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
Momenti del processo dimiglioramento genetico
– 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
Momenti del processo dimiglioramento genetico
– 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
Momenti del processo dimiglioramento genetico
– 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
Momenti del processo dimiglioramento genetico
– 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
Momenti del processo dimiglioramento genetico
– 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
Momenti del processo dimiglioramento genetico
• 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?
Momenti del processo dimiglioramento genetico
• 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?
12
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
17
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
!"
#$%
&=!
"
#$%
&
!!"
#
$$%
&
)()(
2
1
2
12
2
212
211
ii
ii
PPP
PPP
XHCov
XHCov
b
b
''
''
2Pi!
21 PP!!
Indice economico
• L'indice di selzione per l'animale i saràquindi
iii XbXbH 2211 +=
19
Calcolo dei b
• Il calcolo dei bi richiede alcuni passaggi
• E allo stesso modo
211 22
1
111122111 ),()(
AAA
iiiiiiii
vv
EIDAAvAvCovXHCov
!! +=
++++=
2212 212
)( AAAii vvXHCov !! +=
Calcolo dei b
• le equazioni per il calcolo dei bi possonoora essere riscritte nel seguente modo
• dove:– varianza genetica del carattere i (i=1,2)– correlazione genetica di T1 con T2
!"
#$%
&
!!"
#
$$%
&=!
"
#$%
&
!!"
#
$$%
&
2
12
2
2
12
2
212
211
212
211
v
v
b
b
AAA
AAA
PPP
PPP
''
''
''
''
2Ai!
21 AA!!
20
Calcolo dei b
22
122
1
212
212
****
****
212212
211211
vvbb
vvbb
AAAPPP
AAAPPP
!!!!
!!!!
+=+
+=+
Calcolo dei b
• Sei caratteri sono più di 2
!!!!
"
#
$$$$
%
&
!!!!!
"
#
$$$$$
%
&
=
!!!!
"
#
$$$$
%
&
!!!!!
"
#
$$$$$
%
&
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 %
(Da Soelkner e coll. 1999)
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
(Da Soelkner e coll. 1999)
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
(Da Soelkner e coll. 1999)
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