Wykorzystanie genetyki

w hodowli zwierząt

• Kontrola pochodzenia
• Możliwość regulacji płci u zwierząt
• Tworzenie genetycznych map markerowych i

ich wykorzystanie w analizie sprzężeń z

genami cech istotnych ekonomicznie

• Wykrywanie genów o dużym efekcie (geny

główne)

i wprowadzanie ich do różnych ras zwierząt

• „Genotypowanie” pod kątem genów cech

istotnych ekonomicznie

• Szacowanie zmienności genetycznej (dystans

genetyczny)

• Szacowanie spokrewnienia między

osobnikami oraz ich homozygotyczności

• Tworzenie szczepów wsobnych zwierząt

laboratoryjnych

i wyspecjalizowanych linii zinbredowanych

zwierząt gospodarskich

• Tworzenie ras zwierząt i linii syntetycznych

• Wykrywanie i ograniczanie

występowania wad wrodzonych

• Wykrywanie aberracji

chromosomowych (badania
cytogenetyczne i molekularna
analiza DNA)

• Diagnostyka molekularna chorób

genetycznych i infekcyjnych

• Poszukiwanie wskaźników

oporności zwierząt na choroby

• Uzyskiwanie zwierząt odpornych na

choroby za pomocą metod
genetycznego doskonalenia

Kontrola pochodzenia – „wczoraj i

dziś”

Grupa krwi

Elektroforetyczne warianty białek surowicy krwi i erytrocytów

(genotypy)

(fenotypy)

A D P Q

TF ALB ES CA PGD PHI PI

źrebię

a/ce cgm/dghmp ac/ad abc/b

HO AB I E FS I SU

klacz

adf/ce dghmp/adl a/ac -/abc

DH B FI E FS I UZ

ogier 1

ce/b cgmr/bcmq ac/d ac/b

DR B ES E DS L ST

ogier 2

a/bc dkl/cgm d/ad -/b

DO A I E F I SU

Bydło i owce  grupy krwi

Konie i świnie  grupy krwi i polimorficzne białka

Kontrola pochodzenia – „dzisiaj i

jutro”

Wykorzystanie
sekwencji
mikrosatelitarnych
:

• PCR

• hybrydyzacja

Wykorzystanie sekwencji
minisatelitarnych :

• hybrydyzacja

Wykorzystanie polimorfizmu
pojedynczych podstawień - SNP :

• PCR-RFLP

• technika mikromacierzy

Kontrola pochodzenia

Regulacja płci

2. Określanie płci zarodka
(po zapłodnieniu in vitro lub „wypłukaniu” zarodków
z dróg rodnych
samicy) :
>

metody cytologiczne

>

metody immunologiczne

>

metody molekularne :

1. Segregacja plemników na frakcje męską i żeńską –

cytometr przepływowy

wykorzystanie w zapłodnieniu in vitro

۵

hybrydyzacja

- DNA zarodka z sondą specyficzną dla chromosomu Y

- in situ z sondą specyficzną dla chromosomu Y
(na preparacie mikroskopowym)

۵

PCR

- amplifikacja sekwencji DNA zlokalizowanej w chromosomach X
i Y (gen AMLG;
ZFX– ZFY)

- amplifikacja sekwencji DNA zlokalizowanej w chromosomie Y
(np. gen SRY)

Tworzenie genetycznych map markerowych i ich wykorzystanie

w analizie sprzężeń z genami cech istotnych ekonomicznie

• Mapa fizyczna :

- odległość między loci -

liczba par
zasad [pz] między danymi
loci

• Mapa genetyczna

(

częstość zjawiska crossing

over) :

– odległość

między loci –

wartość

funkcji

Kosambiego

– jednostka odległości : 1

cM (centiMorgan) – jeden
crossing over na 100
mejoz

Nowa generacja map - mapy radiacyjne

Odległość między loci – w cR

Większe nasycenie mapy
loci markerowymi

Przykłady genów o dużym efekcie

(geny główne)

gatune

k

gen główny - cecha

produkcyjna

gen główny

- zdrowotność

Bydło

Owca

Świnia

Koń

Gen -kazeiny – wydajność
białka
w mleku

Gen BMPR-IB – liczba
jagniąt
w miocie

Gen hormonu wzrostu GH
– wydajność
mięsna

????

