Genetika skotu, ovcí a koz
Genetika skotu, ovcí a koz Dr. Ing. Tomáš Urban Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zví zvířat MZLU v Brně Brně urban@mendelu
[email protected]
Genetika
1
Biodiverzitní charakteristiky Druh
Chromozomy 2n
Typ chr. chr.
C-hodnota* (pg) pg)
Zmapovaných lokusů lokusů#
Poč Počty genů genů#
Skot
60
akrocentrické akrocentrické
3,43 – 3,93
4357
1558
54
3 metacen. metacen. 23 akrocen. akrocen.
2,34 – 3,50
1722»
370»
60
akrocentrické akrocentrické
3,24
731
271
Bos taurus
Ovce Ovis aries
Kozy Capra hircus
• C-hodnota ~ množ množství ství DNA / haploidní haploidní buň buňku (pikogramy (pikogramy:: 1pg ~ 1G bp) bp # databá databáze INRA » stav k roku 2004
(The 'virtual sheep genome' genome' project has mapped 98 per cent of the sheep's sheep's genetic makemake-up. up. CSIRO, Monday, Monday, November 13, 2006 ) Genetika
(c) TGU 2006
2
1
Genetika skotu, ovcí a koz
Genetika zbarvení skotu
8- 10 genů ~ více mutací ve více genech > různé fenotypy Plemenný znak, vyrovnanost stáda, adaptace v tropických oblastech
Pigmenty ~ přítomnost či absence melaninu
z
Eumelanin
černé erné / hně hnědé
z
Pheomelanin
melanocyty +MSH červené ervené / žluté luté
MC1R – receptor melanocyty stimulují stimulující hormon (MSH)
Genetika
3
Geny zbarvení skotu Lokus
Alela
Zbarvení Zbarvení
E (MC1R )
ED
dominantní dominantní
dominantní holštýn, týn, angus, angus, …) dominantní černá erná barva (holš
Extension
E+
-
původní jersey, Brown Swiss) Swiss) vodní zbarvení zbarvení u pratura (jersey,
e
recesivní recesivní vůči ůči E+ a ED
červená hereford, red angus, angus, simental) simental) ervená barva (hereford,
(18. chr.) chr.)
A
A+
Dominantní Dominantní v př přítomnosti E+ a hypostatická hypostatická vůči ůči ED
alela pů původní vodní, šedé edé zbarvení zbarvení
Aguti
aw
Recesivní Recesivní
svě světlejší tlejší břicho, mezirož meziroží, uš uši, hruď hruď
(13. chr.) chr.)
atp
zesiluje projev alely aW Zředě eděná hně hnědá (Dexter )
B (TYRP1)
Tyrosinase related protein 1
(8. chr.) chr.)
D zředě edění
Dc
Skoro dominantní dominantní
Zředě edění charolais: heterozygoti: heterozygoti: černá erná > svě světle šedá edá; Červená ervená > svě světle kré krémová mová homozygoti: homozygoti: bí bílí
Ds
Neú Neúplná plná dominance
Zdř Zdředě edění simental: simental: heterozygoti: heterozygoti: černá erná > svě světle šedá edá; červená ervená > svě světle červenou; homozygoti: homozygoti: svě světlejší tlejší
Dn
Neú Neúplná plná dominance
Dun: odstraně odstranění červené ervené pigmentace, (Brown (Brown Swiss Chianina, Chianina,…) Genetika
(c) TGU 2006
4
2
Genetika skotu, ovcí a koz
Geny zbarvení skotu Lokus
Alela
Zbarvení Zbarvení
S+
nestrakaté ervniky) nestrakaté pláš plášťťové ové zbarvení zbarvení (červniky)
SH
strakatost typu Hereford = bí bílá hlava
SP
bílý hř hřbet (pinzgavský skot)
s
recesivní recesivní strakatost (od té téměř bílé barvy nebo jen bí bílé nohy, břicho, ocas)
R (KITLG /
R
normá normální lní zbarvení zbarvení
MGF )
r
zbarvení zbarvení roan u heterozygotů heterozygotů
S Strakatost
Roan (5. chr.) chr.)
