Kui veel eelmise sajandi esimesel poolel oli Eestis domineeriv piimaveisetõug eesti punane, nt 1965. aastal oli selle osatähtsus 69,2%, siis praeguseks on jõudluskontrolli andmetel üle 82% kõigist piimalehmadest Eestis holsteini tõugu. Nimetatud tõug on ka üleilmselt domineeriv piimaveisetõug, kelle osas rakendatakse üha enam traditsioonilise pullidele järglaste põhjal antava geneetilise hinnangu asemel genoomipõhist aretusväärtuse hindamist, mida viiakse läbi pulli varases eas. Genoomselektsiooni läbiviimse alustamiseks on väga oluline referentspopulatsiooni olemasolu – üldjuhul moodustavad referentspopulatsiooni pullid, kelle aretusväärtus on hinnatud järglaste järgi ning kelle kohta on lisaks olemas ka genotüübiandmed. Kuna aretuses kasutatavate pullide arv Eestis on väike, siis on väike ka pullide arv, kes saavad järglaste põhjal aretusväärtuse hinnangu. Lisaks kasutatakse Eestis välismaal genoomaretusväärtuse saanud pulle, mis vähendab aretajate hulgas huvi Eestis sündinud pullide kasutamise vastu. Ühte tõugu piimaveiste populatsiooni väiksus ja väike pullide arv on põhjuseks, miks Eesti üksi ei saa läbi viia genoomiandmetel põhinevat aretusväärtuste hindamist. Genoompõhiselt omistatavad aretusväärtused Eestis sündinud pullidele võimaldaks Eesti aretajail saada teavet Eestis kasvatatavate pullide kohta võrdluses teistes riikides kasutatavate pullidega ning annaks aretajaile senisest oluliselt suuremad võimalused valikuks nii traditsiooniliste kui uute aretustunnuste põhjal.
Piimaveiste geneetiline hindamine on loomade aretusväärtuse prognoosimine arvutuslikul teel olemasoleva informatsiooni (järglased, eellased, külgsugulased) alusel. Eestis teostab piimaveiste geneetilist hindamist Eesti Põllumajandusloomade Jõudluskontrolli AS (EPJ).
Innovatsioonitegevus oli liigendatud nelja mõttelisse ossa:
I etapi ülesandeks oli olemasoleva geneetilise materjali (holsteini tõug) inventuur. Genotüpiseerimiseks vajalike proovide kogumine ja/või kogudes oleva materjali kirjeldadamine. Täpsustati eeldatavalt genotüpiseerimisele minevate proovide hulk, proovide tüüp (sperma, karv, veri) ja proovide asukoht. Tööde juhtpartner oli Eesti Maaülikool (EMÜ)
EMÜ veterinaarmeditsiini ja loomakasvatuse instituuti (VLI) geneetikalaboris säilitatava 18639 veise bioloogilise materjali proovide hulgast selgitati välja eesti holsteini tõugu (EHF) pullikutelt/pullidelt pärit proovid. Töö käigus täpsustati loomade nime, inventari-, registri- ja tõuraamatunumbreid ning sünniaega, et seostada need EPJ-i piimaveiste geneetilise hindamise ja Eesti Tõuloomakasvatajate Ühistu (ETKÜ) spermapanga andmetega; määratleti proovi tüüp (sperma, karv, veri) ja proovi asukoht ning proovi järjekorranumber säilitamisüksuses. Algandmed sisestati elektroonilisse andmebaasi.
Vastavalt läbiviidud inventuurile sisaldab EMÜ VLI loomageneetika labori andmestik teavet 2042 eesti holsteini tõugu pulliku/pulli kohta. Vastavalt EMÜ VLI loomageneetika labori andmestikule on 675 pulliku/pulli omanik on ETKÜ. Enamik proove on vereproovidena. EPJ-is on järglaste järgi saanud aretusväärtuse 1350 EHF pulli.
Mitte ükski pull, kelle bioloogiline materjal on EMÜ VLI geneetikalabori kogus, ei ole sekveneeritud ega analüüsitud ühelgi geenikiibil. Teadaolevalt ei ole ETKÜ poolt imporditud sperma puhul lepingutes sätestatud kohustust, et seda ei tohi genotüpiseerida. Oluline on selliste andmete puhul, et vajame peale genotüpiseerimist ka looma genoomaretusväärtust, mida teise riiki tavaliselt ei anta.
