Frontiers In Genome-Enabled Selection And Advances In Sequencing Technology For Production And Quality Traits In Beef Cattle


Yonga S., Ardıçlı S.

8th International Conference on Agriculture, Animal Sciences, and Rural Development, Bingöl, Turkey, 24 - 25 December 2021, vol.1, pp.142-144

  • Publication Type: Conference Paper / Summary Text
  • Volume: 1
  • City: Bingöl
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.142-144

Abstract

Traditional selection methods based on phenotype and supported by pedigree records have been successful to a certain extent, especially in dairy cattle. However, the determination of traits that can be detected after slaughter with traditional selection methods requires a long time and may cause economic losses in beef cattle. Thus, molecular genetic studies allow many characteristics to be revealed while the animal is still alive and these data can be used in early selection. There are about three billion nucleotides in the bovine genome, and there are over 30 million single nucleotide polymorphisms (SNPs), or one of every 100 nucleotides is a SNP. Considering that SNP-genotyping became automatized, relatively cheap, efficient (most loci are read), and highly reproducible (among different laboratories), compared to microsatellites; it has become preferred in marker-assisted selection (MAS) programs. Research towards MAS has been extensive but implementation has been limited and increases in genetic gain have been small. One of the main reasons is that the traits of interest in livestock production are much more complex than expected. Because of the polygenic inheritance dynamics in which thousands of genes with small impacts (these effects are usually too small to be statistically significant and so are ignored) on the phenotype are effective, MAS applications have been replaced by genome-assisted selection applications.

Accurate selection models and supporting these models with molecular genetic information have become even more important in determining quantitative characteristics such as meat quality, which vary greatly in different breeds and between different individuals of the same breed. In this context, one of the very important elements in beef cattle genetics is quantitative trait loci (QTL). The QTL mapping step was successful in the sense that most mapping studies detected QTL. Information on QTLs associated with important phenotypic characters in cattle breeding has been identified and very comprehensive datasets (e.g. CattleQTLdb) have been implemented. QTL and related chromosomes effective on meat yield and quality have been evaluated comparatively. In this context, chromosomes 2, 10, 11, and 13 for carcass quality; chromosomes 1, 2, 5, 6, 14, 22, and 25 for fatness; 4, 11, 13, 20, 21, 25, 28, and especially 19 for the fatty acid composition; chromosomes 3, 13 and 24 for beef color; especially chromosome 7 and 29, 3, 10, 22, 23, and 28 for meat texture characteristics were defined as important QTL regions. But the repeatability of the mapping studies is generally low, i.e., QTL positions vary from one study to the next. One reason for this is that the majority of QTL have very small effects. This, combined with testing a large number of markers, results in an overestimation of the predictive effect of important markers (the Beavis effect).

Genomic selection is a promising approach to utilizing molecular genetic markers to design novel breeding programs and to develop new markers-based models for genetic evaluation. In this context, current molecular technologies and next-generation sequencing (NGS) based approaches have enabled the development of more reliable and effective methods. In this study, current molecular genetic approaches, newly developed genotyping methods, and selection practices were evaluated comparatively concerning beef cattle breeding.

 

Fenotipe dayalı ve pedigri kayıtları ile desteklenmiş olan geleneksel seleksiyon metotları özellikle de süt sığırcılığında belirli bir düzeyde başarılı olmuştur. Ancak besi sığırcılığında geleneksel seleksiyon metodlarıyla kesim sonrası saptanabilen özelliklerin belirlenmesi, hem uzun süre gerektirmekte hem de ekonomik açıdan kayıplara yol açabilmektedir. Bu nedenle moleküler genetik çalışmalar, birçok özelliğin hayvan daha canlıyken ortaya konulabilmesine ve bu verilerin erken seleksiyonda kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır. Sığır genomunda yaklaşık üç milyar nükleotit ve 30 milyonun üzerinde tek nükleotit polimorfizmi (single nucleotide polymorphism: SNP) vardır.  Genomda ortalama her 100 nükleotitten biri bir SNP’dir. SNP temelli genotiplendirme, mikrosatellitler ile karşılatırıldığında otomatikleştirilmiş, nispeten ucuz, verimli (çoğu lokus okunur) ve yüksek oranda tekrarlanabilir (farklı laboratuvarlar arasında) olması nedeniyle işaretleyici-yardımlı seleksiyon (marker-assisted selection: MAS) programlarında tercih edilir hale gelmiştir. MAS araştırmaları kapsamlıdır ancak uygulamaları sınırlı olmuştur ve genetik kazançtaki artışlar düşüktür. Bunun temel nedenlerinden biri, besi hayvanı üretiminde ilgilenilen özelliklerin beklenenden çok daha kompleks olmasıdır. Fenotip üzerinde küçük etkileri olan binlerce genin etkili olduğu poligenik kalıtım dinamikleri (bu etkiler genellikle istatistiksel olarak anlamlı olamayacak kadar küçük olması nedeniyle göz ardı edilmiştir) MAS uygulamalarının yerini genom-destekli seleksiyon uygulamaları almıştır.

Et kalitesi gibi farklı ırklarda ve aynı ırkın farklı bireyleri arasında çok değişiklik gösteren kantitatif özelliklerin belirlenmesinde doğru seleksiyon modellerinin ve bu modellerin moleküler genetik bilgi ile desteklenmesi daha da büyük önem kazanmaktadır. Bu bağlamda besi sığırı genetiğinde oldukça önemli unsurlardan birisi kantitatif karakter lokuslarıdır (Quantitive trait loci: QTL). QTL haritalama çalışmaları, ilgili fenotipte etkili QTL'yi tespit etme anlamında başarılı olmuştur. Sığır yetiştiriciliğinde önemli fenotipik karakterlerle ilişkili QTL’lere ait bilgiler tanımlanmış ve oldukça kapsamlı veri setleri (örneğin; CattleQTLdb) oluşturulmuştur. Et verimi ve kalitesine etkili QTL ve ilgili kromozomlar karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, karkas kalitesi için kromozom 2, 10, 11 ve 13; yağlılık için kromozom 1, 2, 5, 6, 14, 22 ve 25; yağ asidi kompozisyonu için 4, 11, 13, 20, 21, 25, 28 ve özellikle 19; et rengi için kromozom 3, 13 ve 24; et tekstür özellikleri için başta kromozom 7 ve 29 olmak üzere 3, 10, 22, 23 ve 28 önemli QTL bölgeleri olarak tanımlanmıştır. Ancak haritalama çalışmalarının tekrarlanabilirliği genellikle düşüktür, yani QTL pozisyonları bir çalışmadan diğerine değişiklik göstermektedir. Bunun bir nedeni, QTL'lerin çoğunluğunun çok küçük etkilere sahip olmasıdır. Bu, çok sayıda belirtecin test edilmesiyle birleştirildiğinde, önemli belirteçlerin tahmini etkisinin olduğundan fazla tahmin edilmesine (Beavis etkisi) neden olmaktadır.

Genomik seleksiyon, yeni ıslah programları tasarlamak ve genetik değerlendirme için yeni belirteçlere dayalı modeller geliştirmek için moleküler genetik belirteçlerden yararlanan umut verici bir yaklaşımdır. Bu bağlamda güncel moleküler teknolojiler ve yeni nesil dizileme (Next Generation Sequencing: NGS) temelli yaklaşımlar daha güvenilir ve etkili metotların geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Bu çalışmada, besi sığırcılığında güncel moleküler genetik yaklaşımlar, yeni geliştirilen genotiplendirme metotları ve seleksiyon uygulamaları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.