Çiftlik hayvanlarında major genler. Bunların belirlenmesi, transferi ve endüstriyel kullanımı

Abstract

ÖZET Kantitatif karakterler için klasik hayvan yetiştirme teorisi poligenik kalıtım modeline dayanmaktadır. Bu teori bu karakterlerin herbiri küçük etilere sahip birçok gen tarafından belirlendiğini varsaymaktadır. Bununla birlikte son yıllarda çiftlik hayvanlarında ticari karakterler üzerine büyük etkiye sahip birkaç major gen belirlenmiştir. Koyunda ovulasyon oranını etkileyen Booroola (FecB) ve et verimini etkileyen callipyge genleri, sığırda et verimini etkileyen double muscling ve süt verimini etkileyen weaver genleri, tavuklarda ısıya toleransı etkileyen çıplak boyun ve vücut büyüklüğünü etkileyen cücelik genleri, keçide süt akış oranını etkiyen gen ve domuzdaki et üretimini etkileyen halothane sensitivity ve et kalitesini etkileyen RN genleri major genler için belli başlı örneklerdir. Major genler basit mendel kalıtımı izlemektedirler. Her ne kadar bunların kalıtımı basit mendel kalıtımı ise de bunların pratikte kullanım daima kolay olma maktadır. Booroola geninin keşfi evcil türlerde verim karakterlerini etkileyen major genlerin araştırılmasına karşı ilgi uyanması bakımından bir kıvılcım olmuştur. Merinos koyununda Booroola geninin keşfinden sonra en azindan diğer yedi koyun populasyonunda (İzlanda, Cambridge, Javanese, Yeni Zelanda Romney, Olkuska. Belclare ve Creole) döl verimini etkileyen benzer genler tanımlanmış veya varsayılmıştır. Eğer diğer ırk veya soylar dikkatlice incelenecek olursa, bu listeye ilavelerin olması muhtemel görünmektedir. Genel olarak, birçok ticari karakter için seleksiyon ile yıllık genetik ilerleme oranı bu özellikleri düşük kalıtım derecesi sebebiyle yaklaşık %l-3 civarında beklenebilir. Bu yüzden seleksiyonun direk olarak major locuslar bakımından genotiplere veya fenotiplere uygulanması, kısa vadede hızlı genetik ilerlemeye imkan tanımaktadır. Koyunlardaki Booroola ve diğer major döl verimi genleri ovulasyon oranını ve böylecede batın genişliğini etkilemektedirler. Örneğin Booroola geninin bir kopyası batın genişliğini yaklaşık bir kuzu artırmaktadır. Koyunlardaki major döl verimi genleri bakımından genotip tayinleri laparoskopi ile elde edilen ovulasyon oranı gözlemlerine dayanmaktadır. Buna karşın koçalrın genotip ayrımlarında kullanılacak açık bir fiziksel özellik mevcut değildir. Bundan dolayı koçların genotipi döl testiyle belirlenmektedir. FecB geni ovulasyon oranı bakımından aditif ve batın genişliği bakımından dominant etkiye sahiptir. Booroola koyunun yüksek döl veriminin tek gen kalıtımı Avusturalya ve Yeni Zelanda'lı araştırıcılar tarafınden ortaya konduktan sonra, birçok ülkede Booroola koyununa karşı büyük bir ilgi olmuştur.Booroola geni Avusturalyadan dünyadaki birçok ülkeye transfer edilmiştir. Şu anda, tüm dünya üzerine dağılan tek major gen Booroola genidir. Major genlerin diğer ırk veya soylara transferi klasik geriye melezleme planlarıyla yapılabilmektedir. Bu yöntem introgresyon olarak isimlendirilmektedir. Arzu edilen gen hedef ırka birkez katıldıktan sonra genel olarak geriye melezleme yöntemiyle hedef ırka katım devam etemketedir. Yeni sentetikte hedef ırkın genlerinin %87.5 beklenenini verebilmek için genel olarak en az üç melezlemeye ihtiyaç olacaktır. Major döl verimi genleri bakımından yakın bir marker'm varlığı