Genomika hospodářských zvířat

Genomika hospodářských zvířat

QTL pro rezistenci a/nebo citlivost vůči leishmanióze a jiným infekcím u myší

QTL pro hybridní sterilitu samců u myší

White et al. 2011, Genetics

Jemné genetické mapování • Abychom v genetickém mapování pomocí BC1 či F2 generace získali rozlišovací schopnost cca 1 cM, je třeba analyzovat velké množství jedinců (~ 100) za použití jemné genetické mapy (~ 1 marker/1cM) - to je příliš! • Obvykle se genetické mapování provádí ve dvou krocích. V prvním kroku analyzujeme menší množství jedinců (cca 30) za použití hrubé genetické mapy (~ 1 marker/10cM). - nízká rozlišovací schopnost – desítky cM. V druhém kroku analyzujeme větší množství jedinců, genotypujeme však pouze markery v kandidátní oblasti. - zúžení kandidátní oblasti na zhruba 1cM. - umožňuje přechod z genetického mapování (cM) na fyzikální mapování (bp). • Součástí jemného genetického mapování je často vytvoření kongenního kmene. - umožňuje funkční analýzu hledaného genu.

Fyzické mapování • Sekvenování kritické oblasti vymezené genetickým mapováním. • Klonování DNA do vektorů (BAC, YAC). Sestavování získaných sekvencí do kontigů. Anotace získané sekvence. • Určení pozice markerů na fyzikální mapě. • V dnešní době už většinou netřeba. Fyzická mapa u organismů s přečteným genomem je známá.

Ověřování kandidátních genů • Vytvoření seznamu kandidátních genů v kritické oblasti • Hledání polymorfismů korelujících se sledovaným genotypem - nesynonymní mutace v kódujících oblastech - změny genové exprese • Testování vlivu jednotlivých genů či SNP na fenotyp pomocí transgeneze či knock-out

Další metody vazebné analýzy pomocí laboratorního křížení Konsomické kmeny

(Chromosomálně substituční kmeny)

10 generací zpětného křížení za současné selekce přenášeného chromosomu

Vazebná analýza pomocí konsomických kmenů • Příprava konsomických kmenů zdlouhavá a pracná (10 generací křížení, nutnost genotypovat každou generaci) • Jakmile ale kmeny hotové, mapování je rychlé a bez nutnosti genotypování. • Nízká rozlišovací schopnost mapování (celý chromosom). Pro jemnější mapování potřeba další křížení. • Z konsomického kmene lze snadno vytvořit kongenní kmen.

Idiogram genomu potkana

Inbrední kmen

Konsomický kmen

Kongenní kmen

Dvojitě kongenní kmen

Polydaktylní kmen potkana PD/Cub

• Vysoce inbrední model (F > 90) • model vývoje končetiny a teratogeneze • model hypertriglyceridémie, metabolického syndromu • Specifický farmakogenetický a nutrigenetický profil • Model vývojové plasticity metabolického syndromu

Mapování znaků pomocí panelu konsomických kmenů myší odvozených od kmenů B6 a MSM

Takada et al. 2008, Genome Research

Rekombinantně inbrední linie opakované křížení F1 bratr-sestra (alespoň 20 generací)

Rekombinantně inbrední linie samoopylení (alespoň 20 generací)

Vazebná analýza pomocí rekombinantně inbredních linií • Příprava sice zdlouhavá (20 generací křížení), ale nemusí se během ní genotypovat. Genotypuje se až konečná generace. • Jakmile hotové, rychlé mapování bez genotypování. • Vysoká rozlišovací schopnost – až 1cM (záleží na počtu vytvořených RIL). • Z RIL nelze snadno vytvořit kongenní kmen.

Mapování genů podmiňujících bílou korunku u WSB/EiJ

Vazebná analýza pomocí rodokmenů • Je třeba dostatek rodokmenů, ve kterých segreguje studovaný znak (choroba). • Rozlišovací schopnost daná počtem meióz zachycených v rodokmenech. Obvykle nízká (~1-10cM). • Vhodné pro mapování znaků s jednoduchou Mendelovskou dědičností, ne však kvantitativních znaků.

Identifikace genu odpovědného za cystickou fibrózu pomocí analýzy rodokmenů.

Science (1985)

Asociační mapování (LD mapování, haplotypové mapování) • Mapování v přírodních populacích na základě vazebné nerovnováhy (linkage disequilibrium, LD) ke genetickým markerům. • Je potřeba velmi vysoký počet markerů (~ 1 mil). • Přesný počet markerů závisí na míře LD v genomu (čím větší LD tím míně je potřeba markerů). - LD nepřímo úměrně závisí na míře rekombinace a efektivní velikosti populace - LD je větší kolem nedávno vzniklých výhodných mutací • Míra LD se mění podél genomu a tomu by mělo odpovídat rozložení markerů.

