Зачем нужна генетическая селекция. Опыт регионов
Генетическая селекция – инструмент необходимый как индустриальному животноводству, так и генофондному. В первом случае, она поможет получать большую продуктивность и повысит экономическую эффективность животных и хозяйств. Во втором – позволит сохранить разнообразие и структуру пород, их специфику.
Юрий Столповский, заместитель директора Института общей генетики им. Н.И. Вавилова, доктор биологических наук, уверен, что России необходимо сохранять собственную племенную базу, которая будет ориентирована на агроклиматические зоны страны, кроме того, она позволит выводить новые породы и совершенствовать уже имеющиеся.
– Сейчас Минсельхоз работает над созданием единой цифровой базы, я думаю, что по генофондам хозяйств это должно точно также выглядеть. Мы должны использовать все цифровые возможности от машинного обучения и искусственного интеллекта и создать собственную генетическую и селекционную как региональные, так и федеральные базы животных. Мы должны оптимизировать банк семени, создавать банки эмбрионов, банки ДНК. Эта работа ведется. Но на данном этапе импульс развития этих работ должен быть более мощным. Это позволит использовать генофондный материал не просто ради сохранения, а ради того, чтобы мы могли выводить новые формы на базе тех пород, которые у нас есть, – отмечает Юрий Столповский.
В качестве примера, ученый приводит Якутских коров – животное, которое выдерживает уникальные температуры. Если выделить у этой породы гены, отвечающие за холодоустойчивость, появится возможность, уверен Юрий Столповский, выводить породы для субарктической и арктической зон, что, в конечном итоге, будет выгодно и промышленному животноводству. Но без развития геномной селекции сделать это будет невозможно.
На уровне регионов внедрение геномной селекции в животноводство идет уже в течение не нескольких лет. Одной из первых ласточек стала Удмуртская Республика, где над проектом работают с 2020 года. Но задачи здесь ставят не научные, а самые прозаические – возможность прогнозировать развитие отрасли.
В Удмуртии поголовье коров составляет порядка 122 тысяч голов. В 2023 году по всем категориям хозяйств производительность составила более миллиона тонн молока. Чтобы увеличить экономическую эффективность, сохраняя численность поголовья и сельскохозяйственных организаций, только совершенствования технологических аспектов производства недостаточно. Необходимо работать с генетикой молочного КРС.
– Геномная селекция для региона – это, безусловно, обоснованное прогнозирование, когда у тебя 70% поголовья находится в хозяйствах, которые не занимаются собственной племенной работой, единственная возможность влиять на них – это искусственное осеменение и это быки-производители. Именно для этого наши усилия, и, конечно, формирование рынка племенного материала. На сегодняшний день, я думаю, большинство со мной согласится, рынок племенного материала и рыночные отношения в части племпродажи, в части реализации генетики находятся в зачаточном состоянии и формирование ценообразования на генетический материал в большинстве случаев зависит только от амбиций руководителя хозяйства, – уверена куратор проекта по внедрению геномной селекции в Удмуртской Республике Наталья Шавшукова.
Сейчас в Удмуртии сформирована региональная база данных. В ней записи данных о 291 тыс. животных. Главной проблемой было создание инструмента, который бы позволял в единой системе исследовать всех животных. Поскольку во главу угла всей работы ставилось увеличение эффективность производства, то и индекс должен был быть экономическим, то есть показывать насколько в рублях одно животное выгоднее другого.
– На сегодняшний день индекс MBI – главный инструмент в селекционной работе в Удмуртской Республике. С его использованием мы отбираем и закрепляем быков, мы используем данные индекса для того, чтобы отслеживать динамику и предъявлять требования к производителям, которые работают и будут работать на территории. Без тестирования быков ничего не получается. На сегодняшний день оценка в рамках нашей базы быков происходит по результатам лактации их дочерей, то есть оценка по качеству потомства. При этом молодые быки, быки, которые заходят в регион и работают в хозяйствах, также оцениваются по индексу MBI, им делается генотипирование, и мы имеем возможность понимать, какие быки подходят к тому массиву, на который они заходят в конкретное хозяйство, – рассказывает Наталья Шавшукова.
Индекс MBI, используемый в Удмуртии, включает в себя 35 геномных оценок, среди них: удой в кг, жир и белок в процентах и кг, долголетие в месяцах, межотельный интервал, фертильность коров, фертильность молодняка, 21 оценка экстерьера, 5 суб-индексов экстерьера.
