התקדמות גנטית בבקר לחלב בעידן הסלקציה הגנומית

רקע
במהלך המחצית השנייה של המאה ה-20 סלקציה על בסיס מבנה משפחתי ונתוני ייצור היו מוצלחים מאוד בעיקר בבקר לחלב. היסטורית, מבחני צאצאים היו שלב
קריטי באיתור פרים מצטיינים. השיפור בבקר לחלב נבע משימוש נרחב של הזרעה מלאכותית להשאת ההשפעה של פרי עילית. יחד עם זאת, ההתקדמות הגנטית
הוגבלה על ידי משך הזמן והעלות של מבחן צאצאים. התהליך הוא איטי יחסית בגלל הצורך לאגור נתונים פנוטיפים של פרות לחישוב הערכות גנטיות בעלות דיוק
גבוה. ההתפתחויות האחרונות של תכניות סלקציה גנומית מבוססות סמני דנ"א מסוג Single Nucleotide Polymorphism (SNP) צפויות להגדיל את ההתקדמות
הגנטית על ידי קיצור אורך הדור והגדלת מהימנות ההערכות הגנטיות. על בסיס הדמיית נתוני האוכלוסייה במחשב (סימולציה) בוצעה השוואה בין סלקציה גנומית
לבין מבחן הצאצאים הקלאסי ונצפתה הכפלת ההתקדמות הגנטית. יחד עם זאת, עד עתה לא הצטברו נתוני אוכלוסייה כדי לבדוק את ההתקדמות הגנטית בפועל
בתגובה לסלקציה גנומית.
ברשימה קודמת של משק הבקר והחלב (חוברת 381 עמוד 82) הצגנו את השיטה לחישוב הערכות גנומיות בבקר המבוססת על חיזוי ההשפעות של מספר רב של
סמנים גנטיים בגנום על תכונות כלכליות. באפריל 2008 פורסמו באופן לא רשמי הערכות גנומיות של פרים בארה"ב. הפרסום הרשמי היה בינואר 2009. יותר
ממחצית ההזרעות המלאכותיות בארה"ב מבוצעות על ידי פרים צעירים עם הערכות גנומיות. הערכות גנומיות ב-6 השנים האחרונות שימשו לאפיון שינויים דינאמיים
באורך הדור וברווח הגנטי לתכונות כלכליות באוכלוסיית הבקר בארה"ב. חוקרים עמיתים מבלטסויל, ארה"ב (Garcia-Ruiz et al. 2016), פרסמו לאחרונה את
הממצאים הגנטיים בעיתון המדעי היוקרתיProceeding of National Academy of Sciences . הממצאים מראים על מימוש הפוטנציאל של סלקציה גנומית
בארה"ב מעבר לתחזיות האופטימיות ביותר ואת ההשלכות על טיפוח בקר לחלב בעולם.

אורך הדור בתגובה לסלקציה גנומית בבקר לחלב בארה"ב
עם קבלת אומדנים גנטיים ממבחן צאצאים של אותם פרים שנבחרו גנומית ב-2008 בארה"ב ניתן היה לבצע חקר ביצועים של אימוץ הטכנולוגיה של סלקציה גנומית,
ולאמוד את השפעתה על ההתקדמות הגנטית. ארבעת נתיבי הטיפוח מהורים לצאצאים בבקר מוצגים באיור 1. כל נתיב טיפוח מיוצג על ידי האותיות הראשונות של
ההורה והצאצא. לדוגמא,SB הוא הנתיב מאב לבן. עובי החיצים המקשרים בין הורים לצאצאים מבטאים באופן יחסי את עוצמת הסלקציה המופעלת על כל נתיב
טיפוח. הסלקציה בנתיב טיפוח SB היא בעלת העוצמה הגבוהה ביותר עקב מהימנות ההערכות הגנטיות של האבות והיכולת הגבוהה להשפיע על הדור הבא של
בנים באמצעות הזרעה מלאכותית. הסלקציה בנתיב הגנטי של אם-לבת (DC) היא בעלת העוצמה הנמוכה ביותר עקב המהימנות הנמוכה של הערכות גנטיות של
אימהות ויכולת מועטה להשפיע על דור הבנות עקב מספר הבנות הנמוך הנגזר מרביה ללא שימוש בהשתלת עוברים.

באיור 2 מוצג אורך הדור (Generation Interval) על פי ארבעת נתיבי הטיפוח באוכלוסיית הבקר האמריקאית. אורך הדור בנתיבי הטיפוח של האבות לבנים ולבנות
(SB ו-SC ) היה כ-7 שנים עד 2010 בהתאמה לסלקציה המבוססת על מבחן צאצאים במהימנות גבוהה. ירידה חדה נראית משנת 2010, כשנה אחרי השקת
סלקציה גנומית, עד ל-2.4 ו-5 שנים בנתיבים אבות לבנים ולבנות, בהתאמה, בשנת 2015. ירידה קלה יותר נראית בנתיבי הטיפוח של האימהות לבנים ולבנות DB)
ו-(DC. אורך הדור היה כ-3.8 שנים בנתיבי הטיפוח של האימהות וירד בעקבות סלקציה גנומית ל-2.6 ו-3.6 בנתיבי הטיפוח אימהות לבנים ולבנות, בהתאמה.

