Gli strumenti operativi della selezione : i valori genetici dei riproduttori

Paolo CarnierPaolo Carnier

Dipartimento di Scienze Dipartimento di Scienze ZootecnicheZootecniche

Facoltà di Medicina Veterinaria di Facoltà di Medicina Veterinaria di PadovaPadova

email carnier@ux1.unipd.itemail carnier@ux1.unipd.it

http://147.162.137.15/carnierhttp://147.162.137.15/carnier

Pro

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di P

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Geni e displasiaGeni e displasia

La displasia dell’anca (HD) è una La displasia dell’anca (HD) è una patologia controllata almeno in patologia controllata almeno in parte dai geni che un cane possiedeparte dai geni che un cane possiede

Quanti sono, quali sono e che effetto Quanti sono, quali sono e che effetto specifico ha ognuno di essi specifico ha ognuno di essi sull’espressione della patologia ?sull’espressione della patologia ?

Non lo possiamo sapere con Non lo possiamo sapere con esattezza esattezza

E’ certo che sono coinvolti più geni E’ certo che sono coinvolti più geni ognuno dei quali esercita un piccolo ognuno dei quali esercita un piccolo effettoeffetto

Pro

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Geni e displasiaGeni e displasia

Porzione di cromosomi omologhiPorzione di cromosomi omologhi

gengenee

alleleallele

allele allele (a(a11, a, a22, a, a33, …, a, …, ann))

(a(a11, a, a22, a, a33, …, a, …, ann))

(b(b11, b, b22, b, b33, …, b, …, bnn))

(b(b11, b, b22, b, b33, …, b, …, bnn))

aa1 1 aa22aa33

..

..

..

aa

nn

++++++

++++ - - -- - -

..

..

..

--

bb1 1 bb22bb33

..

..

..

bbnn

- -- --- ++

..

..

..

++++

++

Effetti geneticiEffetti genetici

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0

10

20

30

40

50

A B C D E

%Norm x Norm Norm x Altro Altro x Altro

Poligenico ? ( 12.000 PT italiani)

??

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Geni e displasiaGeni e displasia

Non esiste il gene della displasia Non esiste il gene della displasia dell’anca !!!dell’anca !!!

Ulteriore complicazione deriva Ulteriore complicazione deriva dall’influenza esercitata da vari dall’influenza esercitata da vari fattori ambientali fattori ambientali

• EtàEtà• Peso e tagliaPeso e taglia• VeterinarioVeterinario• Allevamento (alimentazione e Allevamento (alimentazione e

esercizio)esercizio)

I fattori ambientali modulano I fattori ambientali modulano l’espressione della patologial’espressione della patologia

Pro

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Geni e displasiaGeni e displasia La manifestazione fenotipica della patologia La manifestazione fenotipica della patologia

interessa solo cani geneticamente interessa solo cani geneticamente predispostipredisposti

Fattori ambientali di per sé non causano HD Fattori ambientali di per sé non causano HD

Essendo una patologia ad accertata base Essendo una patologia ad accertata base ereditaria poligenica si combatte per via ereditaria poligenica si combatte per via geneticagenetica

Altri interventi non risolvono il problemaAltri interventi non risolvono il problema

Utili per migliorare lo status di un animaleUtili per migliorare lo status di un animale

Nessun effetto sulla trasmissione a Nessun effetto sulla trasmissione a discendentidiscendenti

Pro

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Geni e displasiaGeni e displasia

Nessuna riduzione della frequenza di Nessuna riduzione della frequenza di soggetti displasici da una generazione soggetti displasici da una generazione all’altra per intervento non geneticoall’altra per intervento non genetico

Favorire a fini riproduttivi soggetti il cui Favorire a fini riproduttivi soggetti il cui complesso poligenico esercita effetti complesso poligenico esercita effetti più favorevoli rispetto a quello di altri più favorevoli rispetto a quello di altri cani (alterazione frequenze alleliche)cani (alterazione frequenze alleliche)

Quali riproduttori ? Quali riproduttori ?

