Miglioramento genetico -...

1

Miglioramento genetico

• Obiettivo migliorare la produzionedella popolazione

=

Gestione

+

Casualità

+

Genetica

Miglioramento genetico

• Produrre animali miglioratori edisperdere i loro geni nella popolazione

MIGLIORAMENTOGENETICO

2

Momenti del processo dimiglioramento genetico

• Definizione delle caratteristiche damigliorare (obiettivo di selezione)– Carattere misurabile

• Kg, %, n° di nati, Kg/d etc– Migliorare quantità di prodotto

• Reddito legato alla quantità– Es kg latte, incremento ponderale

– Migliorare la qualità del prodotto• Mercato interessato alla qualità / pagamento in

base alla qualità– Es tenore proteico e lipidico


– Aumentare componenti bioattivi utili allasalute umana nel prodotto

• Es Composizione acidi grassi: CLA– Aumentare la salubrità del prodotto

• Es diminuire la quantità di cellule somatiche nellatte

– Migliorare l’efficienza funzionale deglianimali

• Aumentare la fertilità delle bovine• Diminuire i casi di mastite in azienda• Migliorare la longevità degli animali

3


– PROBLEMA!!!!• risultati visibili dopo tempo• Condizioni di mercato di oggi non le stesse dopo

5/10 anni quando il risultato della selezionediventa espresso in azienda

• Caratteri in relazione genetica tra loro– Non sempre migliorare un carattere migliora gli altri

• I Controlli Funzionali– Per migliorare un carattere NECESSARIO:

• Registrazione del fenotipo (tutti i caratteri in sel)• Registrazione delle informazioni anagrafiche


– Registrazione fenotipo• Ogni 4 settimane (A4)• Ogni 6 settimane (A6)• Controllo alternato (AT)

– Una volta mungitura del mattino, l’altra quella dellasera

• Misurata produzione quantitativa• Prelevato campione di latte e inviato a labo

analisi (ARAL per la lombardia)– Tenore proteico, lipidico, lattosio, cellule somatiche,

caseina, urea

4


– Registrazione anagrafica• Vacche eliminate

– Durata in allevamento / causa di eliminazione

• Parti e asciutte– Età al parto, Mese di parto, Intervallo interparto

• Nuovi nati– Info anagrafiche per stima EBV

• Fecondazioni– Misure di fertilità

» Tasso di concepimento, numero di fecondazioni,intervallo parto concepimento


– Libri genealogici (ANA)– Base dati produttiva (APA-ARAL-AIA)

• Identificazione degli animali miglioratori– Migliori produttori = genitori della successiva

generazione– Fondamentale una stima accurata dell’EBV

(valore genetico additivo) accuratezzadella selezione

• Controlli funzionali accurati• Anagrafiche corrette (circa 15% errori)• Valutazioni genetiche efficienti

5


• Riproduzione– schema di riproduzione (selezione)

• Quante femmine dedicate alle prove di progenie?• Quante figlie per toro in prova?• Quanti tori in prova di progenie?• Quale intensità di selezione per le diverse vie del

progresso genetico?• Quali vacche / manze madri di toro?

– moderne tecnologie riproduttive• MOET / IVF / OP / Clonazione?


• Verifica del programma dimiglioramento genetico– Mantenere sotto controllo il trend genetico

e fenotipico delle produzioni

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3

3.1

3.2

3.3

Anno

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

Num

ero

Latta

zion

i

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

Prod

uzio

ne M

edia

6

La formula del progressogenetico

• i = intensità di selezione– pochi animali di alto valore genetico

• r = accuratezza della selezione– animali scelti correttamente

• L = intervallo di generazione– velocità di ricambio degli animali in

allevamento

uireminDi

Aumentare

L

riG

g!="

#**

=Gestione

+Casualità

+

Genetica

Il modello simbolico P = µ + A + D + I + PE + TE

G EP = Fenotipoµ = Fattore comune a tutti gli individuiA = effetti genetici additiviD= effetti genetici di dominanzaI = effetti genetici di interazionePE = effetti ambientali permanentiTE = effetti ambientali temporanei

7

Il modello simbolico σ2

P = σ2A + σ2

D + σ2I + σ2

PE + σ2TE

σ2P = Variabilità Fenotipica

σ2A = Variabilità effetti genetici additivi

σ2D = Variabilità effetti genetici di dominanza

σ2I = Variabilità effetti genetici di interazione

σ2PE = Variabilità effetti ambientali permanenti

σ2TE = Variabilità effetti ambientali temporanei

Modello simbolico -ereditabilità

Fenotipo = Genetica + Ambiente

2P!

