Szent István Egyetem Gödöllő

Átírás

1 Szent István Egyetem Gödöllő AZ IGF-I VIZSGÁLATA A TEJELŐ MARHÁK TERMELÉSI TULAJDONSÁGAIVAL ÖSSZEFÜGGÉSBEN DOKTORI ÉRTEKEZÉS Dr. Horvainé dr. Szabó Mária GÖDÖLLŐ 2002 I

2 A Doktori Iskola megnevezése: tudományága: vezetője: Témavezető: Állattenyésztés-tudományi Állattenyésztés-tudományok Dr. Horváth László egyetemi tanár, MTA doktora SZIE, Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar Halgazdálkodási Tanszék Dr. Dohy János prof. emeritus, az MTA rendes tagja SZIE, Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar Sertés- és Kisállattenyésztési Tanszék.. A Doktori Iskola vezetőjének jóváhagyása A témavezető jóváhagyása

3 TARTALOMJEGYZÉK TARTALOMJEGYZÉK Rövidítések jegyzéke V 1. BEVEZETÉS ÉS CÉLKITŰZÉSEK A TÉMA AKTUALITÁSA, JELENTŐSÉGE CÉLKITŰZÉSEK 2 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS A TEJTERMELÉS ÉLETTANI HÁTTERE A NAGY GENETIKAI ÉRTÉKET KÉPVISELŐ ÁLLATOK FELKUTATÁSÁNAK NEHÉZSÉGEI A TULAJDONSÁGOK GENETIKAI VÁLTOZATOSSÁGA A kvalitatív tulajdonságok A kvantitatív tulajdonságok A tulajdonságok közötti összefüggések becslésének módszere (high-low sampling) A marker tulajdonságok Közvetett szelekció és a variancia faktorok A NÖVEKEDÉSI HORMON ÉS A TEJTERMELÉS A növekedési hormon szerkezete és eredete A növekedési hormon képződése A GRF A szomatosztatin (SRIF, SRF) Az STH pulzatív képződésének kiváltása AZ STH SZINTÉZISÉRE HATÓ TÉNYEZŐK A genetikai potenciál variabilitása Nem genetikai tényezők hatása Az ivar hatása Az életkor hatása 18 A laktáció hatása Hormonális hatás A fotoperiódus hatása A hőmérséklet hatása A takarmányozás hatása A SOMATOTROPIN KÖTŐFEHÉRJÉI A SZOMATOTROPIN RECEPTOR A SZOMATOMEDINEK Az IGF-ek szerkezete Az IGF-ek szintézise és szekréciója KÖTŐFEHÉRJÉK ÉS AZ IGF-EK TRANSZPORTJA 25 I

4 TARTALOMJEGYZÉK A kötőfehérjék termelődésének helye Az IGF-ek kötőfehérjéinek élettani szerepe AZ IGF-EK RECEPTORA AZ IGF-EK BIOLÓGIAI AKTIVITÁSA Az IGF-ek anyagcsere hatásai Az IGF-ek sejtanyagcsere hatásai Az IGF-I differenciálódásra gyakorolt hatásai AZ IGF-EK GÉNJEI AZ STH ÉS AZ IGF-I ÖSSZEFÜGGÉSE AZ IGF-I NAPSZAKOS ÉS SZEZONÁLIS VÁLTOZÁSA AZ IGF-I KONCENTRÁCIÓJÁNAK VÁLTOZÁSA A LAKTÁCIÓ ALATT AZ ÉLETKOR HATÁSA A SZÉRUM IGF-I KONCENTRÁCIÓJÁRA A TAKARMÁNYOZÁS HATÁSA AZ IGF-I KONCENTRÁCIÓJÁRA A TESTTÖMEG ÉS AZ IGF-I KONCENTRÁCIÓ KAPCSOLATA AZ IVAR HATÁSA 36 A GENETIKAI POTENCIÁL HATÁSA A SZTEROIDOK HATÁSA AZ IGF-I KONCENTRÁCIÓ A TEJBEN ANYAG ÉS MÓDSZER A VIZSGÁLATI MINTA KIALAKÍTÁSA AZ ÁLLATOK ELHELYEZÉSE ÉS TAKARMÁNYOZÁSA A PLAZMA IGF-I MEGHATÁROZÁSA A vérminták gyűjtése Laboratóriumi vizsgálatok Statisztikai számítások, értékelések A TERMELÉSI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA A testtömeg meghatározása A termelési adatok gyűjtése Statisztikai számítások, értékelések EREDMÉNYEK ISMERTETÉSE ÉS ÉRTÉKELÉSE AZ IGF-I KONCENTRÁCIÓ ÉS AZ ÉLETKOR ÖSSZEFÜGGÉSE 45 A vizsgálati állomány (n=85) jellemzése a havi értékek alapján A havi értékek megoszlása A vizsgálati állomány jellemzése az egyedi átlagos értékek alapján Az apai féltestvér csoportok jellemzése A Bellton ivadékok elemzése 55 A Legacy ivadékok elemezése 58 A Lincoln ivadékcsoport jellemzése A Showboy ivadékok elemzése A Stardow ivadékok elemzése Az apai féltestvér csoportok összehasonlító elemzése AZ IGF-I ÖRÖKLŐDHETŐSÉGE 70 II

5 TARTALOMJEGYZÉK Átlagos IGF-I koncentráció öröklődhetősége 70 A születéskori IGF-I koncentráció öröklődhetősége Az ivarérettség idejére jellemző átlagos IGF-I koncentráció öröklődhetősége A tenyészérettség idejére jellemző átlagos IGF-I koncentráció öröklődhetősége AZ IGF-I KONCENTRÁCIÓ ÉS A TESTTÖMEG ÖSSZEFÜGGÉSE A vizsgálati állomány (n=84) jellemzése a havi értékek alapján 73 A vizsgálati állomány (n=84) jellemzése az átlagos IGF-I koncentráció és a növekedés intenzitása alapján Az átlag alatti csoport jellemzése Az átlag feletti csoport jellemzése Az IGF-I koncentráció és a növekedés sebessége Az apai féltestvércsoportok jellemzése A PLAZMA IGF-I KONCENTRÁCIÓ ÉS A TEJTERMELÉSI TULAJDONSÁGOK ÖSSZEFÜGGÉSE A vizsgálati állomány (n=74) jellemzése a tejtermelési tulajdonságok alapján A vizsgálati csoport jellemzése az átlagos IGF-I koncentráció és a termelési tulajdonságok alapján Az átlag alatti csoport (n=42) jellemzése Az átlag feletti csoport (n=32) jellemzése ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK Az IGF-I c.c. változása az életkorral Az IGF-I c.c. és a testtömeg összefüggései Az IGF-I c.c. és a tejtermelési tulajdonságok összefüggése KÖVETKEZTETÉSEK ÉS JAVASLATOK ÖSSZEFOGLALÁS SUMMARY 113 MELLÉKLETEK 119 V

