Selekcija ar mērķi iegūt tirgum piemērotu produkciju Kari Kolstads, Mete Sorensens

1. Selekcija ar mērķi iegūt tirgum piemērotu produkciju • Kari Kolstads, Mete Sorensens Attēli: Zorans Markovičs, Serbijas universitātes Lauksaimniecības fakultāte

2. Ievads • Pasaules mēroga ražošana no ģenētiski uzlabotām dzīvnieku un augu sugām: • • Lauksaimniecībā>90% • • Akvakultūrā < 5% o • Salīdzinājumā ar lauksaimniecības nozari, ģenētiski uzlabotu zivju izmantošanas līmenis ir ļoti zems. Akvakultūras jomā nozare parasti neizmanto selekcijas programmas, un attiecībā uz daudzām sugām ražošana joprojām ir pilnībā atkarīga no savvaļas vaislinieku un / vai mazuļu (fry) zvejošanas. • Viens no akvakultūras sugu selekcijas programmu trūkuma iemesliem ir tas, ka reproduktīvais cikls bieži vien ir komplicēts un tātad bieži netiek pilnībā izprasts, un tāpēc to nav iespējams pabeigt vai kontrolēt nebrīvē. Tas tā ir īpaši attiecībā uz jūras sugām. • Otrs akvakultūras sugu selekcijas programmu trūkuma iemesls, iespējams, ir sugas izdzimšana vienkārši ātras tuvradnieciskās krustošanās pieauguma dēļ, kas izriet no neliela vaislinieku skaita izmantošanas katrā dzimtā, un bez identificēšanas, lai novērstu vairākkārtēju izmantošanu. Šī ir problēma visām sugām ar augstu vaislību. • Citi iemesli, iespējams, ir pētnieku, kvalificētā personāla un zivju audzētavu īpašnieku zemais izglītības līmenis selekcijas teorijā, jo izglītība zivju bioloģijā velta maz uzmanības vai vispār nepievērš vērību kvantitatīvajai ģenētikai un selekcijas plāniem.

3. Uz ģenētisko uzlabošanu balstīta zaļā revolūcija ! • Norman Earnest Borlaug (1914-) • - tiek uzskatīts par zaļās revolūcijas tēvu. • ► ASV augu patalogs / augu selekcionārs. • ► 194-. gadā pievienojās Rokfellera fondam. • - Norīkots darbā Starptautiskajā kukurūzas un kviešu uzlabošanas centrā (CIMMYT), Mehiko. • ■ 1970. gadā ieguva Nobela miera prēmiju. Imp: ifwww .emary.edu/CARTER_C ENTER/BIOS iborkug .htm Akvakultūra ir veiksmīga vienīgi tad, ja ir ieviesta ģenētika! 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā. 3

4. Ģenētiskais ieguvums Cāļi 300 Liellopi Cūkas 200 Nororvēģijas lasis TropTropiskās zivis Norvēģijas laši Produktivitāte Tropiskās zivis 100 • 1960 1970 1980 1990 2000 • Gads(Modificēts pēc Eknath un citiem, 1991. gadā) 1940 1950 Efektīvu selekcijas programmu trūkumam akvakultūrā nav acīmredzama iemesla. Saimnieciski svarīgas pazīmes, kas raksturīgas zivīm un vēžveidīgajiem, šķiet, ir nedaudz atšķirīgas no tām, kas raksturīgas mājlopiem un augiem. Selekcijas reakcija zivīm un vēžveidīgajiem parasti ir augstāka nekā mājlopiem. Tāpēc ūdenī dzīvojošo suguģenētiskajai uzlabošanai ir augstāka efektivitāte salīdzinājumā ar sauszemes dzīvniekiem, dodot iespēju sasniegt akvakultūras produkcijas pieaugumu. I I IUI I I II

