Šlechtění prasat

Perspektivy ve šlechtění prasat

Tradiční šlechtění prasat významně zlepšilo užitkové vlastnosti, ale čelí omezením v genetické rozmanitosti, odolnosti vůči nemocem a adaptaci na prostředí. Technologie genových editací, které umožňují přesné genetické modifikace, překonávají tato omezení.

CRISPR/Cas9 poskytuje přesnou, efektivní a dostupnou metodu pro cílené genetické modifikace.

 

Tradiční šlechtitelské přístupy

Tradiční šlechtění prasat vychází z teorie selekce, kde jsou zvířata vybírána na základě pozorovatelných fenotypových znaků, jako jsou rychlost růstu, plodnost a kvalita masa.

 

Záznamy o užitkovosti

Přístup založený na fenotypu vyžaduje intenzivní pozorovací schopnosti a rozsáhlé odborné znalosti, protože rozhodnutí jsou založena na fyzických znacích a záznamech o užitkovosti. Zatímco znaky, jako jsou růst a kvalita masa, lze relativně snadno hodnotit, složitější nebo méně zřetelné znaky, jako odolnost vůči chorobám nebo reprodukční výkonnost, jsou často přehlíženy nebo odhadovány nepřesně.

 

Dědičnost žádoucích znaků

Úspěch šlechtění závisí do značné míry na dědičnosti cílových znaků a dostupnosti podrobných údajů o výkonnosti napříč generacemi. Například šlechtitelé potřebují komplexní záznamy o výkonnosti potomků, aby mohli přesně určit plemennou hodnotu rodičů. Mnoho ekonomicky důležitých znaků však vykazuje nízkou dědičnost, což naznačuje podstatný vliv faktorů prostředí, což komplikuje konzistentní genetické zlepšování. Proces je navíc časově náročný a často vyžaduje několik generací a mnoho let k dosažení znatelného pokroku.

 

Riziko příbuznosti

Další velkou výzvou je riziko příbuzenské plemenitby. Pro posílení žádoucích vlastností se šlechtitelé někdy uchylují k páření blízce příbuzných jedinců, což snižuje genetickou rozmanitost. Tato ztráta rozmanitosti může zvýšit výskyt škodlivých genetických onemocnění, oslabit imunitu a snížit celkovou reprodukční výkonnost, což ohrožuje dlouhodobou udržitelnost šlechtitelských programů.

Nástup technologií editace genů nabízí bezprecedentní potenciál pro zlepšení zdraví, užitkovosti a welfare prasat.

 

Genové editace

Technologie genových editací (viz schéma) řeší danou výzvu zavedením nových genetických variací, včetně vlastností z jiných druhů, nebo přesnou modifikací stávajících genů. Tyto techniky mohou zvýšit nebo potlačit genovou expresi, odstranit specifické geny nebo zavést externí genetické sekvence.

Nukleáza (ZFN, TALEN nebo CRISPR-Cas9) štěpí molekulu DNA na dvouvláknové zlomy. Poté může jeden ze dvou endogenních opravných mechanismů opravit DNA. Buď jsou dva konce DNA spojeny bez homologního templátu pro opravu, což způsobí narušení genu (knock-out). Nebo se opraví DNA poskytnutím exogenního templátu DNA spolu s místně specifickou nukleázou pro editaci genomu (knock-in).

 

Potenciál CRISPR/Cas9

Dřívější nástroje pro editaci genů, jako jsou meganukleázy, zinkofingerové nukleázy (ZFN) a efektorové nukleázy (TALEN), byly sice účinné, ale technicky náročné. Příchod systému CRISPR/Cas9 způsobil revoluci v oboru tím, že poskytl přesnou, efektivní a dostupnou metodu pro cílené genetické modifikace.

 

CRISPR/Cas9 jsou RNA-řízené nukleázy, které byly původně objeveny jako součást bakteriální obrany proti virům a byly adaptovány pro genetické inženýrství díky své schopnosti vytvářet specifické dvouvláknové zlomy v DNA.

 

V roce 2014 vědci použili CRISPR/Cas9 k vytvoření prasat bez receptoru CD163, což je činí zcela rezistentními vůči reprodukčnímu a respiračnímu syndromu prasat (PRRS). Tento milník ukázal nejen potenciál CRISPR/Cas9 pro odolnost vůči chorobám, ale také zdůraznil jeho všestrannost při zlepšování produkčních znaků, environmentální udržitelnosti, konverze krmiva a reprodukční výkonnosti.