2G!

2E!

2

2

2

22

P

A

P

Gh!

!

!

!"=

8

Ereditabilità• Quanto delle differenze fenotipiche

sono dovute a differenze tra i genotipidegli individui

h2 = 0.01 100 = 1 + 992

22

P

Gh!

!= 222

EGP !!! +=

1 99

Ereditabilità• Quanto delle differenze fenotipiche

sono dovute a differenze tra i genotipidegli individui

h2 = 0.8 100 = 80 + 202

22

P

Gh!

!= 222

EGP !!! +=

80 20

9

Correlazione

• Misura– la relazione tra due variabili– la grandezza del legame tra due valori

riproduttivi• Significato biologico

– l’importanza relativa degli effetti pleiotropicisu due caratteri

Correlazione

G(T2)

G(T1)E(T1)

E(T2)

P(T1)

P(T2)

GENOTIPO AMBIENTE

Effetto pleiotropicosu T1 e T2

10

Il modello per la Corr. Gen ePhen.

222111 EGP !!! +=

222222 EGP !!! +=

212121 EEGGPP !!! +=

Il Modello per la Corr. Gen ePhen

2221

21

21

PP

PP

PPr!!

!!=

2221

21

21

GG

GG

GGr!!

!!=

2221

21

21

EE

EE

EEr!!

!!=

Correlazione Fenotipica

Correlazione Genetica Correlazione Ambientale

11

Selezione per più di uncarattere

• Selezionare per più di un caratterecontemporaneamente

• Combinare i valori riproduttivi disponibiliin un unico indice– INDICI COMPOSTI– INDICI ECONOMICI

• Devono essere presi in considerazionediversi aspetti.

Risposta correlata

• Correlazione tra 2 caratteri diversa da 0– Selezionando per T1 cambiamento anche

per T2• Es. rLK,PK= .9

– Al crescere di LK aumenta anche PK• Ma quanto sarà il miglioramento

genetico ottenibile per la proteina kgselezionando per latte kg?

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Risposta correlata

• Dipende dalla grandezza dellacorrelazione genetica tra i due caratterie dalle loro ereditabilità

• Carattere misurato una sola voltasull'animale

• progresso genetico atteso per T1 :

111ˆ1 ApAAirA !="

Risposta correlata

• In questo caso l'accuratezza dell'indice

• Inoltre ricordando che

• Il progresso genetico atteso per T1diviene

21h

221

211 PA h !! =

1

211 PpihA !="

13

Risposta correlata

• Allo stesso modo per T2

• Selezione per T2 indirettamenteattraverso T1– risposta correlata = regressione genetica

del carattere 2 sul carattere 1

2

222 PpihA !="

1221

21 AAA

AA

c !=!"

"

Risposta correlata

• Dopo opportuni passaggi algebrici

• ΔCA2 dipende da– grandezza della correlazione– segno della correlazione– ereditabilità– variabilità fenotipica– intensità di selezione

)(221

22

212 PpAAc ihhrA !="

14

Risposta correlata

• A volte più vantaggioso selezionare perun carattere correlato

• Il vantaggio relativo può esserecalcolato dal rapporto

22

21

2

2 21

h

hr

A

A AAc =!

!

Risposta correlata

• Se

• maggiore di

• il miglioramento ottenibile per T2 saràmaggiore effettuando selezioneattraverso il carattere correlato (T1)

2121

hr AA

22h

15

Risposta Correlata

• Il carattere sopravvivenza a 17 mesi dietà produttiva nella Frisona Italiana ha– ereditabilità di 0.02– correlazione con la produzione di latte in

prima lattazione di 0.61• Con h2 = .25 per la produzione di latte

12.202.025.6.0

2

2 ==!

!

A

Ac

Risposta correlata

• Per caratteri misurati più di una volta

111ˆ1 ApAAirA !="

222ˆ2 ApAAirA !="

!

