Identyfikacja markerów genetycznych i fenotypowych w celu zwiększenia produkcji mleczarskiej
Według szacunkowych danych, do 2050 roku liczba ludności na świecie osiągnie prawie 10 miliardów. Prognozy Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) mówią, że wyżywienie tak wielkiej liczby ludności, w szczególności biorąc pod uwagę coraz częstsze stosowanie przez nich zachodnich diet, obejmujących większe ilości produktów mleczarskich, będzie wymagało zwiększenia produkcji i dystrybucji żywności o 70 %. Aby zaspokoić stale rosnący popyt na produkty mleczarskie, rolnicy muszą zwiększać skalę produkcji. Z drugiej strony jednak konieczne jest dokonanie tego w zrównoważony sposób, aby uniknąć zwiększania śladu węglowego i dalszego pogłębiania zmian klimatycznych. Osiągnięcie tego celu przy jednoczesnym zapewnieniu rentowności będzie wymagało zwiększenia wydajności produkcji mleka, a także zadbania o zdrowie, długowieczność i płodność krów, przy jednoczesnej poprawie wydajności pasz i ograniczeniu wytwarzania gazów cieplarnianych. Finansowany przez Unię Europejską projekt GplusE skupił się na osiągnięciu tych celów poprzez uproszczenie selekcji genetycznej odpowiednich krów mlecznych poprzez identyfikację genotypów pod kątem różnic biologicznych oraz zbadanie, w jaki sposób środowisko i zarządzanie gospodarstwem mogą wpływać na powstawanie tych różnic. W ramach projektu naukowcy opisali genomy krów, dodając dane łączące fenotypy ze zróżnicowaniem genetycznym. W ramach projektu opracowano również strategie zarządzania stadem mlecznym, które obejmowały określenie 11 czynników ryzyka i siedmiu krytycznych punktów kontroli w celu poprawy zdrowia, dobrostanu i wydajności krów mlecznych w okresie laktacji. Lepsza selekcja Naukowcy skupieni wokół projektu przeprowadzili szereg badań i eksperymentów, których celem było powiązanie genotypu z fenotypem krów mlecznych. W początkowej fazie eksperymentu zespół opracował łatwo mierzalny zestaw cech służących jako biomarkery, związany z ważnymi cechami i charakterystykami dotyczącymi zdrowia, płodności, stanu fizjologicznego, dobrostanu, produkcji i środowiska. Na podstawie tych cech naukowcy przeprowadzili badania, w których udział wzięło około 30 000 krów mlecznych w wielu środowiskach produkcyjnych w Europie i w Chinach. Zespół badawczy zidentyfikował szereg markerów fenotypowych w mleku, w tym markery metaboliczne oraz uzyskiwane w wyniku badania spektroskopowego w podczerwieni średniej wskazujące na płodność (m.in. IGF-I), niezrównoważony stan energetyczny (biomarkery w mleku oraz obserwowalne w podczerwieni średniej), zdrowie, a także wpływ na środowisko – w tym wydajność azotu. Praca naukowców pozwoliła na określenie szacunkowych danych dotyczących rozmnażania, w tym ryzyka wystąpienia chorób dziedzicznych u potomstwa, na podstawie niektórych biomarkerów odnoszących się do zdrowia krów. Umożliwi to lepszą selekcję krów mlecznych, które dzięki temu będą lepiej przystosowane do znoszenia wysokich temperatur. „Markery genetyczne uzyskane w ramach projektu powinny zostać wykorzystane w celu ulepszenia selekcji genetycznej oraz rozmnażania krów, aby uzyskać w ten sposób określone charakterystyki, takie jak mniejszy ślad węglowy oraz lepszy ogólny stan zdrowia”, twierdzi prof. Mark Crowe, koordynator projektu. „Jestem szczególnie dumny z odkrycia cech świadczących o wysokiej płodności, które udało nam się potwierdzić w ramach badań”. W ramach projektu przeprowadzono także badania epigenetyczne, mające na celu ujawnienie określonych profili ekspresji genów oraz ich regulacji w różnych tkankach (leukocytach we krwi pełnej, monocytach we krwi obwodowej, wątrobie oraz komórkach somatycznych w mleku). Naukowcy odkryli szereg ścieżek genetycznych, które umożliwiają połączenie stanu metabolicznego z płodnością i zapaleniem wymienia bądź gruczołu mlekowego. Ponadto przeprowadzone badania pomogły w lepszym zrozumieniu zależności pomiędzy stanem układu odpornościowego i stanem zdrowia krów po porodzie. Zwiększenie zrównoważonej produkcji żywności Wyniki projektu GplusE są obiecujące, pozwalają bowiem na zwiększenie dokładności prognoz uzyskiwanych przy pomocy spektroskopii w podczerwieni – standardowej techniki stosowanej przez hodowców – w celu określania cech dotyczących zdrowia krów, a także poprawę dobrostanu zwierząt przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności produkcji żywności. Ponadto projekt pozytywnie wpływa na zrównoważony rozwój hodowli zapewniając konsumentom dostęp do produktów najwyższej jakości dzięki ulepszeniu procesów zarządzania i podejmowania decyzji przez producentów mleka. „Nasze prace nad genomem stanowią również ważny wkład do innych projektów zajmujących się badaniem ssaków oraz sprawdzaniem możliwych powiązań genetyczno-fenotypowych. W praktyce może się to przełożyć na zdrowie innych ssaków, w tym także ludzi. Z tego powodu włożyliśmy wiele wysiłku w rozwój możliwości szkoleniowych dla naukowców, którzy także zajmują się tą dziedziną wiedzy”, mówi prof. Crowe. Zespół zajmuje się obecnie poszukiwaniem nowych źródeł finansowania w celu prowadzenia dalszych badań ukierunkowanych na rezultaty interesujące branżę.
Słowa kluczowe
GplusE, genomika, fenotyp, genotyp, cechy, ślad węglowy, produkty mleczne, krowy, epigenetyka, płodność, hodowla
