Генетическое совершенствование скота как метод повышения эффективности животноводства

Когда мы говорим о продуктивном скоте, нельзя недооценивать роль генетики. Именно генетическая составляющая будет напрямую влиять на все характеристики животных. На протяжении всей истории человек целенаправленно вел селекцию на увеличение производимого коровой молока. 

С развитием племенного учета, а далее искусственного осеменения, стало возможно отбирать действительно выдающихся коров, получать от них быков-производителей и распространять их генетику с большим охватом, через И.О. маточного поголовья. 

Таким образом, весь процесс селекции можно описать как поиск уникальной комбинации генов, позволяющей в должной мере передавать свой потенциал последующим поколениям и наделять их нужными свойствами. 

Несмотря на то, что в этом процессе участвовало или продолжает участвовать большое число пород КРС, самые значимые результаты были достигнуты именно в голштинской породе. Это обуславливается разными причинами, но главная из них это то, что именно голштинская порода смогла удовлетворить требования по продуктивности, способности к промышленному содержанию в различных условиях, а главное, именно с ней фермеры стали зарабатывать больше, нежели при содержании скота других пород. 

В результате этой работы в 1962 году был получен бык Pawnee Farm Arlinda Chief 1427381, а в1965 Round Oak Rag Apple ELEVATION 1491007, относящиеся к линиям Рефлекшн Соверинг и Вис Айдиал, соответственно. Эти быки дали настолько выдающееся потомство, что их генофонд стал доминировать во всей голштинской породе, вытеснив всех остальных. 

Так, по данным статьи, опубликованной Морин О'Хаган в Scientific American, на сегодняшний день у 93% всех голштинских животных в мире присутствуют гены, полученные от этих предков. Исследования российских ученых показывают еще большую общность голштинской породы, так и эти два быка и все другие родоначальники линий являются потомками быка Роукер («Генеалогия голштинского скота черно-пестрой масти» И.М Дунин, Ж.Г. Логинов, В.А. Исаев, С.А. Данкверт. ВНИИплем 1999 год).

Вклад этих быков в развитие породы был высоко оценен - оба быка удостоились чести быть захороненными на территории станции Select Sires.

Скрещивая поколение за поколением потомство этих производителей, селекционеры смогли добиться накопления гомозиготности по признакам продуктивности и довести продуктивность породы до рекордных значений. Не секрет, что голштинская порода использовалась для улучшения надоя практически всех пород в мире. 

Однако, у этого успеха оказалась и другая сторона – изменение физиологии организма повлекло снижение фертильности, здоровья и продуктивного долголетия. Такая тенденция продолжалась до середины двухтысячных годов. С изобретением коммерчески доступных генетических тестов и началом массового исследования как быков, так и маточного поголовья, ситуация стала исправляться. 

Пионером в этих исследованиях явилась компания Zoetis, которая, накопив референтную базу в несколько миллионов тестов, смогла выявить закономерности наследования признаков здоровья и разработать селекционный индекс дополнительной прибыли от здоровья лактирующих коров (DWP$), по которому стало возможно проводить целенаправленный отбор и скрещивания для создания потомства с большей устойчивостью к ряду заболеваний и, соответственно, приводящего к увеличению продуктивного долголетия. Данный индекс в 2021 году в США был признан национальным и стал использоваться наравне с TPI и NM$.

Таким образом, развитие геномных технологий позволяет нам с уверенностью смотреть в будущее и знать, что через несколько лет мы сможем довести продуктивное долголетие и общую выживаемость коров на требуемый уровень, не только сохранив, но и увеличив молочную продуктивность. 

Так, на сегодняшний день средняя продуктивная жизнь голштинского скота уже достигла 27,4 месяца в лактации, а продуктивность 12 769 кг. Лучшие животные породы имеют надой, превышающий 24 000 кг. И это не какая-то зарубежная фантастика, подобные животные есть и в российских хозяйствах, 19 000 кг за лактацию становится уже не диковинкой для многих хозяйств, а цель в 15 000 кг в среднем по стаду устанавливают большинство современных ферм. 

Осенью этого года импортеры племенного материала для животноводства лишатся господдержки, согласно принятым в конце прошлого года поправкам к отраслевому закону. Как Вы думаете, приведет ли это к снижению качества биоматериала? Каков, на Ваш взгляд, выход из ситуации?

- Увеличение продуктивности, здоровья и продуктивного долголетия скота на территории РФ, а соответственно, его экономической эффективности являются приоритетом для государства, так как следствием этого служит обеспечение продовольственной безопасности страны. 

Прекращение государственной поддержки повлечет за собой отказ части сельхозтоваропроизводителей от закупки импортного генетического материала. Это, в свою очередь, приведет к тому, что следующее поколение молочных коров станет менее продуктивным и ценным. 