" c A2

= rA

1

)

A 1

rA1A

2

ip h2

2#P2

2

22

1121

ˆ

ˆ

2

2

AA

AAAAc

r

rr

A

A=

!

!

16

Risposta correlata

• Ereditabilità longevità funzionale (LF) =.02

• Correlazione LF e latte kg = .02• Accuratezza media EBV latte kg = .8• Accuratezza media EBV LF = .23

07.23,0

8,0*02,0

2

2 ==!

!

A

Ac

Valore economico

• Molte volte non esiste una misuradiretta del valore economico di uncarattere

• Nei bovini– Facile determinare valore di LK– Quanto vale un giorno di LF??? E un punto

di morfologia???• Inoltre molto spesso correlazioni

genetiche vicine allo 0.02 potrebbe essere -.02

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Valore economico

• Valore genetico economico

dove:– Hi è l'indice economico dell'animale i,– vn è il valore economico netto per unità di

prodotto per il carattere n,– Ani e il valore genetico per il carattere n

dell'animale i

niniiii AvAvAvAvH ++++= ...332211

Valore economico

• Il peso economico relativo è espressoper unità di deviazioni standard

• Si consideri:– LK con D.S. = 1800 valore 0.25 � per litro– morfologia D.S. = 9 valore 12.5 � per punto

14

5.112450

9*5.121800*25.

Euro)(in morfo ds 1Euro)(in latte ds 1

===

18

Valore economico

• Per trovare i valori dei pesi bi da attribuiredevono essere risolte le seguentiequazioni

• dove:– varianza fenotipica del carattere i (i=1,2)– correlazione fenotipica di T1 con T2

!"

#$%

&=!

"

#$%

&

!!"

#

$$%

&

)()(

2

1

2

12

2

212

211

ii

ii

PPP

PPP

XHCov

XHCov

b

b

''

''

2Pi!

21 PP!!

Indice economico

• L'indice di selzione per l'animale i saràquindi

iii XbXbH 2211 +=

19

Calcolo dei b

• Il calcolo dei bi richiede alcuni passaggi

• E allo stesso modo

211 22

1

111122111 ),()(

AAA

iiiiiiii

vv

EIDAAvAvCovXHCov

!! +=

++++=

2212 212

)( AAAii vvXHCov !! +=

Calcolo dei b

• le equazioni per il calcolo dei bi possonoora essere riscritte nel seguente modo

• dove:– varianza genetica del carattere i (i=1,2)– correlazione genetica di T1 con T2

!"

#$%

&

!!"

#

$$%

&=!

"

#$%

&

!!"

#

$$%

&

2

12

2

2

12

2

212

211

212

211

v

v

b

b

AAA

AAA

PPP

PPP

''

''

''

''

2Ai!

21 AA!!

20

Calcolo dei b

22

122

1

212

212

****

****

212212

211211

vvbb

vvbb

AAAPPP

AAAPPP

!!!!

!!!!

+=+

+=+

Calcolo dei b

• Sei caratteri sono più di 2

!!!!

"

#

$$$$

%

&

!!!!!

"

#

$$$$$

%

&

=

!!!!

"

#

$$$$

%

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!!!!!

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iAAAAA

AAAAA

AAAAA

iPPPPP

PPPPP

PPPPP

v

v

v

b

b

b

iii

i

i

iii

i

i

:..

:..::....

:..

:..::....

2

1

2

2

2

2

1

2

2

2

22

2212

1211

22

2212

1211

'''

'''

'''

'''

'''

'''

21

Calcolo dei b - esempioLK PK P% Var

LK .25 .80 -.45 6.250.000PK .95 .2 .15 6.600P% -.35 .05 .5 .036

22

122

1

212

212

****

****

212212

211211

vvbb

vvbb

AAAPPP

AAAPPP

!!!!

!!!!

+=+

+=+

T1 = LK v1 = .09 T2 = PK v2 = .80

Calcolo dei b - esempio

946.192

600.6*000.250.6*)95(.22212121

=

=== PPPPPP r !!!

36332*212121

2

2

2

1== PPAAAA hhr !!!

320.1

500.562.122

22

221

2

22

11

==

==

PA

PA

h

h

!!

!!

22

Calcolo dei b esempio

iii

PPP

PPP

XXH

bb

bb

bb

bb

21

21

21

2

2

1

21

2

4182.10709.