6 RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE ACTH ANOVA BGH, bgh BLAD BST, bst b CP C.V. df EDTA F FCM FSH G GRF HF h 2 -érték hgrf IGFs IGF-I IGF-II IGFBP K kb kda LH MANOVA MAS ML MOET MQ MS MSA NE adrenokortikotrop hormon Analysis of variance, varianciaanalízis szarvasmarha gonadotrop hormon Bovine Leucocyte Adhesion Deficiency, a szarvasmarhában a fehérvérsejtek tapadáskészségének hiánya szarvasmarha somatotrop hormon lineráris regressziós együttható Corpus pineale variációs koefficiens szabadságfok etiléndiamin-tetraecetsav fenotípus 4%-os zsírtartalomra korrigált tejmennyiség follikulus stimuláló hormon genotípus Growth Hormone-Releasing Factor, növekedési hormon releasing faktor holstein-fríz szarvasmarha fajta öröklődhetőségi együttható humán növekedési hormon releaising faktor Insulin-Like Growth Factors, szomatomedinek Insulin-Like Growth Factor-I, inzulinszerű növekedési faktor I Insulin-Like Growth Factor-II, inzulinszerű növekedési faktor II IGF binding-protein, IGF kötőfehérje környezet kilobázis kilo Dalton luteinizáló hormon Multivariate analysis of variance, többváltozós varianciaanalízis Marker Assisted Selection, markerekkel végzett szelekció maximum likelihood módszer Multiple Ovulation and Embryo Transfer Mean square, eltérésnégyzetek átlaga molekulasúly Multiplication-Stimulating Activity nemzetközi egység (IU=International Unit) IV

7 RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKEK NEFA nem észterifikált zsírsavak NSILA Non Suppressible Insulin-Like Activity P szignifikancia szint PCR Polymerase Chain Reaction, polimeráz láncreakció PDM Predicted Difference of Milk, a tenyészbikák előrejelzett tejtermelés különbsége PL placentális laktogén PRL prolaktin QTL Quantitativ Trait Loci, mennyiségi tulajdonság lokusza r xy lineáris korrelációs koefficiens R többszörös korrelációs koefficiens RIA radioimmunoassay σ, s szórás s 2 szórásnégyzet, variancia SD, Standard Deviation, szórás SE Standard Error, standard hiba SF Sulfatation Factor, szulfációs faktor SQ Sum of Squares, eltérésnégyzetek összege SRIF szomatosztatin SS szomatosztatin STH szomatotrop hormon, szomatotropin, növekedési hormon (GH Growth Hormone) t t-próba szignifikancia vizsgálat, számított t-érték TSH tireotrop stimuláló hormon V F fenotípusos variancia V G genotípusos variancia környezeti variancia V K V

8 IV

9 1. BEVEZETÉS ÉS CÉLKITŰZÉSEK 1. BEVEZETÉS ÉS CÉLKITŰZÉSEK 1.1. A TÉMA AKTUALITÁSA, JELENTŐSÉGE Az agrártermelés - és ezen belül az állattenyésztés - fejlesztésének egyik alapvető kérdése az állatállományok genetikai tulajdonságainak folytonos javítása, ezzel a termelési színvonal hatékony emelése a jelenlegi generációhoz képest, figyelembe véve a várható jövőbeni gazdasági körülményeket, társadalmi igényeket [DOHY 1989; STRANDBERG ÉS MTSAI 1996]. A nemesítés lehetséges módozatai, mint például a szelekció hatékonysága dönti el a genetikai előrehaladást. A szelekció ma általánosan alkalmazott módszerei, - ha zavaró tényezők hatásával nem kell számolni - átlagosan évente 1 %-os genetikai előrehaladást eredményezhetnek. A kis várható előrehaladás mellett a másik problémát az időtényező okozza, mert például a tejelő állományok teljesítményellenőrzése, a hosszú generációintervallum miatt csak későn szolgáltathat adatokat a szelekció számára. Ezért vetődik fel egy olyan élettani-genetikai paraméter vizsgálatának szükségessége, amely a termelési tulajdonságokra kihat, illetve azokkal összefügg, az élet korai szakaszában mérhető, és ezzel lehetővé tenné - a fiatalkorú, még nem termelő állatok esetében is - az előszelekciót. Az élettani vizsgálatok révén egyre jobban ismertté válnak azok a folyamatok, amelyek döntő szerepet játszanak egy-egy termelési tulajdonság kialakításában. Jelen tanulmány arra az ismeretre épül, hogy a tejtermelés összetett hormonális szabályozás alatt áll. Az egyes fajták közötti és a fajtákon belüli eltérések a tejtermelést ellenőrző élettani folyamatok genetikai varianciájából erednek, ezért e folyamatok jobb megismerésével lehetővé válhatna a jelenlegi szelekciós rendszer javítása. A tejtermelés fenntartásában kiemelkedően fontos a galactopoesis alaphormonja a prolaktin (PRL). Emellett minden fajban nélkülözhetetlen a növekedési hormon (STH) és a tőgy alveolaris epithelsejtek nagymértékű metabolikus tevékenységét segítő pajzsmirigyhormonok, az inzulin, a glukagon és a kortikoidok jelenléte, valamint a hipofízis hátulsó lebenyének hormonja az oxitocin. A növekedési hormon szerepe az egyes fajokban nem egyforma, mivel a legtöbb fajban a PRL-hez képest másodlagos. A szarvasmarhában viszont a galaktopoesis legfontosabb hormonja az STH és nem a PRL [HUSVÉTH 2000]. A tejtermelés fenntartására a fokozott STH szekréció hatására a májban termelődő IGF-I faktor hat közvetlenül. Ezt az bizonyítja, hogy anti-igf-i szérum befecskendezése esetén a növekedési hormon adagolásának hatására a tejtermelés nem fokozódik, míg bsth napi befecskendezésével 5-25%-kal növelhető. 1

10 1. BEVEZETÉS ÉS CÉLKITŰZÉSEK Vizsgálni kell tehát azt a faktort - jelen dolgozatban - IGF-I-t (Insulin-like growth factor- I) régebbi nevén a szomatomedin C-t -, amely biokémiai-élettani paraméterként összefüggést mutathat a termelési (tejtermelési) tulajdonságokkal. Következésképpen a tejtermelés megítélésében a genetikai háttér és a termelés elemzése mellett segítséget jelenthet ennek a hormonnak az életkor függvényében történő vizsgálata CÉLKITŰZÉSEK A dolgozat alapjául szolgáló kísérlet abból a feltételezésből indult ki, hogy ha a felnevelés alatt a kérdéses hormon koncentrációjában egyedenként mérhető különbséget találunk, és ha ez az egyedi különbség, később, mint termelési különbség is jelentkezik a vizsgált egyedek között, úgy ez a jelleg felhasználható lenne a nőivarú állományok előszelekciós paramétereként. A kísérleti tematika négy vizsgálati területet foglal magában:! Nyomon követni a vérplazma IGF-I koncentrációjának változását: # az életkorral, # a testtömeggel # az ivar- és tenyészérettséggel, valamint a növekedés sebességével összefüggésben.! A vérplazma IGF-I koncentrációváltozás genetikai háttérelemzése ivadékcsoportok (apai féltestvércsoportok) alapján.! Az IGF-I koncentráció öröklődhetőségének becslése.! Összefüggés keresése az IGF-I felnevelés alatti koncentrációja és a tejtermelési tulajdonságok, valamint szerviz periódus hossza és az első vemhesülési életkor között. 2