Несмотря на то, что практически все быки-производители на российских станциях являются сыновьями отличных зарубежных быков, это не делает их выдающимися или просто улучшателями для российского маточного поголовья. Большинство этих быков приобретено с товарных европейских ферм без какой-либо оценки, ни по геному, ни тем более по дочерям, и по сути являются «котами в мешке». 

Превосходство зарубежного генетического материала заключается не в качественных характеристиках семени, т.е. количестве сперматозоидов в дозе семени, а в прохождении многофакторной оценки именно генетического потенциала. 

В частности, на крупнейшей в мире станции по содержанию быков Select Sires, США применяется следующая схема: для проведения заказного спаривания отбирается от 30 000 до 50 000 лучших коров и телок в год, они осеменяются наиболее выдающимися быками, все полученные бычки в месячном возрасте проходят генетическое тестирование, далее из 10 000–13 000 лучших бычков около 10% поступают на элевер станции. 

В возрасте 6 месяцев все эти бычки проходят повторное генетическое тестирование уже «бычьим тестом» Clarifide Ultra (140 000 SNP) и по результату теста только +/- 200 быков из первоначального количества допускаются до взятия семени и начала проверки по дочерям. Окончательно проверенными будут считаться быки, подтвердившие свою племенную ценность, т. е. дающих дочерей, значительно превосходящих установленные стандарты породы. Таких остается уже буквально единицы. Что это за быки, можно узнать, ознакомившись с Top 100 TPI International, который обновляется 3 раза в год. 

Подобной работы в нашей стране не осуществляется со времен Советского Союза. В результате полного отсутствия подобной работы генетический потенциал (качество) отечественной популяции быков-производителей значительно уступает зарубежному. Зная это и осознавая ответственность за свой бизнес и профессиональный успех, все прогрессивные животноводы в РФ выбирают именно импортную генетику, которая является более современной, а главное, от этой генетики получаются телки и коровы, удовлетворяющие требованиям хозяйства как по продуктивности, так и по фертильности, здоровью, конверсии корма, продуктивному долголетию и другим показателям. 

В сложившейся ситуации запретительные или ограничительные меры приведут лишь к ухудшению генетического потенциала российского маточного поголовья. Несомненно, поддерживать отечественных производителей семени быков-производителей нужно, но эта поддержка должна быть за реальную работу, а не за «содержание быков», тем более в подавляющем количестве также завезенных из-за рубежа. Однако «реальная работа» не может быть без четкой идентификации всего поголовья в РФ, без нормативной базы по оценке быков-производителей, маточного поголовья, без реального ведения племенной книги по породам, создания референтной базы пород и еще много того, чего на данный момент в РФ нет.

Рыночные отношения диктуют свои условия и сельхозтоваропроизводители вправе выбирать какую продукцию им приобретать, российского или зарубежного производства. Для того, чтобы они выбирали отечественную продукцию, она в первую очередь должна быть конкурентоспособна и иметь все те же характеристики, что и зарубежная.

Геномная оценка и хромосомный подбор пар в генетике КРС: преимущества и недостатки. Генотипирование телок. Методы оценки передающей способности КРС.

- В первую очередь давайте разберем сами понятия «геномная оценка» и «хромосомный подбор пар». 

Геномная оценка — это процесс исследования ДНК животного, оценка качественного и количественного состава аллелей, отвечающих за различные признаки и сопоставление полученных результатов с референтной базой (технология GWAS). 

Само ДНК состоит из 4 азотистых оснований в различной комбинации. Именно они образуют все многообразие генов. Цепочка ДНК внутри клетки упаковывается в структуру, называемую хромосома – см рис. 

Таким образом понятие «хромосомный подбор пар» является не более чем лингвистической косметикой для усиления рекламного эффекта. В подборе пар существует два основных метода:

·      Первый: на основе данных о собственной продуктивности коров и данных по оценке дочерей быков. 

·      Второй: по данным, полученным в результате геномной оценки телки и быка-производителя. 

Второй метод на сегодняшний день является более актуальным и за счет увеличившейся достоверности геномных прогнозов позволяет решать ряд задач по интенсификации селекции КРС. 

Генотипирование телок позволяет уже в раннем возрасте определить их генетический потенциал и начать вымывание эмбрионов, не дожидаясь данных о реальной лактации, а соответственно, не тратя средства на дополнительное время содержания животного.

Также этот метод сокращает интервал между поколениями, что дает возможность значительно ускорить процесс селекции в сравнении с классическими методами.

За счет этого достигается и еще одно важное решение, а именно снижение инбредных к большинству стад быков-производителей и общее снижение процента инбридинга в породе. 

Геномная оценка делает отрасль значительно прибыльнее за счет ремонта стада животными с заведомо высоким генетическим потенциалом. 