נטיות גנטיות בתגובה לסלקציה גנומית בבקר לחלב בארה"ב
באיור 3 מוצגות הנטיות הגנטיות מארבעת נתיבי הטיפוח ל-6 תכונות כלכליות במשך 30 השנה האחרונות. הנטייה הגנטית חושבה על פי רגרסיה של הערכות
גנטיות לתכונות השונות על שנת הלידה של פרות. ההנחה היא שאם נערכה סלקציה מדויקת, הערכות גנטיות של פרות משנתונים מתקדמים תהיינה עדיפות על פני
אלו של פרות משנתונים קודמים. ההתקדמות הגנטית של ייצור חלב, שומן וחלבון הייתה 58, 2.6 ו-1.8 ק"ג לשנה לכל הפרות לפני השקת סלקציה גנומית, ויותר מפי
2 אחריה. התוצאות בפועל היו דומות לעליה החזויה ממחקר סימולציה של סלקציה גנומית בשיעור 59 עד 120 אחוז לעומת מבחן צאצאים.
מספר תאים סומאטיים כמדד לנגיעות העטין הוא בעל תורשתיות ממוצעת בסביבות 0.10. ההתקדמות הגנטית מארבעת נתיבי הטיפוח מראה על עליה חדה של
330 אחוז כתגובה לסלקציה גנומית לעומת גנטית (ירידה נומינאלית בערכי התכונה – מספר תאים). למדד אורך החיים בעדר תורשתיות נמוכה יחסית בשיעור 0.08.
התקדמות גנטית נצפתה מ-2005 עם עליה נוספת של פי 2 לפחות בתגובה לסלקציה גנומית מ-2010. לפוריות בנות ערכי תורשתיות נמוכים בשיעור 0.04 אשר
עשויים לתת יתרון בסלקציה גנומית על פי התחזית התאורטית. התוצאות מראות על עצירת הנטייה הגנטית השלילית משנת 2000 ומעבר לנטייה חיובית בתגובה
לסלקציה הגנומית. יחד עם זאת, יש לציין שהסלקציה הגנטית לתכונות המשנה האלו התחילה רק בשנת 2000 באוכלוסייה האמריקאית בעקבות הכנסתן לאינדקס
הטיפוח (Net Merit). לפיכך, חלק מההתקדמות הגנטית שלאחר 2010 היא תוצאה משולבת של הסלקציה הגנטית והגנומית.

שימוש בזרמת חו"ל בטיפוח בקר לחלב בישראל
משנת 2010 5.6% מכלל ההזרעות, ו-6.9% מהזרעות העגלות היו של פרי חו"ל (טבלה 1). 73 מתוך 265 פרים (27%) היו בנים של פרי חו"ל (טבלה 2). גרמניה
וארה"ב היו ארצות המקור העיקריות (70%) ליבוא זרמה לייצור 30 ו-28 בנים, בהתאמה. הפרO-BEE MANFRED JUSTICE-ET (O Man) היה אחד הפרים
הבולטים ביותר בגזע ההולשטין ואין ספק שנעשה צדק בבחירת שמו, ,Justice או בכינויו בארה"ב – .O Man לפר מבחן גנטי ראשון ב-2003 שהיה בולט מעל הפרים
האחרים באורך החיים ובאינדקס הסלקציה (Net merit). הוא אב או סב של רב הפרים מסוג הולשטין ויש לו תרומה דרמטית להתקדמות הגנטית העולמית שלאחר
שנת 2000 ברכיבי חלב ותכונות משניות.