11 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS Az emlősállatok tejtermelő-képessége szaporodási ciklusuk alapvető és meghatározó alkotóeleme, hiszen azzal, hogy biztosítja az utód táplálásához szükséges táplálóanyagokat, egyben biztosítja a ciklus örökkévalóságát is. A különböző állatfajok tejének összetétele és mennyisége eltérő, mintegy előrevetítve, a fajok közötti adaptációt az újszülöttek speciális szükségleteinek kielégítésére. A tej és tejtermékek ősidők óta részét képezik az emberi táplálkozásnak, és jelenleg a nyugati országokban a fehérje szükségletnek körülbelül a 30%-át ezek a termékek fedezik. Éppen azért, hogy a táplálék szükségletet fedezni lehessen, a tenyésztők kezdettől fogva törekedtek a tejtermelő fajok (szarvasmarha, juh és kecske) genetikai képességeinek javítására, ezzel termelékenységük fokozására. Ebben az összefüggésben a tenyésztési-nemesítési eljárások, így többek között a szelekció, főként a tejtermelési tulajdonságok javítására irányultak. Ennek okai: a tejtermelés kiemelkedő ökonómiai szerepe, a genetikai javítást lehetővé tevő, relatív nagy variancia, valamint a tejtermelési tulajdonságokkal összefüggő tenyésztési döntések viszonylag alacsony költségei voltak [BONAITI ÉS MTSAI 1994; SCHAEFFER 1994]. A szelekció hagyományos módszerei lehetővé tették a különböző szarvasmarha fajták genetikai képességének oly mértékű javítását, hogy napjainkban a fejlett országokban már a túltermelés problémája jelentkezett. Egy 1983-ban kiadott tanulmányban CUNNINGHAM összehasonlította a tejelő tehenek nemesítésének 1960 és 1980-as évek közötti nyugat-európai és észak-amerikai rendszerét. A szerző megállapította, hogy az Egyesült Államokban a tehenek termelékenységének hirtelen növekedése együtt járt az állatlétszám jelentős csökkenésével. Ugyanakkor Európában a tejelő állatok termelékenységének javulása fokozatosan valósult meg. Ez a fejlődés az egyedek genetikai értékének érzékelhető növekedésében (hatékonyabb szelekciós rendszer, a holstein-fríz vér tömeges beáramoltatása stb.), valamint a tenyésztési feltételek szignifikáns javulásában (takarmányozás, egészségi állapot stb.) rejlik. A tejtermeléssel kapcsolatosan, ahogyan azt GOFFINET [1984] és FREEMAN [1988] megállapították, nem lehet figyelmen kívül hagyni a megtermelt tej önköltségét. A kvótarendszer korszakában, üzemi szinten, fenntartva az állandó mennyiségű napi tejtermelést, a termelés rentabilitásának növelése csak az állomány létszámának csökkentése révén valósítható meg, aminek viszont előfeltétele az állatok genetikai képességének jelentékeny javulása. 3

12 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS CUNNINGHAM [1987] 16 országra vonatkozóan készítette el a tej túltermelés helyzetét elemező tanulmányát. Kimutatta, hogy az új szelekciós programok közös nevezője, az egy állat által megtermelt zsír- és fehérjetartalom mennyiségének javítása kell, hogy legyen, és a szelekció a továbbiakban nem irányulhat a tejmennyiség javítására. Ezek alapján nyitottnak kell lenni minden új tudományos haladással szemben azért, hogy a tejtermelés gazdaságosságát folytonosan javítani lehessen [FREEMAN 1988]. Így olyan új szelekciós kritériumokra irányul a figyelem, mint például a rusztikusság, a fertilitás, a hosszú élettartam, a tőgy rezisztencia, az egészségi állapot [MALMBERG 1992; ERIKSSON ÉS SOLBU 1993], vagy az ún. másodlagos tulajdonságok, vagy funkcionális tulajdonságok [BECH-ANDERSEN ÉS MTSAI 1993; SIGURDSSON ÉS BANOS 1995]. Ugyanakkor magát a szelekciót is új alapokra kell helyezni, ami egyrészt az eljárás hatékonyságát javítaná, másrészt annak időigényességét csökkenthetné. A tenyészérték eddig rutinszerűen alkalmazott becslési eljárásainak pontosságát tovább lehet javítani azoknak a genetikai információknak figyelembevételével, amelyeket a mennyiségi tulajdonságok lokuszaihoz (Quantitative Traits Loci, QTL) kapcsolódó DNS markerek nyújtanak. Egy adott marker és egy kérdéses mennyiségi tulajdonság közötti biztos (statisztikailag bizonyított) pozitív vagy negatív kapcsoltság lehetővé teszi a markereknek az állatok szelekciójában való felhasználását, vagyis segítségével azoknak az állatoknak tenyésztésre történő kijelölését (akár termelésük előzetes ismerete nélkül is), amelyek rendelkeznek a marker által képviselt tulajdonság génjével. Az ilyen szelekciót markerek által támogatott szelekciónak (Marker Assisted Selection, MAS) nevezzük A TEJTERMELÉS ÉLETTANI HÁTTERE Az egyes fajták közötti és a fajtákon belüli eltérések a tejtermelést ellenőrző élettani folyamatok genetikai varianciájából erednek. Ezért ezeknek a folyamatoknak a jobb megismerésével lehetővé válhatna a jelenlegi szelekciós rendszer javítása. Ugyanakkor a valamilyen módon a tejtermelésre ható élettani folyamatokról, a genetikai variancia és a tejtermelési tulajdonságok öröklődéséről rendelkezésre álló eddigi ismereteink még elég hiányosak ahhoz, hogy lehetővé tegyék az újabb érdekes témákra irányuló szelekciót [PETERSON ÉS MTSAI 1982; BURNY ÉS MTSAI 1988]. A tejtermelést, a galactopoesist (folyamatosan, hosszan tartó tejszekréció) [HUSVÉTH 2000] a tejmirigy (glandula lactifera, mamma, mastos) szintézisének kapacitása limitálja, és természetes feltétele, hogy a tőgy parenchymája időről időre megújuljon. A tejtermelés fenntartásában kiemelkedően fontos a galactopoesis alaphormonja a prolaktin (PRL). Emellett minden fajban nélkülözhetetlen a növekedési hormon és a tőgy alveolaris epithelsejtek nagymértékű metabolikus tevékenységét segítő pajzsmirigyhormonok, az inzulin, a glukagon és a kortikoidok, valamint a hipofízis hátulsó lebenyében tárolódó, a hipotalamusz n. paraventriculus régiójában szintetizáló 4

13 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS hormon az oxitocin jelenléte. Az oxitocin közvetlen úton is fokozza a tejtermelést azáltal, hogy a tőgy alveolaris epithel tight juctionjait fellazítja, és az anyagtranszport mértékét ezen keresztül jelentősen növeli [RUDAS ÉS FRENYÓ 1997]. Erről a kérődzőkben, főként a szarvasmarhában és a kecskében ahol a PRL nem galaktopoetikus hatású a PRL-hoz nagyon hasonló szerkezetű növekedési hormon (szomatotrop hormon, STH, ill. GH) gondoskodik úgy, hogy a rendszeres fejés (szopás) következtében megnövekszik a tőgy parenchymájának STH-felvételi kapacitása (recepciója). A növekedési hormon jelzéseire a fejést követő perc alatt osztódásnak indul a mirigyhámsejtek egy része, azaz megfiatalodik a tőgy tejképző állománya. E hormon szabályozó tevékenysége rövidtávon biztosítja a galactopoesis fenntartását, illetve fokozását anélkül, hogy a takarmányfelvétel, illetve a szöveti raktárak kiürülése arányosan növekedne [HUSVÉTH 2000]. A tejképződés során a tejmirigy jelentős mennyiségű energiát használ fel ahhoz, hogy a kiinduló vegyületek a tej alkotórészeivé váljanak. BEDŐ [1979] szerint 20 kg tej termeléséhez közel 146,3 MJ energia szükséges. A felhasznált energiát kérődzőkben elsősorban az előgyomrokban folyó mikrobás fermentáció során keletkező rövid szénláncú zsírsavakból (illózsírsavak), főként ecetsavból, propionsavból és vajsavból nyeri a szervezet. Ugyanakkor, ha energiadeficit lép fel, ami adódhat a csúcsteljesítményből, vagy éppen a nem megfelelő takarmányozásból, akkor a 4000 szervezet zsírraktárában deponált zsírsavak mobilizációja kerül előtérbe, és 3000 az ezek oxidációjából származó energiát hasznosítja a tejmirigy. Ismert, hogy a nagytermelésű tehenek a laktáció kezdetén negatív energia mérleget mutatnak, mivel nem tudják felvenni a takarmányból a tejtermeléshez szükséges energiát. Így katabolikus anyagforgalmi állapot alakul ki, melynek következményeként az ellési testtömegük akár 20%-át is elveszthetik. OLDHAM ÉS MTSAI [1989] megfigyelése szerint az energiahiány a laktációk számával egyenes arányban változik (2-1. ábra). A galactopoesis alatt a tejmirigy tápláló szubsztrátumokkal való ellátottsága szigorúan attól függ, hogyan tudja mobilizálni a testi tartalékokat, valamint attól a képességétől, hogy hogyan tudja kumulatív energia állapot (MJ) laktáció (hét) 2-1. ábra: A kumulált energia mérleg tartamának és intenzitásának változása a laktációk számával összefüggésben OLDHAM ÉS MTSAI nyomán [1989] I. II. III. IV. 5