Loomade aretusväärtuste määramise rahvusvahelised nõuded
Rahvusvaheline Jõudluskontrolli Komitee (ICAR) on kehtestanud jõudluskontrolli ning loomade aretusväärtuste määramise rahvusvahelised nõuded ja standardid. Jõudluskontroll on põllumajanduslooma jõudlus- ja põlvnemisandmete regulaarne kogumine, registreerimine, töötlemine, säilitamine ja analüüsimine tema geneetilise väärtuse hindamiseks ning majandamisotsuste tegemiseks. Interbull on ICARi alamkomitee pullide hindamismetoodikate koordineerimiseks ja liikmesmaade aretuspullide hindamiseks ning kehtestab piimaveiste geneetilise hindamise meetodite rahvusvahelised standardid ja korraldab rahvusvahelist hindamist. Eesti on ICARi ja Interbulli liige alates 1995. aastast.
EPJ viib läbi piimaveiste geneetilist hindamist lüpsikarja jõudluse, välimiku, udara tervise, sigivuse, poegimise ja tootliku aja tunnuste osas kolm korda aastas. Alates 1998. aastast osaleb EPJ rahvusvahelises pullide hindamises eesti holsteini tõu baasil hinnatud pullide jõudlustunnuste, alates 2001. aastast udara tervise tunnuste ja alates 2006. aastast välimikutunnuste osas. Eestis avaldatakse pulli hindamistulemused juhul, kui pullil oli hindamises vähemalt 20 tütart vähemalt kolmes karjas ja hindamistulemuste usaldusväärsus on vähemalt 70%. Udara tervise tunnuste Interbulli hindamise tulemused on ametlikud vaid siis, kui jõudlustunnuste Interbulli hindamise tulemused on ametlikud.
Interbulli piimaveiste geneetilises hindamises osaleb 35 riiki, kusjuures Saksamaalt, Šveitsist ja USA-st edastab geneetilisse hindamisse andmeid mitu organisatsiooni.
Piimaveiste valikut genoomiinfo põhjal hakati esmakordselt kasutama 2009. aastal Ameerika Ühendriikides ja Kanadas. Neile järgnes ajapikku rida teisi riike ning käesolevaks ajaks on piimaveiste genoomselektsioon kujunenud standardseks piimaveiste aretuses kasutatavaks meetodiks maailmas. Genoomselektsiooni kasutuselevõtt on väga oluliselt muutnud ja mõjutanud piimaveisesektorit maailmas. Suuremat aretusedu on saavutanud riigid, kus on arvukas holsteini tõu populatsioon ning kes on ühinenud genoomselektsiooni läviviimiseks referentspopulatsioonide suurendamise eesmärgil konsortsiumitesse.
Genoomaretusväärtused
Selleks, et erinevates riikides ja erinevate organisatsioonide poolt hinnatavad genoomaretusväärtused oleksid omavahel võrreldavad, on Interbull sarnaselt klassikalisele aretusväärtuse hindamisele töötanud välja metoodika genoomaretusväärtuste usaldusväärsuse kontrollimiseks ning nende samale skaalale teisendamiseks (GMACE). Genoomaretusväärtus (Genomic enhanced breeding value, GEBV) on genotüpiseeritud DNA-piirkondade kogumõju ehk otsese genoomaretusväärtuse ja klassikalise aretusväärtuse kaalutud summa. Otsene genoomi väärtus või otsene genoomaretusväärtus (Direct genomic value, DGV) on kõigi genotüpiseeritud ja analüüsitud SNP-de (single nucleotide polymorphism, ühenukleotiidne polümorfism) summaarne mõju, mis tänu sellele, et tegu ongi vaid valitud DNA piirkondadega (kuigi varieeruvamate ja seeläbi ka aretusväärtusesse enam panustavate DNA piirkondadega), ei hõlma kogu genoomi aditiivgeneetilist mõju.