La soluzione : la genetica quantitativaLa soluzione : la genetica quantitativa

Pro

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Genetica quantitativa

Fornisce strumenti operativi per Fornisce strumenti operativi per identificare animali portatori di poligeni identificare animali portatori di poligeni con effetto favorevole e sfavorevole con effetto favorevole e sfavorevole nei riguardi della patologianei riguardi della patologia

Selezione mirata dei riproduttori su Selezione mirata dei riproduttori su basi oggettive e corrette : riduzione basi oggettive e corrette : riduzione dell’incidenza e gravità della patologia dell’incidenza e gravità della patologia

Applicazioni soprattutto per altre Applicazioni soprattutto per altre specie (con risultati evidenti e provati) specie (con risultati evidenti e provati)

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Il problema fondamentaleIl problema fondamentale

??

FenotipoFenotipo(FCI, WILLIS ecc.)(FCI, WILLIS ecc.)

GENIGENI

effetto del effetto del complesso complesso poligenicopoligenico++

effetti effetti ambientaliambientali

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Il problema fondamentaleIl problema fondamentale

??FCI = A = FCI = A = 00 normalenormale

FCI = E = FCI = E = 44 grave grave displasiadisplasia

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Il problema fondamentaleIl problema fondamentale

FCIFCI11 = A = 0 = A = 0normalenormale

FCIFCI22 = E = 4 = E = 4grave grave

displasiadisplasia

FCI = FCI = fenotipofenotipo

FCIFCI11 = G = G1 1 + + AA11

FCIFCI22 = G = G2 2 + + AA22

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La valutazione genetica La valutazione genetica è quell’insieme di La valutazione genetica è quell’insieme di

programmi e procedure che conduce alla programmi e procedure che conduce alla stima del valore genetico (effetto del stima del valore genetico (effetto del complesso poligenico) di un individuo in complesso poligenico) di un individuo in relazione a una data caratteristica (ad es. relazione a una data caratteristica (ad es. HD)HD)

Il risultato finale della valutazione Il risultato finale della valutazione genetica è un numero, positivo o genetica è un numero, positivo o negativo, che esprime il merito genetico negativo, che esprime il merito genetico dell’individuo rispetto al valore genetico dell’individuo rispetto al valore genetico medio degli individui della medesima medio degli individui della medesima popolazione (razza, linea, allevamento popolazione (razza, linea, allevamento ecc.) che per definizione è pari a zeroecc.) che per definizione è pari a zero

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Cosa serve per la valutazione genetica ?

Necessarie accurate informazioni Necessarie accurate informazioni individuali :individuali :

• FenotipicheFenotipiche

• Genealogiche (rapporti di parentela tra individui)Genealogiche (rapporti di parentela tra individui)

Non sono indispensabili informazioni Non sono indispensabili informazioni derivanti dall’analisi del DNAderivanti dall’analisi del DNA

Informazioni da analisi del DNA utili per :Informazioni da analisi del DNA utili per :

• Verifica di parentela (informazioni genealogiche + Verifica di parentela (informazioni genealogiche + accurate)accurate)

• Marcatori genetici (Marker Assisted Selection)Marcatori genetici (Marker Assisted Selection)

• Introgressione genicaIntrogressione genica

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Quanto affidabile è un VG ? Accuratezza = correlazione tra il vero Accuratezza = correlazione tra il vero

valore genetico di un individuo e valore genetico di un individuo e quello stimato (varia tra 0 e 1)quello stimato (varia tra 0 e 1)

Bias = tendenza sistematica alla Bias = tendenza sistematica alla sovra- o sottostima di un valore sovra- o sottostima di un valore genetico genetico

Accur. OKBias OK

xx xx x x

x x x x x x

Accur. NOBias OK

xx xx x x

Accur. OKBias NO

Accur. NOBias NO

x x x x x x

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Da cosa dipende l’accuratezza ?