בישראל בכל שנה נכנסות כ- 35,000-40,000 מבכירות חדשות. התקבל שיא של כ-13,000 המלטות של מבכירות ילידות 2102, בנות בני הפר ג'סטיס (נכדות),
מתוך כ-38500 (34%), ומאז יש דעיכה בעקבות ירידה בשימוש בני ג'סטיס בהזרעה. שיא נוסף היה 3,650 המלטות מבכירות ילידות 2014, נכדות בני הפר ג'סטיס
(נינות), מתוך כ-17,000 (21%), וצפויות המלטות נוספות. בסוף יוני 2016 כ-31% מכלל הפרות החיות הן צאצאיות בדרגות קרבה שונות לפר ג'סטיס. בישראל
נבחנו 10 בני ג'סטיס, ותשעה מהם חזרו להזרעה ובפרט ג'רמין, ג'קי, ג'ייג'יי וג'רום.
לאור הנוכחות הגנטית של הפר ג'סטיס באוכלוסייה בישראל יש חשיבות לבקרה של קרבה גנטית בזיווגים למניעת ריבוי בשארות שלה השפעה שלילית על תכונות
משניות עקב הצטברות גנים לטאליים במצב הומוזיגוט רצסיבי. ממוצע קרבת השאר באוכלוסייה הוא 2.54%. שיעור העלייה בקרבת השאר הממוצעת באוכלוסייה
בישראל מוצג באיור 4. קצב העלייה של שיעור הקרבה הגנטית ירד פי 6 בעשורים האחרונים. ניתן לזקוף זאת למדיניות הטיפוח בישראל של הרחבת השונות הגנטית
של פרי המיכל, ולמניעת הזרעה אם קרבת השאר עולה על 3.125% על פי בדיקת המסופון ואלגוריתם חדש בתוכנת "נעה" המתחשב בכל הדורות הרשומים.
בדיקת אפשרות הזרעה של 529 עתודות על ידי 19 פרים סיננה, על בסיס חריגה מערך הסף של קרבת שאר, 65% מהאפשרויות כאשר טווח הסינון היה רחב בין
פרים: מ- 87% בפר דסט (אב האם ג'סטיס) ועד 16% בלבד בפר מיפרש. חשוב לציין שבעידן הסלקציה הגנומית הבחירה היא של קבוצת פרים בעלי חיזוי גנומי
גבוה ולא של פרים בודדים כבעבר, כך שזה צפוי להקטין את קצב הגידול של ריבוי השארות באוכלוסייה.

מסקנות:

1. אורך הדור בנתיבי הטיפוח של האבות לבנים ולבנות היה כ-7 שנים עד 2010, בהתאמה לסלקציה המבוססת על מבחן צאצאים במהימנות גבוהה. בעקבות סלקציה גנומית ירד אורך הדור ל-2.4 ו-5 שנים, בהתאמה.
2. אורך הדור היה כ-3.8 שנים בנתיבי הטיפוח של האימהות לבנים ולבנות, וירד בעקבות סלקציה גנומית ל-2.6 ו-3.6, בהתאמה.
3. התקבלה התקדמות גנטית של פי 2 לפחות בתכונות הייצור של בקר לחלב בארה"ב בתגובה לסלקציה גנומית.
4. הנטיות הגנטיות הגבוהות ביותר בתגובה לסלקציה גנומית היו לתכונות בעלות תורשתיות נמוכה כפוריות, משך חיים ותכונות עטין, אך הן כנראה משקפות גם סלקציה גנטית.
5. הישגי הסלקציה הגנומית בארה"ב יוטמעו באוכלוסיות בקר בעולם שמשתמשות בזרמת פרים אמריקאים.
6. זרמת חו"ל שימשה בשנים 2010 ואילך לייצור 27% מהבנים בישראל, כאשר מתוכם 28 הם בני פרים מארה"ב עם אומדני הורשה גנומים (38%).
7. מתחילת המילניום לפר Justice הייתה תרומה דרמטית בהתקדמות הגנטית לרכיבי חלב ולתכונות משניות בעולם ובישראל.
8. בשנת 2016 כ-31% מכלל הפרות החיות בישראל הן צאצאיות בדרגות קרבה שונות לפר ג'סטיס.
9. לאור הנוכחות הגנטית של הפר באוכלוסייה בישראל יש חשיבות מיוחדת לבקרה של קרבה גנטית בזיווגים למניעת עליה בריבוי בשארות שלה השפעה שלילית על תכונות משניות.
10. ממוצע קרבת השאר באוכלוסייה בישראל הוא 2.54%, וקצב העלייה של שיעור הקרבה הגנטית באוכלוסייה ירד פי 6 בעשורים האחרונים.
11. בעידן הסלקציה הגנומית הבחירה היא של קבוצת פרים בעלי חיזוי גנומי גבוה ולא של פרים בודדים כבעבר, כך שזה צפוי להקטין את קצב הגידול של ריבוי בשארות באוכלוסייה.
12. בשנים הקרובות ניתן לצפות מארצות נוספות שאימצו את הטכנולוגיה של סלקציה גנומית בבקר, כולל ישראל, לחקור את שיעור ההתקדמות הגנטית בפועל.
13. ניתן לצפות להתקדמות גנטית פחותה מסלקציה גנומית בישראל בהשוואה לארה"ב כפועל יוצא של ההבדל בגודל אוכלוסיית הפרים.

ההצלחה המוכחת של סלקציה גנומית בבקר לחלב צפויה להוות דגם לאימוץ הטכנולוגיה במגוון בעלי-חיים חקלאיים.

המחברים מודים להנהלת ענף בקר, מועצת החלב וקרן קמ"ח (מס' IS-4794-15R) על תמיכתם במחקר.
רשימת הפרסומים נמצאת אצל המחברים.