Содержание статьи:
На вебинаре 21 октября 2021 г. выступила Мари-Лор Шнайдер, которая работает с рынком Франции и франкоговорящей Африки, представляя там, как и Диана Дроботова в России, продукцию Thermo FS для генотипирования животных. Ее презентация создана в Страсбурге (Франция). Мари-Лор рассказала об особенностях селекционного процесса в коневодстве и привела примеры успешного применения панелей AgriSeq для решения задач, связанных с определением происхождения лошадей, а также родства, болезней и признаков собак.
Научные основы метода
Напомним, что после выбора с помощью микрочипов Axiom маркеров, которые ассоциированы с тем или иным признаком, следует переход к технологии AgriSeq–таргетного генотипирования методом NGS. Она используется в рутинных скринингах на ограниченное количество маркеров, когда важно максимально снизить себестоимость образца. Ясно, что чем больше образцов идет на скрининг, тем их себестоимость ниже. Технология таргетного генотипирования представлена рынку компанией Thermo FS сравнительно недавно как ответ на потребность в рутинном скрининге по небольшому количеству маркеров, чаще всего четко увязанными с какими-то признаками. Это задача диагностики, и для нее важно минимизировать расходы.
В Thermo FS смогли это сделать, разработав специальную химию, которая позволяет достичь минимума затрат в расчете на один образец. Плотность маркеров при использовании такой методики составляет в среднем от 100 до 5000, но оптимальный диапазон все же – от 2500 до 3000 маркеров, потому что при большем количестве уже может быть выгоднее покупать чипы по технологии Axiom. А когда маркеров от 100 до 2000, AgriSeq показывает высокую эффективность в лабораториях с производительностью от 96 образцов за один запуск и до 3000 образцов в день.
Это новая химия, которая используется на проверенных временем платформах в программах маркер-ассоциированной селекции, когда маркеры уже выбраны. Thermo FS располагает всеми необходимыми для решения таких задач ресурсами, включая биоинформатику, сервис, реагенты – то есть может обеспечить весь ход выполнения процесса от выделения ДНК и контроля качества до получения и обработки данных.
Не вдаваясь в технические подробности, следует упомянуть удачные примеры пользовательского применения панелей AgriSeq в рутинных процессах. Первая методика касается коневодства, хотя аналогичный подход теперь применяется и для других животных – в частности, собак и кошек.
ISAG дает свои указания по исследованию происхождения животных.
Если посмотреть на историю методов исследования, можно отметить, что на смену типированию групп крови животных (90-е годы прошлого века) пришли методики, основанные на анализе микросателлитных повторов (STR), а теперь довольно энергично наблюдается переход к анализу однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Происходит это и в работе с собаками и кошками, и с лошадьми, причем эта технология оценивается как более точная и дающая воспроизводимые результаты.
Кроме точности, использование анализа SNP позволяет исследовать происхождение и болезни лошади в одно и то же время в одном запуске: это гораздо удобнее и экономичнее, требует меньше действий, такую технологию легче использовать в лаборатории.
Маркеры стандартизованы, что позволяет проводить сравнение результатов тестирования между лабораториями и заводчиками, а также другими учреждениями, в том числе ISAG (Международное общество генетики животных), FAO (Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций), AKC (Американский клуб собаководства). А сравнение результатов – это показатель профессионализма лаборатории (ISAG, ICAR – Международный комитет регистрации данных животных).
В рамках анализа SNP автоматический и однозначный подсчет аллелей поддерживает интеграцию с базами данных различных лабораторий. При этом обеспечивается беспрецедентная точность в определении породного родства на основе большого количества маркеров. Результаты такого анализа ценнее для заводчиков, поскольку отображают сразу всю значимую информацию о родстве, болезнях и признаках. А многозадачность лаборатории с применением такой методики расширяется.
Генотипирование в коневодстве
Вот как выглядит пример для типирования лошадей.