5. Selekcijas mērķis: • •    Selekcijas mērķis ir uzlabot svarīgas produktivitātes pazīmes. • •    Ir iespējams izmantot, lai: • -  palielinātu produkciju un ražošanas ienākumus, • -  saglabātu produkciju tajā laikā, kad tiek samazināts ražošanas laiks un izmaksas, piemēram, darba, barošanas un medikamentu izmaksas; pazeminātu cenu patērētājam, • -  uzlabotu barošanas efektivitāti un samazinātu zemes platības izmantošanu dīķu vajadzībām, • -  uzlabotu pretošanās spēju slimībām, samazinātu medikamentu un ķimikāliju izmantošanu, • -  uzlabotu ētisko standartu un dzīvnieku dzīves apstākļus, • -  uzlabotu produkta kvalitāti. Selekcijas programmas vispārīgs mērķis parasti ir uzņēmuma, nozares vai programmā investējošās sabiedrības peļņas palielināšana. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība“, 2009. gada 27. maijā                                      5                                                                                                                                             

6. Selekcija Tiek atlasīti populācijas īpatņi ar vislabākajiem gēniem. Tie tiek izmantoti kā vecāki. o • Pirms tiek uzsākta selekcijas programma, ir jāizstrādā detalizēts plāns, ņemot vērā apspriežamo sugu reproduktīvo bioloģiju, kā arī vaislību. Bet principā zivju selekcija nozīmē īpatņu ar vislabākajiem gēniem atrašanu un to izmantošanu par vecākiem nākošajai paaudzei. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība” 2009. gada 27. maijā 6

7. Selekcijas mērķis • • Selekcijas programmas vispārīgais mērķis • - Izmaiņas, kuras vēlamies veikt. • - Virziens un centieni/mērķi selekcijas programmai. • • Jābūt orientētai uz nākotni • - Laika periods starp darbību un sasniegto ģenētisko ieguvumu. • - Ģenētiskās izmaiņas ir pastāvīgas un kopīgas —►lielas izmaiņas • laika gaitā. • 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                 7

8. Par selekcijas mērķi var uzskatīt selekcijas programmas vispārīgo mērķi. Šim mērķim būtisku īpašību izteiksmē vajadzētu raksturot to, ko vēlamies panākt, izmantojot selektīvu audzēšanu. Tas, iespējams, atspoguļos mērķus saistībā ar ražošanas efektivitāti, tirgus pieprasījumu, vides aspektiem un dzīvnieku dzīves apstākļiem. • Selekcijas mērķim vajadzētu būt orientētam uz nākotni divu iemeslu dēļ. • Pirmkārt, ģenētiskās izmaiņas ir pastāvīgas un kopīgas, un tās var novest pie būtiskām efektivitātes izmaiņām laika gaitā. • Otrkārt, parasti pastāv ievērojams laika periods starp selekcijas lēmumu pieņemšanu un ģenētisko uzlabojumu izmantošanu. Tomēr, straujas izmaiņas tirgus apstākļos, jaunu tehnoloģiju un ražošana sistēmu attīstība, jauna likumdošana, utt., apgrūtina spēju prognozēt lopkopības ražošanas nākotni un, tādejādi, noteikt selekcijas ilgtermiņa mērķus. • 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā • .                                                                                                                                                                                               

9. Kādas pazīmes iekļaut selekcijas mērķī • •    Ekonomiskā un ētiskā nozīme. • •    Nodrošina ģenētisko mainību. • •    Jābūt novērtējamām par pieņemamām izmaksām. Ekonomiskais novērtējums ir nozīmīgākais faktors izvēloties, kādas pazīmes iekļaut selekcijas mērķī. Pienācīgs alternatīvo mērķu novērtējums un atbilstoša pazīmju izvērtēšana, iespējams, novedīs pie ieteikumiem attiecībā uz nozares darbībām, kas ir visienesīgākās un visilgspējīgākās. Vērības pievēršana selekcijas programmu ekonomikai rezultātā dos daudz precīzāku zivju un liellopu ģenētiskās uzlabošanas ieguvumu novērtējumu nozares un sabiedrības segmentos. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 9

10. Atšķirības fenotipā • • Vai tās izraisa atšķirīgi gēni ?? • Cik daudzu novēroto atšķirību cēloņi ir ģenētiskas atšķirības? • Vai vislielākajai zivij ir vislabākie gēni??? Galvenais izaicinājums darbā ar selekcijas programmām ir saprast, cik lielā mērā konkrēto pazīmi izraisa gēni un cik lielā mērā tai par cēloni ir citi faktori – vides faktori. Vai vislielākajai zivij dīķī ir vislabākie gēni vai arī tā ir saņēmusi visvairāk barības. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 10