Lokus S: alela SH je úplně plně dominantní dominantní nad alelou S+ a kodominantní kodominantní k alele SP, alela SP je neú neúplně plně dominantní dominantní k alele S+ alela s je recesivní recesivní ke vš všem ostatní ostatním alelá alelám Lokus R: genotyp Rr podmiň podmiňuje zbarvení zbarvení roan genotyp rr – projev tzv. choroby bí bílých jalovic (sterilita) Genetika
5
Příklad ně některých genotypů a jejich fenotypových projevů Holš Holštýnský skot (černostrakatý) EDED A+A+ ss RR EDe A+A+ ss RR
Český strakatý skot ee A+A+ ss RR
Holš Holštýnský skot (čevenostrakatý) evenostrakatý) ee A+A+ ss RR
Genetika
(c) TGU 2006
6
3
Genetika skotu, ovcí a koz
Hereford ee A+A+ SHSH RR
Česká eská červinka ee A+A+ S+S+ RR
Pinzgavský skot ee A+A+ SPSP RR
Jersey E+E+ aWaW ss RR
Genetika
7
Transmissible spongiform encephalopathy (TSE) ~ BSE
U většiny savců ~ zvýšení resistenci vůči proteináze svou βstrukturou prionového proteinu (PrP), tzv. scrapie isoforma (PrPSc; Prusiner, 1991) Predispozice je asociována s mutacemi v tomto genu varianty v bovinním PRNP genu > subsituce AMK nebyly publikovány 3 tiché mutace a několik oktapeptidových opakování v kódujícím segmentu byly detekovány pomocí MS, SNPs a v nekódujících oblastech 2 polymorfismy v nekódující oblasti byly asociovány s BSE (Sander et al. 2004). Asociace v oblasti genů PRNP (13. chr.) a neurofibromin 1 (NF1; 19. chr.) – MS markery BSE resistentní genotypy má nižší výskyt infekce, ale může infekční priony přenášet!!! Genetika
(c) TGU 2006
8
4
Genetika skotu, ovcí a koz
Geny mléčných bílkovin z
Kaseiny (6. chromozom)
α s1s1- kasein (αs1 – Cn) Cn) – A, B, C, D, E α s2s2- kasein (αs2 - Cn) Cn) – A, B, C, D β kasein (β – Cn; (zdravé mlé mléko), A3 (produkce mlé mléka), A5, B, C, D, E, H Cn; CSN2) – A1, A2 (zdravé κ kasein (κ – Cn; Cn; CSN3) - A, B, E (sýry) z
Syrová Syrovátkové tkové proteiny
α - laktalbumin (α - La) 5. chr., chr., A, B β - laktoglobulin (β - Lg) Lg) 11. chr., chr., BB > ví více tuku a kaseinů kaseinů v mlé mléce, AA > ví více mlé mléka
DGAT1 (acyl CoA: CoA: diacylglycerol acyltransferasa) acyltransferasa) – gen asociová asociován s lokusem QTL na 14. chr. chr. a zvýš zvýšení ením množ množství stvím tuku v mlé mléce a sní snížení ení kg mlé mléka a množ množství ství bílkovin z
4 polymorfismy
Genetika
9
β – Cn; CSN2
A1 (His) – rizikový faktor pro diabetes I. typu (dětský); asociace s výskytem srdečních onemocnění, autismus z
Více mlé mléka, ví více tuku
A2 (Pro)– redukuje sérový cholesterol
Genetika
(c) TGU 2006
10
5
Genetika skotu, ovcí a koz
κ – Cn; CSN3 AA
BB
Vyšší Vyšší produkce mlé mléka (kg) Niž Nižší obsah tuku a bí bílkovin (%) Pomalejší Pomalejší sýř sýřitelnost Niž Nižší jakost a produkce sýř sýřeniny Niž nost sýra Nižší výtěž výtěžnost Zastoupení Zastoupení v populací populacích skotu v ČR 20 - 70% (H) a 18 – 40% (Č (ČS)
Niž Nižší produkce mlé mléka (kg) Vyšší Vyšší obsah tuku a bí bílkovin (%) Větší micely Rychlejší Rychlejší sýř sýřitelnost Vyšší Vyšší jakost a produkce sýř sýřeniny Vyšší nost sýra Vyšší výtěž výtěžnost Zastoupení Zastoupení v populací populacích skotu v ČR 1- 5% (H) a 9 – 20%(Č 20%(ČS)
Genetika
11
FMO3 gen
Syndrom rybí rybího pachu – trimetylaminurie (autozomá autozomálně lně recesivní recesivní onemocně onemocnění u lidí lidí) Kvalitativní Kvalitativní defekt mlé mléka > zvýš zvýšená ená hladina trimetylaminu (TMA) > nesmyslná nesmyslná mutace v FMO3 genu u jednoho plemene skotu - Swedish Red and White dojný skot (SRB) Gen FMO3 kóduje enzym flavinflavin-containing monomono-oxygenase > mutace > ztrá ztráta funkč funkčnosti > zhorš zhoršena oxidace TMA v játrech > rybí rybí pach Mutace R238X > př předč edčasná asná terminaci transkripce > kompletní kompletní ztrá ztráta aktivity enzymu
Genetika
(c) TGU 2006
12
6
Genetika skotu, ovcí a koz
Geny zmasilosti u skotu MYOD rodina • Myf3 (MYOD1 - 15. chr.), Myf5 (5. chr.) – determinace myoblastů • Myogenin (Myf4 – 16. chr.) – spojování myoblastů do vícejaderných myofibril IGF rodina (inzulínu podobné růstové faktory) • IGF1 (5. chr.), IGF2 (29. chr.) – vliv na myogenezi Myostatin – MSTN (GDF8) (2. chr.) – blokuje buněčné dělení, blokuje vliv myogeninu (negativní regulace) > zamezuje tvorbě myofibril v embryonálním stádiu Genetika