Если микросателлитный анализ позволял определять несколько десятков (10-20) маркеров на одну особь, то рекомендованная ISAG панель для анализа однонуклеотидных полиморфизмов включает порядка 150 SNP. Это в корне меняет информативность такого исследования: можно определять около 1000 маркеров и получать намного более точные данные. При этом идентификация признаков при определении происхождения существенно облегчается. Переход к такой технологии ожидается в ближайшие два года и по сути уже происходит.
Например, лаборатория в Рабате (Марокко) использовала микросателлитный анализ для определения происхождения лошадей. Это не давало исчерпывающей информации о болезнях и признаках животных. А лаборатории приходилось анализировать данные для 10 тысяч лошадей в год!
Когда там захотели перейти на анализ SNP, потребовалась легкая в использовании и при этом гибкая платформа, предусматривающая стабильную поддержку от поставщика. Лаборатория приобрела приборы Ion GeneStudio S5и Ion Chef System от Thermo FS, ее сотрудники прошли обучение по использованию этих систем. Для них была создана панель с пользовательским дизайном, включающая маркеры в соответствии с требованиями ISAG, а также маркеры, соответствующие определенным болезням и признакам, плюс маркеры, которые сочли актуальными именно в этой лаборатории. Конечно, разработка такой панели с индивидуальным дизайном происходила в сотрудничестве с командой биоинформатиков Thermo FS.
Уже первые запуски оказались высокоэффективными, несмотря на отсутствие опыта у сотрудников лаборатории в работе с технологиями NGS. Доля выявленных генотипов превысила 97%. Получив возможность исследовать в одном запуске и происхождение, и маркеры болезней и признаков, в лаборатории повысили эффективность работы, в том числе с финансовой стороны. Так что такой переход от микросателлитного анализа к анализу SNP расширил возможности исследователей.
Когда главный бизнес – собаки
Другой пример, в общем-то похожий на первый, связан с исследованиями по собакам. Частная компания в Лионе (Франция) оказывала услуги по генотипированию животных и специализировалась они на собаках, хотя исследовали там и кошек. Но главным бизнес-направлением были все же собаки.
Заводчики во Франции должны подтверждать происхождение животных, родословную, их животные должны пройти тесты на некоторые заболевания и признаки.
В лаборатории использовали для определения родства (происхождения) собак методику, основанную на секвенировании по Сэнгеру, то есть микросателлитный анализ. Но в некоторых случаях результаты оказывались недостаточно точными, возникали досадные несоответствия. И для определения болезней и признаков использовалось также секвенирование по Сэнгеру или кПЦР. При этом для каждого животного удавалось определить очень ограниченное количество патологий и признаков. К тому же для генетического анализа одного животного приходилось использовать несколько разных методик – несколько запусков.
Конечно, при таких обстоятельствах в лаборатории возник интерес к переходу на другую методику – легкодоступную, гибкую и предусматривающую надежную поддержку от поставщика соответствующего решения.
В этой лаборатории перешли на Ion GeneStudio S5 Prime и Ion Chef System.
На старте они воспользовались готовой панелью для генотипирования собак из каталога Thermo FS. Затем для них была создана пользовательская панель, включающая около 500 маркеров, в числе которых присутствовали маркеры ISAG и маркеры болезней и признаков. Теперь в одном запуске они могут получить огромное количество информации и по происхождению, и по болезням (их можно выявить от 150 до 200!) и признакам для каждого тестируемого животного.
Это расширило возможности и повысило экономическую эффективность лаборатории. Теперь в ней могут тестировать до 20 тысяч собак в год! Более того, она включилась в ряд научно-исследовательских и лесохозяйственных проектов, сотрудничая с зоопарками, поскольку приложения на основе технологии NGS также задействованы в исследовании биологического разнообразия
Ссылки на остальные части вебинара
Геномные технологии в программах селекции в животноводстве. Часть 1.
Геномные технологии в программах селекции в животноводстве. Часть 3.