Haplotypová mapa lidského genomu (HapMap projekt) • určen genotyp více než 1 mil SNP rozmístěných každých 5 kb v genomu u více než 250 jedinců z několika populací • zjištěno, že genom je rozdělen do bloků (haplotypů) s vysokým LD (tzn. uvnitř těchto bloků téměř nejsou rekombinace). Hranice mezi jednotlivými bloky korelují mezi populacemi a odpovídají rekombinačním hotspotům. • Výsledky ukazují, že pro asociační mapování je třeba genotypovat ~ 0.5 mil SNP u Evropské populace a 1 mil SNP u Africké populace (tj. kapacita jednoho SNP genotypovacího čipu )

Asociační mapování • Má vysokou rozlišovací schopnost (~10kb). • Vhodné i pro mapování kvantitativních znaků. • Třeba analyzovat velký počet jedinců (~ 1000). • Důležité mít správnou kontrolní skupinu (pozor na populační strukturu). • Málo účinné pouze při mapování alel s velmi nízkou frekvencí v populaci a velmi komplexních fenotypů podmíněných velmi velkým množstvím genů s malými účinky.

Asociační studie sedmi chorob v britské populaci

The Wellcome Trust Case Control Consortium, Nature 2000

Asociační studie sedmi chorob v britské populaci

Vazbová analýza - nízký počet genetických markerů (~ 100) - nízká rozlišovací schopnost (~ 10 cM)

Asociační mapování - vysoký počet genetických markerů (~ 1 000 000) - vysoká rozlišovací schopnost (~ 10 kb)

Ideální je kombinace obou přístupů

1. vazebná analýza Hrubé genetické mapování - na úrovni celého genomu

2. Asociační mapování Jemné genetické mapování - lze omezit jen na určitou předem vybranou oblast

Jak rychle nalézt gen odpovědný za určitý fenotyp bez pozičního klonování Metoda kandidátních genů

• Vytvoření seznamu genů, které by mohly mít nějakou souvislost s pozorovaným fenotypem. • Hledání polymorfismů a jejich korelace s fenotypem. • Takto objeveny geny podmiňující některé lidské nemoci (např. geny pro srpkovitou anémii) i některé geny pro adaptivní znaky (např. geny podmiňující různou barvu srsti u hlodavců). • Tento přístup lze použít jen u některých fenotypů. Nelze nalézt geny, jejichž funkce je neznámá. Pytlouš skalní, obvykle světlý, na lávových polích černé populace. Černé zbarvení vzniká mutací v genu melanocortin-1-receptor gene (Mc1r), ale jen v některých populacích. V jiných populacích způsobuje černé zbarvení mutace v jiném genu zatím neznámém (Nachman et al. PNAS 2003).

ZNAK, VLASTNOST

kongenitální dystonie svalstva I, II, ichthyosis fetalis

ZDROJ

PLEMENO

POČET VZORKŮ

CMD 1 (12 pozit., 14 Charlier et al. Belgické modré, kontrolní), CMD 2 (7 pozit., (2008) Chianina 24 kontrolní), ICF (3 pozit., 9 kontrolních)

POČET VÝZNAM. SNPs

-

KONTROLA V NEZÁVISLÉ POPULACI

byly identifikovány 3 identifikována kauzální mutace geny nesoucí kauzální mutaci

Ne, přesné předpovědi netestováno odhadovaných PH mladých býků (viz. komentář) dojných plemen (Wiggans et al. 2011)

produkce mléka, plodnost, reprodukce, exteriérové vlastnosti a ostatní klíčové ukazatele mléčné užitkovosti

Cole at al. (2009)

Holštýn

5285

produkce mléka, PSB, životnost stáda, servis perioda, ins. Interval

Daetwyler et al. (2008)

Holštýn

484p

144

Ne

produkce mléka

Jiang et al. (2010)

Holštýn

2093

105

Ne

1533

4514 (napříč 19 znaky)

Ano

produkce mléka, PSB, životaschopnost, Bolormaa et al. Holštýn, Jersey rychlost dojení, temperament při dojení (2010)

KOMENTÁŘ

všechny SNPs současně

použito 9919 SNPs

Multitrait metoda

ZNAK, VLASTNOST

ZDROJ

PLEMENO

POČET VZORKŮ



KOMENTÁŘ

Testovány jednotlivé SNPs, stejně jako varHAP

produkce mléka, ukazatele plodnosti

Pryce et al. (2010a)

Holštýn, Jersey

1533

perzistence laktace

Pryce et al. (2010b)

Holštýn, Jersey

1533

619, při P<0,005

Ano

odolnost vůči tepelnému stresu, schopnost dojit při nízké úrovni krmení

Hayes et al. (2010)