yöntemin zaman sürecinin sadece ergenlik yaşı ile sınırlanacağı manasına gelmektedir. Şimdiye kadar FecB geni diğer birçok koyun ırkına introgresyon yöntemiyle kayılmıştır. Major genlerin diğer ırk veya türlere transferi bakımından ikinci bir yolda Rekombinant DNA teknolojisi aracılığıyla gen transferidir. Şu anda çiftlik hayvanlarında gen transferinin en iyi yöntemi, klonlanmış genin birkaç yüz kopyasının erken embriyonun pronükleusuna mikroenjeksi- yonudur. Eğer söz konusu major genler belirlenebilir, izole edilip ve klonlanabilirse hedef ırklara veya diğer türlere bir generasyonda ve klasik introgresyon yöntemi kullnıldığında daima bir risk olan diğer arzu edilmeyen genler katılmadan transfer edilebilir. Major genler tarafından meydana getirilen değişkenliğin en iyi şekilde kullanımı için, hayvanların genotiplerinin belirlenmesi zaruridir. Major genlerin etkileri genellikle poligenik ve çevresel variyasyonun örtücü etkilerinden dolayı maskelenmektedir. Son yıllarda, hayvan populasyonlarında major genlerin ortaya çıkartılması ve bireylerin major lokustaki genotiplerinin belirlenmesi için çok basit (Major Gen İndeksi-MGI, Bartlett testi, skewness ve kurtosis katsayıları,...) ve çok teferrutlı istatistiki metotlar (Segregasyon Analizi) ortaya konmuştur. Bu basit metotlar, etkin olmamalarına karşın hesap lanmaları kolaydır, bu metotlar major gen ön belirleyicisi olarak sistematik bir şekilde kullanılabilir. Tekrarlanma ve kalıtım dereceleri ve variyasyon katsayıları bakımında yüksek değerlerin gözlenmesi bir major gen açılımını ilka belirleyicileridir. Fakat bu parametrelerin etkinlikleri sınırlı olduğundan bunlar major genin varlığının ispatı için kullanılamazlar. Günümüzde,5 `Segregasyon Analizi` en iyi major gen belirleme metodu olarak göz önüne alınmaktadır. Bu model maksimum olabilirlik (ML) yöntemini temel almaktadır ve çok muhtemel genetik modellerin tayini için farklı genetik modeller altında verilerin olabilirliklerinin maksimizasyonunu ve karşılaştırılmasını kapsamaktadır. Bir major genin belirlenmesi için poligenik model altındaki veriler ile kombine model (major gen + Poligenler) altındaki verilerin maksimum olabilirlikleri kar-şılaştırılmaktadır. Bu test çok güçlü olup ve parametre tahminleri aracılı ğıyla belirlenen major gen hakkında bilgilerde vermesiyle önem arzetmek- tedir. Ama ne yazıkki, segregasyon analizinin uygulanması çok zordur ve bu metot çok hesaplama süresi gerektirmektedir. Genotiplerin belirlenmesi için moleküler genetik alanında birçok uygulamaya girişilmiştir. Yakın zamanlarda genetik markerlar ile Booroola, Callipyge and diğer major genler arasında bağlantı ortaya çıkartılmıştır. Genetik marker'lann kullanımı genotip tayinin büyük oranda kolaylaştıracak ve masrafları azltacaktır ve ayrıca genotip tayinleri daha erken devrede, örneğin kuzulamada, gerçekleştirilebilecektir. Sonuç olarak, major genler çiftlik hayvanlarında genetik değerin hızlı bir şekilde ıslahında büyük bir potansiyele sahiptir. İstatistiki metotlar major genlerin belirlenmesinde ve genotip tayininde ve genetik marker'lar gibi moleküler genetik metotları çok doğru bir şekilde genotip tayininde kullanılabilir. Bu major genler günümüzde introgresyon prose- dürüyle ve gelecekte Rekombinant gen transfer metotlarıyla diğer ırk veya soylara transfer edilip ardından kullanılabilrir.