14 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS csökkenteni a perifériás szövetek energia szükségletét. Ez a mobilizációs képesség, és a tartalékok orientációja a tejmirigy felé, szigorú hormonális szabályozás alatt áll [HART ÉS MTSAI 1978; BAUMAN és CURRIE 1980]. Ennek alapján indokoltnak tűnik az a feltevés, hogy az állatok tejtermelése során megfigyelt genetikai különbségek függenek az endokrin rendszertől. Számos tanulmány bizonyította, hogy a vérben több hormon koncentrációjában, mind a fiatal borjaknál [SERJSEN ÉS MTSAI 1984; LOVENDHAL ÉS MTSAI 1988], mind pedig a teheneknél [FLUX ÉS MTSAI 1984; BARNES ÉS MTSAI 1985; BOCZEK ÉS MTSAI 1988] szignifikáns eltérés van az eltérő genetikai értékű populációk között. A fajták között megfigyelt különbségek még kifejezettebbek, ha korlátozott táplálkozási időszakot, vagy pontos hormon, illetve metabolit adagolást alkalmaznak [LAND ÉS MTSAI 1983; POLLACK ÉS MTSAI 1984; LOVENDHAL ÉS MTSAI 1987]. A laktáció szabályozásában résztvevő hormonok közül a növekedési hormon (STH, GH, vagy szomatotrop hormon) meghatározó szerepet játszik. Már 1978-ban HART ÉS MTSAI megfigyelték, hogy a nagy tejtermelő-képességgel rendelkező fajták plazma STH koncentrációja nagyobb, mint a kevésbé termelékeny fajtáké. A Holstein-fríz fajtában BONCZEK ÉS MTSAI [1988] és KAZMER ÉS MTSAI [1986 c ] szintén nagyobb vér STH koncentrációt figyeltek meg a nagyobb tejtermelésű csoportokban. PEEL és BAUMANN [1987] párhuzamot mutattak ki a nagy tejtermelésű tehenek magas plazma STH tartalma, és az exogén szomatotrop hormonnal kezelt állatok között. Az STH kezelés tapasztalatai [CHILLIARD, 1988 a, b ] révén vált ismertté a hormon laktációban betöltött szerepe, és DAVIS ÉS MTSAI [1988 a ] mutatták ki, hogy a vegyület a tejmirigyre nem közvetlenül hat. Az STH hatása a tőgyszövetre a máj közvetítők, a somatomedinek (vagy Insulin-like Growth Factors, IGF-ek) révén fejeződik ki úgy, hogy fokozza az inzulinszintet. Az inzulinra, amely szabályozza a szénhidrát-, zsír- és fehérje anyagcserét, pedig feltétlenül szükség van a galactopoesis fenntartása érdekében [KEMÉNY 1974; LENCSÉS 1980]. A kortizol, a tiroxin és az inzulin együtt az ún. laktogén komplexumot alkotja, melynek mennyisége és szerepe megnő a galactopoesis időszakában. Érdekes megfigyelés, hogy tejelő tehenekben és kecskékben, inzulin kezelés hatására csökkent a tejtermelés és a tejcukor mennyisége, viszont a tej fehérje- és zsírtartalma nőtt. Több kísérlet igazolta [PROSSER ÉS MTSAI 1987 a ; DAVIS ÉS MTSAI 1987; LEMAL ÉS MTSAI 1989], hogy a plazma IGF koncentrációja az STH adagolás válaszreakciójaként megnő. Másfelől, GLIMM ÉS MTSAI [1988], CAMPBELL és BAUMRUCKER [1986] bizonyították az IGF-I receptor jelenlétét a tőgyszövet sejtmembránján. Az IGF-I rekombináns infúziója szignifikáns növekedést eredményezet a kecskék tejtermelésére [PROSSER ÉS MTSAI 1988]. BAUMANN ÉS MTSAI [1985 b ] és DAVIS ÉS MTSAI [1988 a ] megállapították, hogy az STH hatásmechanizmusáról szerzett új endokrinológiai ismeretek beépítése a szelekció klasszikus technológiáiba lehetővé kell, hogy tegyék a tejtermelő állományok termelési 6

15 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS potenciáljának javítását genetikai értékük növekedése és/vagy a szelekció költségeinek csökkentése révén A NAGY GENETIKAI ÉRTÉKET KÉPVISELŐ ÁLLATOK FELKUTATÁSÁNAK NEHÉZSÉGEI A jelenlegi szelekciós rendszerben a tenyésztők nagy jelentőséget tulajdonítanak azoknak az eljárásoknak, amelyek a teljesítmény gyors megváltoztatását teszik lehetővé. Ennek egyik alapvető feltétele a nagy genetikai értéket képviselő állatok felkutatása. A kvantitatív genetika fő tétele, hogy számos tulajdonság, beleértve a gazdasági szempontból fontosabb tulajdonságokat is, több lokusz szegregációja révén fejeződik ki [FALCONER 1981]. Ha ezekben a lokuszokban a kedvező allélek gyakoriságát növelni akarjuk, akkor ez felveti annak szükségességét, hogy a kedvező géneket hordozó egyedeket felkutassuk, és ezeket az állatokat használjuk fel a párosítások során. A kedvező gének azonosításának lehetősége behatárolt, mivel:! Ha adott tulajdonság genetikai varianciája kicsi, és kicsi a tulajdonság h 2 -értéke, akkor nehezebb a nagy genetikai értékű egyedek felismerése, és ezzel kevésbé lesz hatékony a szelekció is. Hiszen az egyedek között mutatkozó nagy fenotípusos variancia hátterében nagy környezeti variancia áll.! Nehéz azoknak a kedvező géneknek a meghatározása, amelyek ivar által meghatározott tulajdonságokat alakítanak ki (olyan tulajdonságok, amelyek autoszomális öröklődésűek, tehát mindkét ivar örökíti, de fenotípusos megjelenésük ivarhoz kötött, vagyis csak az egyik ivarban mérhető [NAGY 2000]), vagy fenotípusos megjelenésük az egyedfejlődés bizonyos szakaszára korlátozódik. Ez jellemzi a reprodukciós és a tejtermelő-képességet meghatározó tulajdonságokat is. TILAKARATNE ÉS MTSAI [1980] szerint a tejtermelésben ma általánosan alkalmazott ivadékok teljesítményén alapuló szelekciós program esetében a remélt genetikai előrehaladás behatárolt, mivel a tenyészbikák genetikai potenciáljának becslését csak későn, és viszonylag nagyszámú leányuk termelése alapján, lehet elvégezni. Továbbá ez a szelekciós módszer a generáció-intervallum meghosszabbodásához vezet, ami a szarvasmarha fajban jelenleg átlagosan 6-7 év. Elméletileg a genetikai előrehaladás behatároltsága feloldható, ha saját tejtermelési tulajdonságaik alapján, és a lehető legkorábban lehetne megbecsülni a bikák genetikai értékét [PETERSON ÉS MTSAI 1982; SEJRSEN ÉS LOVENDHAL 1986] A TULAJDONSÁGOK GENETIKAI VÁLTOZATOSSÁGA Genetikai szempontból a laktáció, mint mennyiségi tulajdonság, folyamatos eloszlást mutat a populációban, és számos, egyenként kishatású gén által meghatározott. 7

