Innleiðing erfðamengjaúrvals

Þann 3. september síðastliðinn hófst doktorsverkefni mitt við Háskólann í Árósum. Verkefnið er fjármagnað af Bændasamtökum Íslands, Landssambandi kúabænda og Auðhumlu. Tildrög verkefnisins eru þau að aðalfundur LK árið 2016 ályktaði að fela fagráði að kanna möguleika á innleiðingu erfðamengjaúrvals (einnig kallað erfðamarkaúrval) og hagkvæmni þess. 

 

Í kjölfar þeirrar ályktunar hófst samstarf við vísindamenn við Háskólann í Árósum og ákveðið var að arfgreina nokkur þúsund gripi og styrkja verkefni doktorverkefni í kynbótafræði um þetta efni. Ferlið hefur því gengið nokkuð hratt fyrir sig; arfgreiningunum er að ljúka og vinnan að hefjast rúmum tveimur árum eftir samþykkt aðalfundarins. 

 

Efni doktorsverkefnisins er erfðamarkarækt í litlum kúastofnum, íslensku arfgerðargögnin verða lögð til grundvallar og gögn frá öðrum kúakynjum notuð eftir þörfum. Doktorsverkefnið hefur þrjú megináherslusvið. Í fyrsta lagi er skyldleiki íslenskra nautripa við önnur kyn, í öðru lagi erfðamarkakynbætur lítilla kúastofna. Í þriðja lagi skyldleikarækt í stofnum sem eru erfðamarkakynbættir. Innleiðing erfðamarkarækrar í kúastofn er í sjálfu sér ekki verkefni fyrir doktorsnema en rannsóknir á aðferðum eru það. Innleiðing aðferðanna er á hendi samtaka bænda en mun byggja á niðurstöðum doktorsverkefnisins.

 

Skyldleiki íslenskra kúa við önnur kúakyn

 

Fyrsti hluti verkefnisins lýtur að því að kanna fyrirliggjandi gögn. U.þ.b. 7.500 kýr og 500 naut hafa verið arfgreind með 50k SNP flögu. SNP (stakbreytingar, e. single nucleotide polymorphism) flögur greina arfgerð einstaklings á þúsundum sæta. Þær upplýsingar verða bornar saman við slíkar greiningar á öðrum kúakynjum. Fyrri rannsókn benti til að íslenskar kýr væru skyldari frönskum og breskum kúm en norrænum. Sú niðurstaða kom nokkuð á óvart en frekari rannsókna er þörf. Með fleiri erlendum kúakynjum í samanburðarhópnum gefst gleggri mynd af uppruna stofnsins. Þar verður meðal annars fróðlegt að bera íslenskar kýr við írskar kýr og við gömlu norsku kúakynin, sem ekki voru hluti af fyrri rannsókn. Sama rannsókn sýndi að íslenskir nautgripir hafa töluverða erfðalega sérstöðu miðað við nautgripi í Evrópu. Sú niðurstaða var í samræmi við væntingar, þar sem kynið hefur að öllum líkindum verið einangrað að mestu frá landnámi.

 

Auk þess að kortleggja skyldleika íslenskra kúa við önnur kyn verður skyldleiki innan kynsins kortlagður. Vera má að einhver hluti íslenska stofnsins skeri sig frá öðrum,til dæmis gæti verið breytileiki milli landshluta. Fyrirliggjandi gögn gefa færi á að rannsaka hvort erfðaþáttur finnist sem stýrir ófrjósemi í kvígum. Ófrjósemi íslenskra kvígna er hærri en gerist víða annars staðar og eitt af fyrstu verkunum verður að leita að breytileika í erfðamenginu sem veldur ófrjósemi. Heimildir eru til um flutning danskra kúa til Íslands á 18. og 19. öld. Hafi sá innflutningur haft áhrif á íslenska kúastofninn ætti að vera hægt að sjá þess merki að hluti íslenska erfðamengisins sé líkur að uppruna (e. identical by descent) erfðamengi danskra kúa. Sömuleiðis verður mögulegt að reikna skyldleikarækt í erfðamenginu útfrá arfgerð og bera saman við skyldleikarækt metna útfrá ættartölu. Áætlað er að þessum hluta verkefnisins verði lokið næsta vor.

 

Kynbótamat

 

Næsta sumar verða fyrirliggjandi gögn fyrir fyrsta mjaltaskeið flestra kvígna í gagnasafninu. Þá er áætlað að annað undirverkefni doktorsverkefnisins hefjist, sem fjallar um kynbótagildi metið með erfðamörkum (e. genomically estimated breeding values). Öryggi kynbótamatsins í íslenska stofninum er sú stærð sem hefur einna mest að segja um fýsileika þess að taka upp erfðamarkarækt íslenskra kúa. Vegna smæðar íslenska stofnsins er fjöldi afkvæmaprófaðra nauta takmarkandi fyrir öryggi erfðamarkakynbótamatsins. Rannsóknir hafa sýnt að notkun upplýsinga úr öðrum stofnum getur aukið öryggið og ætlunin er að kanna hveru hægt er að hækka það í íslenska stofninum með notkun slíkra upplýsinga.