Следующий плюс геномной оценки - возможность проводить селекцию в рамках внутрихозяйственной популяции на основе индивидуальных селекционных индексов. Сравнивая полученные данные геномной оценки с референтными значениями породы, мы можем оценить степень передающей способности и, включая в отбор производителей с наилучшими показателями по требуемым признакам, добиваться более яркого проявления их генетики в следующем поколении. Имея точные данные по каждому животному, становится доступной целенаправленная селекция по признакам здоровья и конверсии корма, позволяя уже в следующем поколении получать животных до 6% потребляющих меньше кормов при сохранении продуктивности на уровне более 12 000 кг молока и сокращать до 50% затрат на ветеринарное обслуживание по основным не заразным заболеваниям. 

Благодаря международному партнерству в области развития генетики крупного рогатого скота компаний World Wide Sires и Zoetis с 2020 года подобные возможности доступны на территории России. Это открывает абсолютно новые перспективы и направления, как по развитию стада, так и по получению дополнительной доходности в сфере инновационной селекции.

Как Вы относитесь к концепции инбридинга как метода селекции в молочном животноводстве? Каково ее влияние на генетический прогресс на ферме? Какова зависимость продуктивных и воспроизводительных качеств КРС от степени инбридинга (скрещивания близкородственных животных)?

- Инбридинг или накопление гомозиготных аллелей в составе ДНК не может быть хорошим или плохим, он является инструментом для достижения требуемых селекционных задач. Все новые породы скота, совершенствование уже имеющихся, может быть достигнуто исключительно с помощью инбридинга. 

При задаче закрепить требуемый признак селекционеры используют прием близкородственного скрещивания. Далее после того, как признак закрепится в популяции, все потомки от начальных особей будут нести большее количество гомозиготных аллелей в своем ДНК и даже со значительным разрастанием генеалогического древа и скрещиванием потомков, очень отдаленных между собой, эта гомозиготность будет сохраняться. Сущность этого процесса определяет несколько обсуждаемых вопросов. 

Первое: большинство подборов осуществляется по расчету инбридинга по пяти поколениям предков. Большее количество поколений нет смысла рассматривать, так как, даже при наличии в шестом и последующих поколениях общих предков, при расчете будет получено менее 0,78% инбридинга. При этом даже если расчетный процент инбридинга будет равен 0,00%, при проведении геномного тестирования полученный результат по инбридингу может колебаться от 0,00% до 17,0%. 

Второе: проводимые нами исследования показывают, что животные, имеющие большие проценты инбридинга, происходят от самых лучших животных стада и наиболее выдающихся отцов. Сами по себе более инбредные животные также имеют более высокие показатели NM$, TPI, и других индексов. При этом эти животные были получены от очень отдаленных предков и их расчетный инбридинг не превышает 0,78%. 

Исходя из этого можно сделать следующие выводы: хозяйственную ценность животного определяет степень гомозиготности аллелей (инбридинг) по экономически значимым признакам, например, по продуктивности молока. 

Реальный процент инбридинга можно оценить только на основе геномных тестов. Снизить процент инбридинга без потерь в продуктивности можно только начав добавлять в генофонд заводской популяции генотипы с большей гомозиготностью аллелей по другим требуемым признакам, например по устойчивости к маститу. Инбридинг, несомненно, является основным инструментом повышения генетической ценности животных.

Геномика и возможность проведения геномных тестов позволяет управлять множеством показателей животных в т. ч. и фертильностью. Геномика позволила в сжатые сроки создать быков-производителей с повышенной передающей способностью по различным показателям – фертильности, конверсии корма, здоровью и т. д., и при правильном подборе их для стада уже в следующем поколении можно получать потомство, значительно превосходящее своих матерей. Для недопущения чрезмерного роста инбридинга все закрепления быков необходимо стараться проводить в максимальном приближении к 0,00% инбридинга. 

Расскажите о современных способах генетической оценки признаков, наиболее сильно влияющих на продолжительность продуктивной жизни КРС. Насколько в этом смысле перспективно  сочетание технологий  GWAS и геномного исследования?

- Развитие геномики в корне меняет устоявшиеся представления о возможностях селекции, так сегодня уже четко установлено, что селекция по признакам типа телосложения, в частности ногам и копытам, не влияет на продолжительность продуктивной жизни. 

Значительно увеличена наследуемость признаков здоровья, появилась положительная тенденция к улучшению фертильности животных. Самый значимый вклад в изучение признаков здоровья вносит компания Zoetis, США. 

Будучи пионером геномных исследований, Zoetis накопила собственную референтную базу и смогла выявить взаимосвязь между вариантами генов и их фенотипическим проявлением. 