11. Kā izpētīt gēnus P = Fenotips G = Genotips E= Vides ietekme A = Papildinošais efekts D = Mijiedarbība lokusa robežās I = Mijiedarbība starp lokusiem G = A + D + I Lai selekcijas programma būtu efektīva, ir ļoti svarīgi nodalīt ģenētisko ietekmi no vides faktoru ietekmes. Fenotips ir tas, ko novērojam. Genotips ir zivs gēni, un vides ietekme ir vides faktori, kā barība, ūdens kvalitāte, utt., kas arī ietekmē pazīmi, ko novērojam. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 11

12. Novērošanas rezultāts = G + vide 1. dīķis 2. dīķis Fenotips (Novērošana) Genotips (G) Vide (E) A) 1. dīķis B) 2. dīķis

13. Nozīmīgas produktivitātes pazīmes ir kvantitatīvas = Pazīmes ietekmē daudzi gēni un vide • Nepārtraukta ģenētiskā atkāpe (mutācija) x Svars x Garums x FCR (barības konvertācijas rādītājs?) x Tauki % x un citi Biežums Populācijas vidējā vērtība 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 13

14. Nepieciešamība izmantot statistisko analīzi, • lai atšķirtu genotipu no fenotipa. • • aritmētiskie vidējie, variācijas (atkāpes) un kopējās variācijas (atkāpes) • >   raksturo populāciju, • >   saista fenotipu ar genotipu. • >  Aritmētiskais vidējais: kā izmērīt. • >  Variācija (atkāpe): potenciāls izmaiņai. • >  Kopīgas variācijas (atkāpes): saistītā informācija. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                 14                                                                                                                                           

15. Līdzības starp radnieciskām šķirnēm izmantošana, lai atšķirtu gēnus no vides faktoru ietekmes • Lai novērtētu ģenētisko pamatu pazīmei • Lai noteiktu zivs ģenētisko vērtību • Vecāki .5 • Sibi (māsas un brāļi) .5 Dzīvnieks .25 Pussibi (pusmāsas un pusbrāļi) • .5 Pēcteči

16. Vai mēs spējam tieši izpētīt hromosomas? • • Ātrāka attīstība. • – Palielināta precizitāte. • – Ir iespējams izvēlēties selekcijas kandidātus. • – Izvēle dzimtas ietvaros. • – Samazina negatīvo korelāciju problēmas. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 16

17. Nozīmīgus gēnus sauc par kvantitatīvās pazīmes nosakošiem lokusiem (QTL) • ■    Daži atklātie QTL (22++). • ■    Nav vēl ieviests selekcijas programmās. • ■    Tiek izstrādātas ģenētiskās saistības kartes. • ■    Ir izstrādātas datorprogrammas ģenētiskās saistības analīzei un intervālu kartēšanai, kā arī uz marķieriem balstītai atlasei (MAS). 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                  17                                                                                                                                           

18. Kontroles > Testa Testa > Kontroles Testa = Kontroles Gēnu ekspresijas analīze, lai salīdzinātu gēnu ekspresijas līmeņus divos paraugos: kontroles (zaļš) un testa (sarkans). Aleksejs Krasnovs 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 18

19. Sistemātiska un kontrolēta pieeja selekcijas vajadzībām • •  Ne pārāk šaurs selekcijas mērķis. • – Ģenētiskās variācijas zudums. • – Negatīva blakusiedarbība. • – Tuvradnieciskā krustošanās bieži pārtrauc selekcijas programmas! • – Plašs selekcijas mērķis, lai apmierinātu izaicinājumu –nodrošinātu zivis nākotnei! • •   Patērētāji ir nobažījušies par savu veselību un dzīvnieku dzīves apstākļiem. • ► Tam visam jānodrošina ilgspējīga selekcijas programma. • 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                  19                                                                                                                                           

20. Svarīgas pazīmes, kas jāņem vērā varavīksnes foreļu (+ citu sugu) selekcijas mērķim. • •    Ķermeņa masa / pieaugums • – Ekonomiski nozīmīgs gaļas lopiem. • – Samazina izmaksas, atliek nobriešanu uz vēlāku laiku. • – Pietiekama ģenētiska variācija uzlabošanai (h2~0,25) • •    Vecums dzimumbrieduma stadijā • – Problēma, ja tas notiek pirms sasniegtās ražas/produkcijas masas (piemēram, ražošana jūrā). • – Samazina pieaugumu un gaļas kvalitāti. • – Pietiekama ģenētiska variācija uzlabošanai (h2~0,07-0,34). 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                  20                                                                                                                                           

