Genetické markery pro masnou užitkovost prasat

Dvořák, J., Vrtková, I., Hruška, D., Coufalová, M.

Ústav genetiky - Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Brno

Při zamyšlení nad tématem konference "Současné požadavky na úroveň produkčních znaků ve výkrmu prasat", se u většiny z nás vytvoří otázka:"Požadavky můžeme znát, ale jak je dosáhnout, jak je naplnit"? Pomocnou ruku podávají i různé vědní discipliny a na základě nových výzkumných a vývojových poznatků chovatelé upozorňují na jednotlivé schody, které jako součást dlouhého schodiště vedou k dosažení požadované produkce u jatečných prasat. V posledních letech se na mnoha dosud neoznačených schodech objevuje nápis "Genetika". Cílem tohoto příspěvku je upozornění a informace o některých "genetických schodech".

Většinu produkčních znaků můžeme v genetické terminologii zařadit do skupiny - kvantitativních znaků.

Základní informace pro vznik a projev kvantitativního znaku je zapsána pomocí čtyř písmen (A,T,C,G) v molekulách DNA v jádře každé buňky prasete. V tělesných (somatických) buňkách prasete je 38 molekul DNA /38 chromozomů). Jeden kvantitativní znak je většinou zapsán ve více molekulách DNA; jinak řečeno souhra více úseků různých molekul DNA ovlivňuje produkční znak. Tyto úseky DNA se nazývají " lokusy kvantitativních znaků a označují zkratkou - QTLs (z angl. Quantitative Trait Loci).

Hlavním produktem na úroveň produkce u prasat, tj. na úroveň kvantitativních znaků, je ekonomika produkce.

Proto i v genetickém výzkumu zaměřeném na prasata (mapování genomu) se největší pozornost soustřeďuje na ty QTLs, které by mohly být využity při selekci a hybridzaci prasat, vedoucí ke zlepšení ekonomiky produkce. Tato část QTLs se proto nazývá lokusy ekonomicky významných znaků a označují se zkratkou ETLs (z angl. Economic Trait Loci).

Požadavky producentů vepřového masa v Evropě na genetický výzkum vedly v roce 1998 výzkumné týmy čtyř zemí EU k zahájení speciálního projektu, kterému daly název:

GENETPIG

(z angl. GENes controlling Economic Traits in PIG).

Uvedený projekt si postavil za cíl - mapovat a identifikovat 700 genů v genomu prasete (Gellin et al. 1998).

V současné době (začátek roku 1999) je v genomu prasete zmapováno přes 510 lokusů, z nichž přes 160 jsou identifikované geny.

Určitá část z mapovaných lokusů může být použita jako genetické markery pro kvalitativní nebo kvantitativní znaky u prasat.

Genetické markery

Pro selekci a hybridzaci prasat mají největší význam markery, které mají určitou souvislost (asociaci) s produkčními a užitkovými znaky.

Nejčastěji se rozlišují dva druhy markerů:

1. Kandidátní geny

jsou to geny (úseky molekul DNA) u nichž je znám polymorfismus (výskyt různých alel v populacích prasat) a jejichž primární produkt (protein, enzym, hormon) se nějakým způsobem podílí na projevu užitkového znaku.

Např. - o růstovém hormonu (GH) se již dlouho ví, že ovlivňuje růst zvířat. Proto gen GH se po odhalení polymorfismu stal "kandidátním" genem.

2. Mikrosatelity

Mikrosatelity (zkratka MS) jsou velmi krátké úseky molekul DNA. Jejich předností je mnohočetný výskyt i v jedné molekule DNA a většinou vysoký polymorfismus (tj. jeden MS má mnoho variant = alel)

MS samy o sobě neovlivňují produkční znak, ale mohou být v molekule DNA blízko (tzn. v genetické vazbě) s dosud neznámým, ekonomicky významným, lokusem = ETL. Potom alely MS - které stanovíme molekulárně genetickými technikami - mohou být markery pro odlišné varianty ETL.

Kandidátní geny na ETLs pro masnou užitkovost

Gen "stresů", halotanový gen (HAL); gen ryadinového receptoru (RYR1); gen vápníkového kanálu (CRC) - to všechno jsou označení pro jeden z nejznámější v selekci prasat již využívaný genetický marker. V tomto příspěvku budeme používat zkratku CRC.

Gen CRC se nachází v 6tém chromozomu. Metodami PCR-RFLP (označované jako DNA test) se běžně stanovují dvě varianty genu CRC. Jsou to alely známé pod symboly: velké "N" a malé "n". Alely se od sebe liší záměnou jednoho písmene genetické informace genu CRC. Je to v pořadí 1843 písmeno. Když na tomto místě je písmeno "C" je to alela - N. V případě, kdy je na 1843 místě písmeno "T", je to alela - n. Konkrétní prase pak může mít genotyp:

N/N = odolné na stres N/n = odolné na stres ale někteří potomci mohou být citliví na stresn/n = citlivé na stres

Efekt uvedených genotypů se promítá do několika znaků masné užitkovosti. Proto se o CRC genu říká, že má pleiotropní efekt.