 

SNP flagan EuroG10k hefur verið búin til með sætum sem stjórna eftirsóttum eiginleikum hjá kúm. Ef sama fjölbrigðnin (e. polymorphism) veldur breytileika í eiginleikum í íslenskum kúm og þeim kynjum sem EuroG10k flagan byggir á, ætti öryggi kynbótamats íslenskra kúa að vera hærra með tilreiknuðum gögnum (e. imputation) af EuroG10k flögunni yfir á íslensku arfgreiningarnar. Svokallaðar GWAS rannsóknir (e. genome-wide association studies) hafa verið notaðar til að meta áhrif breytileika í erfðamengi á svipgerð eiginleika í nautgripum og öðru búfé. Með því að auka vægi svæða sem hafa sýnt tengsl við eiginleika sem valið er fyrir við gerð kynbótamatsins gætu þessar upplýsingar aukið öryggið.

Upplýsingar úr öðrum kúakynjum verða notaðar á fjóra vegu:

 

 

Hægt verður að nýta þá leið sem gefur hæst öryggi í íslenska kynbótastarfinu auk þess sem upplýsingar fást um öryggi kynbótamatsins.

 

Skyldleikarækt

 

Þriðji hluti verkefnisins fjallar um skyldleikarækt í litlum stofnum sem ræktaðir eru með erfðamarkaúrvali. Annars vegar verður um að ræða rannsókn á áhrifum erfðamarkaræktar á skyldleikarækt og erfðabreytileika í litlum stofnum, og hinsvegar á vöktun og stjórnun skyldleikaræktar í litlum stofnum. Mikil skyldleikarækt eykur líkurnar á dreifingu skaðlegra samsæta um stofninn, eykur áhrif skyldleikaræktarhnignunar í stofninum og dregur úr erfðabreytileika. Það hefur vakið nokkurn ugg hversu skyldleikarækt hefur aukist eftir upptöku erfðamarkaræktar í öðrum stofnum og því er þörf á að rannsaka þetta efni frekar. Þar sem að íslenski erfðahópurinn er lokaður er mikilvægt að gæta þess að skyldleikarækt verði ekki of hröð. Ákjósanlegasta aðferðin til að stjórna skyldleikarækt er notkun kjörframlagaúrvals (e. optimal contribution selection), en margt er eftir órannsakað varðandi notkun kjörframlagaúrvals í erfðamarkarækt. 

 

Hefðbundið mat á skyldleikarækt er samkvæmt ættartölu einstaklinga (e. pedigree inbreeding). Slíkt mat á skyldleikarækt byggir á sæti sem ekki er valið fyrir, en raunveruleg skyldleikarækt getur verið hærri á þeim stöðum í erfðamenginu sem tengjast eiginleikum sem valið er fyrir. Kjörframlagaúrval hægir á breytingu á samsætutíðni, en markmið úrvals er að breyta samsætutíðni þeirra sæta sem stjórna eftirsóttum eiginleikum. Með því að setja mismunandi vægi á svæði erfðamengisins verður hægt að leyfa meiri breytingar á þeim svæðum sem valin eru. Með hermirannsóknum verða áhrif slíkra aðferða á lítinn kúastofn metin.

 

Samstarf við samtök bænda

 

Þar sem að verkefnið hefur mikla þýðingu fyrir hagkvæmni íslenskra kúabúa og mjólkuriðnaðar verður lögð áhersla á gott samstarf við Landssamband kúabænda og Ráðgjafarmiðstöð landbúnaðarins. Það á bæði við varðandi stefnu verkefnisins, þar sem hún getur tekið breytingum í takt við niðurstöðurnar, sem og dreifingu niðurstaðna og þekkingar til ábyrgðarmanna kynbótastarfsins. Baldur Helgi Benjamínsson hefur verið fenginn til að eiga sæti í doktorsnefnd verkefnisins sem fulltrúi LK, BÍ og Auðhumlu.

 

Ég vænti þess að íslenskir kúabændur bíði spenntir eftir niðurstöðum og innleiðingu erfðamarkaræktar í stofninum. Erfðaframfarir hafa aukist verulega í öllum kúastofnum sem hafa tekið upp erfðamarkarækt og því eftir miklu að slægjast. Þó verður enn nokkur bið eftir innleiðingu erfðamarkaræktar. Doktorsnámið er fjögur ár en nothæfar niðurstöður verða til reiðu fyrir ábyrgðarmenn kynbótastarfsins á meðan verkefninu vindur fram og því hægt að undirbúa innleiðingu á meðan verkefninu vindur fram.

 

Egill Gautason.