Velogenetika změní strukturu chovů prasat
Nedávno mezinárodní tým vědců ze Salkova institutu zveřejnil zprávu o úspěšném přenosu části lidského genomu do prasečích ovocytů a zdárném vývoji této chiméry do věku 3-4 týdnů, kdy byl pokus záměrně ukončen a vyhodnocen. Tato zpráva šokovala veřejnost a vyvolala staronové debaty o genetických modifikacích a mezidruhovém křížení. I když pokusy tohoto typu jsou dělány zejména pro potřeby humánní medicíny a získané poznatky mají sloužit především k léčbě lidských nemocí, lze některé techniky molekulární biologie a genetiky s úspěchem využívat ve šlechtění hospodářských zvířat včetně prasat.
Rychlá genetika
Počátkem 90. let minulého století byla vytvořena koncepce tzv. velogenetiky (velos znamená řecky rychlý). Jedná se o proces intenzivního šlechtění, který vychází z principů klasické genetiky a používá techniky molekulární biologie a genetiky ke zrychlení přenosu genetické informace z rodičů na potomky. Reprodukční biotechnologie zvyšují intenzitu selekce výrazným zkrácením generačního intervalu a postupy molekulární genetiky zase dovolují výrazně zvýšit přesnost selekce.
Selekční cyklus velogenetiky (obr. 1) začíná odběrem embryí od vhodné dárkyně, následuje kultivace in vitro (ve skle) pro získání pohlavních buněk (dalších ovocytů a spermií), které jsou nadále kultivovány a oplodněny in vitro. Nově vzniklá embrya jsou selektována např. podle markerů (označených míst v genomu, které mají vliv na kvantitativní znak) a buď implantována do příjemkyně nebo jsou využita v dalším cyklu kultivace in vitro.
Obr.1. Selekční cyklus velogenetiky
Praktické dopady velogenetiky na hybridizační programy
Hybridizační programy u prasat jsou založeny na využívání heterozy pro reprodukční a růstové znaky a na plemenné (nebo liniové) komplementaritě. Klasickým produktem hybridizačních programů jsou čtyřplemenní kříženci určení pro výkrm. Takové křížení využívá individuální, maternální a paternální heterozu u porážených a rodičovských generací a osvědčilo se jako optimální i díky celkové průmyslové efektivitě. Prakticky zahrnuje různé typy křížení, od zpětného křížení, trojplemenného křížení, až po křížení zahrnující více než čtyři linie. Kromě výhody využívání heteroze, mohou být chována rozdílná plemena nebo linie pro rozdílné cíle, ku příkladu specializovaní plemeníci a mateřské linie selektované pro tempo růstu libové tkáně a reprodukci. Podle poptávky trhu mohou být voleny žádané kombinace linií a schémata křížení.
Potřeba chovat rozdílné linie, spolu s přáním dělat genetiku v jednom místě a odtud rozšiřovat genetický zisk na porážková prasata, určuje organizační strukturu chovů prasat v tzv. pyramidě. V takové struktuře bývá několik nukleových stád na vrcholu pyramidy (tady je dosahován genetický pokrok) a mnoho rozmnožovacích stád, která množí buď čistokrevná nebo hybridní prasata pro nasycení potřeb velkého množství prasat v komerční sféře na spodu pyramidy. Ze šlechtitelského hlediska je současná struktura prasečího průmyslu nejen nezbytná, ale také potenciálně výnosná, neboť komerční zemědělci potřebují nepřetržitou zásobu vyměňovaných křížených prasniček (a kanců), kteří nemohou být odchováni doma.
Avšak u soudobých schémat křížení existují některé kritické body:
Cena udržování jednotlivých plemen (linií) a cena vytváření kříženců pro produkci hybridních prasat.
Generační interval, který je vymezený potřebou produkovat hybridní prasata na prodej komerčním producentům.
Výběr plemen (linií) pro dosažení požadované užitkovosti u hybridů je ve skutečnosti náročný, jelikož nukleové populace bývají testovány jako čistokrevné.
Lze předpokládat, že nové biotechnologie mohou napomáhat k překonání těchto nedostatků, a to snížením počtu linií, které je nutné chovat, vyřazením jednoho nebo dvou pásů z tradiční šlechtitelské pyramidy a efektivním využíváním informací z křížení pro selekci uvnitř čistokrevných linií.