– ТОП коров возглавляет животное с индексом в 55 тысяч рублей. Среднее по популяции на сегодняшний день +14 тысяч рублей. Понятно, что есть отрицательные животные, которые приносят убыток нашим заводчикам. Есть положительные животные в плане экономической эффективности и это не всегда связано с объемом производства молока. Мы столкнулись с тем, что в любом случае тот отклик внедрения и повальной голштинизации, который получен по большому счету на территории всей Российской Федерации, – это снижение воспроизводительных качеств, потому что мы все равно несколько идем позади, чем наши зарубежные коллеги. И воспроизводство это одна из основных больных точек для наших стад, поэтому продолжительность хозяйственного использования, фертильность коров, фертильность телок, межотельный интервал – это те показатели, которые мы можем, во-первых, взять из наших систем учета, а во-вторых, они на сегодняшний день реально показывают, как можно работать, – объясняет куратор проекта по внедрению геномной селекции в Удмуртской Республике.
Наталья Шавшукова подчеркивает, что России необходима единая методология геномной оценки, которая приведет к единообразию методик сбора показателей.
– У нас до сих пор нет методик сбора элементарных показателей, которые бы не просто были написаны на территории РФ, но были написаны с учетом международных требований. Это дало бы нам возможность в дальнейшем с нашими инструментами и с нашими индексами выходить за пределы России, входить в мировые системы индексной селекции и иметь возможность сопоставлять наших животных с животными по всему миру. Это тот правильный путь, который нужно пройти, – говорит Наталья.
Еще один регион, в котором реализуется программа по геномной селекции молочного скота, – Тюменская область. На первое января 2024 года было генотипировано 20 380 голов молочного КРС. В программе участвуют всего три хозяйства, но они – лидеры молочного животноводства региона.
– Нам хотелось сделать так, чтобы люди поверили, что геномная селекция – это инструмент совершенствования технологии производства, повышения эффективности, – объясняет причины начала программы Рустем Бетляев, начальник управления по животноводству Департамента агропромышленного комплекса Тюменской области. – У нас изначально инициаторами этого проекта выступили сами хозяйства. На сегодняшний день у нас пять телок, которые входят в лучший процент мировых телок. Четыре заказных спаривания, надеюсь, в августе у нас будут первые отелы и уже заключены контракты на производство быков-производителей. Процесс пошел, появилось быкородящее стадо, пока еще в небольшом объеме, но, тем не менее, мы готовы двигаться в этом направлении.
С 2022 года в России работает Консорциум по разработке и внедрению системы независимой селекционно-племенной работы. В него входят ООО «Агропромышленный холдинг «Мираторг», Иннопрактика, АО «Агроплем», НИЦ «Курчатовский институт». Цель консорциума – объединить разрозненные проекты и создать новые для разработки
всероссийской системы оценки племенной ценности.
Большая точка роста – оборудование для генотипирования
Важный фактор, без которого невозможно решить поставленные задачи, – оборудование. Генопитипирование в Удмуртии проводится на импортных микрочипах Illumina Bovine 100k. Сейчас приобрести их имеют возможность далеко не все, однако есть альтернатива.
Современные технологии генотипирования животных строятся на поиске маркеров ДНК, с которыми будет вестись дальнейшая работа.
– Есть готовые решения на базе микрочипов с выборкой небольшого количества маркеров, которые чаще всего можно встретить. Но довольно часто возникают вопросы, особенно если мы работаем с собственными российскими сортами, гибридами, либо занимаемся вопросами биоразнообразия пород животных – это поиск маркеров, которые распределены по всему геному. А это миллионы маркеров! Здесь приходит на помощь секвенирование нового поколения, NGS-поколение, – рассказывает Диана Дроботова, руководитель направления биотехнологии в сельском хозяйстве ООО «Компания Хеликон». – Дальше мы валидируем эти маркеры, потому что не все маркеры связаны с хозяйственно-полезными признаками, не все важны и нужны для решения конкретных задач хозяйства. И постепенно уменьшаем количество маркеров, которые берем в работу, переходим на десятки тысяч маркеров. Здесь используется широко распространенная технология ДНК-микрочипов высокой плотности, потом чипы средней плотности, есть решение на базе таргетных панелей. Постепенно мы сужаемся, уходим до десятков маркеров. Это задача рутинного скрининга.
В России для генотипирования доступно несколько технологий, например, секвенирование с низким покрытием, использование жидких микрочипов, таргетные NGS-панели.
Секвенирование с низким покрытием – перспективная технология для генотипирования на базе NGS-секвенирования, сейчас она рассматривается как альтернатива ДНК-чипам.