Konkrétní údaje vybrané z výzkumných prací v zahraničí a v ČR, ukazující rozdíly ve znacích důležitých pro ekonomickou masnou produkci, jsou v následujícím přehledu prací, publikovaných od roku 1995.

Masné německé hybridy sledovali Matthes a Schwerin (1995) a zjišťovali u různých genotypů CRC přírůstky: N/n = 842 gr; N/N = 841 gr a n/n = 792 gr plochu MLDT: n/n = 46,2 cm2; N/N = 43,9 cm2 a N/n = 43,3 cm2 % LM: n/n = 57,1; N/n = 56,0 a N/n = 56,1

Sather a Jones (1996) u hybridních kombinací (L x LW) x L nebo LW s genotypy jen N/N a N/n zjistili:

prasata N/n rostla o 7 dní déle, spotřebovala o 22 kg více krmiva, ale měla větší plochu MLDT a o 1% vyšší výtěžnost prasata N/n měla horší kvalitu masa (barva, odkap) a nižší množství intramuskulárního tuku

Larzul et al. (1997) u kříženců Pn x LW zjistili:

nižší přírůstky u genotypů n/n oproti zvířatům N/N a N/n Park et al. (1998) u LW a L nižší přírůstky u genotypů n/n

Gibson et al (1997) u 2877 prasat plemene L,Y, Duroc a Hampshire odhalili pouze 7 zvířat s genotypy n/n a proto hodnotili jen genotypy N/N a N/n .

přírůstek byl skoro stejný - N/N = 866 gr; N/n = 867 gr. výška hřbetního tuku - N/N = 13,6 mm, N/n 13,4 mm spotřeba krmiva na kg přírůstku - N/N = 2,66; N/n = 3,63 vysoce průkazný rozdíl byl zjištěn v obsahu libového masa a v kvalitě masa

Z výsledků u populací prasat v ČR uvedeme souhrnně poznatky získané na Ústavu genetiky MZLU v Brně v tabulkách:

Tab 1. Užitkové parametry z VU u prasnic plemene BU

Tab 2. Užitkové parametry z VU u prasnic plemene L

Tab 3. Užitkové parametry u experimentu s výkrmem hybridních prasat L x Bu a (BU x L) x C

Výsledky analýzy užitkových znaků u různých genotypů CRC lze zobecnit následovně:

prasata s genotypy N/N mají:

větší odolnost na stres malý výskyt vady masa PSE větší % intramuskulárního tuku menší % libové svaloviny ve srovnání se zvířaty genotypů n/n

Prasata s genotypy heterozygotními N/n jsou nejvhodnější pro jatečné účely.

Musíme si však uvědomit, že v každé genotypové skupině existuje varia-

bilita, která je podmíněna dalšími geny a vlivy prostředí.

Za příklad vlivů dalších genů nám může posloužit známá souvislost mezi genotypy CRC a citlivostí ke stresům.

Objektivním ukazatelem citlivosti prasat na stres je halotanový test. V letech 1993 a 1994 a znovu v roce 1998 byly zveřejněny výsledky porovnání genotypů CRC a halotanového testu. Z celkového počtu deseti námi získaných publikací v sedmi byly ojediněle zjištěni falešně negativní nebo falešně pozitivní jedinci v halotanovém testu oproti genotypům CRC. Shrnutí publikovaných údajů je v následujícícm přehledu:

počet prasat s určeným genotypem N/N a N/n = 3162 ks z toho falešně pozitivních (reagujících v halotanovém testu jako náchylní na MHS) = 113 ks Vyjádřeno v procentech: z prasat s genotypy N/N a N/n reagovalo v halotanovém testu pozitivně 3,6 % počet prasat s určeným genotypem n/n = 789 ks z toho falešně negativních (nereagujících v halotanovém testu) = 76 ks Vyjádřeno v procentech z prasat s genotypy n/n nereagovalo v halotanovém testu 9,6 %

Při analýze publikovaných zjištění můžeme zjistit:

největší procento falešně pozitivních prasat bylo u plemene Pietrain a následuje Landrase plemeno s největším procentem falešně negativních nelze z publikací zjistit, neboť autoři uvádí "různé linie" v jedné práci se specifikovaným typem prasat jako kříženci Yorkshire x Duroc nebyli odhaleni žádní, falešně reagující jedinci

Z výsledků a zkušeností získaných na Ústavu genetiky k této otázce můžeme uvést:

v potomstvu jednoho kance plemene L jsme v různých chovech z celkového počtu 86 selat prověřili halotanovým testem v letech 1986-1989 a odhalili 12 pozitivních. Kanec byl následně (z uchované krve) zjištěn DNA testem jako homozygot N/N (DNA test byl proveden v naší laboratoři a v laboratoři v NSR). Jinak řečeno: v potomstvu určitého kance bylo 14 % falešně pozitivních potomků s genotypy N/n nebo N/N. v roce 1996 jsme 42 prasat - kříženců L x BU po 2 kancích prověřili halotanovým testem i DNA testem + dva heterozygoti N/n byli falešně pozitivní a měli stejného otce.

