjelp av genomisk seleksjon.
Bredt samarbeid og nybråttsforskning
IHA og AKVAFORSK har flere samarbeidsprosjekt innenfor genomisk seleksjon, og optimalisering av genomisk seleksjon modeller. I et av prosjektene er det forventet at Trygve R. Solberg i løpet av 2008 vil levere sin PhD avhandling innenfor genomisk seleksjon som den første i verden i dette fagfeltet. Et annet prosjekt er et nystartet BIP, som i samarbeid med Norsvin, GENO og AquaGen vil utvikle praktisk verktøy for genomisk seleksjon, og optimalisere applikasjoner på flere arter som gris, ku og laks. I tillegg har CIGENE tilgang på det siste innen SNP-genotyping teknologi fra firmaer som Illumina og Affymetrix. Generelt er campus Ås blant de fremste i verden når det gjelder forskning innenfor dette svært spennende og engasjerende fagområdet.
Referanser:
Meuwissen et al., 2001. Genetics 157: 1819-1829.
Solberg et al., 2008. Journal of Animal Science, Submitted.
Wray et al., 2007. Genome Research 17: 1520-1528.
Oppdatert: 23.03.09
Utskriftsvennlig versjon
Del med en venn:
Institutt for husdyr- og akvakulturvitenskap