 

Editace genů však vyvolává etické a regulační výzvy, včetně společenských obav ohledně genetických modifikací a potřeby přísného dohledu, aby se předešlo nezamýšleným důsledkům.

Prasata rezistentní vůči PRRS vyšlechtěná v Roslinově institutu v Edinburgu.

 

Genomická selekce

Příchod molekulární genetiky znamenal v chovu prasat drastické zlepšení rychlosti a přesnosti odhadu genetického zisku. Klíčovou inovací je genomická selekce, která využívá celogenomové DNA markery k přesné predikci plemenné hodnoty zvířat.

 

Na rozdíl od tradičních metod genomická selekce umožňuje chovatelům posoudit znaky v raném věku, ještě předtím, než se projeví fenotypové znaky. To zkracuje generační interval, umožňuje rychlejší genetický pokrok a urychluje zavádění prospěšných znaků do populací prasat.

 

Genomický výběr sehrál klíčovou roli ve zlepšování komplexních znaků, jako jsou konverze krmiva, odolnost vůči chorobám a reprodukční výkonnost – znaků, jejichž měření bylo dříve obtížné nebo nákladné. Integrací genetických dat přímo do šlechtitelských programů mohou šlechtitelé optimalizovat současně více znaků a zároveň zajistit zvýšení produktivity.

 

Selekce pomocí markerů to doplňuje použitím specifických DNA markerů spojených s žádoucími znaky, což ji činí obzvláště účinnou pro zlepšování znaků kontrolovaných malým počtem genů. Identifikace a mapování kvantitativních lokusů znaků (QTL) pro komplexní znaky navíc poskytly cenné poznatky o genetické architektuře znaků, jako jsou odolnost vůči chorobám a kvalita masa.

 

Udržení genetické rozmanitosti

Zatímco pokroky v genomických nástrojích urychlily genetický zisk v populacích prasat, udržování genetické diverzity zůstává nadále důležité. Rychlé genetické zisky často zahrnují intenzivní selekci, která, pokud není pečlivě řízena, může zúžit genetickou základnu. Aby se tato rizika zmírnila, musí šlechtitelské programy vyvažovat genetický zisk se zachováním genetické diverzity.

 

Křížení je i nadále zásadní strategií pro udržení diverzity a využití heterózy (hybridní síly), která zlepšuje vlastnosti, jako je rychlost růstu a reprodukční účinnost. Moderní genomické nástroje umožňují navíc chovatelům monitorovat koeficienty inbreedingu a hodnotit genetickou variabilitu v rámci populací, což umožňuje informovanější rozhodnutí o páření, která upřednostňují ochranu diverzity.

 

Genetická diverzita je zásadní pro zajištění odolnosti populací prasat a jejich schopnosti přizpůsobit se novým environmentálním výzvám, hrozbám chorob a požadavkům trhu, a tím chránit udržitelnost úsilí o genetické zlepšování.

Editace myostatinu, růstového genu u prasat, zvyšuje svalovou hmotu, snižuje intramuskulární tuk a zlepšuje konverzi krmiva.

 

Klíčové vlastnosti a geny

Níže jsou uvedeny příklady perspektivního využití genových editací a tabulky 1 až 4 popisují již realizované případy genetických modifikací u prasat.

 

Tempo růstu

Cílené působení na geny regulující růst, jako je myostatin (MSTN), je vysoce účinné při zlepšování růstových znaků. MSTN slouží jako negativní regulátor růstu svalů a jeho inaktivace prostřednictvím editace genů vede k významné hypertrofii svalů a libovějším jatečným tělům.

 

Editace MSTN u prasat zvyšuje svalovou hmotu, snižuje intramuskulární tuk a zlepšuje konverzi krmiva. Knokaut MSTN má navíc důsledky nejen pro růstové znaky, ale také pro metabolické zdraví a odolnost vůči stresorům prostředí.

 

Nedávný výzkum naznačuje, že prasata s editací MSTN vykazují změněný energetický výdej a zlepšenou odolnost vůči teplotním výkyvům. Tato zjištění jsou důležitá pro přizpůsobení chovu prasat různorodým podmínkám prostředí, zejména v oblastech náchylných ke klimatické variabilitě.

 

Studie však také naznačují dopad inaktivace MSTN na další fyziologické dráhy, včetně energetického metabolismu a citlivosti na inzulín, což vyžaduje pečlivé sledování, aby se předešlo nepříznivým účinkům na zdraví zvířat.

