בחירת פרים לפי מערך של 54,000 סמנים גנטיים – דו"ח...

בחירת פרים לפי מערך של סמנים גנטיים – 54,000

דו"ח התקדמותיהודה ולר, אפרים עזרא, יואל זרון, גיורא גליק, איל סרוסי

ומיכה רון

המחלקה לבקר וגנטיקה, מינהל המחקר החקלאי

התאחדות מגדלי בקר, שיאון

סריקת גנום הבקר הישראלי

הוחלט ע"י ועדת ספר העדר 2008בשנת והטיפוח להסב את מערך הטיפוח הישראלי

המבוססת על בחירת פרים צעירים לפי מבחן צאצאים לסלקציה גנומית של פרים צעירים.

912, נקבעו גנוטיפים עבור 2010עד ינואר . Illuminaפרים בשבב ה-דנ"א של חברת

סמנים גנטיים המפוזרים 54,001השבב כולל הכרומוזומים של הבקר, בכיסוי 30על פני כל

של כשני סמנים בממוצע לכל גן בגנום הבקר.

סריקת גנום הבקר הישראלי, מדגם הפרים

2005 ו-1975נסרקו פרים נולדו בין . לכל הפרים יש מבחן צאצאים עם הישנות מעל

עבור תכונות יבול חלב.50% ,לכמעט כל הפרים יש מבחנים גם עבור רת"ס

פוריות, והתמדה. ,מדגם זה כולל את כל הפרים מגזע הולשטיין

שהדנ"א שלהם ניתן לדגימה ושעברו מבחן צאצאים בישראל.

הפקת הדנ"א וקביעת הגנוטיפים

הדנ"א הופק במעבדה של היחידה לגנטיקהבמכון וולקני מזרמת פרים.

,היברידיזציה של השבבים, וקביעת הגנוטיפיםבוצעה על ידי מכון רפפורט בטכניון.

כל הסמנים היו מהסוג של פולימורפיזם(, וכולם היו SNPבבסיס דנ"א יחיד )

דו-אללים.

תוצאות קביעת הגנוטיפים פרים912על

צרופים פר*סמן 49,248,912מתוך פרים( היו 912 סמנים כפול 54,001)

(. 1.64% גנוטיפים לא מפוענחים )810,115לפי הנחיית חברתIllumina נפסלו קריאות

. 70%עם "איכות קריאה" הנמוכה מ- 40,708,396לאחר סינונים אלו נותרו

(. 83%גנוטיפים תקינים )

אישור הסמנים

נפסלו סמנים בהם תדירות האלל הנדיר נמוכה 0.95 וסמנים עם זהות בגנוטיפ מעל 5%מ-

עם הסמן העוקב בכרומוזום, בהנחה שאלו סמנים זהים.

54001 סמנים תקינים מתוך 39,790נותרו (74% .)

( 'קיבלו תוצאות מאוד 2009וואן-רדן ושות )דומות על אוכלוסיית ההולשטיין של ארה"ב.

מיפוי הסמנים בכרומוזומי המין, 483מתוך הסמנים האלה היו

סמנים לא ממופים. 1,164ו- עבור יתרת הסמנים שמופו לכרומוזומי הגוף

)אוטוזומים( נבדקה סטיית התפלגות הגנוטיפים מהצפוי לפי חוק הרדי-ווינברג.

סטייה משמעותית יכולה להעיד על טעותשיטתית בקביעת הגנוטיפים.

20% סמנים עם סטייה הגדולה מ-145היו רק בין שיעור ההטרוזיגוטים הצפוי למצוי.

קביעת השפעות הסמנים על התכונות הכלכליות, שלב ראשון

נאמדה השפעת כל סמן על התכונות לפימודל ליניארי הכולל את השפעת אלל הסמן

והשפעת שנת הלידה של הפר. תכונות: יבול חלב, שומן וחלבון, 13נבדקו

ריכוז שומן וחלבון, רת"ס, פוריות נקבית, הישרדות, התמדה, אופן המלטה, תמותת וולדות, שיעור תאומים, ואינדקס הטיפוח

07PD.

