بهبود ارزیابی ژنتیکی با استفاده از داده های ژنوتیپی حیوانات ماده در برنامه های انتخاب ژنومیکی گاوهای شیری

STUDENT

DEGREE

YEAR

This study was aimed to assess the impact of inclusion of cow data in the training population under scenarios encompassing different selection strategies, number of genotyped cows, existence of preferential treatment for elite cows, and heritability on accuracy and bias of genomic predicted values. It was also aimed to compare the imputation accuracy of un-genotyped sires using the relatives and to assess the accuracy of genomic prediction using imputed sires. First, a four-pathway dairy cattle population was simulated for two traits with a low (0.05) and moderate (0.3) heritability. Different numbers of cows (2500 to 20000) were selected and used in the training population. In the first study, cows were selected randomly (R), based on the highest (H), the most accurate and highest (AH), extremes (TT), or the most accurate from extremes (ATT) of breeding values distribution. The simulation was repeated 20 times for each scenario. Preferential treatment (PT) was simulated by introducing upward bias equal to 35% of phenotypic variance to 5, 10 and 20% of elite cows. Different sources of information including progeny (4 to 40 progeny per sire), both parents, and mates were used for imputing ungenotyped sires. The ATT scenario resulted in a higher accuracy of GEBV, lower bias compared to other scenarios. R and TT scenarios followed ATT. Using simulated data, this study showed an improvement in genomic predictions by adding cow information into the training population in terms of accuracy and bias. Preferential treatment of elite cows deteriorated both prediction accuracy and bias. Random selection of cows, which might include preferentially treated cows, did not reduce the bias. Genotype information of cows as mates beside little information of relatives could be informative to impute ungenotyped sires and increase genomic prediction. Keywords: Cows selective genotyping, genomic evaluation, imputation, preferential treatment, selected validation population.