13
Vznik dvojitého osvalení skotu
Gen MYOSTATIN (MSTN – BTA 2) 2) – protein (člen velké rodiny molekul zvaných transforming growth factors beta (TGF-β), někdy označovaný jako growth and differentiation factor-8 (GDF-8) z blokuje vliv myogeninu a tím zamezuje tvorbě dalších myoblastů, myofibril a svalových vláken
MUTACE MSTN = ztrá ztráta funkce bloká blokády = vě větší množ množství ství svalových buně buněk, fibril a vlá vláken z
Vznik DVOJITÉ DVOJITÉHO OSVALENÍ OSVALENÍ u skotu Belgické Belgického modromodro-bílého plemene, jeho systematické systematické šlechtě lechtění od roku 1807, podmí podmíněné genotypy recesivní recesivních homozygotů homozygotů
Výsledek dvojité dvojité osvalení osvalení = z z z z
20 % - 43 % ná nárůst svalové svalové hmoty 50 % redukce lipidů lipidů lepší lepší konverze krmiva větší hřebenové ebenové svaly na lopatce (sví (svíčková ková) Genetika
(c) TGU 2006
14
7
Genetika skotu, ovcí a koz
delece 11 bazí bazí DNA ve 3. exonu (937 – 947)> 947) mutovaný protein kratší o 89 AMK a posledních 11 AMK má jiný smysl > Belgické Belgické Modré Modré > hypertrofie a hyperplasie svalových vláken a zvýšení svalové hmoty • Hyperplazie = zvětšení orgánu způsobené zvýšení počtu svalových vláken • Hypertrofie = zvětšení orgánu způsobené zvětšením velikosti individuálních svalových vláken z
z
20 – 25% nárůst svalové hmoty, 50% redukce lipidů (IMT), lepší konverze krmiva snížení velikosti vnitřních orgánů, snížení plodnosti u samic, oddálení pohlavní dospělosti, nižší životaschnopnost potomků
Piedmontese z z
C -> A v 1. exonu > substituce Leu za Phe G -> A v 3. exonu > substituce Cys za Tyr
Bodová Bodová mutace C > T - plemena Charolais, Piemont, Piemont, Manie –Anjou, Anjou, Limusine (další 2 mutace) ~ recesivní recesivní homozygoti = vyšší vyšší zmasilost
popsáno více mutací > ztrátu funkce myostatinu > svalová hyperplazie Genetika
15
Heritabilita (h2) u skotu procenta bí bílkovin a tuku v mlé mléce
0,50 až až 0,70
kg mlé mléka
0,25 až až 0,35
procentem bí bílkovin a tuku
rGxGy = 0,48 až až 0,70
obsah libové libového masa
0,50 (0,26 až až 0,76) 0,76)
Výš Výška hř hřbetní betního tuku
0,39 (0,25 až až 0,56) 0,56)
Procento libové libového masa
0,71
Mramorová Mramorování masa (subjektivní (subjektivní)
0,49 (0,19 až až 0,79) 0,79)
Procento intramuskulá intramuskulární rního tuku
0,54 (0,26 až až 0,93) 0,93)
Procentem IMT a mramorová mramorování masa Koneč Konečné pH masa
0,15 (0,10 až až 0,19)
Tuhost libové libového masa
0,30
Výskyt dvojč dvojčat
0,005 – 0,1
Délka bř březosti
0,22 – 0,64
Servis perioda
0,01 – 0,06
Obtí Obtížnost porodů porodů
0,03 – 0,29 Genetika
(c) TGU 2006
rGxGy = 0,65 až až 0,96
16
8
Genetika skotu, ovcí a koz
Genetika ovcí The 'virtual sheep genome' genome' project has mapped 98 per cent of the sheep's sheep's genetic makemake-up. up. CSIRO, Monday, Monday, November 13, 2006 The ‘virtual sheep genome’ – a physical DNA map of more than 98 per cent of the sheep genome – will be made publicly available by CSIRO this week. It contains the ‘best bet’ about where the sheep’s vast amount of hereditary information can be found on its 26 chromosomes. The new sheep genome data will now fast-track the identification of the crucial genes responsible for sheep health and productivity, as well as for wool and meat quality. It is set to speed up the development of DNA marker tests, which will allow sheep breeders to identify and select animals with superior muscle quality and quantity, parasite resistance and wool quality. Genetika
17
Geny zbarvení u ovcí Geny
Alely
efekt
aguti
Awt, Agt, Ag, Určuje, která vlákna budou zbarvená, a která bílá, symetricky po celém těle A b, A t , A a
černá/hnědá
B B, B b
Určuje, zda pigment eumelanin bude exprimován jako černá nebo hnědá barva
zředění
D D, D d
Černá > modro šedá a hnědá > světle hnědá (plavá) –nemusí být u všech plemen
Extension MC1R (14. chr.)
