Genomics: quá khứ, hiện tại và tương lai
Nick Boddicker, Ph.D.
nboddicker@genesus.com
Genomics thường là một điểm thảo luận bất cứ khi nào các nhà sản xuất lợn đang nói về di truyền học, và điều đó có thể hiểu vì vậy genome đã hứa sẽ cải thiện rất lớn ngành công nghiệp lợn. Các nhà sản xuất muốn biết liệu công ty chăn nuôi mà họ đang hợp tác đang sử dụng công nghệ tiên tiến nhất để tối đa hóa lợi nhuận. Hầu hết, nếu không phải là tất cả, của các công ty di truyền lớn đang sử dụng gen trong một số cách, bao gồm Genesus. Nhiều bài báo kỹ thuật mà chúng tôi xuất bản liên quan đến các bộ gen hoặc các dự án có thành phần gen. Nhưng còn bức tranh lớn thì sao? Liệu bộ gen có phải tất cả mọi thứ nó đã được quảng bá rộng rãi? Ngành công nghiệp có được hưởng lợi từ genomics không?
Bộ gen của heo (tổng số di truyền của lợn) được chính thức phát hành trong 2009 và được xuất bản trong 2012 (Groenen và cộng sự, 2012). Bộ gen của lợn bao gồm các cặp nhiễm sắc thể 19, 1 là cặp nhiễm sắc thể giới tính, và có độ dài xấp xỉ 2.7 tỉ cặp cơ sở tương tự bộ gen người 3 tỉ base của cơ thể (Bates, 2010). Hình bên phải miêu tả các cặp base trong nhiễm sắc thể. Phần lớn các cặp base này không thông thạo vì chúng giống nhau trên tất cả các con lợn, nhưng không phải tất cả. Các cặp cơ sở thay đổi từ lợn sang lợn được gọi là SNP, hoặc các đa hình nucleotide đơn. Chip SNP thương mại đầu tiên có chứa ~ 60,000 SNP. Trong 6 hoặc 7 trong quá khứ, các SNN 60,000 này đã được sử dụng để xác định các điểm trạng thái định lượng (QTL), là các vùng trong bộ gen liên quan đến biến thể của một kiểu hình nhưng không nhất thiết gây ra biến thể của một kiểu hình. Các QTL thường ở gần gen gây ra sự biến đổi kiểu hình.
Trước khi phát hành bộ gen của lợn và chip SNP thương mại, trung bình 370 QTL đã được xuất bản mỗi năm. Sau khi bộ gen được phát hành, trung bình 1,350 QTL đã được xuất bản mỗi năm, hoặc 3.6 lần mỗi năm hơn trước khi phát hành bộ gen (animalgenome.org). Những kết quả này dẫn đến sự hiểu biết phong phú về gen hoặc QTL đang ảnh hưởng đến kinh tế quan trọng. Dưới đây là biểu đồ số lượng QTL được báo cáo mỗi năm kể từ 2000.
Thông tin về hệ gen có ảnh hưởng lớn nhất đối với việc lựa chọn các đặc tính không thể thu thập được từ các ứng cử viên lựa chọn (xác thịt và chất lượng thịt, khó đo lường (liên quan đến sức khoẻ) và các đặc điểm di truyền thấp (hiệu quả sinh sản). của QTL theo loại tính trạng đã được báo cáo vào cuối 2014 Khoảng 72% QTL báo cáo đã được trong các lớp tính trạng của thịt và chất lượng thịt và sức khoẻ.Không có nghĩa là tất cả các QTL đang được sử dụng trong ngành chăn nuôi lợn, nhưng rõ ràng là rất nhiều nghiên cứu đã đi vào việc xác định QTL có liên quan đến những đặc điểm khó chọn trong hạt nhân.Từ đây, mỗi công ty chăn nuôi đều xác định được sự hiện diện của các QTL trong quần thể của chúng trước khi sử dụng chúng để lựa chọn gen.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ gen có thể làm tăng tỷ lệ tăng gen bằng 10 đến 43% đối với các tính trạng khác nhau (Dekkers, 2007). Tuy nhiên, ngành công nghiệp chăn nuôi heo nói chung đã chậm chạp trong việc kết hợp thông tin di truyền so với ngành chăn nuôi bò sữa. Một trong những lý do chính là bởi vì các động vật thương mại là những con lai và các động vật nhân thường rất tinh khiết. Do đó, có một sự ngắt kết nối giữa hiệu suất thuần và hiệu suất giống lai. Genomics có thể thu hẹp khoảng cách nếu công ty chăn nuôi tiếp cận thông tin về gen và hình thái của các động vật lai.