مطالعه حاضر تأثیر بکارگیری اطلاعات ژنوتیپی و فنوتیپی گاوهای ماده در جمعیت مرجع همراه با در نظر گرفتن عامل مدیریت (تیمار ترجیحی) توسط راهبرد های متفاوت انتخاب، تعداد افراد ژنوتیپ شده و سطح وراثت پذیری بر صحت و اریبی ارزش اصلاحی ژنومی را در جمعیت هدف مورد بررسی قرار داد. همچنین تأثیر استفاده از ژنوتیپ گاوهای ماده بر صحت ایمپیوتیشن نرهای تعیین ژنوتیپ نشده بررسی شد. پس از ایجاد جمعیت اولیه، جمعیت های ثانویه و اصلی براساس روش چهار مسیری به نژادی درگله های گاو شیری شبیه سازی شد. دو سطح وراثت پذیری متوسط(3/0) و پایین(05/0) به طورمستقل درنظر گرفته شد. تمام شبیه سازی با 20 تکرار اجرا و نتایج حاصله مورد بررسی قرار گرفت. در مطالعه اول، گاوهای ماده جهت ژنوتیپ کردن به 5 صورت: تصادفی(R)، بالاترین ارزش اصلاحی(H)، افراد کران بالای ارزش اصلاحی با حداکثر صحت ارزش اصلاحی (AH)، افراد دو کران بالا و پایین ارزش اصلاحی(TT) و افراد دو کران بالا و پایین ارزش اصلاحی با حداکثر صحت ارزش اصلاحی (ATT) انتخاب شد و به جمعیت مرجع حاوی 5000 گاو نر افزوده شد. در مطالعه دوم، تعداد متفاوتی از گاوهای ماده (2500 تا20000) به جمعیت مرجع حاوی تعداد متفاوت گاو نر (2500 تا15000) افزوده شد. دو گروه انتخاب نشده (42000 فرد) و انتخاب شده (12000 فرد از گروه ممتاز) به عنوان جمعیت هدف درنظرگرفته شد. در مطالعه سوم، عامل تیمار ترجیحی به صورت 35 درصد واریانس فنوتیپی گاوهای ماده شبیه سازی و به 5، 10 و 20 درصد ماده های برتر جمعیت مرجع اضافه شد. تأثیر انتخاب تصادفی ماده ها به عنوان راه حلی برای کاهش اثرات تیمار ترجیحی نیز بررسی شد. در مطالعه چهارم، 300 گاو نر تعیین ژنوتیپ نشده، با استفاده از ژنوتیپ فرزندان (4 تا 40 فرزند به ازای هر پدر)، پدر، هر دو والد، جد مادری ایمپیوت شد. اطلاعات ژنوتیپی جفت های 300 نر مذکور نیز در کنار هرکدام از منابع بالا جهت ایمپیوتیشن استفاده شد و نرهای ایمپیوت شده به تنهایی ویا در کنار ماده ها به جمعیت مرجع اضافه و صحت و اریبی جمعیت هدف ارزیابی شد. در مطالعه اول، انتخاب گاوهای ماده با روش ATT، به طورکلی برای دو سطح وراثت پذیری منجر به بیشترین افزایش صحت ارزیابی ژنومی در محدوده 123/0 تا 215/0 شد. تعیین ژنوتیپ گاوهای ماده با حداکثر ارزش اصلاحی(AH و H) منجر به کمترین صحت و بیشترین اریبی گردید. در مطالعه دوم، افزودن گاوهای ماده منجر به افزایش صحت بین 004/0 تا 116/0 برای صفت با وراثت پذیری متوسط و 004/0 تا 166/0 برای صفت با وراثت پذیری پایین شد. با افزودن گاوهای ماده به جمعیت مرجع حاوی فقط نرها، ضریب رگرسیون ارزش اصلاحی حقیقی(TBV) بر روی ارزش اصلاحی ژنومی مستقیم(DGV) در جمعیت هدف به مقدار 1 نزدیک تر شد. با استفاده از جمعیت هدف انتخابی برخلاف جمعیت هدف غیرانتخابی، مقادیرDGV اریبی رو به بالا نشان دادند. در مطالعه سوم، صحت ارزش اصلاحی ژنومی(GEBV) با استفاده از فقط گاوهای ماده در جمعیت مرجع از مقدار 68/0 تا 86/0 بدون حضور تیمار ترجیحی به مقادیر 63/0 تا 77/0 با درنظر گرفتن تیمار ترجیحی برای 20% ماده های ممتاز رسید. ضریب رگرسیون از مقدار 01/1 تا 38/1 بدون حضور تیمار ترجیحی به 42/0 تا 99/0 با حضور تیمار ترجیحی برای 20% ماده های ممتاز رسید. افزایش تعداد افراد در جمعیت مرجع منجر به کاهش تأثیر تیمار ترجیحی برروی صحت GEBV شد. انتخاب تصادفی ماده ها نتوانست اثرات منفی تیمار ترجیحی بر روی صحت و اریبی پیش بینی ها را از بین ببرد. در مطالعه چهارم، استفاده از اطلاعات ژنوتیپی گاوهای ماده به عنوان جفت در کنار هر کدام از دیگر منابع اطلاعاتی، بیشترین مقدار صحت ایمپیوتیشن را به همراه داشت. بکارگیری ماده ها به عنوان جفت نرهای تعیین ژنوتیپ نشده در کنار 7 فرزند به طور متوسط منجر به نرخ تطابق 99/0 و صحت ایمپیوتیشن تصحیح شده 95/0 برای هر دو سطح وراثت پذیری شد. بکارگیری اطلاعات ژنوتیپی 7 فرزند در کنار سایر خویشاوندان به غیراز جفت ، منجر به میانگین نرخ تطابق 94/0 و صحت ایمپیوتیشن تصحیح شده 90/0 شد. استفاده از ژنوتیپ ماده ها بر روی صحت پیش بینی ژنومی تأثیر مثبت گذاشت. با استفاده از ژنوتیپ ایمپیوت شده نرها نسبت به استفاده از ژنوتیپ حقیقی آن ها در جمعیت مرجع ضرایب رگرسیون TBV بر DGV در جمعیت هدف تغییر نکرد. نتیجه گیری کلی: استفاده از گاوهای ماده در جمعیت مرجع می تواند به واسطه افزایش حجم اطلاعات و ایجاد تنوع ژنتیکی منجر به ارزیابی بهتر ها و صحت بیشتر پیش بینی های ژنومی شود. استفاده از تنها گاوهای ماده در جمعیت مرجع، راهبرد مناسبی جهت ارزیابی های ژنومی در کشورهای فاقد و یا دارای سیستم آزمون نتاج ضعیف می باشد. به علت اریبی ناشی از تیمار ترجیحی در ماده های ممتاز، نتایج باید با احتیاط بررسی گردد و راه حلی به جز انتخاب تصادفی جهت تصحیح اریبی صورت پذیرد. از ژنوتیپ های گاوهای ماده می توان جهت ایمپیوتیشن افراد دارای فنوتیپ باارزش اما تعیین ژنوتیپ نشده نیز استفاده نمود. کلمات کلیدی: ارزیابی ژنومی، ایمپیوتیشن، تیمار ترجیحی، ژنوتیپ انتخابی گاو ماده، جمعیت هدف انتخابی