21. • Kvalitātes pazīmes • – Nozīmīgums dažādos tirgos ir atšķirīgs. • – Tauku %, tauku sadalījums, gaļas nokrāsa, filejas iznākums, audi/struktūra, ķermeņa forma, stāvokļa faktors, ādas krāsa, kautiznākums %. • – Bieži tiek novērtētas pēc kaušanas – piemēram, nedrīkst vērtēt selekcijas kandidātam. • – Tehnoloģija, iespējams, novērsīs pārāk augstu cenu ? veidošanos. • – Vispār augsta ģenētiskā variācija (h2~0.3-0.6). • Pretošanās spēja slimībām Augsta 10 0 • – Zivju audzēšanai tas nozīmē “Būt vai nebūt”. • – Risks/izmaksas un pieņemšana no patērētāju puses. • – Ir iespējams efektīvi uzlabot, izmantojot selektīvo audzēšanu. • – Lielas cerības saistītas ar molekulārajām pieejām. • – Liela ģenētiskā variācija zivīm, salīdzinājumā ar mājlopiem (h2~0.2-0.7) Zema 6 5 4 3 • 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 • Da y s p o s t c h a lle ng e (DP C ) 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 21

22. •   Kroplības • – Nevēlamas selektīvās audzēšanas blakusparādības. • – Problēma bieži tiek novērsta pēc zivju adaptācijas vides apstākļos. • – Konstatēta nevēlama korelācija ar pieaugumu – nepieciešama nepārtraukta kontrole!!! • – Ir iespējams uzlabot, izmantojot selektīvo audzēšanu. • •   Barošanas efektivitāte • –  Visnozīmīgākais ekonomiskās/produktīvās selekcijas mērķis. • –  Centieni rast efektīvus novērtēšanas veidus. • –  Uzlabota tiešā veidā, izmantojot pozitīvo korelāciju ar pieaugumu. • –  Ģenētiskā variācija dokumentēta.

23. Selekcijas programmas varavīksnes foreļu ģenētiskai uzlabošanai • Aptuveni 9dokumentētas selekcijas programmas. • Visas koncentrētas uz pieaugumu. • 5ietver kā minimums 1veselības pazīmi. • 5ietver kvalitātes pazīmes. • Vecums un dzimumbriedums ir ietverts 5. • Ādas krāsa ir ietverta 3. • 1ietver tikai 1pazīmi. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                                                                                                                                                              marine

24. Varavīksnes forele

25. Vai visas pazīmes ir iespējams uzlabot vienlaicīgi? • Pieaugums rg = ++rg = -? • FCR (barības Pretošanās • izmantojamības spēja • rādītājs) rg = -?slimībām • Dažas pazīmes ir savstarpēji labvēlīgi saistītas, un efektivitāti ir iespējams uzlabot abām pazīmēm vienlaicīgi, izmantojot selektīvo audzēšanu. Tomēr, ir vairāki nevēlamu korelāciju piemēri, tas ir, starp pieaugumu un kroplībām, un starp pieaugumu un pretošanās spēju slimībām (Kolstad un citi, 2005.). Kamēr nevēlamo korelāciju koeficienta absolūtā vērtība nepārsniedz 1, ir iespējams panākt uzlabojumus pazīmēs, kas ir nelabvēlīgas, izmantojot dzimtas atlases shēmas ar pietiekamu ģenealoģisko informāciju un ciltsrakstiem. Uzlabojums tomēr būs daudz lēnāks nekā gadījumā, kad korelācija nepastāv vai ir labvēlīga. • 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība, 2009. gada 27. maijā