326.4600.6**946.192*

691.169946.192*000.250.6*

80.*320.109.*332.36**

80.*332.3609.*500.562.1**

212

211

!=

=+

=+

+=+

+=+

)

""

""

Risposta totale

• La risposta all’indice economico è

• dove

• e

HpiH !*="

2

2122

222

12

21212

HH

PPPPH bbbb

!!

!!!!!

=

++=

23

Risposta correlata

• Senza effettuare tutti i passaggi

p

H

AAAA

cc ibb

A cc *21 21

!

!! +="

Risposta alla selezione - es.

• Per i20

45.10775.76*4.1 !H ==!

082,0

4,1*75,76

2437,0*)4182.1(69,58*0709,03

!=

=!+!

=" Ac

10814,1*75,76255.59

1 ==! Ac84,124,1*

75,76

9,7032

==! Ac

24

LK GK PK G% P%LK .33 .53 .86 -.41 -.43GK .68 .33 .68 .55 .17PK .90 .74 .31 -.12 .08G% -.34 .45 -.14 .51 .60P% -.36 .02 .07 .48 .44

Parametri geneticiFrisona Italiana - primo parto

Ereditabilità (CVA) - Corr. Fenotipica - Corr. GeneticaLK = Latte kgGK = Grasso kgPK = Proteina kgG% = Grasso percentualeP% = Proteina Percentuale(Da Bagnato e coll. 1994)

Parametri geneticiFrisona Italiana - primo parto

Ereditabilità (CVA) - Corr. fenotipica. - Corr. Genetica OP = Parto ConcepimentoCFI = Intervallo parto prima inseminazioneCNRT1 = Tasso di concepimento alla prima inseminazioneNSC = Numero di inseminazioni per concepimentoMK = Produzione di latte(Da Bagnato e Oltenacu 1994)

OP CFI CNRT1 NSC MKOP .03 (7.6) .47 -.59 .67 .12CFI .92 .03 (6.5) .05 -.06 .11CNRT1 -.64 -.33 .01 (6.6) -.81 -.08NSC .54 .22 -.98 .01 (5.4) .97MK .36 .39 -.21 .15 .22 (7.3)

25

Caratteri di longevità

Latte LT LF S17 S28 S41Latte .27 .19 0 .18 .18 .15LT .41 .07 .98 .55 .75 .83LF .02 .92 .06 .52 .73 .82S17 .51 .93 .79 .02 .58 .38S28 .52 .97 .84 .97 .04 .65S41 .40 .99 .92 .94 .97 .05

Ereditabilità, correlazioni genetiche e fenotipiche

Caratteri di longevitàLatte LT LF S17 S28 S41

Punteggio finale .27 .14 .04 .07 .23 .11

Satura -.08 -.11 -.09 -.17 -.06 -.12Forza - vigore -.07 -.22 -.21 -.28 -.18 -.24Profondità .02 -.22 -.26 -.28 -.17 -.25Angolosità .44 .17 .00 .18 .27 .16Angolo groppa .09 .13 .11 .09 .10 .13Lung. groppa -.04 -.06 -.04 -.11 -.00 -.06

Larg. groppa .09 -.10 -.15 -.12 -.06 -.11Arti .15 -.09 -.17 -.01 -.02 -.09Piedi .05 .09 .09 .03 .13 .07Mamm. larghezza .47 .17 -.01 .18 .25 .15Mamm. posteriore .38 .17 .03 .14 .22 .13Mamm. anteriore .04 .23 .25 .08 .24 .18

Mamm. legamento .02 .31 .33 .19 .31 .29Mamm. profondità -.27 .21 .35 .02 .15 .17Capezzoli .06 .19 .18 .15 .19 .17

26

Definizione economica degliobiettivi di selezione

“Sviluppare animali vitali cheassicurino il maggior profittopossibile in future condizionicommerciali di produzione”

L’indice di selezione

• Selezione per produttività economica– Aumento ricavi (es. vendita latte)– Diminuzione costi (es. aumento fertilità)

• La produttività economica è differentedal progresso genetico che si ottieneper i singoli caratteri– Obiettivo di selezione per caratteri– Obiettivo di selezione economico

27

Stima del valore riproduttivo

Quale toro ha il valoreriproduttivo più elevatoper l’intervallo partoconcepimento?