גנוטיפ SNPל-

%ה

שרתו

ן דמ

אווןבלח

על % 7 בכרומוזום SNPהשפעת חלבון

בעיתיות בניתוח התוצאות

סמנים, רמות מובהקות 40,000היות ובוחנים ~ הן חסרות משמעות.1-5%רגילות של

ניתן להעריך את התוצאות לפי "שיעור הגילוי(. עבור רמת False discovery rateהשגוי" )

שווה:FDRמובהקות נתונה ה-

תוחלת מספר הסמנים המובהקים במקרהמספר הסמנים "המובהקים" בפועל

של 90% הוא ש-0.1 של FDRלמשל, משמעות ההשפעות הן "אמיתיות", ולא התקבלו במקרה.

( עבור FDRשיעור הגילוי השקרי ) ההשפעות המובהקות ביותר 100

לתכונות באינדקס הטיפוח הישראלי

בחירת הסמנים לחישוב אומדני הורשה על בסיס

סמנים, שלב שניים. עבור כל תכונה נותחו אלף ההשפעות המובהקות

REMLביותר שנמצאו בשלב ראשון לפי שיטת )נראות מרבית מוגבלת( במודל הכולל גם את

השפעת התורשה הכמותית לפי מטריצת הקשרים הגנטיים בין הפרים.

בכל ניתוח נכללו ההורים והסבים של כל פר עםגנוטיפ.

הסמנים עם ההשפעות החזקות ביותר 300נבחרו לפי מודל זה לחישוב אומדני הורשה )א"ה( על בסיס

סמנים.

בדיקת היתכנות תוצאות חושבו א"ה על בסיס רשומות של פרות עם תאריך

)הקובץ 2005ההמלטה קודם לחודש אוקטובר החלקי(.

137כתוצאה מחיתוך הרשומות נוצרה קבוצה של 2010פרים עם מבחן צאצאים לפי המבחן ביוני

( אך בלי בנות בקובץ החלקי. 2010)א"ה הפרים חושבו א"ה על פי תוצאות הקובץ 137עבור

( ממוצע א"ה של ההורים. 1החלקי בשתי שיטות: ) הסמנים בעלי 300( א"ה הורים והשפעת 2)

ההשפעה הגבוהה ביותר שנמצאו בקובץ החלקי.

חישוב השפעת הסמנים על התכונות

הסמנים על כל אחת מהתכונות 300חושבו את השפעת העיקריות לפי "מודל הפרה".

מודל זה כלל את כל התחלובות עם תאריך ההמלטה.2005לפני אוקטובר

הגורמים במודל הם השפעת הפרה, התחלובהוהסמנים.

עבור כל הפרות נקבעה ההסתברות לקבלת שניהאללים של כל סמן על בסיס הגנוטיפים של ההורים.

לאחר שנקבעה השפעת כל סמן, נקבעו השפעות כלל הסמנים לכל 300הסמנים ע"י סכום ההשפעות של כל

פר.

רגרסיות ומקדמי הקביעה בין סכום סמנים וא"ה הנוכחי 300השפעות

פרים912של

מקדם קביעה

רגרסיהס"ת+

ממוצע הישנות

תורשתיות

התכונה

ק"ג חלב0.271.04+0.060.940.25ק"ג שומן0.30 0.94 0.371.51+0.07ק"ג חלבון0.25 0.311.54+0.080.94רת"ס0.900.15 0.0834+0.04.0פוריות 0.830.02 0.2259+0.04.0

בנותהתמדה0.270.95+0.050.920.20

המתאמיםמסקנות מ עבור 0.08מקדמי הקביעה היו בין

עבור שומן. 0.37רת"ס ועד ככל שהמתאם היה גבוה יותר, גם

הרגרסיה הייתה גבוהה יותר. הרגרסיות היו מעל אחד עבור תכונות

יבול חלב והתמדה, ופחות מאחד עבור רת"ס ופוריות.

קביעת נוסחת חישוב א"ה של פרים בקובץ החלקי על בסיס

סמנים פרים עם גנוטיפים לסמנים, 775בקובץ החלקי היו

וא"ה הורים.2010א"ה עבור פרים אלה נקבעה "נוסחת חיזוי" של א"ה ע"י

מודל רגרסיה. של הפר לפי הקובץ 2010המשתנה התלוי היה א"ה

החלקי. המשתנים הבלתי תלויים היו א"ה ממוצע ההורים, סכום

השפעת הסמנים ושנת לידת הפר. השתמשנו במקדמים אלה לחשב א"ה של הפרים

בקובץ החלקי על בסיס אותם הגורמים.