26. 0 o 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 26

27. Nofima Marine nodrošina ģenētiskās uzlabošanas pakalpojumus akvakultūrai visā pasaulē Sugas Valstis •   Norvēģija •   Skotija •   Čīle •   Indija •   Vjetnama •   Filipīnas •   Kolumbija •   Ekvadora •   Havaju salas •   Serbija •   Grieķija Pakalpojumi •   Izpēte •   Plāni/projekti •   Konsultēšana •   Izglītība •   Analīze Atlantijas lasis Tilapija Varavīksnes forele Rohu (Indijas karpa) Karpa Garneles Sudrablasis Arktikas palija Paltuss Menca Jūrasasaris/labraks Jūraskarūsas Akmeņplekste • • • • • • • • • • • • • • marine 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 27

28. Selekcijas mērķis, mērķis ģenētiskai uzlabošanai. Pazīme(s) • Pieaugums (G) • G + Vecums dzimumbriedumā (SM) • G + SM + Pretošanās spēja slimībām (DR) • G + SM + DR + Gaļas krāsa (C) • G + SM + DR + C + Ķermeņa struktūra 1975. 1981. 1993. 1994. 1995. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                  28                                                                                                                                            marine

29. Atlantijas lasis – pieauguma efektivitāte • 12000 Gen 5 • 10000 • 8000 • 6000 • 4000 • 2000 Gen 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Mēneši 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 29

30. Ģenētiskais ieguvums, Atlantijas lasis, selekcionēts (5G), pretstatā savvaļas/neselekcionētajam lasim. Selekcionēts - Neselekcionēts, % - Pieaugums +113 - Barības patēriņš +40 - Proteīna saglabāšana +9 -Enerģijas saglabāšana +14 1,5 miljards NOK ietaupīts barības izmaksu izteiksmē gadā! - FCR (barības izmantojamības rādītājs) - Barība/ieguvums - 20 • Pašlaik 7. paaudzē • => -25%

31. Selektīvā audzēšana Norvēģijā • Ražošanas laiks (mēneši) • 15% pieaugums uz paaudzi 1971.g 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 31

32. Selekcijas reakcija 10-15% uz paaudzi • SugaVidējā IeguvumsPaaudžu • populācija, g uz paaudzi, % skaits Autors Sudrablasis250 g Varavīksnes forele3.3 g Varavīksnes forele4,0 kg Atlantijas lasis 4,5 kg Atlantijas lasis 6.3 kg Atlantijas lasis 3.5 kg Amerikas sams- Amerikas sams67 g Nīlas tilapija100g Nīlas tilapija Indijas karpa (Rohu)400g Garneles20 g Garneles15 g Austeres42 g Austeres36 g Austeres Austeres Ēdamgliemeži33 g Ķemmīšgliemenes 47 g Ķemmīšgliemenes • 10.1 10.0 13.0 14.4 • 14 • 12.5 • 12.0-18.0 • 20 • 15 • 12 • 17 • 4.4 • 10.7 • 9-12 • 9 • 17 • 20 9 • 16 • 18 • 4            Hershberger et. al. 1990. • 3            Kincaid et al., 1977. • 2Gjerde, 1986. • 1Gjerde, 1986. • 6Gjerde and Korsvoll, 1999. • 1Flynn et al. 1999. • 1Dunham, 1987. • 1            Bondary, 1983. • 5            Rye and Eknath, 1999. 12Bolivar, 1999. • 2            Mahapatra et al., 2000. 1Fjalestad et al., 1997. • 1Hetzel et al., 2000. • 1            Toro et al., 1996. • 2            Nell et al., 1999. • 1Newkirk and Haley, 1983. • 4  Barber et al., 1998. • 1Hadley et al.,1991. • 1Ibarra et al. 1999. • 1Ibarra et al. 1999.

33. Nobeigums • •    Selekcijas mērķis nosaka selekcijas programmas virzienu un centienus. • •    Tirgus un nozare izšķir to, kādas pazīmes iekļaut. • •    Nozīmīgas pazīmes atklāj lielu potenciālu uzlabošanai. • •    Šauri selekcijas mērķi ir riskanti. Obs! Ilgspējīgums. • •    Sistemātiska/kontrolēta pieeja, lai izvairītos no nevēlamas blakusiedarbības. • •    Uzlabojumus ir iespējams panākt vairumā pazīmju vienlaicīgi. • – Nevēlamas korelācijas regulē modernizēta/progresīva selekcija. 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā                                                 33                                                                                                                                           

34. Paldies! 4. Starptautiskā konference “Zivsaimniecība”, 2009. gada 27. maijā 34