 

Tabulka 1. Geneticky modifikovaná prasata pro zvýšení produkce a libovosti masa

Cílový gen	Strategie	Rok	Účinek
MSTN (myostatin)	Genová editace (CRISPR/Cas9, TALEN)	2015	zvýšení svalové hmoty vyšší počet svalových vláken
IGF2 (inzulínu podobný růstový faktor 2)	Genová editace (CRISPR/Cas9, CBE)	2018	zvýšený růstový výkon lepší kvalita svalů
FBXO40	Genová editace (CRISPR/Cas9)	2018	fenotyp svalové hypertrofie svalová vlákna s větší plochou průřezu
UCP1	Vložení myšího UCP1 do prasete (CRISPR/Cas9)	2017	regulace energetické homeostázy snížení akumulace tuku zvýšení procenta libového masa

 

 

Kvalita masa

Pokroků v kvalitě masa bylo dosaženo expresí genu FAD2 ze špenátu, kódujícího enzym označovaný jako delta-12 desaturáza. Cílem je zvýšit hladinu kyseliny linolové u prasat. Na rozdíl od jiných druhů nejsou savci schopni syntetizovat omega-6 a omega-3 mastné kyseliny kvůli absenci potřebných desaturáz. Začlenění genu FAD2 ze špenátu umožňuje u prasat efektivní produkci těchto esenciálních mastných kyselin.

 

Tabulka 2. Geneticky modifikovaná prasata pro zlepšení nutriční kvality vepřového masa

Cílový gen	Strategie	Rok	Účinek
FAD2	Transgen (ze špenátu)	2004	vyšší obsah kyseliny linolové
FAT-1	Transgen (z hlístice) Genová editace (CRISPR/Cas9)	2006 2018	usnadňuje přeměnu omega-6 na omega-3 mastné kyseliny
PGC1α	Transgen	2016	zvýšené mitochondriální dýchání a oxidace mastných kyselin větší produkce červeného masa
PPARγ	Transgen Genová editace (CRISPR/Cas9)	2021	zvýšení obsahu intermuskulárního tuku

 

 

Termoregulace

Novorozená selata vykazují špatnou termoregulační schopnost v důsledku inaktivního genu UCP1, který hraje klíčovou roli v regulaci tělesné teploty a ukládání tuku.

 

Pro obnovení správné termoregulace vědci použili technologii CRISPR/Cas9 k zavedení myšího genu UCP1 do prasat. Geneticky modifikovaná prasata vykazovala zesílené termoregulační reakce na chladový stres se sníženou akumulací tuku, a to vše při zachování normální fyzické aktivity a úrovně spotřeby energie.

 

Reprodukce

Reprodukční výkonnost, zejména velikost vrhu, je zásadní pro ekonomickou udržitelnost chovu prasat. Genetická vylepšení byla usnadněna identifikací genetických markerů spojených s mírou ovulace, kapacitou dělohy a embryonálním přežitím. Klíčové geny, jako jsou estrogenní receptor 1, folikuly stimulující hormon beta a RBP4, byly uznány jako klíčové faktory přispívající k reprodukčnímu úspěchu.

 

Tabulka 3. Geneticky modifikovaná prasata pro zlepšení konverze krmiva

Cílový gen	Strategie	Rok	Účinek
Fytáza	Transgen	2001	exprimace bakteriální fytázy ve slinných žlázách úplné trávení fytátového fosforu z krmiva
Celuláza	Transgen	2015	zlepšené trávení neškrobových polysacharidů (NSP)
β-glukanáza, xylanáza a fytáza	Transgen	2018	současná exprimace ve slinných žlázách zvýšení konzumace sacharidů snížení výdeje dusíku a fosforu ve stolici
β-xylanáza	Transgen	2019	zlepšené trávení NSP

 

 

Odolnost vůči nemocem

Značné ekonomické ztráty způsobené různými nemocemi ovlivnily chov prasat na celém světě. Tradiční přístupy k vývoji antivirových vakcín proti prasatům jsou časově náročné a pracné. V současné době systém CRISPR/Cas9 přesně cílí a odstraňuje exogenní DNA pocházející z virů nebo plazmidů. Využitím biotechnologií mohou vědci vyvinout průlomové nástroje k ochraně prasat před patogenními bakteriálními a virovými infekcemi.

 

Reprodukční a respirační syndrom prasat (PRRS)

Gen CD163 je exprimován na prasečích monocytech a slouží jako klíčový receptor pro infekce PRRSV. Jak již bylo zmíněno výše, byly pomocí somatických buněk upravených metodou CRISPR/Cas9 generovány buňky prasat s knokautem CD163, které prokázaly rezistenci vůči PRRSV.