חיזוי א"ה של הפרים הצעירים

בנוסף לחיזוי א"ה של הפרים הצעירים בממוצע א"ה של ההורים, חיזוי א"ה של הפרים הצעירים חושב בשלוש שיטות.

החיזוי שווה לממוצע אומדני ההורשה של ההורים, לפי 1.ההרצה על הקובץ החלקי לאחר תיקון להשפעות הסמנים,

והשפעות הסמנים שלהם שנאמדו מהקובץ החלקי. החיזוי כלל בנוסף לשיטה ראשונה את גורם שנת הלידה של 2.

הפרים. השתמשנו במקדמי הרגרסיה של שלושה הגורמים האלה לחשב את א"ה של הפרים הצעירים.

נאמדו מקדמי הרגרסיה של גורם הסמנים וממוצע הורים לפי 3.מדגם של הפרים הצעירים.

ממוצעים וסטיות תקן של א"ה של פרים הצעירים לפי

ממוצעי ההורים ושלושת שיטות האמידה

התכונהמספרממוצעא"הממוצעא"ה עם סמנים

פריםהישנותנוכחיהורים1שיטה 2שיטה 3שיטה

ק"ג חלב74+156139+252275+302220+20274+3200.92137

10.1+5.67.0+8.99.8+9.214.1+6.910.2+13.00.92137ק"ג שומן

7.2+3.48.4+5.79.3+6.011.5+4.47.2+7.70.92137ק"ג

חלבון

0.04+0.11-

0.06+0.17-

0.07+0.22-

0.01+0.13רת"ס0.04+0.220.91139-

פוריות0.09+1.700.66+2.020.91+2.790.58+1.470.09+2.470.78129

-0.18+1.07

התמדה0.22+1.830.39+1.910.32+1.48-0.18+2.260.90145

מסקנות מהממוצעים וסטיות תקן

עבור כל התכונות סטית התקן בין א"ת לפי שלושהשיטות הכוללת הסמנים, היו גדולות יותר מאשר ס"ת

בין א"ה הורים. ממוצע א"ה ההורים היה מוטה למעלה יחסית לא"ה

הנוכחי עבור כל התכונות, להוציא את הרת"ס. היא בלתי מוטה לפי ההגדרה. 3שיטה הקטנו את ההטיה עבור שומן וחלבון. 2 -1בשיטות גם הקטינה את ההטיה עבור חלב וההתמדה.2שיטה

מתאמים בין א"ה נוכחים של הפרים הצעירים וממוצעי ההורים וא"ה

המחושבים על הבסיס הסמנים לפי שלוש השיטות

התכונה ממוצעא"ה עם סמנים

שיטה 3שיטה 2

הורים1שיטה

ק"ג חלב0.490.530.480.51

ק"ג שומן0.430.430.420.35

ק"ג חלבון0.440.360.430.24

רת"ס0.530.600.440.59

פוריות 0.690.710.530.70בנות

התמדה0.480.500.440.50

מסקנות .המתאמים היו דומים בשלוש שיטות החיזוי עבור שומן וחלבון המתאמים בין א"ה הנוכחים וא"ה

המחושבים לפי סמנים היו גבוהים יותר מאשר המתאמים בין א"ה הנוכחים וממוצע ההורים.

עבור יתר התכונות לא היה יתרון לא"ה המחושביםעל בסיס סמנים.

,ראוי לזכור שעבור התכונות עם תורשתיות נמוכהבפרט פוריות, התרומה של ההורים לא"ה של הבן

היא יותר משמעותית.

השלב הבא

תוך שבועיים אנחנו מקווים לשלוח מדגם של פרים נוספים לקביעת גנוטיפים. 270

המדגם הזה יכלול את כל הפרים הצעיריםהנמצאים ב"שיאון" ושטרם גמרו את מבחן

הצאצאים, כל הפרים עם מבחן צאצאים שלא נכללו במדגמים הקודמים בגלל סיבות מגוונות

והפרים שהגנוטיפ שלהם לא התאיםלגנוטיפ של האב הרשום בספר העדר.

תודה!הגנוטיפים נקבעו ע"י א' שיין ונ' אבידן

המרכז לפרמוגנטיקה מכון רפפורט למחקר במדעי הרפואה

הטכניון, חיפה