SUMMARY The classical animal breeding theory for quantitative traits is based on the polygenic model of inheritance. Its assumes that traits are controlled by many genes each have small effect. However, in recent years several genes having a major effect on commercial traits have been identified in farm livestock. Notable examples for major genes are the Booroola gene affecting ovulation rate and the callipyge gene affecting meat production in sheep, the double muscling gene affecting meat production and the weaver gene affecting milk production in cattle, the naked neck gene affecting heat tolerance and dwarf gene affecting body size in poultry, the gene affecting rate of milk flow in goats and the halothane sensitivity gene affecting meat production and RN gene affecting meat quality in pigs. The inheritance of major genes is simple mendelian. Although the inheritance are simple mendelian, their use in practice is not always straightforward. The discovery of the Booroola gene sparked interest in the search for major genes affecting production traits in domestic species. After the discovery of the Booroola gene in the Merino sheep, segregation of similar genes affecting prolificacy has been described or postulated in at least seven other sheep populations (Icelandic, Cambridge, Javanase, New Zealand Romney, Olkuska, Belclare, Creole). If other breeds and strains are carefully investigated, it seems likely that further addition will be made to this list. In common, the annual rate of genetic change that may be expected from selection for many of the commercial characters about 1-3% due to their low heritability. Therefore the application of selection directly on genotypes or phenotypes for the major locus allows faster improvement in the short term. The Booroola and other major prolificacy genes in sheep increases ovulation rate and thus litter size. For example, one copy of the FecB gene increases litter size about 0.9-1.0 lambs. The genotype determination of these major prolificacy genes in ewes is based on ovulation rate observation which performed by laparoscopy. In contrast to the ewe, there are no obvious physical characteristics which distinguish genotypes of rams. Therefore genotype of rams determined by progeny test. The effect of the FecB gene is additive for ovulation rate and dominant for litter size. Since the single gene inheritance of high prolificacy in Booroola sheep was first reported by researchers in Australia and New Zealand there has been growing interest in Booroola sheep in many countries. The Booroola gene transferred from Australia to the many of the countries inthe world. At present, FecB is the only major gene have been distributed all over the world. Transfer of the major genes to the other breeds and strain can be performed by classical backcrossing schemes. This process referred to as introgression. Once the desired gene has been imported, it will generally have to be introduced into the target breed by a process of backcrossing. A minimum of tree crosses will generally be required giving an expectation that 87.5% of the genes in the new synthetic derive from the target breed. The availability of a close marker for the major prolificacy genes would mean that the time scale of the process is limited only by the age at puberty in sheep. Up to now FecB gene has been transferred into the several other sheep breed by the introgression process. A second way for transfer of major genes to other breeds or species is gene transfer via Recombinant DNA technology. At the present time, the best methodology of gene transfer in farm animals is the microinjection of several hundred copies of cloned gene into the pronucleus of an early embryo. If major genes in question can be identified, isolated and cloned, they may be transferred to the target breeds or to the other species in one generation without introducing undesirable genes as is always a risk when using classical introgression procedures. To best use the variability induced by these major genes, it is neces sary to identify the genotype of the animal. The effects of major genes usually masked due to the obscuring effects of polygenic and environ mental variation. In recent years, many simple (Major Gene Index-MGI, Bartlatt test, skewness and kurtosis coefficient,...) and more elaborate (Segregation Analysis) statistical methods have been proposed to detect major genes in animal populations and to determine the genotype of individuals at the major locus. These simple methods are not very robust but easy to calcu late, these methods could be used in a systematic way as first major gene indicators. The observation of high values of repeatability and heritabil- ity and of coefficients of variation are first indicators of the segregation of a major gene. But these parameters cannot be considered as proofs of a major gene inheritance due to their lack of robustness. In recent years, some methods of human genetics (Segregation Analysis, Major Gene In dex-MGI) modified for detection of major animal genes. At this time, the `segregation analysis` considered as the best method for major gene detection. This method is based on maximum like lihood procedure and it involves maximizing and comparing the likelihood of the data under different genetic models to ascertain the most probablegenetic model. To identify a major gene the maximum likelihood (ML) of the data under the polygenic model compared with that under the com bined model (a major gene + polygenes). This test is powerful and has the interest of giving an information on the detected major gene through the estimations of the parameters. Unfortunately the application of segregation analysis is very difficult and this method is very computer time demand ing. Several approaches in molecular genetic area have been attempted to make the identification of genotypes. Recently linkage between genetic markers and Booroola, Callipyge and some of other major genes has been detected. The use of genetic markers would greatly simplify and reduce the cost of the genotype assignments and the genotype assignments would be realized in early stages of life, such as at lambing time. And genotype determination with markers would be more accurate. In conclusion, major genes have a great potential for the rapid im provement of genetic merit in livestock. The statistical methods can be used for major gene determination and genotype assignment and the mo lecular genetic methods such as genetic markers can be used for more ac curate genotype assignment. These major genes could be transferred and then to other breeds and species by introgression procedure and at the fu ture by Recombinant gene transfer methods and then may be exploited..