16 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS Számos tanulmánynak volt az a célja, hogy olyan tulajdonságokat találjanak, amelyek a nagy genetikai értékkel rendelkező állatok kiválasztását direkt vagy indirekt módon lehetővé teszik A kvalitatív tulajdonságok A kvalitatív (minőségi) tulajdonságok egyszerű öröklésmenetűek, és csak egy, vagy kevés számú gén, vesz részt kialakításukban. A környezeti hatások fenotípusos kifejeződésükre nem, vagy csak kis mértékben hatnak. Azoknak a tulajdonságoknak az esetében, melyek öröklődését a mendeli szabályoknak megfelelően kodomináns, autoszomális gének irányítják, vagy recesszív allélok, melyek csak homozigóta formában (aa) jelennek meg, a fenotípusból közvetlenül a genotípusra lehet következtetni. Ennek megfelelően felírható az F=G összefüggés, ami nagymértékben leegyszerűsíti a tulajdonságok javítását célzó szelekciót. Teljes dominancia érvényesülése esetén, amikor a homozigóta domináns (AA) és heterozigóta genotípusok (Aa) fenotípusos megjelenése között nincs különbség, vagyis ugyanahhoz a fenotípusos megjelenéshez két eltérő genotípus rendelhető, akkor a fenotípusos szelekció nem alkalmazható. POLLAK ÉS MTSAI [1984] tanulmányukban a minőségi tulajdonságokat felosztották:! nagyhatású gének által kialakított tulajdonságokra, és! kishatású gének által ellenőrzött tulajdonságokra, amelyeknél az allél expressziót csak laboratóriumi módszerekkel lehet megfigyelni. Az élettani tulajdonságok többsége a minőségi tulajdonságok csoportjába tartozik, és elvileg kémiai anyagok termelésére, átalakítására, alkalmazására, korlátozására, vagy megsemmisítésére képes biológiai reakciók együttesének eredményeként jönnek létre. A minőségi tulajdonságoknak, mint előrejelző faktoroknak(markereknek), meghatározó jelentőségük lehetne az állatok termelési potenciáljának korai becslésében, amennyiben közöttük szoros korreláció mutatható ki A kvantitatív tulajdonságok Ismert, hogy az állattenyésztésben fontos kvantitatív (mennyiségi) tulajdonságok öröklődése összetett. Számos lokusz ellenőrző, és a környezeti tényezők módosító, hatása alatt áll. Szokásos módszerekkel mérhetők, mértékegységekkel kifejezhetők, és gyakran folyamatos eloszlást mutatnak a populációban (pl. a tejtermelés, napi testtömeggyarapodás stb.). Így öröklődésük jellemzésére az F=G+K összefüggés írható fel, ami utal a javításukat célzó szelekció nehézségeire. Általánosságban a kvantitatív tulajdonságok tanulmányozása matematikai-statisztikai elemzések és az öröklődhetőség számítása alapján történik: átlagok, és a tulajdonságok között megfigyelt varianciák, kovarianciák alapján. Ismert, hogy a fenotípusos variancia és kovariancia értékeit fel lehet osztani genetikai és környezeti összetevőkre (V F =V G +V K ). 8

17 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS A metabolizmust ellenőrző tulajdonságokhoz kapcsolt genetikai paraméterek statisztikai értelmezése során az alábbi megfontolásokat veszik figyelembe:! Ismert, hogy az öröklődhetőség összefügg a varianciával és a kovarianciával. Ugyancsak elfogadott, hogy bizonyos tulajdonságok metabolitikus kontrollja adott feltételek között változatlan marad. Ebből az a következtetés vonható le, hogy az állati szervezet metabolitikus kontrolljának bizonyos genotípusos összetevői adott populáción belül azonosak. Ha alacsony vagy nulla a becsült h 2 -érték, ez nem a genetikai kontroll hiányát jelenti, hanem inkább a populációban a genetikai variancia hiányára utal, vagyis a populáció egyöntetűségét írja le.! A különböző tulajdonságok között megfigyelt fenotípusos korreláció kapcsolatban van a genetikai és a környezeti korrelációval. Valójában a nullától eltérő genetikai korrelációs érték különböző tényezőkre vezethető vissza: $ egy tulajdonság varianciája közvetlenül kifejeződésre jut egy másik tulajdonság varianciájában, $ a metabolitikus kontrolltól függetlenek a tulajdonságok, de a két tulajdonság azonos lokuszban lévő allélok hatása alatt áll (pleiotrópia), $ a metabolitikus kontroll, vagy a pleiotrópia szintjén semmilyen közvetlen összefüggés nincs a két tulajdonság között, de a két tulajdonság lokuszai ugyanazon a kromoszómán helyeződnek el. Végül a termelési és az anyagcsere tulajdonságok között a genetikai korrelációk részben mint átmeneti, vagy időszakos összefüggések jelenhetnek meg. Ha az anyagcseretermékek a markerek, melyek egy szintézis termékei, vagy résztermékei, akkor az élettani folyamat anyagcsereterméke és a végső termék között korreláció van [PETERSON ÉS MTSAI 1982] A tulajdonságok közötti összefüggések becslésének módszere (high-low sampling) Ez a módszer egy tulajdonság alapján egymástól jól elkülöníthető osztályokba sorolja a populáció egyedeit. Az adatok elemezése a különböző osztályokban mért tulajdonságok átlagai közötti különbséget jelzi, és nem teszi lehetővé a tulajdonságok közötti kapcsolatok lineáris fejlődésének becslését. Gyakorlati szempontból, a különböző csoportok osztályokba sorolása alapulhat a tulajdonságok fenotípusos megjelenésén, vagy az egyedek genetikai potenciáljának becslésén (pl. az apák előrejelzett genetikai értékén). Az esetek többségében a vizsgálati minta kialakításának különböző módszereivel kapcsolatban a fenotípuson alapuló csoportosítás a genetikai hatások és a környezeti tényezők összetévesztése miatt (különösen a nagy genetikai potenciállal rendelkező egyedek esetében, a kiválasztás előtti és utáni folyamatos környezeti hatás) gondokat okozhat. Viszont genetikai kritériumok használata esetén, a környezeti tényezők a különböző csoportok minden egyedére véletlenszerű hatást fognak gyakorolni. Ennélfogva a különböző csoportok között megfigyelt átlagok közötti különbségek 9