Ed, E+
ovlivňuje expresi genu aguti
Genetika
(c) TGU 2006
18
9
Genetika skotu, ovcí a koz
Geny plodnosti
FecB – gen plodnosti booroola gen (alela B, +) 6q236q23-31 z z z z
z z
Gen BMPRBMPR-IB (bone morphogenetic protein receptor IB) (Wilson et al. al., 2001; Mulsant et al. al., 2001; Souza et al. al., 2001). 2001). substituce Q249R (Gln Gln – Arg) ) ( Arg Mutace zvyš zvyšuje plodnost u B+ (1,5 vají vajíčka a 1 jehně jehně ve vrhu naví navíc) a ješ ještě více u BB samic (3 vají vajíčka a 1,5 jehně jehněte ve vrhu naví navíc) plemeno booroola australských merinek, Garole (Indie), Javanese ovlivň ovlivňuje velikost vrhu, hmotnost tě těla, vývoj ovarií ovarií plodu, poč počet zárodeč rodečných buně buněk
zFecX - gen plodnosti inverdale -
X chromozom (alela I, +)
z oocyte-derived growth factor gene (BMP15) (Galloway et al., 2000), známý jako growth and differentiation factor-9 (GDF9) – vícená cenásobná sobná ovulace, vývoj zá zárodeč rodečných buně buněk, folikulogeneze
– homozygotní homozygotní nosič nosiči mutace - neplodnost - II – heterozygoti I+ o 1 vají vajíčko ví více než než homozygoti ++
z mutantní alely I, H, B, G (Romney, Belclare, Cambridge,
Lacaune) z oba geny ovlivňují folikulogenezi u plodu Genetika
19
Další geny plodnosti ovcí FecX2W - Woodlands plodnost - je maternálně imprintovaná (od matky je ztišena) - X chromozomu (Coopworth) FecGH – 5. chromozom (Belclare, Cambridge)
z
Gen GDF9 – H+ > + 1,4 ovul. vajíček; HH – neplodnost samic
FecLL – 11. chromozom (Lacaune) FecII – ? chromozom (Icelandic)
z
II – neplodnost samic Genetika
(c) TGU 2006
20
10
Genetika skotu, ovcí a koz
Lokus pro rohatost ovcí
lokus rohatosti (Ho) : 1. a 10. chromozom (nejméně 2 geny ?)
