اثرات استفاده از حيوانات برتر در گوره پايه بر صحت ارزيابي ژنوميك در صفاتي با وراثت پذيري بالا و پايين در جمعيت گاو شيري

Effects of using superior animals in training set on the accuracy of genomic evaluation for high and low heritability traits in dairy cattle

سابقه و هدف: پيشرفت ژنتيكي گاو شيري در نيمه دوم قرن بيستم با به كارگيري اطلاعات شجره اي و عملكردي بسيار موفقيت آميز بوده است. انتخاب ژنوميك با كاهش فاصله نسل و افزايش صحت ارزش هاي اصلاحي برآورد شده در بدو تولد، مي تواند سرعت اين پيشرفت را افزايش دهد. موضوعات زيادي در رابطه با به كارگيري ارزيابي ژنوميك مطرح مي باشد. در مطالعه حاضر در صفاتي با وراثت پذيري هاي بالا و پايين، برخي از استراتژي ها جهت بررسي تاثير استفاده از حيوانات برتر به عنوان گروه پايه بر صحت ارزيابي ژنوميك، مورد مقايسه قرار گرفته است. مواد و روش ها: براي هر حيوان سه كروموزوم هر يك با 1000 نشانگر SNP با فواصل يكنواخت (هر 0/1 سانتي مورگان يك SNP) شبيه سازي شد. جهت ايجاد عدم تعادل پيوستگي به ميزان كافي، براي 50 نسل تلاقي تصادفي صورت گرفت. در نسل 51 اندازه جمعيت به 4000 فرد گسترش يافت. تا نسل 55 اين اندازه جمعيت حفظ شد. در طي اين نسل ها 5 درصد از حيوانات نر برتر و 80 درصد از گاوهاي ماده برتر هر نسل به عنوان والدين نسل بعد انتخاب مي شدند. حيوانات نسل 55 (نسل 5) به عنوان گروه تاييد و حيوانات نسل هاي 51 تا 54 (نسل هاي 1 تا 4) به عنوان جمعيت پايه در نظر گرفته شدند. در استراتژي 1 برترين و ضعيف ترين حيوانات، در استراتژي 2 حيوانات برتر و در استراتژي 3، يك نمونه تصادفي از جمعيت به عنوان گروه پايه مورد استفاده قرار گرفتند. اين پژوهش براي صفات با وراثت پذيري پايين (0/1) و وراثت پذيري بالا (0/5) انجام شد. يافته ها: نتايج حاصل از اين تحقيق نشان داد كه صحت ارزيابي ژنوميك در استراتژي 1 در مقايسه با استراتژي 2 و 3 بالاتر بود. وقتي نسبت و تعداد حيوانات در گروه پايه افزايش يافت، تفاوت بين سه استراتژي كاهش يافت. به طور مثال در شرايط استفاده از 20 درصد از حيوانات نسل هاي 1 تا 4، در صفتي با وراثت پذيري 0/1 استفاده از استراتژي 1 منجر به 29 درصد صحت ارزيابي بيشتر نسبت به استراتژي 2 شد. در حالي كه در شرايط مشابه و در صورت استفاده از 40 درصد حيوانات اين تفاوت به 14 درصد رسيد. صحت ارزيابي ژنوميك براي صفاتي با وراثت پذيري بالا در همه استراتژي ها، بالاتر بود و تفاوت بين استراتژي ها نيز در اين صفات كمتر بود. به طور مثال، وقتي 40 درصد از حيوانات نسل هاي اول تا چهارم به عنوان گروه پايه در نظر گرفته شدند، تفاوت بين استراتژي 1 و 2 براي صفاتي با وراثت پذيري 0/1 برابر 14 درصد و براي صفاتي با وراثت پذيري 0/5 برابر 4 درصد بود. نتيجه گيري: استفاده منحصر به فرد از حيوانات برتر، در گروه پايه مي تواند منجر به كاهش صحت ارزيابي ژنوميك شود، ليكن اين اثر در صفاتي با وراثت پذيري بالا كمتر است. همچنين استفاده از تعداد زيادتري حيوان اين اثر را با افزايش واريانس ژنتيكي توصيف شده توسط نشانگرها، تعديل مي كند.

Background and objectives: Genetic improvement of dairy cattle has been successful during the second half of the 20th century, using pedigree and performance data. Genomic selection can improve the rate of this progress by reducing generation interval and increasing the accuracy of estimated breeding values at birth. There are many issues about using genomic evaluation. In the current study, some strategies were compared to inspect the effects of using superior animals as training set on the accuracy of genomic selection for high and low heritability traits. Materials and methods: For each individual, three chromosomes each with 1000 equally-spaced SNPs (each 0.1 cM one SNP) were simulated. For 50 generations, random mating was done to create enough linkage disequilibrium. In generation 51, the population size was expanded to 4000 individuals. There was this population size, until generation 55. In these generations, 5% of superior bulls and 80% of superior cows from each generation were used as the parents of the next generation. Animals in generation 55 (generation five) were validation group and animals in generations 51-54 (generations one to four) were training set. In strategy one (or first strategy), superior and inferior animals, in strategy two (or two strategy), superior animals and in strategy three (or two strategy), a random sample of the population were used as the training group. This research was done for traits with low (0.1) and high (0.5) heritabilities. Results: The results showed that the accuracy of genomic evaluation in strategy one was better than strategy two and strategy three. When the ratio and the number of animals in the training set were increased, the difference between the three strategies tended to decrease. For example, for traits with heritability of 10%, using 20% of animals from generations one to four, resulted in 29% difference between strategy one and two; in the same situation, using 40% of animals resulted in 14% difference between these strategies. The accuracy of genomic evaluation for the traits with high heritability of all strategies was higher and the difference between strategies was lower for these traits. For example, when 40% of animals of generations one to four were considered as training set, the difference between strategy 1 and 2, for trait with heritability of 0.1 was 14% and for trait with heritability of 0.5 was 4%. Conclusion: Using only superior animals in the training group could decrease the accuracy of genomic evaluation. This effect was lower for high heritable traits. Using more animals would alleviate this effect by increasing total genetic variation explained by markers.