Z těchto i dalších poznatků vyplývá, že výskyt falešně pozitivních prasat je zakotven v potomstvu některých rodičů a soustředěn více u některých plemen.

Z genetického pohledu je možno falešnou pozitivitu pokládat za dědičnou. Podle poznatků z posledních let může být podmíněna genem z rodiny "šokových proteinů" např. HSP 70.2. Existuje práce, která uvádí, že HSP 70.2. působí aditivně s genem CRC.

Na činnost vápníkového kanálu a tím i na projevy stresové citlivosti by mohl mít vliv protein, který je uvnitř kanálu a nazývá se "triad". Nejnovější genetické poznatky lokalizují gen pro triad na první chromozom. V intronu daného genu bylo odhaleno vysoce polymorfní mikrosatelitové místo v dinukleotidové repetici { (CT)21 (CA)14}

Výzkumný tým z Goetingenu v roce 1998 při analýze 98 prasat různých plemen identifikoval celkem 17 odlišných alel. Alely se od sebe liší v délce repetice - od 186 bp do 234 bp. Největší frekvenci v jejich souboru prasat měla alela o délce 224 bp; byla ve frekvenci 0,17.

2. Kandidátní gen - myogenin

Gen myogeninu, je členem genové rodiny MYOD, která determinuje počet svalových vláken při narození a může být v asociaci s hmotností selat při narození a s obsahem libového masa u jatečných prasat.

Nejvíce výsledků o myogeninu publikovali Soumillion et al. (1996, 1997, 1998) z Holandska. Z jejich prací lze shrnout:

živá hmotnost selat při narození je nejvyšší u genotypů A/A a nejnižší u A/a. Rozdíly jsou kolem 40 g. Genotypy a/a jsou v hmotnosti uprostřed. průměrný denní přírůstek zjistili největší u genotypu AA, následovala prasata s genotypy A/a a největší byly u genotypů a/a u procenta libového masa uvádí autoři tyto výsledky: A/A = 57,26; A/a = 56,36; a/a = 56,74 V poslední práci autoři sdělují, že na růstové parametry měly genotypy myogeninu neprůkazný efekt, s tendencí vyšších hodnot u heterozygotů.

Z našich výsledků studia myogeninu jsou hodnoty užitkových znaků v následujících tabulkách

Tab. č. 4 Znaky masné užitkovosti u prasnic plemene BU podle genotypů myogeninu

Tab. č. 5 Znaky masné užitkovosti u plemenných kanců na ISK (různá plemena)

Tab. č. 6 Užitkové parametry z experimentu vykrmovaných hybridních prasat

3. Kandidátní gen pro intramuskulární tuk (H - FABP)

První informace o tomto genu jsou z roku 1996. Gerbens et al. (1996, 1997, 1998) v daném genu popsali tři různé polymorfismy. Při vyhodnocení % IMT uvádí např. u genotypů diagnostikovaných restrikčním enzymem Hae III tyto hodnoty.

genotypyD/D = 2,58 % IMTD/d = 2,57 % IMTd/d = 2,19 % IMT

Tento gen v naší laboratoři zatím ověřujeme metodicky a proto nemůžeme uvést informaci o plemenech v ČR.

4. Gen růstového hormonu (GH)

Asociace mezi genotypy a znaky masné produkce zjistili Larsen et al. (1995), Geldermann et al. (1996). Knorr et al. (1997) na základě svých výzkumů uvádějí, že 12% fenotypové variabilty ve výšce hřbetního tuku lze vysvětlit diferencemi mezi genotypy GH.

Naše výsledky z analýzy GH jsou v tabulkách.

Tab. č. 7 Vlastní užitkovost u prasnic plemene Landrase podle genotypů GH

Tab. č. 8. Vlastní užitkovost plemenných kanců na ISK podle genotypů GH3

Tab. č. 9 Znaky masné užitkovosti z experimentu s výkrmem hybridních prasat (prasničky a vepříci)

5. Další kandidátní geny na QTL masné produkce

POU1F1

gen pro transkripční faktor, podílející se i na regulaci růstového hormonu a prolaktinu

pro hmotnost při narození a výšku hřbetního tuku

LEP

gen leptinu, zprvu označovaný jako gen obezity (OB). U člověka a myší prokázána souvislost s obezitou. Analýza publikována v roce 1998 odhalila průkazné diference mezi genotypy LEP a poměrem maso:tuk v jatečných půlkách.