L’accuratezza dipende da :L’accuratezza dipende da :

• EreditabilitàEreditabilità

• n° di informazioni fenotipiche n° di informazioni fenotipiche disponibili (letture radiografiche) disponibili (letture radiografiche)

• Rapporto di parentela esistente tra Rapporto di parentela esistente tra l’individuo di cui si stima il valore l’individuo di cui si stima il valore genetico e gli individui che forniscono genetico e gli individui che forniscono l’informazione fenotipica l’informazione fenotipica

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Un esempio di VG e accuratezza

Letture radiografiche dell’individuo oggetto di Letture radiografiche dell’individuo oggetto di valutazione e di 56 figli valutazione e di 56 figli

VG VG PT 1024PT 1024 = = + 0.237+ 0.237 acc = acc = 0.830.83

Se per la valutazione genetica di PT 1024 fosse Se per la valutazione genetica di PT 1024 fosse stata utilizzata solamente la valutazione FCI di stata utilizzata solamente la valutazione FCI di PT 1024 l’accuratezza sarebbe stata pari a PT 1024 l’accuratezza sarebbe stata pari a 0.470.47

Se per la valutazione genetica di PT 1024 Se per la valutazione genetica di PT 1024 fossero state disponibili solamente le fossero state disponibili solamente le valutazione FCI di 10 figli l’accuratezza sarebbe valutazione FCI di 10 figli l’accuratezza sarebbe stata pari a stata pari a 0.610.61

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La valutazione genetica in pratica

IndividuoIndividuo

AscendentiAscendenti

CollateraliCollaterali

DiscendentiDiscendenti

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La valutazione genetica in pratica

PerformancePerformance

Indice pedigreeIndice pedigree

Sib testSib test

Progeny testProgeny test

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Indice pedigree Rappresenta il metodo di valutazione Rappresenta il metodo di valutazione

genetica più precoce genetica più precoce

E’ utilizzabile anche per programmare E’ utilizzabile anche per programmare gli accoppiamenti gli accoppiamenti

Utilizza i valori genetici stimati degli Utilizza i valori genetici stimati degli ascendenti dell’individuo oggetto di ascendenti dell’individuo oggetto di valutazionevalutazione

Esempio:Esempio:

• IPIP11 = ½ VGS = ½ VGS padrepadre + ½ VGS + ½ VGS madremadre

• IPIP22 = ½ VGS = ½ VGS padrepadre + ¼ VGS + ¼ VGS nonno maternononno materno

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Performance individuale e Performance individuale e accuratezzaaccuratezza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

HDHD

acc

ura

tezz

aacc

ura

tezz

a

ereditabilitàereditabilità

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Prova di progenie e accuratezzaProva di progenie e accuratezza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100

h2 = 0.20 h2 = 0.40

acc

ura

tezz

aacc

ura

tezz

a

n° figlin° figli

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Come si fa ?

Procedure statistiche sofisticateProcedure statistiche sofisticate

BLUP (BLUP (BBest est LLinear inear UUnbiased nbiased PPrediction) rediction)

Animal modelAnimal model

• Tutte le informazioni fenotipiche proprie e Tutte le informazioni fenotipiche proprie e di individui parentidi individui parenti

• Livello genetico medio delle fattrici con cui Livello genetico medio delle fattrici con cui uno stallone si accoppiauno stallone si accoppia

• Valutazione genetica anche di animali mai Valutazione genetica anche di animali mai sottoposti a radiografia e non più esistentisottoposti a radiografia e non più esistenti

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L’equazione fondamentale

rubbishrubbish 3 3

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Il progetto di ricerca in corso

Analisi genetica di HD in varie razze Analisi genetica di HD in varie razze e spondilosi deformante nel Boxere spondilosi deformante nel Boxer