– Секвенирование позволит взглянуть на весь геном животного и существенно расширить количество маркеров, которые можно взять в работу. Если микрочипы средней плотности дают возможность работать с 60 тыс. – 100 тыс. маркеров, то секвенирвоание NGS – с миллионами маркеров, хотя бы начать работу с этим количеством. Попутно можно выявить уникальные маркеры, которые будут присутствовать только у изучаемого животного, либо их мы можем использовать для увеличения точности прогнозирования индекса. В селекционный индекс ранее включали один набор маркеров, с поиском новых маркеров мы можем добавлять и вновь найденные маркеры, – говорит Диана Дроботова.
Эта технология позволяет изучать разнообразие пород и проводить улучшение существующих пород животных в хозяйстве. Одно из главных преимуществ данного метода – это возможность работы практически на любом секвенаторе.
–У нас есть NGS-секвенирование с хорошим покрытием, с высоким покрытием, к которому мы привыкли. Когда нам нужно прочитать геном, найти уникальные маркеры обычно используется покрытие 30х – это значит, что каждый нуклеотид в геноме мы считываем 20-30 раз. Когда мы говорим про секвенирование с низким покрытием, значит, что мы считываем не весь геном, часть информации мы пропускаем. В этом случае говорят о 0,1х; 0,5х; 1х; 5х – это какое количество раз мы считываем нуклеотид. Когда мы уменьшаем количество покрытия, мы теряем часть информации в геноме, часть генотипов находим, часть – пропускаем. Поэтому здесь важен третий этап, который называется геномная сборка, здесь мы используем референтную последовательность, – объясняет суть метода Диана Дроботова. – Мы восстанавливаем неполученные генотипы, с использованием функции, так называемой, импутации генотипов.
На этом этапе используется референтная панель. Она создается на основе полного секвенирования с низким покрытием 50 животных. Затем проводится масштабное генотипирование с низким покрытием всех остальных животных и восстановление потерянных маркеров.
– И тогда у нас на выходе получается животное, список маркеров которого может достигать несколько миллионов, и мы с ними уже работаем. Эта технология сейчас активно внедряется в аграрные центры, рассматривается в качестве перспективной технологии, – говорит Диана Дроботова.
Технология жидких микрочипов – это максимально близкая альтернатива стандартным ДНК-микрочипам. Ее, как правило, используют хозяйства, которые уже имеют данные, полученные на чипах Illumina по определенному списку маркеров, и хотят продолжать тестировать животных именно по этому списку.
– По сути это микрочипы, но называется технология жидкие чипы – это 60-100 тысяч тех же самых маркеров как на чипах Illumina, только реализованных не на закрытых приборах сканерах, а на обычном, универсальном NGS-секвенаторе. Маркеры на жидких чипах мы можем добавлять или удалять. Поэтому если вдруг неожиданно нашли какие-то новые маркеры, и мы хотим их добавить в генотипирование, они легко добавляются при производстве очередной панели. И мы получаем такую кастомную панель, кастомный микрочип, который используем дальше в работе. Это, наверное, основное отличие. Выходные данные аналогичны чипам Illumina, поэтому хозяйства, наверное, не сильно заметят изменения, если переходят с обычных микрочипов на жидкие микрочипы-панели, – рассказывает Диана Дроботова.
Таргетные панели в России сейчас используются не очень активно. Эта технология, считают эксперты, приобретет популярность, когда завершится этап больших массивов генотипирования и будут выделены 500-1000 маркеров, связанных с хозяйственно полезными признаками животных.
Какой бы ни была технология, все начинается с данных
Единый подход и точные данные – это то, без чего говорить о геномной селекции просто не приходится.
– Уровень доверия к региональной базе данных – никакой. Есть недоверие, которое связано с чисто человеческими вещами, есть недоверие по поводу контрольный доек. Требование к единому подходу крайне необходимо, иначе все данные нивелируются с точки зрения их ценности для работы. Это проблема, – считает Рустем Бетляев, начальник управления по животноводству Департамента агропромышленного комплекса Тюменской области.
С тем, что стране не хватает консолидированного подхода к программе геномной селекции и единого подхода к получению данных, согласна и Наталья Шавшукова:
– У нас сейчас нет доверия к собственным данным. Это системная проблема, которая в голове каждого зоотехника. Мы не верим сами себе, потому что очень долго позволяли себе играть цифрами и не придавали значения тем данным, которые мы фиксируем. У нас существуют племенные хозяйства, в задачи которых входит ведение селекционной работы, формирование базы достоверных данных, на основании которой будет вестись селекционная работа, которая влияет на производство продукции в рамках страны. У каждого руководителя племенного хозяйства, у каждого зоотехника племенного хозяйства должно быть понимание этой важности и ответственности фиксации данных.