Сегодня в своих генетических тестах Zoetis дает информацию о 14 прямых признаках здоровья, таких как: устойчивость к маститу, ламиниту, метриту и др. На основе знаний об этих признаках был создан индекс дополнительной прибыли от здоровья (DWP$). Этот индекс имеет наибольшую корреляцию с продуктивным долголетием животных. 

Следом за Zoetis прямые признаки здоровья начинают исследовать и включать в различные селекционные индексы другие службы в сфере молочного животноводства. Это влечет за собой прямую направленность всей современной селекции на увеличение продуктивного долголетия животных.

В апреле 2021 года Совет по разведению молочных пород КРС США (CDCB) опубликовал общедоступные данные по новому показателю экономии корма (FSAV), являющемуся прямой оценкой потребления сухого вещества корма за лактацию. На момент публикации достоверность оценки по этому признаку для геномных быков была около 27 %, но за прошедшее время было получено больше данных, и в августе 2021 года он был включён в формулу NM$ (индекс пожизненной прибыли). Насколько, на Ваш взгляд, этот показатель полезен для практической работы фермы? Отражает ли он реальное положение дел?

- Эффективность кормления как самостоятельный признак изучается давно. В таких отраслях как свиноводство и птицеводство уже достигнуты значительные успехи в этом направлении. 

Поэтому я считаю, что введение показателя FSAV в селекционные индексы молочного скота своевременно и принесет несомненно большую пользу отрасли. Несмотря на незначительную по сравнению с другими показателями достоверность, мы только в начале пути и не за горами время, когда достоверность значительно увеличится, как это было с другими признаками, например, с устойчивостью к маститу.

В чем суть концепции применения мясного семени на животных с низкой племенной ценностью и сексированного на наиболее ценной части стада? Каковы преимущества использования сексированного семени последнего поколения SexedULTRA 4M HP?  Насколько это эффективно?

- Суть применения семени быков мясных пород на животных с низкой племенной ценность состоит в недопущении молодняка от животных с низким генетическим потенциалом для ремонта стада. Применение мясного семени позволяет сделать подобное животное стельным и дать ему лактировать, а полученный молодняк будет визуально отличаться от стада, что предотвратит возможность ошибочного его ввода в стадо, а гибридизация мясной породой позволит получить большую прибыль от откорма этого молодняка. 

Суть использования сексированного семени состоит в цели рационального использования генетического материала наиболее выдающихся быков, а соответственно более дорогого, и возможности получить максимальное количество ремонтных телок от лучших животных стада с последующей выбраковкой менее ценных животных.

ООО ЦентрПлем является первой компанией, которая стала ввозить на территорию РФ ультра сексированное семя, в том числе с 4 млн спермиев в дозе. Первыми в подобном продукте были заинтересованы станции, занимающиеся эмбриотрансфером. Сегодня все семя такого типа, поставляемое ООО ЦентрПлем, является ультра сексированным. Однако, с течением времени и полученными данными мы убедились, что разница между просто ультра сексированным семенем и с 4 млн спермиев ничтожна и находится в рамках математической погрешности. Такие же данные были получены и на территории других стран. Несмотря на то, что мы не видим разницы в этих типах семени, оно остается в линейке предлагаемой нами продукции.

Эмбриотрансфер: почему эта технология в России сегодня так актуальна?  

- Технология эмбриотрансфера всегда занимала и продолжит занимать важное место в селекционном процессе любой страны. Изначально эта технология была направлена на получение большего количества быков от выдающихся родителей. Развитие технологии и удешевление процесса позволили использовать ее и для создания маточных стад. Оба эти аспекта весьма важны для развития селекции в России, и с их помощью можно достаточно быстро улучшить генофонд разводимого скота.

Расскажите о технологии редактирование генома и других наиболее перспективных сегодня методах генетики КРС.

- В современном животноводстве подавляющую часть продолжают занимать классические методы селекции. Так, одним из последних достижений является закрепление в голштинской породе Slick гена, обеспечивающего лучшую устойчивость животных в жарком климате. 

Крупный рогатый скот с короткой и гладкой шерстью изначально обнаружили на Карибском острове Санта-Крус в породе сенепол. Эти животные несут аллель гладкошерстности и генетически более устойчивы к тепловому стрессу в жарком и влажном климате. Гладкошерстность обусловлена мутацией в гене рецептора пролактина и дает скоту способность более эффективно регулировать температуру тела за счет повышенного потоотделения. Аллель гладкошерстности является доминантной, как и аллель комолости. Для фенотипического проявления животному достаточно иметь лишь одну копию аллеля гладкошерстности.

В части редактирования генома единственным значимым проектом, о котором есть публичная информация, является проект по редактированию генома у быков – производителей для получения от них нативного семени, уже разделенного по полу. Это достигается «выключением» акросомы спермия, несущего Y хромосому. Подобные работы уже прошли испытания на лабораторных животных и получены первые быки для оценки производственных перспектив.