Ruolo di specifici effetti ambientali Ruolo di specifici effetti ambientali

Stima di ereditabilitàStima di ereditabilità

Studio e messa a punto di procedure Studio e messa a punto di procedure per la valutazione genetica dei per la valutazione genetica dei candidati riproduttoricandidati riproduttori

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I dati disponibili

Letture radiografiche e valutazione Letture radiografiche e valutazione FCI e WILLISFCI e WILLIS

Dati per PT, Boxer, Dobermann, Dati per PT, Boxer, Dobermann, Rottweiler, Terranova e Labrador Rottweiler, Terranova e Labrador

Periodo 1992 – 2001Periodo 1992 – 2001

Età >1 annoEtà >1 anno

Informazioni su allevamento, Informazioni su allevamento, veterinario, sesso, anno e mese di veterinario, sesso, anno e mese di nascita, età nascita, età

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I dati disponibili

0

5

10

15

20

1 10 19 28 38 54 64 78 >100

n. di letture effettuate

% v

eter

inar

i

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Effetto dell’allevamento

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.5 0.7 1.0 1.2 1.4 1.7 1.9 2.1 2.3 2.6 2.8 3.0

punteggio medio FCI

% a

lleva

men

ti

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Effetto del veterinario (>30 letture)

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

31 41 51 61 71 81 91 101

veterinariopunt

eggi

o m

edio

FCI

2121111111

FCI medioFCI medio

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Ereditabilità (h2) di HD nel PT italiano

Stima preliminareStima preliminare

Dati di 1268 famiglie di mezzi Dati di 1268 famiglie di mezzi fratelli paternifratelli paterni

Sottostima (genealogie non Sottostima (genealogie non disponibili)disponibili)

hh22 = 0.22 = 0.22 ± ± 0.020.02

Pro

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Valori genetici HD dei PT italiani

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

-0.50 -0.27 -0.16 -0.04 0.07 0.18 0.29 0.40 0.51

valore genetico (punti FCI)

freq

uenz

a (%

)

??

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VG e HD nella progenie

BV BV PT 986 PT 986 = = + 0.493+ 0.493 n = 43n = 43

BV BV PT 520PT 520 = = + 0.008+ 0.008 n = 119n = 119 ==

BV BV PT5203PT5203 = = - 0.247- 0.247 n = 36n = 36

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VG e HD nella progenie

0

10

20

30

40

50

60

70

PT 8989 PT 9200 PT 7408

%A B C D E

==

Pro

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Conclusioni

I valori genetici stimati devono I valori genetici stimati devono essere il criterio su cui basare la essere il criterio su cui basare la scelta dei candidati riproduttoriscelta dei candidati riproduttori

La scelta dei riproduttori sulla base La scelta dei riproduttori sulla base di criteri diversi dai valori genetici di criteri diversi dai valori genetici non porta a un controllo genetico non porta a un controllo genetico efficace di HDefficace di HD

Un servizio efficiente per gli Un servizio efficiente per gli allevatoriallevatori

Il ruolo fondamentale degli allevatoriIl ruolo fondamentale degli allevatori

Pro

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Conclusioni Il problema del prescreeningIl problema del prescreening

La mancata registrazione dei casi gravi di La mancata registrazione dei casi gravi di displasia è un danno enorme per il displasia è un danno enorme per il miglioramento della razzamiglioramento della razza

I migliori allevamenti per il futuro della I migliori allevamenti per il futuro della razza saranno quelli in cui il controllo di HD razza saranno quelli in cui il controllo di HD si basa su criteri di trasparenza si basa su criteri di trasparenza

L’attendibilità delle informazioni provenienti L’attendibilità delle informazioni provenienti da tali allevamenti garantirà agli allevatori da tali allevamenti garantirà agli allevatori stessi fiducia nello schema di controllo di stessi fiducia nello schema di controllo di HD e negli strumenti operativi della HD e negli strumenti operativi della selezione che essi usanoselezione che essi usano