Геномная оценка – это условная математическая модель, основанная на данных, объясняет Илья Рукин, директор по научным исследованиям и разработкам АО «Агроплем»:
– Пока у вас нет достоверных данных, какие бы у вас ни были сложные модели, машинное обучение, искусственный интеллект, если у вас нет достоверного набора первичных данных по тем признакам, которые вам интересны, вы никогда не сможете построить эффективную и достоверную модель. В молочном животноводстве одна из важнейших частей оценки – это данные по молочной продуктивности.
Чтобы животноводство было эффективным, необходимо четко понимать, что можно получить от той или иной коровы. А это, по мнению Ильи Рукина, зависит от двух факторов: условий среды и генетического потенциала.
– В молочном животноводстве достаточно хорошо посчитано, какой фактор влияет больше. 70% – это влияние условий среды и 30% – это оценка генетического потенциала. Если вы завезли самое классное животное, победителя выставок, и кормите его сеном, а иногда и не кормите, то, конечно, молока вы не получите. С другой стороны, если вы создали идеальные условия среды, идеальное кормление, но у вас какое-нибудь низкопродуктивный скот, а цель – получить много молока, вы тоже ограничены в пике того молока, которое вы можете получить от этого животного. Контроль качества молока может помочь оценить генетический потенциал животных и потом посмотреть, как был реализован этот потенциал, – рассказывает Илья Рукин.
Но чтобы правильно провести оценку, нужны достоверные данные контроля проб молока. Без них эффективного управления фермой не получится.
– Достоверные фенотипические данные напрямую используются в оценке племенной ценности. С этой точки зрения, если мы посмотрим на индекс MBI, который внедрен в Республике Удмуртия, то 51% экономики этого индекса, зависит от показателей молочной продуктивности. Два параметра – процент жира и процент белка – берутся из лаборатории, суточный удой берется с предприятия. И три признака – это удой за 305 дней лактации, молочный жир в кг и молочный белок в кг используются в селекционных программах. Когда мы говорим про получение первичных данных, мы должны учитывать, как эти данные были получены, насколько они достоверны, насколько мы им можем доверять, – говорит Илья Рукин.
Что думают федеральные власти
Позиция федеральных властей по вопросу развития геномной селекции в России однозначна: страна должна быть самодостаточной по племенным ресурсам, поскольку именно они лежат в основе обеспечения продовольственной безопасности.
– Мы находимся в активной стадии совершенствования существующей системы племенного животноводства. Это большой комплекс мероприятий, который мы реализуем уже с 2020 года. Сейчас создается инструмент под названием – федеральная государственная информационно-аналитическая система племенных ресурсов. Она нужна, чтобы участники рынка могли вести селекционно-племенной работы на более высоком уровне. Скоро система будет передана в промышленную эксплуатацию пока для работы в ней по трем видам сельхозживотных – молочный скот, мясной скот и лошади, – рассказала заместитель директора Департамента животноводства и племенного дела Минсельхоза РФ Галина Сафина.
Задачами ФГИАС ПР являются:
- использование современных методик племенной ценности животных;
- интеграция с государственными услугами;
- обеспечение деятельности селекционных центров по породам, что позволит сохранять и развивать популяции;
- повышение эффективности мер государственной поддержки;
- доступ к племенным ресурсам.
Все это должно привести к появлению собственной базы генетических ресурсов в животноводстве.
Надежды и идеи как индустрии, так и ученых о необходимости консолидации всех усилий были услышаны на самом высоком уровне. 19 марта 2024 года Президент России Владимир Путин подписал Указ «О Национальном центре генетических ресурсов».
Согласно документу, «в целях обеспечения научно-технологического развития Российской Федерации и комплексного решения задач ускоренного развития генетических технологий» на базе Федерального исследовательского центра животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста создается Национальный центр генетических ресурсов сельскохозяйственных животных.
В числе основных функций Национального центра:
- формирование и пополнение национального каталога особо ценных генетических ресурсов сельхозживотных, а также обеспечение гарантированного долгосрочного сохранения функциональности единиц наследственности, содержащихся в образцах, внесенных в каталог;
- разработка методик получения, хранения, комплексной оценки и использования образцов генетических ресурсов сельхозживотных, в том числе с применением современных методов научных исследований, передовых идеи перспективных технологий;
- проведение мониторинга состояния генетических ресурсов сельскохозяйственных животных в местах и обитания и разведения;
- определение правил и общих принципов описания образцов генетических ресурсов сельскохозяйственных животных (в том числе пород, типов, кроссов линий сельскохозяйственных животных отечественной селекции) и ряд других.
Программа развития национального центра будет разработана и утверждена в течение полугода с момента подписания указа.
.gif)
Нет комментариев. Ваш будет первым!