Snižování generačního intervalu
Pro modelovou představu, jakým způsobem lze pomocí molekulárních biotechnologií snižovat generační interval v chovu prasat, vyjděme z předpokladu, že se poráží přibližně 5 miliónů jatečných prasat ročně. Dále předpokládejme tradiční šlechtitelské schéma prasat s typickou pyramidální strukturou rodičů, prarodičů, pra-prarodičů a nukleových top zvířat (viz. obr. 2). Dejme tomu, že prarodiče produkují v průměru 18 samičích rodičů za celý svůj produktivní život, což je asi 2 roky a že pra-prarodiče produkují v průměru 15 samičích prarodičů a top zvířata produkují v průměru 10 samičích pra-prarodičů. Z těchto prognóz vyplývá, že na 5 miliónů porážkových prasat je třeba chovat přibližně 250 000 rodičovských prasnic v populaci, jejichž geny by mohly být v konečném důsledku dodávány malým nukleem asi 100 prasnic. Ve skutečnosti je však počet nukleových prasnic, zásobujících podobný trh mnohem vyšší, a to z důvodů např. neúčinnosti neintegrovaných šlechtitelských schémat, konkurence mezi chovy plemen, potřeby udržovat jednotlivé linie a potřeby chovat dostatečně početné linie, aby se zamezilo vysoké hodnotě inbrídingové deprese. Dále, dejme tomu, že nukleové prasnice dávají svůj první vrh v 6 měsících po selekci, prasnice ve všech pásech dávají čtyři vrhy s mezidobím 6 měsíců a věk prvního oprasení je 12 měsíců, z toho vyplývá, že doba mezi selekcí nukleových prasnic a porážkou komerčních zvířat je přibližně 7 let. Jestliže kanci jsou předáváni dolů ve šlechtitelské pyramidě jako živá zvířata, interval samčích vlastností by byl podobný samičím. Jenže používání umělé inseminace, zapojené v čistokrevných pásech, sníží interval samčích vlastností tak, že souhrnný interval může být snížen ze 7 přibližně na 5-6 let. Snížit generační interval lze též kombinací top zvířat a pra-prarodičů do super-nuklea s využitím inseminace a tím vynechat jeden pás šlechtitelské pyramidy.
Obr.2. Tradiční šlechtitelská pyramida chovů prasat
Velogenetika umožňuje razantní snížení šlechtitelských pásů v pyramidě (obr. 3) a to tím, že embrya porážkových prasat jsou implantovaná do příjemkyň, které jsou chovány pro reprodukční užitkovost (tolik selat narozených živě, kolik jen lze). Dále předpokládejme, že existuje neomezená zásoba embryí (klonů) z dárkyň na úrovni nuklea ze selektovaných nukleových genotypů a že komerční producenti prasat nakupují embrya, jenž jsou nechirurgicky implantovaná do příjemkyň. Prasnice - příjemkyně mohou mít samostatný šlechtitelský program a komerční producenti prasat dělají jejich vlastní výměnu nákupem embryí. Na konec předpokládáme budoucí produkci prasnic - příjemkyň asi 40 selat ročně. Tyto předpoklady umožňují velké snížení počtu prasnic přítomných v každém okamžiku a velké snížení generačního intervalu. Ve srovnání s tradičním šlechtitelským schématem je populace prasnic poloviční, interval mezi nukleem a komerční sférou je fakticky nulový a jen 250 rodičů je třeba na výměnu příjemkyň. Počet pásů je snížen na tři.
Obr.3. Šlechtitelská pyramida chovů prasat s využitím velogenetiky
Změna schémat šlechtění prasat
Výhodné je kombinovat zkrácený generační interval se selekcí (např. podle genových markerů), která není závislá na pohlaví a věku zvířat a která není závislá ani na čekání na informace o užitkovosti. Tyto šlechtitelské programy jsou podstatně odlišné od tradičních šlechtitelských programů, které využívají zejména reciproční rekurentní selekce a je požadovaná fenotypová informace v každém cyklu selekce. Obr. 4 znázorňuje teoreticky možné komerční schéma křížení prasat, které by mohlo zahrnovat následující prvky:
Samostatná produkce a reprodukce linií, šlechtěných dle požadavků spotřebitelů.
Selekce uvnitř linií konstruovaná na optimalizovanou užitkovost u křížených zvířat a prováděná pomocí markerů.
Data z nuklea rozšířená o elektronický sběr dat ze všech úrovní pyramidy.
Introgrese nových alel do linií použitím velogenetiky.
Tvorba hybridních embryí pro produkci (popř. reprodukci) zvířat s využitím inseminace.
Párování na základě konečných lokusových modelů pro optimalizaci rozumné kombinace genů.
Embrya transportována na komerční farmu a nechirurgický embryotransfer používaný u hostitelské prasnice.
Obr.4. Schéma šlechtění prasat s využitím velogenetiky
Produkční a reprodukční prasata jsou kříženci F1 a navíc vykrmovaná prasata neobsahují alely z reprodukčních linií. To je podstatný rozdíl od soudobých mateřských linií, které obsahují alely od produkčních linií a porážková prasata dostanou polovinu genů od mateřských linií. Kdežto v budoucích schématech by porážkové genotypy mohly být kompletně nepříbuzné k reprodukčním genotypům.
Uváděné schéma je závislé na účinnosti používaných reprodukčních a molekulárních technik a na jejich praktické realizovatelnosti. Pro širší komerční použití je nutné jejich zdokonalení, než se stanou ekonomicky efektivní. To však nebrání jejich současnému používání v úrovni nukleových chovů. Také lze předpokládat, že snížení ceny molekulárních technik a zlepšení jejich účinnosti nastane v důsledku tlaku na jejich využívání v humánní medicíně a to by mohlo radikálně změnit celou strukturu průmyslové produkce prasat.