1 ??

2 ??

Registrazione dato Valutazione genetica

Elenco dei valoririproduttivi attesiper intervallo partoconcepimento

1 PBV = + 3 %

2 PBV = -1 %

- INFORMAZIONE- SELEZIONE- RIPRODUZIONE

Osservazioni sucaratteri di fertilità(intervallo partoconcepimento)

1

2

Calcolo valore economico

Input Azienda Output Profittoes. alimento es. latte

Input Azienda Output Profitto+ d (input) + d(output) + d(profit)

Quantificare d(input) e d(output) d (profitto)Assegnare valore a d(input) e d(output = valore economico

28

Valore economico dellafertilità

• Migliora il tasso di concepimento minori inseminazioni intervallo di parto più corto longevità migliorata

• Profitti calcolati per allevamenti chedifferiscono SOLO nel tasso diconcepimento

• Risultato: aumento dei guadagni nellamisura di 2 EURO per %.

(Da Soelkner e coll. 1999)

Indice Merito Totale nellaSimmental Austriaca

Produzione di Proteine19 %

Produzione di Grasso18 %

Valore del latte37 %

Punteggio EUROP3 %

Resa alla macellazione7 %

incremento giornaliero8 %

Valore della carne18 %

Longevità15 %

Facilità al parto2 %

Fertilità10 %

Nati morti6 %

Cellule somatiche10 %

Persistenza2 %

Valore funzionale45 %

Indice Merito Totale100 %


29

Pesi relativi nell’indice dimerito

Razza Latte Carne Sec.

Simmental 37 18 45

Bruna 45 0 55

Frisona 40 0 60

Frisona (Svizzera) 60 0 40


Progresso genetico annuo(Euro) nella Simmental

Merito Totale Solo latte

Latte 9.62 12.53

Carne 1.05 -0.05

Funzionali 1.22 -1.91

Totale11.89

100

10.57

87


30

La formula del progressogenetico

• i = intensità di selezione– pochi animali di alto valore genetico

• r = accuratezza della selezione– animali scelti correttamente

• L = intervallo di generazione– velocità di ricambio degli animali in

allevamento

uireminDi

Aumentare

L

riG

g!="

#**

Intensità di selezione

0Media di tutti gli individui

z p

p

zip =

Media degli individuiselezionati (differenzialeselettivo standardizzato)

Differenza

31

Intervallo di generazione

• Intervallo di tempo tra quando siriproducono i genitori e quando siriproducono i figli

Maschi FemmineBovini 2 5Suini 1 1Ovi-Caprini 1 1.5Polli 1 1Cavalli 3 5Cani 2 3

Prove di progenie e MAS

+1000

- +1000

-

IP = (1000 + 1000)/2= 1000

+ + + - - -EBV=500 EBV=1000 EBV=1500

+ : + : + : + :+ : - : + : - :- : - : -: -:

32

Come cambia il valore riproduttivo

+ : + : + : + :- : - : - : - :- : - : - : - : + : + : + : + :

- : - : - : - : + : + : + : + :

100 figlieAT = 89SEP = 250

500 15001000

Perché cambia il valore riproduttivo

Numerosità delle figlie

Numero Deviazione Contributo Totale AT figlie contemporanee all'indice contributo

20 +200 1.24 248 7050 +200 1.60 320 80100 +200 1.78 356 891000 +200 1.97 394 95

Contributo relativo della deviazione dalle contemporanneall'indice di un toro in relazione al numero di figlie, conereditabilità uguale a 0.30.

33

Perché cambia il valore riproduttivo

)(*)(),(

IVarAVar

IACovrAI =

)()(2

AVar

IVarrAI =

1)(

),(==

IVar

IACovbAI

)(*)1( 2AVarrSEP AI!=

)(),( IVarIACov =

)(*)( 2AVarrIVar AI= Va

lore

gen

etic

o ve

ro (A

)

Valore riproduttivo (I)1

1

Ridurre i tempi delle proveA + BFratelli pieniStesso valore riproduttivodopo le prove

Valo

re ri

prod

uttiv

o

Tempi di prova0 12 24 36 48 60 72

Toro A

Toro B

Differenza in valore geneticotra i due concorrenti

Toro C

Toro C

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