Trên đây đã cung cấp một bản chụp về bộ gen cho đến nay và nơi chúng ta hiện đang đứng trong ngành công nghiệp chăn nuôi lợn. Nhưng ngành công nghiệp sẽ ra sao trong tương lai với bộ gen? Lĩnh vực chính đầu tiên là tăng số lượng SNP trên một chip SNP. Các bảng mật độ nhỏ hơn, ví dụ như chip 60,000 SNP, không nắm bắt được tất cả các biến dị di truyền hiện diện trong một quần thể, có nghĩa là thông tin quan trọng trong bộ gen không thể bị bắt hoặc bị bắt. Một ít hơn 1 cách đây một năm, một bảng điều khiển mới đã được phát hành có chứa ~ 80,000 SNP. Nghiên cứu đang được tiến hành với bảng mới này và nghiên cứu Genesus ban đầu đang mang lại những kết quả đầy hứa hẹn; có thể tốt hơn so với chip 60,000 SNP gốc. Bảng điều khiển mới nhất đã được phát triển là chip 600,000 SNP. Genesus là một trong những công ty di truyền học lợn đầu tiên, nếu không phải là công ty đầu tiên, sử dụng loại chip mới này và kết quả sẽ có trong những tháng tới. Số lượng SNP lớn nhất đang sắp xếp toàn bộ bộ gen hoặc tất cả 2.7 tỷ cặp cơ sở và Genesus đã sắp xếp một số động vật trong phạm vi quần thể của nó. Thật khó để đánh giá được số lượng dữ liệu khổng lồ mà trình tự sản lượng, nhưng sức mạnh máy tính được yêu cầu để xử lý số lượng dữ liệu đó là đáng kể.
Các lĩnh vực mới nổi khác của nghiên cứu đã trở nên quan trọng kể từ khi phát hành bộ gen của lợn bao gồm nutrigenomics, epigenetics và thuốc "cá nhân hoá lợn". Không chỉ các nhà di truyền học sử dụng bộ gen, nhà dinh dưỡng học đang nghiên cứu về ảnh hưởng của dinh dưỡng đối với việc biểu hiện gen, điều này tạo ra sự khác biệt về hiệu suất. "Một thành phần dinh dưỡng nhất định trong chế độ ăn uống làm thay đổi sự biểu hiện của một gen theo cách có lợi?" Là một trong những câu hỏi nutrigenomics có thể trả lời. Một ví dụ về biểu sinh thể là ảnh hưởng mà người mẹ có về con cái của nó trong tử cung. "Môi trường mà người mẹ có trong thời kỳ thai nghén có ảnh hưởng đến việc thực hiện con cái không?" Là một trong những câu hỏi được trả lời qua biểu sinh thể. Và cuối cùng, các công ty vắc-xin đang sử dụng bộ gen để xác định vắc-xin có lợi hơn nếu một quần thể động vật có một bộ gen nào đó được tạo ra.
Rõ ràng bộ gen đã đem lại lợi ích cho ngành chăn nuôi heo nói chung, nhưng chúng ta chỉ chạm vào đỉnh của tảng băng trôi. Sự ra đời của bộ gen heo đã mở ra nhiều cánh cửa nghiên cứu mà trước đây không thể. Đây là một thời gian thú vị để tham gia vào ngành công nghiệp chăn nuôi lợn và như một nhà nghiên cứu và nhà di truyền học là một thời gian thú vị để làm việc trong lĩnh vực di truyền học lợn nhằm thực hiện nghiên cứu tiên tiến sử dụng công nghệ tiên tiến nhất để tối đa hóa lợi nhuận cho các nhà sản xuất và khách hàng.
Tài liệu tham khảo:- Trang web Cơ sở Động vật và Cơ sở dữ liệu. Animalgenome.org.
- Bates, Ronald. 2010. Giải phóng bộ gen heo! 2010 Hội đồng Quản trị Heo Heo Quốc gia về Heo Heo.
- Dekkers, JCM. 2007. Sự lựa chọn được hỗ trợ bởi Marker đối với hiệu suất lai giống thương mại. Tạp chí Khoa học Động vật. 85: 2104-2114.
- Groenen, MA, Archibals, AL, et al. 2012. Các phân tích về bộ gen heo cung cấp cái nhìn sâu sắc về nhân khẩu học và sự phát triển của lợn. Thiên nhiên 491: 393-398.
Được phân loại trong: Công nghệ toàn cầu
Bài đăng này được viết bởi Genesus