Селекция крупного рогатого скота подразумевает отбор и тестирование животных, оценку по качеству потомства. Использование в селекционной работе быков с высокой племенной ценностью гарантирует получение здоровых, высокопродуктивных животных, которые смогут передать полезные хозяйственные характеристики своему потомству. Однако, сложившаяся традиционная система определения племенной ценности животных, основанная на тестировании быков требует значительных временных и вытекающих из этого материальных затрат: от отбора родителей до завершения испытаний продуктивности их потомства проходит шесть-семь лет. В результате, нередко, деньги идут на выращивание и содержание тех бычков, чье потомство по результатам проверки окажется неудовлетворительным.
Современные достижения геномики коренным образом изменили технику оценки быков производителей по качеству потомства. Геномная селекция позволила преодолеть барьер генерационного интервала. Стало возмож ным при отборе бычков еще в четырех-шестинедельном возрасте располагать оценкой племенной ценности (ПЦ) животного на основании геномного анализа. Спустя год бычки с более высокой геномной ценностью могут быть реализованы на племя. Ученые подсчитали, что даже при 75 % надежности (точности определения) ПЦ молодых бычков эффективность селекции возрастает в два раза.!
Этот новый подход в селекции молочного скота является результатом международного усилия по расшифровке последовательности генома скота. Стартовавший в 2003 году международный Проект секвенирования генома крупного рогатого скота был завершен спустя 5 лет, а геномная информация стала обязательной при оценке молочного скота в США, Германии и других странах. С 1 января 2009 года Министерством сельского хозяйства США была введена новая официальная оценка молочного скота – геномная, и в сертификатах племенных быков голштинской и джерсейской пород появилось обозначение GPTA (Genomic Predicted Transmitting Abilities, или геномная прогнозируемая ценность), которая вычисляется в лаборатории, разрабатывающей программы совершенствования животных (AIPL – Animal Improvement Programs Labouatory).
По сообщению С. Костака, директора Голштинской ассоциации США, геномная селекция является неотъемлемой составляющей племенной работы американских фермеров. Первая официальная оценка более чем десяти тысяч быков и двух тысяч коров была опубликована уже в январе 2009 года. К апрелю 2011 года в стране были протестированы более 24 тысяч быков по 54 тысячам SNP (т.н. 50К) и без малого пятьдесят тысяч коров по трем тысячам (3К) (считается достаточным для женских особей
Применение геномной оценки позволило увеличить интенсивность отбора производителей. Если раньше 65 оцененных быков — производителей отбирали из тысячи испытанных по потомству (1:15), то геномная селекция позволяет выбрать 65 лучших из более чем пяти тысяч оцененных кандидатов (1:75). По данным Ш. Резинга, директора института «Объединенные информационные системы», в Германии затраты на оценку быка по ста дочерям составляют примерно 20 тысяч евро. Станция искусственного осеменения существенно сокращает затраты, ставя на испытание лишь тех бычков, чья геномная ценность высока.
С внедрением геномной оценки уровень достоверности генетического прогнозирования племенной ценности животных значительно вырос. Чак Сэттлер, вице президент, возглавляющий геномные программы показывает, что проведение геномной оценки практически удваивает точность традиционных генетических оценок молодых животных.
В среднем по всем признакам точность прогноза племенной ценности по быкам голштинской породы возросла на 25%, по содержанию жира в молоке – на 43%, выходу молочного жира – на 33%, по содержанию белка в молоке – на 34%, выходу молочного белка – 22%. Необходимо отметить, что точность прогноза возрастает с ростом числа генотипированных животных. Приведенные данные свидетельствуют о высокой надежности прогнозирования признаков молочной продуктивности.
Однако, реальная возможность предсказания племенной ценности по таким признакам, как здоровье вымени, плодовитость или продуктивное долголетие еще далека от идеальной. В отличие от генетических аномалий показатели продуктивности, как правило, являются «количественными признаками», за развитие и проявление которых отвечают многие гены. И для их маркирования, прежде всего, необходимо выявить расположение локусов количественных признаков QTL и мажорных генов, чье влияние на показатель столь велико, что можно измерить статистически.
Несомненным успехом на этом пути является выявление генов DGAT1 и CSN, которые в голштинской породе обуславливает около 30% генетического разнообразия по признаку содержания жира и белка в молоке, соответственно. Разновидностью маркерной селекции в геномной оценке является использование так называемых «снипов» (SNP — Single Nucleotide Polymorhism, или однонуклеотидный полиморфизм, точечные замены нуклеотидов). На их анализе основана современная геномная оценка, которая заключается в исследовании ДНК животного и установлении замен единичных нуклеотидов в ее последовательности. Вариации нуклеотидов широко распространены и встречаются с частотой примерно одна замена на 1000 пар нуклеотидов. Примером «снипа» может служить замена нуклеотидов в последовательности ATGCAT на GTGCT, где А (аденин) заменен на G (гуанин).
Большинство SNP локализуется в не кодирующих областях и не имеет прямого влияния на фенотип индивидуума. Однако некоторые введенные мутации в экспресирующиеся последовательности или области, влияющие на экспрессию генов (промоторы, энхансеры), могут вызывать изменения в структуре белка или регуляции гена. Такие SNP предоставляют определенные возможности для выявления функциональных генетических вариантов. Наличие SNP определяется путем выделения ДНК из биологического материала: семени, крови, эпителия или волосяных луковиц и нанесением на чип высокой плотности IIIumina SNP50, на котором образец ДНК реагирует с реагентами на пластинке чипа, выявляя наличие или отсутствие однонуклеотидных замен.