Genetika
21
Geny masné užitkovosti gen
calpain regulační podjednotka (CANP) – ? chr. gen caplain těžká podjednotka L3 (CANP3) – 7. chr. • ubikvitin ázy (μ-calpain a mubikvitin calciumcalcium-dependentn dependentní protein proteiná m-calpain) calpain)
gen
calpastatin (CAST) – 5 chr.; 3 alely (PCR – RFLP) • specifiký specifiký inhibitor ↑ calpainů calpainů
ovlivňuje negativně postmortální degradaci svalových proteinů kvalitu masa (křehkost)
Genetika
(c) TGU 2006
22
11
Genetika skotu, ovcí a koz
Callipyge callipyge gen (CLPG) 18. chr., blízko telomery –> svalově specifická hypertrofie (beder a kýty) (krásné zadky) Mutace u Solid Gold berana, v roce 1983, Dorset Parentální imprinting (jen alela od otce se projeví) a zároveň polá polární rní superdominance Projevuje se ve věku 4 týdnů
Genetika
23
Histologická analýza
Pomalé Pomalé oxidativní oxidativní vlá vlákna (typ I) jsou černé erné, rychlé rychlé oxidativní oxidativní vlá vlákna (typ IIA) jsou tmavě tmavě šedé edé a rychlé rychlé glykolytické glykolytické vlá vlákna (typ IIB) jsou svě světle šedé edé více a vě větší prů průměr rychle staž stažitelných sval. vlá vláken u callipyge genotypu
Genetika
(c) TGU 2006
24
12
Genetika skotu, ovcí a koz
Genetika
25
Efekt CLPG genotypu
CLPG fenotyp z z
z z
z
vyšší jatečnou výtěžnost a libovější jatečné tělo o 43 % větší plochu nejdelšího zádového svalu a o 29 % větší hmotnost tohoto svalu a biceps femoris vážil o 52 % více Lepší konverze krmiva méně vnitřního tuku (kolem ledvin) a méně podkožního tuku Maso je však pevné a tužší / Genetika
(c) TGU 2006
26
13
Genetika skotu, ovcí a koz
Dědičnost CLPG
CLPG mutace zdě zděděná od matky zasahuje urč určitým způ způsobem do účinku aktivní aktivní paterná paternální lní CLPG alely způ způsob dě dědič dičnosti > "polá "polární rní superdominance " (polar (polar overdominance) Pouze u heterozygotní heterozygotních jedinců jedinců, kteř kteří získali mutaci od otce Mat Pat (+ / CLPG ) se projeví projeví callipyge fenotyp
Genetika
Tranzice A -> G z – SNP je vysoce asociováno s fenotypem CLPG Genetika
(c) TGU 2006
27
28
14
Genetika skotu, ovcí a koz
Kvantita a kvalita vlny
Klasické šlechtění ovcí > na vysokou hmotnost vlny a současně na snížení průměru vláken Nízký genetický zisk (asi 1 nebo několik %/rok). Hledání genetických markerů pro kvalitu vlny (markery pigmentace, pokrytí rounem, …) Hledají se geny determinující vývoj folikulů > možnost měnit počet, velikost, tvar a aktivitu folikulů
Genetika
29
Heritabilita (h2) u ovcí Hustota vlny
0,6 rop
0,8
Jemnost vlny
0,4 – 0,6 rop
0,5 - 0,9 0,2 – 0,73
Délka vlny rop
0,5
Výš Výška hř hřbetní betního tuku nad MLD
0,23
Plocha MLD
0,50 – 0,53
Rezistence k parazitů parazitům
0,38
Kg mlé mléka
0,15 - 0,54 0,54
Kg tuku
0,23 - 0,27
Kg bí bílkovin
0,22 - 0,24
% tuku
0,49 - 0,64 0,64
% bí bílkovin
0,13 0,13 - 0,53 Genetika
(c) TGU 2006
30
15
Genetika skotu, ovcí a koz
Lokalizace genů mléčných proteinů v genomech ovce a koz lokus
označení
ovce
koza
αs1 kasein
CSN1S1
6
6q32
αs2 kasein
CSN1S2
6
6q32
β kasein
CSN2
6
6q32
κ kasein
CSN3
6
6q32
α laktalbumin
LALBA
3q21
5q21
β laktoglobulin
LGB
3q28
11q28
Genetika
31
Mapování genomu koz
Mapping the Caprine Genome (Goat) INRA z
Sumá Sumární rní statistika • lokusů lokusů 731 • Genů Genů 271 • Mikrosatelitů Mikrosatelitů 423
INRA goatmap Database
Genetika
(c) TGU 2006
32
16
Genetika skotu, ovcí a koz
Výběr zmapovaných genů koz
ASIP MC1R TYR CAST CAST CSN1 DMD ESR1 GOLA PRNP LEPR
13q22 18q13 29q12 7q267q26-q27 6q Xq12 8q258q25-q27 23q22 13q17 3q33
aguti melanocortin 1 receptor tyrosinasa (albinismus) calpastatin kasein (α (α, κ, β, αs1, αs2) dystrofin [svalová [svalová dystrofie] estrogen receptor 1 MHC prion protein leptin receptor
Genetika
33
Heritabilita (h2) u koz Plodnost % tuku v mléce Věk při prvním porodu % bílkovin v mléce Množství mléka za laktaci Konverze krmiva Hmotnost JOT
Genetika
(c) TGU 2006
0,05 – 0,40 0,55 0,55 0,50 0,39 0,40 0,45 –0,50
34
17