18 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS elemzése jobban lehetővé teszi a tulajdonságok közötti genetikai, mint a fenotípusos összefüggések becslését A marker tulajdonságok Mint ahogyan az előző korszakot a genetikában a klasszikus mendeli, majd az erre épülő populációgenetika korszakának lehet nevezni, úgy jelen korunkat a géntérkép készítés kezdeti koraként tarthatják számon [HILLEL 1996]. Mint minden új eljárás gyakorlatban történő elterjedésének, úgy a géntechnológiai eljárások elterjedésének is vannak sajátos nehézségei. Ezek egyike, hogy a kísérleti eredmények többségét még nem vizsgálták gyakorlati körülmények között, vagy ha igen, az eredményeknek mintegy 80 %-a hibásnak mutatkozott [HINES 1990; DUNNINGTON ÉS MTSAI 1992; LAMONT ÉS MTSAI 1996]. További nehézséget okoz jelenleg a vizsgálatok meglehetősen magas költsége. Ugyancsak megnehezíti a fingerprintnek az állattenyésztésben való elterjedését, hogy alkalmazásának genetikai alapját képező géntérképek additív modell feltételezésével készülnek. Háziállataink géntérképének készítésére nemzetközi együttműködések alakultak, melyek a laborvizsgálatok eredményeinek összehasonlíthatósága érdekében közös referencia állományok egyedein dolgoznak. A gazdasági állatfajok géntérképének továbbfejlesztésén dolgozó munkacsoportok: a szarvasmarha [LEVEZIEL 1966]. a juh [MADDOX ÉS MTSAI 1996], a kecske [VAIMAN ÉS MTSAI 1996], a ló [MICKELSON ÉS MTSAI 1976], a sertés [ROBIC ÉS MTSAI 1997], a nyúl (VISHER ÉS HALEY, 1995]. A szarvasmarha géntérképe jelenleg 269 lokuszt tartalmaz, ebből 249 mikroszatellit, és 20 a strukturális gén [MA ÉS MTSAI 1996]. BARENDSE ÉS MTSAI [1996] többmint 740 DNS polimorfizmust mutattak ki 347 édestestvér egyeden, és 700 egymáshoz kapcsolódó lokuszt azonosítottak a munkacsoportjuk által készített közepes sűrűségű génkapcsolódási térképen. A szarvasmarha-tenyésztés vonatkozásában fontos fejlemény, hogy hat izomrost specifikus gén helyét sikerült a géntérképen bejelölni [RYAN ÉS MTSAI 1997] és, hogy a szarvasmarha tejtermelését, tejének összetételét determináló A és B allélek hatását gyakorlati körülmények között is sikerült kimutatni [SABOUN ÉS MTSAI 1996]. A tejelő szarvasmarha genom térképezésének a tenyésztésben és az állatorvoslásban egyaránt hasznos eredménye annak az eljárásnak a kidolgozása, amellyel a tehéntej kappa kazein A és B allélját, és a genom CD18 lokuszának normál és mutáns alléját (BLAD) ugyanazon az agar gélen szimultán el lehet különíteni [ZSOLNAY ÉS FÉSÜS 1996]. BLATTMAN ÉS MTSAI [1996] a szarvasmarha ovulációs szintjét befolyásoló lokuszok felderítésért 77 mikroszatellit markert vizsgált három olyan elit bika ivadékain és unokáin, melyeket termelő populáció kialakítására szántak. A vizsgált markerek a 7. és 23. kromoszómán mutattak ki QTL-ovulációs szint kapcsolódást. 10

19 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS A különböző fajok genetikai feltérképezése folyamán kitűnt, hogy a genetikai szerveződés nem véletlenszerű folyamat: a génblokkok (kapcsolódások) az evolúció alatt változatlanul megőrződtek [O BRIEN ÉS MTSAI 1997]. Ebből a tényből adódik például, hogy a humán és az egér genomban mintegy 130 homológ (hasonló) kromoszóma szegmens őrződött meg és, hogy a szarvasmarha, juh és kecske génjei kromoszómális elrendeződésének hasonlósága, hasonló genetikai struktúrája, és hasonló kariotípusa lehetővé teszik olyan primerek létrehozását, amelyek a szarvasmarha és juh homológ kromoszómáin kölcsönösen alkalmasak QTL feltárására. GOLDSTEIN ÉS MTSAI [1997] vizsgálatában 1036 bovin mikroszatellit primer 58 %-a mutatkozott alkalmasnak a juh egy valamelyik lokuszának PCR segítségével történő megsokszorozására. Az így kapott lokuszok 67 %-a volt polimorf. Az IGF-I marker által lefedett DNS szekvenciához 0,032 kg átlagos napi testtömeggyarapodás többlet, és 0,22 cm-rel vékonyabb szalonnavastagság társult (P<0.01) sertésekben [CASA-CARILLO ÉS MTSAI 1997]. A lokusz behatárolása a IGF-I-el jobbról és balról szomszédos DNS területet lefedő markerek segítségével történt, a statisztikai valószínűséget a maximális valószínűség (maximum likelihood) módszerrel becsülték. Annak a valószínűségnek a becslése, hogy egy populációban a szülők milyen fokon örökítik át ivadékaikba saját teljesítményüket (tenyészértékbecslés) az állattenyésztés központi kérdése, mint ahogyan fontos érdeke fűződik a becslés pontosságának javításához is. A tenyészérték eddig rutinszerűen alkalmazott becslési eljárásainak pontosságát tovább lehet javítani, azoknak a genetikai információknak figyelembevételével, amelyeket a mennyiségi tulajdonságok lokuszaihoz (QTL) kapcsolódó DNS markerek nyújtanak. Egy adott marker és egy kérdéses mennyiségi tulajdonság közötti biztos (statisztikailag bizonyított), pozitív vagy negatív kapcsoltság lehetővé teszi a markereknek az állatok szelekciójában való felhasználását (MAS), vagyis segítségével azoknak az állatoknak tenyésztésre történő kijelölését (akár termelésük előzetes ismerete nélkül is), amelyek rendelkeznek a marker által képviselt tulajdonság génjével. A genetikai markereknek általában nincs saját funkciójuk, többnyire csupán jelzik a DNS molekula bizonyos szakaszainak polimorfizmusát. Ezen a területen a gének százai helyezkednek el. PCR technikával nyomon követhető a marker által jelölt szekvencia öröklődése, és kiegészítő mérésekkel az is megfigyelhető, hogy az öröklődéssel együtt jár-e az ivadékokban a teljesítmény növekedése. Ha igen, úgy a marker által jelölt gén és a közelében lévő egy, vagy több génnek kedvező hatása érvényesül. Nem szükséges annak ismerete, hogy melyek ezek a kedvező hatású gének, de a genetikai markerek által nyújtott információt felhasználhatjuk a szelekcióban, mert azok az állatok, amelyek örökítik a marker által jelölt DNS szakaszt, vagy gént, a vele társult kedvező hatásokat is örökíteni fogják. 11