Gen ITBG2 –
choroba

BLAD

Gen FGFR3 – zespół

„pajęczy”

Gen RYR1 –
gorączka
złośliwa
(syndrom

stresowy)

Gen DNA-PK –
ciężki
złożony brak
odporności (SCID)

Wykrywanie genów o dużym efekcie

(geny główne)

„Genotypowanie” pod kątem genów cech istotnych ekonomicznie

najczęściej PCR i PCR-RFLP

Genotyp w locus -

kazeiny
wariant A i B :

a – marker
b – produkt nie
strawiony

1 – trawienie enzymem
HinfI
2 – trawienie enzymem
HindIII

G

XY

Dr = - ln ----------------
(G

X

G

Y

)

1/2

G

X

= (2n

x

x

i

2

- 1) / (2n

x

- 1)

G

Y

= (2n

y

y

i

2

- 1) / (2n

y

- 1)

G

XY

= x

i

y

i

x

i

i y

i

- frekwencje i-tego allelu w locus

w populacjach X i Y
n

x

i n

y

- liczebność osobników w populacjach X i Y

Szacowanie dystansu genetycznego

(Dr)

na podstawie polimorfizmu sekwencji mikrosatelitarnych

oraz polimorfizmu białek i antygenów erytrocytarnych

Wzrost homozygotyczności – depresja

inbredowa

– wpływ na strukturę genetyczną populacji

Dziedziczenie w pełni addytywne A

1

= 5 A

2

= 2

Genotyp Wartość Frekwencja genotypów
genotypowa P

0

P

1

[F=0,25] P

2

[F=0,375]

-------------------------------------------------------------------------------------------------
A

1

A

1

10

0,25

0,3125

0,34375

A

1

A

2

7

0,50

0,375

0,3125

A

2

A

2

4

0,24

0,3125

0,34375



P0

= 10 x 0,25 + 7 x 0,50 + 4 x 0,25 = 7,0



P1

= 10 x 0,3125 + 7 x 0,375 + 4 x 0,3125 = 7,0



P0

= 10 x 0,34375 + 7 x 0,3125 + 4 x 0,34375 = 7,0

Wzrost homozygotyczności – depresja

inbredowa

– wpływ na strukturę genetyczną populacji

Dziedziczenie – zupełna dominacja A

1

= 5 A

2

= 2

Genotyp Wartość Frekwencja genotypów
genotypowa P

0

P

1

[F=0,25] P

2

[F=0,375]

-------------------------------------------------------------------------------------------------
A

1

A

1

10

0,25

0,3125

0,34375

A

1

A

2

10

0,50

0,375

0,3125

A

2

A

2

4

0,24

0,3125

0,34375



P0

= 10 x 0,25 + 10 x 0,50 + 4 x 0,25 = 8,5



P1

= 10 x 0,3125 + 10 x 0,375 + 4 x 0,3125 = 8,125



P0

= 10 x 0,34375 + 10 x 0,3125 + 4 x 0,34375 = 7,9375

Krzyżowanie linii zinbredowanych  efekt heterozji

Heterozja – wybujałość mieszańców - związana
heterozygotycznym stanem genotypu
 

wskaźnik heterozji :

 

x

F1

- x

FMP

VR = ----------------- x 100 %

x

FMP

 

x

FMP

- średnia wartość cechy u rodziców

x

F1

- średnia wartość cechy u potomstwa

Zdolność kombinacyjna (krzyżownicza) linii :

 

* ogólna (przyczyna - wariancja addytywna)
* specyficzna (przyczyna - wariancja nieaddytywna)

Wpływ heterozji na strukturę genetyczną populacji

Dziedziczenie w pełni addytywne

 

Genoty

py

Wartość

genotypo

wa

Frekw.

genot.

I

w

populacji

II

A

1

A

1

A

1

A

2

A

2

A

2

10

7
4

0,49
0,42
0,09

0,04
0,32
0,64

p = 0,7

p’ = 0,2
q = 0,3

q’ = 0,8


I

= 8,2



II

= 5,2

 = wartość genotypowa x

frekwencja



I

= 10 x 0,49 + 7 x 0,42 + 4 x

0,09 = 8,2



II

=10 x 0,04 + 7 x 0,32 + 4 x

0,64 = 5,2



Po

= 1/2 (8,2 + 5,2) = 6,7

Wpływ heterozji na strukturę genetyczną populacji

Krzyżowanie osobników z populacji I i II

gamety popul. II

gamety
popul. I

A

1

p’=0,2

A

2

q’=0,8

__________________________________________________
A

1

p = 0,7

0,14

0,56

A

2

q = 0,3

0,06

0,24

---------------------------------------------------------------------------

A

1

A

1

0,14

A

1

A

2

0,62



F1

= 10 x 0,14 + 7 x 0,62 + 4 x 0,24 = 6,7

A

2

A

2

0,24

H

F1

= 

F1

-



Po

= 0

Frekwencja genów w F

1

Frekwencja genotypów w F

2

 