LEPR

gen receptoru Leptinu. V lokusu je známo více polymorfismů. Jeden z nich byl popsán doktorandem Ústavu genetiky.

RN

gen s polymorfismem u plemene Hampshire a jeho kříženců. Významný vliv genotypů na úroveň ztrát při zpracování masa.

CCK

gen cholecystokininu. Jeho produkt podporuje vylučování žluči a trávících enzymů. V našich analýzách byl ukázán efekt haplotypů CCK na přírůstky prasat od narození do 9ti týdnů věku.

ACTN

gen pro alfa actin2, patřící do genové rodiny ovlivňující vývoj svaloviny. V roce 1998 u referenční rodiny prasat nalezeny průkazné rozdíly mezi genotypy s některými znaky složení jatečného těla i kvalitou masa.

Myostatin

gen známý u skotu, kde u Belgického modrého plemene podmiňuje "dvojité osvalení", mutace v tomto genu jsou popsány i u plemene Piemontes a Marchigiana.

u prasat se zatím vyhledává variabilita a sleduje její možný efekt na masnou užitkovost.

LIPE

gen hormon senzitivní lipásy. Už jeho označení ukazuje na možný vztah k tuku. Polymorfismus v genu LIPE byl v roce 1998 popsán v rámci společného výzkumu Ústavu genetiky MZLU v Brně a UŽFG AV ČR v Liběchově. První zjištění - u malého souboru zvířat - jsou inspirujícící. Např. zvířata plemene Bílé ušlechtilé a Landrase měla jen alelu G, zatímco u plemene Duroc byly dvě různé alely (A = 0,23, G = 0,77).

QTL masné užitkovosti identifikované pomocí mikrosatelitů

První souhrnější informace o použití mikrosatelitních markerů (MS) podal Haley (1995). Popisuje odhalení QTL pro hřbetní abdominální tuk, pro délku tenkého střeva a některé další znaky na 4tém chromozomu. Pro hmotnost při narození a přírůstek od narození do 70 kg uvádí QTL na 13 chromozomu. Nejnovější výsledky o mapování QTL na 4tém chromozomu pomocí 9ti vybraných MS, jsou v publikaci Walling et al. (1998). Analýzou F2 generace, získané z křížení plemene Large White a Meishan, dokladují přítomnost QTL ovlivňující přírůstky v období mezi odstavem a koncem testu (aditivní efekt: 43,3 gr/den), dále pro hřbetní tuk (aditivní efekt: 1,8 mm). Práci uzavírají názorem, že alternativní alely detekovaných QTL jsou fixovány u sledovaných plemen. Z toho lze odvozovat, že budou i u našeho plemene Bílé ušlechtilé. Čepica et al. (1998) u jiného typu křížení (Divoké prase x Pietrain a Meishan x Pietrain) detekovali na 4tém chromozomu QTL pro jatečnou délku, hmotnost bůčku, hmotnost masa v bůčku a hmotnost plece.

Mikrosatelitními markery byly identifikovány i další QTL k masné užitkovosti. Např. pro průměrnou výšku tuku a intramuskulární tuk uvádí QTL na 7. chromozomu Bidanel et al. (1998). Rattink et al. (1998) pro tyto ukazatele popisují QTL na třech chromozomech. Pro průměrný denní přírůstek popisují QTL na 1. chromozomu Hawken et al. (1998). QTL k hřbetnímu tuku a jatečné délce na 6. chromozomu identifikovali Miller et al. (1998). MS markery byly odhaleny některé další asociace i na chromozomu č. 12 Knorr et al. (1997); č. 14 Bidanel et al. (1996); č. 2 a 12 Andersson - Eklund et al. (1996); č. 4 a 7 Wang et al. (1997); a na chromozomu č. 3 QTL pro počet svalových vláken, Milan et al. (1998).

Závěr:

Každý chovatel prasat musí vzít v úvahu, že schodiště vedoucí k dosažení cílů v masné produkci, nelze zdolat eskalátorem. Nelze si stoupnout pouze na jeden schod (označený např. výživa, technologie nebo genetika) a očekávat, že někde uvnitř ukrytý motor ho vyveze nahoru, na požadovanou úroveň produkce.

Toto schodiště, které jsme zvolili za příměr na začátku příspěvku , se musí celé vyšlapat: schod po schodu.

Příspěvek na konferenci byl připraven v rámci práce na výzkumném projektu NAZV č. EP 9280 a projektu FR VŠ MŠMT č. 0079/99.

Literatura u autorů.