20 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS A MAS alkalmazásának gazdaságosságát a szelektált tulajdonság variabilitása, valamint a marker megtalálási költségének a hagyományos tenyészérték megállapítás költségeivel való összehasonlításával lehet eldönteni [SOLLER ÉS BECKMAN 1986]. Az utóbbiba bele kell érteni a marker és a tulajdonság közötti kapcsoltsági fázis megállapításának költségeit is, ha a kettő nem azonos. LEVIN ÉS MTSAI [1994] szerint a DNS markerek alkalmazása a szelekcióban akkor a leghasznosabb, ha a szelektált tulajdonságnak alacsony az örökölhetőségi értéke; ha mérése nehézségekkel jár, vagy költséges (pl. betegségekkel szembeni ellenállóképesség); ha csupán az egyik ivaron, vagy post mortem mutatkozik meg (pl. tejtojástermelés, vágottárú minőség). Minthogy ezek a tulajdonságok gazdaságilag nagyon fontosak, a markereknek a klasszikus tenyésztési eljárásokkal való együttes alkalmazása elsősorban a tenyésztési központokban (de ma már a gyakorlati tenyésztői munkában is) egyre gyakoribbá válik. A szarvasmarha tenyésztésben is a genetikai előrehaladás felgyorsulása várható a géntechnológiai és az embriótechnológiai módszerek összekapcsolásától, melynek egyik előnye, hogy az embrió-biotechnológia sok édestestvér egyidejű előállítása révén csökkenti a genetikai variabilitást, növelve ezzel a genetikai szelekció pontosságát, amit hagyományos eljárással csak sok száz (apai féltestvér) ivadék vizsgálata esetén lehetne elérni [RIEGER 1996]. Az összekapcsolás másik előnyét a közvetlen genom szelekció adja, melynek segítségével a vizsgált apaállat ivadékai közül teljesítményük és fingerprintjük összehasonlítása alapján viszonylag korán, és nagy biztonsággal ki lehet jelölni a tulajdonságot jól örökítő egyedeket. Egyúttal minősíteni lehet az apaállatot is genetikai értéke szerint. PETERSON ÉS MTSAI [1982] csakúgy, mint WOOLLIAMS és SMITH [1988] összefoglalták a marker tulajdonságok felismerésének és alkalmazásának várható hasznát.! Egy olyan szelekciós index, amely két termelési tulajdonságra, és mint marker a metabolizmusra épül, növelheti a szelekció megbízhatóságát, hozzájárulhat az adott termelési tulajdonságban elérhető nyereség optimalizálásához.! A hímekre megállapított marker kritérium lehetővé tenné a szelekciót olyan fontos tulajdonságok esetében is, amely genetikailag a lányok tejtermeléséhez kötöttek. A szelekciós rendszerben a marker faktorok eredményeként csökkenthető a szükséges bikák száma [GILL ÉS MTSAI 1986].! A marker kritériumok másik alkalmazása az utánpótlásra meghagyott nőivarú állomány korai szelekciójában, vagy az embrió transzferben (MOET program = Multiple Ovulation and Embryo Transfer) rejlik.! A marker tulajdonságok alkalmazásának köszönhetően a két ellés közötti idő várható csökkenése révén erősen növekszik a genetikai előrehaladás, közepes korrelációs értékek ellenére is. 12

21 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS Közvetett szelekció és a variancia faktorok A közvetett szelekció fogalmát úgy is definiálhatjuk, mint a javítani kívánt tulajdonságon kívül egy másik tulajdonságra ható szelekció. Valójában, ha X tulajdonságot kívánjuk javítani (pl. a tejtermelést), szelektálhatunk a Y indikátor tulajdonságra, és elérhetünk egy bizonyos genetikai előrehaladást a korrelációs válaszreakción keresztül, ami a két tulajdonságot összekapcsolja. CRx = iy h2 y h 2 x r A σ px = iy h2 y r Aσ AX = r A iy h 2 y Rx ix h 2 x σ Ax ix h 2 x σ Ax ix h 2 x Ahol: X és Y =a két tanulmányozott tulajdonság r A =a genetikai korreláció X és Y között h 2 = az öröklődhetőségi értékszám i = szelekciós intenzitás σ P = fenotípusos szórás σ A =additív genetikai szórás Legyen X tulajdonságnak Rx a közvetlen válasza, és CRx a közvetett válasza. A közvetett szelekció értéke a közvetlen szelekcióhoz viszonyítva kifejezhető a két válasz közötti aránnyal [FALCONER 1981]. Ilyen feltételek esetén az indirekt szelekció nem lehet nagyobb, mint a direkt szelekció, kivéve, ha a jelző tulajdonság öröklődhetősége nagyobb, mint a javítani kívánt tulajdonságé, és a két tulajdonság közötti genetikai korreláció nagy, vagy ha a szelekciós intenzitás a jelző tulajdonság esetében nagyobb. Valószínű, hogy azok a körülmények, amelyek lehetővé tennék, hogy a közvetett szelekció mennyiségileg nagyobb legyen, mint a közvetlen szelekció, alapvetően azokban a technikai nehézségekben rejlik majd, amelyek a keresett tulajdonság közvetlen szelekciójának alkalmazásában találhatóak, vagyis:! ha a kutatott tulajdonság mérési hibái csökkentik az öröklődhetőséget,! ha a kutatott tulajdonság csak az egyik ivarban mérhető, de a jelző tulajdonság mindkettőben megnyilvánul. Ebben az utolsó esetben, egyenlőség esetén a szelekciós intenzitás kétszer nagyobb lesz az indirekt szelekció alkalmazásával, mint a direkt szelekcióéval. De FALCONER [1981] szerint még kedvezőbb lenne az egyik ivart közvetlenül a keresett tulajdonságra szelektálni, míg a másikat a marker tulajdonságra. WOOLLIAMS és SMITH [1988] a termelési tulajdonság és a jelző kritériumok közötti genetikai kovariancia nagyságának jelentőségét hangsúlyozva kimutatták, hogy állandó genetikai korrelációnál a jelző faktor öröklődhetősége javítható a mérések számának növelésével (a képlet alapján). n (1+(n-1)t) ahol: n =mérések száma t= ismétlődhetőség WOOLLIAMS és SMITH [1988] a várható genetikai előrehaladás becslésére végzett szimulációs kísérletének eredményei a tervezett szelekciós sémával összefüggésben a tulajdonságok közötti összefüggések jelentőségét bizonyítják: 13

22 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS! A marker tulajdonságra alapuló egyszerű szelekció az állatok korai szelekcióját teszi lehetővé. Ehhez mindkét ivarban teljesítményellenőrző tesztet kell végezni. A tömegszelekció rövid tartama ellenére a tejtermelésre kapott eredmény közelit az ivadékvizsgálati teszt eredményéhez, ha a ko-heritabilitás felülmúlja a tejtermelés öröklődhetőségét.! A család-indexen alapuló közvetett szelekció, amit a Juvenil MOET nukleusz elnevezésű szelekciós sémában alkalmaznak, sokkal hatékonyabbá válik, ha a tejtermelés számított javulása nagyobb annál, amit az ivadékvizsgálati teszt esetén kapnánk, és ha a ko-heritabilitás értéke kevesebb, mint a fele a tejtermelés öröklődhetőségi értékének.! Az ivadékvizsgálat, mivel hatékony szelekciós módszer, versenyképes lehet a MOET adult módszerével. De összehasonlítva a Juvenil MOET még hatékonyabb, mivel nagy ko-héritabilitás mellett, a marker tulajdonságra végzett szelekció sokkal megbízhatóbb választ eredményez, mint ami az ivadékvizsgálati módszerrel remélhető. A tejtermelésben a marker tulajdonság alapján számított genetikai előrehaladás ivadékvizsgálati tesztben 0,27-es ko-heritabilitási koefficiens, és 0,15-0,20 közötti C.V. érték mellett 2,2-2,9 %, felnőtt MOET alapján 2,3-3,1 % és Juvenil MOET alapján pedig 4,3-5,7 %-os értékű. Másfelől a kiinduló szelekció pontosságának növekedésével fordítottan arányos a bikák közötti tejtermelőképesség genetikai varianciájának csökkenése, ami a vártnál kisebb eredményre vezetett [WOOLLIAMS és SMITH 1988] A NÖVEKEDÉSI HORMON ÉS A TEJTERMELÉS A tőgymirigy mindig a kutatás tárgyát képezte a biológusok és a szelekcióval foglalkozók számára. Egyértelmű, hogy a tőgymirigy működési mechanizmusára vonatkozó újabb ismeretek hozzájárulhatnak a termelési technológiák javításához. Így a termelők számára lehetővé válik, hogy termelésükkel alkalmazkodjanak a különböző ökonómiai, társadalmi és politikai változásokhoz. A termelés növelésére kínálkozó lehetőségek: 1. A napi fejések számának növelése. A napi háromszori fejés 20 %-kal növeli a tejtermelést a tehenek [PEARSON ÉS MTSAI 1979], 30 %-kal a kecskék esetében [HENDERSON ÉS MTSAI 1985], anélkül, hogy a tej összetételére, vagy az állatok egészségi állapotára kedvezőtlen hatással lenne. WILDE ÉS MTSAI [1987] naponta kétszer, illetve háromszor fejt kecskék tejtermelését hasonlították össze egy rövidebb (10 napos) és egy hosszabb (260 napos) időszakra vonatkozóan. A szerzők kimutatták, hogy több mechanizmus működik, főként a sejtek enzimaktivitására vonatkozóan, ami a fejések számával fokozódik függetlenül attól, hogy a fejés rövid, vagy hosszabb időszakig tart. 2. Stimuláló anyagokkal (növekedési hormon) történő kezelés. Az első kísérleteket ASIMOV ÉS KROUNZE 1937-ben végezték ben BAUMAN ÉS MTSAI kezeltek első 14