A

1

= p

2

+ pq = 0,14 + 0,31= 0,45

A

1

A

1

= p

2

= 0,2025

A

2

= q

2

+ pq = 0,24 + 0,31= 0,55

A

1

A

2

= 2pq = 0,495

A

2

A

2

= q

2

= 0,3025



F2

= 6,7

H

F1

= 

F2

-



Po

= 0

Wpływ heterozji na strukturę genetyczną populacji

Dziedziczenie – zupełna dominacja

p = 0,7 p’ = 0,2
q = 0,3 q’ = 0,8


I

= 9,46



II

= 6,16



Po

= 1/2 (9,46 + 6,16) = 7,81

Genoty

py

Wartość

genotypo

wa

Frekw.

genot.

I

w

populacji

II

A

1

A

1

A

1

A

2

A

2

A

2

10
10

4

0,49
0,42
0,09

0,04
0,32
0,64

Pokolenie F

1

powstałe ze skrzyżowania osobników z

populacji I i II

A

1

A

1

0,14

A

1

A

2

0,62

A

2

A

2

0,24



F1

= 10 x 0,14 + 10 x 0,62 + 4 x 0,24 = 8,56

H

F1

= 

F1

-



Po

= 8,56 – 7,81 = 0,75

 

Pokolenie F

2

A

1

A

1

= 0,2025

A

1

A

2

= 0,4950

A

2

A

2

= 0,3025

 

F2

= 10 x 0,2025 + 10 x 0,4950 + 4 x 0,3025 =

8,185

 

H

F2

= 

F2

- 

Po

= 8,185 – 7,81 = 0,375

H

F2

= 1/2

H

F2

Wpływ heterozji na strukturę genetyczną populacji

Dziedziczenie – zupełna dominacja [cd]

Wpływ heterozji na strukturę genetyczną populacji

Dziedziczenie – niezupełna dominacja

Genoty

py

Wartość

genotypo

wa

Frekw.

genot.

I

w

populacji

II

A

1

A

1

A

1

A

2

A

2

A

2

10

9
4

0,49
0,42
0,09

0,04
0,32
0,64

p = 0,7 p’ = 0,2
q = 0,3 q’ = 0,8


I

= 9,06



II

= 5,48



Po

= 1/2 (9,04 + 5,48) = 7,44

Wykrywanie i ograniczanie wad wrodzonych

Wady warunkowane czynnikami
środowiskowymi:

 eliminacja osobnika obarczonego wadą

 zapewnienie dobrych warunków
środowiskowych,
przede wszystkim ciężarnym samicom

Wady warunkowane genetycznie:

 eliminacja osobnika obarczonego wadą

 wykrycie nosicielstwa i eliminacja
nosiciela

Genetyczne

uwarunkowanie chorób

dziedzicznych

• mutacje genomowe -

chromosomowe liczbowe (zmiana
liczby chromosomów)
– badania kariotypu

• aberacje chromosomowe (zmiana

struktury chromosomu)

• mutacje genowe (zmiana sekwencji

nukleotydowej genu)

Diagnostyka molekularna chorób genetycznych i infekcyjnych

Wykrywanie aberracji chromosomowych

Wykorzystanie metod cytogenetyki

- barwienie prążkowe chromosomów

- hybrydyzacja in situ

Barwienie prążkowe wskazuje na delecję

w ramieniu p chromosomu

molekularna diagnostyka chorób

genetycznych

PCR – polimerazowa reakcja łańcuchowa
metody z zastosowaniem enzymów
restrykcyjnych - RFLP - Restriction
Fragment Length Polymorphism
hybrydyzacja DNA-DNA
sekwencjonowanie DNA

Opracowanie testu diagnostycznego

Uzyskiwanie zwierząt odpornych na choroby

za pomocą metod genetycznego doskonalenia

 selekcja zwierząt w kierunku odporności na
patogeny
(choroby infekcyjne) na podstawie markerów
fenotypowych
odporności/podatności - metody tradycyjne

 wykrywanie nosicielstwa zmutowanych alleli i
brakowanie nosicieli
(choroby genetyczne) za pomocą badania
polimorfizmu DNA
- metody genetyki molekularnej