 

Vědci se snaží vytvořit prasata, která vykazují rezistenci vůči více virovým patogenům. V roce 2018 Oh a kol. navrhli přístup multirezistence proti slintavce a kulhavce (FMD) a PRRS s využitím delece genu CD163 zprostředkované systémem CRISPR/Cas9.

 

Africký mor prasat (AMP)

Hledání účinné vakcíny pro boj s infekcemi AMPV stále zůstává nevyřešené. Výzkumy původně naznačovaly, že AMPV cílí na subpopulace CD163. Následné studie však vyvrátily CD163 jako receptor AMPV, což ukazuje složitost mechanismů infekce AMPV.

 

V roce 2018 nasadili vědci systém CRISPR/Cas9 k cílení na genom dvouvláknové DNA viru AMPV a prokázali, že CRISPR/Cas9 dokáže in vitro účinně kontrolovat infekci AMPV.

 

Koronaviry (CoV)

CRISPR/Cas9 hraje klíčovou roli ve vytváření prasat rezistentních vůči koronavirům. CoV jsou všudypřítomné jednovláknové RNA viry, včetně viru přenosné gastroenteritidy (TGEV), epidemického průjmu prasat (PEDV) a prasečího deltakoronaviru (PDCoV), které způsobují rozsáhlý úhyn sajících selat v důsledku průjmu a dehydratace.

 

Systém CRISPR/Cas9 potvrdil zásadní roli proteinu APN, který se nachází na povrchu střevních klků, jako klíčového receptoru usnadňujícího infekci TGEV u prasat. Novorozená selata bez APN vykazují rezistenci vůči infekci TGEV, avšak deficit APN neposkytl imunitu proti infekci PEDV. V důsledku toho je identifikace odlišných receptorů pro PEDV zásadní.

 

Klasický mor prasat (CSF)

Virus CSFV je etiologický agens zodpovědný za onemocnění CSF. Virus indukuje imunosupresi a činí prasata náchylná k sekundárním oportunním infekcím gastrointestinálního a dýchacího systému.

 

Transgenní prasata rezistentní vůči CSFV byla generována pomocí systému CRISPR/Cas9 v kombinaci s RNA interferencí. Prostřednictvím přístupu knock-in byla do lokusu Rosa26 u prasat vložena malá vlásenková antivirová RNA za účelem degradace RNA CSFV. Experimenty prokázaly významný pokles replikace CSFV, klinických symptomů, úhynu a úspěšného přenosu rezistence vůči CSFV na selata první generace.

 

Další modely odolnosti vůči nemocem

Metody genové editace byly například použity k vytvoření linií prasat, které produkují lidský lysozym (hLZ) v mléce, což je přirozeně se vyskytující antimikrobiální látka. Konzumace mléka bohatého na hLZ selaty urychlila zotavení z bakteriálně vyvolaných průjmových onemocnění.

 

Tabulka 4. Geneticky modifikovaná prasata pro odolnost vůči nemocem

Viry	Cílový gen	Strategie	Rok	Účinek
PRRSV	CD163	Genová editace (CRISPR/Cas9)	2014	zcela rezistentní
CSFV	RNA viru CSFV	Genová editace (CRISPR/Cas9) RNA vložená do prasečího lokusu Rosa26	2018	snížená infekce CSFV
	RSAD2	Genová editace (CRISPR/Cas9) RNA vložená do prasečího lokusu Rosa26	2019	snížená infekce CSFV
	PCBP1	Genová editace (CRISPR/Cas9) Knokaut	2022	snížená infekce CSFV
AMPV	CD163	Genová editace (CRISPR/Cas9) Knokaut	2017	bez účinku
	RELA	Genová editace (CRISPR/Cas9)	2016	bez účinku
CoV	APN	Genová editace (CRISPR/Cas9) Knokaut	2019	TGEV zcela rezistentní PEDV bez účinku

 

 

Perspektivy genových editací

·      Nástup technologií editace genů představuje monumentální pokrok v chovu prasat a nabízí bezprecedentní potenciál pro zlepšení zdraví, užitkovosti a welfare zvířat.

·      Inovativní nástroje, jako je systém CRISPR/Cas9, umožňují přesné genetické modifikace, které byly dříve považovány za nedosažitelné.

·      Integrace genových editací s vysoce výkonným sekvenováním, analýzou velkých dat a umělou inteligencí slibuje bezkonkurenční přesnost v genetické selekci.

 

 

© 2026