23 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS alkalommal genetikai úton előállított növekedési hormonnal. Ettől kezdődően számos kísérlet igazolta a hormon pozitív hatását a laktációra. Ökonómiai szempontból kívánatos lenne a tejtermelést tartósan megváltoztató módosításokat alkalmazni, ami elérhető lenne az állatok genetikai potenciáljának javítása révén, vagy az állat fejlődésének stratégiai szempontból meghatározó időszakában alkalmazott konkrét kezeléssel. Az üszőknél a tőgyszövet allometrikus növekedésének két időszaka ismert, ezek a pubertás és a vemhesség. Az allometrikus növekedés első időszaka különösen érzékeny a takarmányozási változásokra, és bizonyos, a tőgymirigy növekedését befolyásoló hormonok, főként az STH [SEJRSEN ÉS MTSAI 1986] hatására. Ezt támasztja alá, hogy a parenchima fejlődése és a tejtermelés növekedett, ha a tehenet 2 és fél hónapos korban két héten keresztül bgh-val kezelték [SANDELS ÉS MTSAI 1987]. Ugyanakkor idősebb korban (16 hónapos életkor) alkalmazott hosszabb ideig tartó (5 hónapos) kezelés a kezelt állatok későbbi tejtermelésére már nem volt hatással [GRINGS ÉS MTSAI 1990]. A vemhesség ideje alatt a sejtek alapvető növekedése és differenciálódása következik be. A tőgy parenchima teljes DNS mennyisége az ellés előtti két hónap alatt megkettőződik [CAPUCO ÉS MTSAI 1990]. A tőgy fejlődését szabályozó élettani folyamatok összetettségét igazolja az a tény is, hogy bgh készítmény adása erősen megnöveli a tejtermelést az ellés után [AKERS ÉS MTSAI 1990]. Másfelől úgy tűnik, hogy a takarmányozási tényezők azok, amelyek döntő mértékben meghatározzák az STH szintézisét és koncentrációját a vérben. Endokrinológiai vizsgálatok nyilvánvalóvá tették, hogy az STH milyen szerepet játszik a tőgy fejlődésében és működésében. Több szerző pozitív kapcsolatot mutatott ki az STH szérum koncentrációja és a tejtermelő szarvasmarhák genetikai értéke között [PEEL ÉS BAUMAN 1987; GIBSONE ÉS MTSAI 1990; MCDANIEL ÉS MTSAI 1990] A növekedési hormon szerkezete és eredete A szarvasmarha szomatotropin (bsth) egyszerű fehérje, 191 aminosavból épül fel (MS = 22 kda), molekulák között két diszulfid híddal. Fiziko-kémiai alapon, a bsth molekula viszonylagosan stabilnak tekinthető. A tercier struktúra ellenáll az erős lúgoknak, és az enyhe hőkezelésnek is [KOSTYO 1974]. Amíg a humán szomatotropinban jellemző szerkezeti különbségekkel rendelkező változatok léteznek (két láncos változat, 20 kda-os változat stb.) [KOSTYO ÉS WILHELMI. 1976; CHAPMAN ÉS MTSAI 1981], addig a szarvasmarha szomatotropin esetében csak két változatot izoláltak, és azonosítottak [SANTOME ÉS MTSAI 1976]. A két változat közül az egyik fölöslegben lévő alanin maradvánnyal rendelkezik az N-terminális végén. Ez a fölöslegben lévő alanin a natív fehérjének a folyamatos jeladásából származik. A másik változat, ami a hipofízis kivonatból izolált STH 30 %-át teszi ki, a 126. pozícióban lévő leucint helyettesítő valin maradvánnyal rendelkezik. A változás eredete allél változatban keresendő. A somatotropin a többi fehérje hormonhoz hasonlóan, mint például a TSH, ACTH, FSH, LH, prolaktin (PRL) stb. a hipofízis elülső lebenyén termelődik. 15

24 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS A növekedési hormon képződése A felnőtt emlősöknél, az STH képződés pulzáló típusú, ami az éjszaka folyamán számos csúcs kialakulásából adódik. Ennek a szintézisnek a biológiai jelentősége nem tisztázott. Megállapítást nyert, hogy az STH képződés hibái az emberben együtt járnak a növekedési egyensúly megbomlásával [BLATT ÉS MTSAI 1984]. BICK ÉS MTSAI (1990) patkányban mutatták ki, hogy az STH kezelés jelentősen (3-5-szörös) megnöveli az IGF-I szintézisét, ugyanúgy a mrns-ének transzkripcióját, ha az állat a napi STH dózist frakcionált módon kapja. Amennyiben ugyanezt a dózist infúzióval adják be, a válasz reakció kisebb. Az STH képződés pulzáló jellege szükségessé teszi a gyakori vérminta vételt (8h). Az STH képződés a szarvasmarhában aszinkronikus, ellentétben azzal, amit a patkányban megfigyeltek [GLUCKMAN ÉS MTSAI 1987], és nincs éjszakai ritmus [RENAVILLE ÉS MTSAI 1981], viszont a laktáció és a táplálkozás befolyásolja [RONGE ÉS MTSAI 1988]. Az STH képződése egy kettős hipotalamikus rendszertől függ, a GRF (Growth Hormone- Releasing Factor) stimulálja az STH képződést, a szomatosztatin (SRIF, SRF) pedig gátolja ezt a szintézist A GRF A GRF-ot (Growth Hormone-Releasing Factor) először a pankreasz mirigyből izolálták, amely egy különleges típusú akromegáliáért (fej, végtagok beteges megnagyobbodása) felelős. Két GRF-et izoláltak: az egyik 40, a másik 44 aminosavból áll, ez utóbbi rendelkezik élettani hatással. A GRF kezelés 5 percen belül az STH képződéséhez vezet, mely maximumát 15 percen belül éri el. Ha a GRF-ot 5 napon át adják a borjaknak, akkor megfigyelhető az alapszint növekedése, a csúcsok és a görbe alatti terület kiterjedése. Tejelő holstein-fríz tehenekben két hetes hgrf analóg kezelés megemelte az IGF-I koncentrációt és a tejhozamot anélkül, hogy a tej összetétele, vagy a takarmányfogyasztás megváltozott volna [HODATE ÉS MTSAI 1996] A szomatosztatin (SRIF, SRF) A SRIF 14 aminosavból álló kis fehérje, ami alapvetően a hipotalamuszban, de a központi idegrendszerben, a pancreasban és az emésztőcsatornában is képződik. A SFIR hatása gyors, és a molekula élettartama rövid (2 perc). Ez a molekula negatív hatással van az STH képződésére. Valójában egy növekvő állatban alkalmazott szomatosztatin infúzió gátolja az STH képződés pulzatív (lüktető) jellegét. Ugyanakkor bárányokban a SRIF kezelés gátolja az STH választ arginin stimuláció révén anélkül, hogy a növekedési hormon alapszintjét megváltoztatná [GLUCKMAN ÉS MTSAI 1987]. 16