Holštýn, Jersey

1533

362

Ano

produkce mléka, PSM

Kolbehdari et al. (2009)

Holštýn

28

Ne

1536 SNPs

produkce mléka - interakce s úrovní krmení

Lillehammer et al. (2009)

Holštýn

Ne

9918 SNPs

384

1573 (napříč Ano, 544 SNPs u Holštýna, 159 u Jersey 6 znaky)

ZNAK, VLASTNOST

ZDROJ

PLEMENO

POČET VZORKŮ



produkce mléka

Mai et al. (2010)

Jersey

1039

157

Ne

konformace zmasilost, funkční znaky

Kolbehdari et al. (2008)

Holštýn

462

196

Ne

1036 SNPs v intronech

866

2799

ne

Použit nový multivarietní postup

8207 SNPs

plodnost, věk při nástupu puberty

Fortes et al. tropická (2010) plemena skotu

plodnost býků

Feugang et al. (2009)

Holštýn

20 býků vynikající plodnosti

97

Ano, 4 nejvíce signifikantní SNPs se testovaly u 210 býků s mimořádnou plodností, dva signifikantní, související s integrin beta 5 proteinem.

plodnost samic

Sahana et al. (2010)

Holštýn

2531

74

Ne

KOMENTÁŘ

POČET VZORKŮ



KOMENTÁŘ

27

Ne, ale souhrnné výsledky potvrzeny individuální genotypizací.

První využití souhrnné DNA anylýzy pomocí GWAS u skotu

13

Ano

17,343 SNPs

ZNAK, VLASTNOST

ZDROJ

PLEMENO

plodnost, míra oplození, oplození, blastocysty

Huang et al. (2010)

Holštýn

mrtvě narozená mláďata, dystokie

Olsen et al. (2010)

Norská červinka

2525

snadnost telení

Pausch. et al. (2010)

Fleckvieh

1800

Ne

dvojče

Kim et al. (2009)

Holštýn

200

174

Ano, Birman et al. (2010). 55 SNPs ověřeno v nezávávislém souboru dat 921 holštýnských býků. Poslední set 18 SNPs vysvětluje 34% variabilitu ve výskytu dvojčat.

složení mastných kyselin v hovězím mase

Uemoto et al. (2010)

Japonský černý skot

160 mimořádných zvířat

32

Ne

ZNAK, VLASTNOST

ZDROJ

PLEMENO

POČET VZORKŮ

odolnost vůči Johnově chorobě (posuzováno dle odolnosti vůči M. aviumpoddr. paratuberculosis - MAP infekce)

Zanella et al. (2010)

Holštýn

90 plus, 16 pozit., 25 kontrolních

MAP - status

Settles et al. (2009)

Holštýn

245

MAP - status (ELISA)

Pant et al. (2010)

Holštýn

232 zvířat se známým MAP statusem

serologicky pozitivní (či neg.) na MAP (ELISA)

Minnozi et al. (2010)

Holštýn

483 MAP pozit., 483 negat. (ELISA)

vnímavost k BSE

Murdoch et al. (2010)

Holštýn

481 polosourozenců, 149 BSE pozit., 184 kontrolních vzorků


5 SNPs při P<1 * 〖10〗 ^(-5)

7 regionů při P<1 * 〖 10〗^(-5), 2 při P<1 * 〖 10〗^(-7)

12 genomických úseků signifikantních


KOMENTÁŘ

Ne

Ne

Ne

jeden úsek signifikantní při P<1 * Ano, menší kohorta ze stejné populace.Ověřeno 〖10〗^(-6) a tři 5 SNPs. signifikantní při P<1 * 〖10〗^(-5)

27 SNPs

Ne

Použito 3072 SNPs

ZNAK, VLASTNOST

ZDROJ

PLEMENO

POČET VZORKŮ



KOMENTÁŘ

růst

Snelling et. al (2010)

Angus, Charolais, Gelbvieh, Hereford, Limousin, Red Angus, Simentál

2603

231 SNPs

Ne

využití krmiva

Barendse et al. (2007)

Angus, Brahman, Belmont Red, Hereford, Murray Grey, Santa Gert., Shorthorn


161 SNPs při P<0,01

Ano, testována zvířata ze středu distribuce odkud pocházel panel 198 mimořádných zvířat

využití krmiva

Sherman et al. (2010)

Angus, Charolais, Alberta (hybrid)

464

23 při P<0,01

Ne

Použito 2633 SNPs

odolnost k tick burden

Turner et al. (2010)

Jersey , Holštýn, Aussie Red, Sahiwal, Illawara, Shorthorn


27 při P<0,05

Ne

Použito 7397 SNPs. Porto Neto et al. (2010) signifikantní SNPs velmi blízko u Integrin alpha 11 genu v navazující studii.

Genomika hospodářských zvířat

Recommend Documents