Lähtuvalt Interbulli kodulehel toodust, on käesolevaks ajaks genoomselektsiooni kasutusele võtnud USA, Kanada, Austraalia, Uus-Meremaa, Jaapan, Prantsusmaa, Itaalia, Hispaania, Suurbritannia, Holland, Saksamaa, Belgia, Šveits, Soome, Rootsi, Taani, Poola, Sloveenia, Iirimaa, Tšehhi, Austria, Norra ja Ungari. Seejuures on Põhjamaad (Soome, Rootsi ja Taani) koondunud ühte organisatsiooni (Nordic Cattle Genetic Evaluation) ning Saksamaa ja Austria on koondunud kolme tõu hindamiseks. Rahvusvahelise hindamise tarvis saadavad Interbullile piima-, rasva- ja/või valgutoodangu genoomaretusväärtusi 23 ettevõtet 23 riigi 41 veisepopulatsiooni kohta.
Maailmas on kokku kolm piimaveiste genoomselekstsiooni konsortsiumit, neist kaks holsteini tõu osas – Põhja-Ameerika ja EuroGenomics, ning üks šviitsi tõu konsortsium (Intergenomics).
2007. aastal asusid uudset aretusvõtet – genoomselektsiooni – rakendama USA ja Kanada, kes jagasid omavahel ka andmeid. Nendega liitusid ühise genoomselektsiooni läbiviimiseks ka Itaalia ja Ühendkuningriigid. 2009. aastal asutati Euroopas konsortsium EuroGenomics, mille liikmed on VikingGenetics (Taani, Rootsi, Soome), Evolution (Prantsusmaa), IT Solutions for Animal Production (vit) (Saksamaa), German Livestock Association (BRS) (Saksamaa), CRV (Holland/Belgia), CONAFE (Hispaania), MCB Krasne ja The Polish Federation of Cattle Breeders and Dairy Farmers (Poola).
2009. aastal moodustati šviitsi tõu osas genoomselektsiooni konsortsiumi Intergenomics, kuhu on ühinenud Saksamaa, Austria, Šveits, USA ja Kanada ning geneetiline hindamine viiakse läbi Interbulli keskuses teenuslepingu alusel.
Teadaolevalt ei ole kumbki holsteini tõu konsortsium huvitatud laienemisest, st uute liikmete kaasamisest, kuna liituda soovijate holsteini tõu populatsioonid on väikesed ja/või on aretuses kasutatud pullid kasutuses üleilmselt, mistõttu need ei suurenda oluliselt pullide referentspopulatsiooni.
Kuna ka väiksemate holsteini populatsioonidega riigid on huvitatud genoomselektsiooni alasest koostööst, sh ühisest pullide referentspopulatsiooni suurendamisest, et saavutada suuremat geneetilist edu oma holsteini populatsioonis ning teada saada oma pullide paremust võrreldes teiste riikidega, kogunes Interbulli osalemisel initsiatiivgrupp, et asutada uus konsortsium just nende riikide jaoks, kes ei ole kaasatud ühtegi olemasolevasse holsteini tõu genoomselektsiooni konsortsiumisse. Eeskuju võeti 2017. aastal Interbulli keskuse toel asutatud šviitsi tõu osas moodustatud genoomselektsiooni konsortsiumist Intergenomics. Initsiatiivgrupp uuris uut võimalust genoomselektsiooni rakendamiseks holsteini tõus väikeste holsteinipopulatsioonide baasil. Initsiatiiv nimetati InterGenomics-Holstein (IgHOL) – „Implementation of genomic selction in Holstein/ Genoomselektsiooni rakendamine holsteini tõus“. Riikide huvide ja olemasoleva olukorra selgitamiseks koostati küsimustik, mis saadeti 21 riigile (tabel 5). Tagasiside vastuste näol saadi 15-st riigist. Lisaks tundis ise temaatika vastu huvi Makedoonia.
Projekti läbiviimseks kavandati järgmised etapid:
1) osalemisest huvitatud riikide olemasolu;
2) Interbulli keskuse toetus;
3) andmete ettevalmistamine vastavalt InterGenomici projekti andmefaili formaadile;
4) kasutada Intergenomicsi metoodikat;
5) viia läbi testhindamine;
6) selgitada välja rutiinse hindamise maksumus;
7) rakendada rutiinne hindamine.
See tegevus ei viinud uue konsortsiumi moodustumiseni.
Arvestades genoomselektsiooni alast olukorda maailmas, on Eestil kolm võimalust.
- Liitumine mõne juba olemasoleva holsteini tõu konsortsiumiga
- Liitumine Interbulli poolt pakutava teenusega IgHOL väikestele holsteinipopulatsioonidele
- Jätkamine samal moel, s.o. osta genoomhinnatud pullide spermat ja genoomhinnatud pulle
II osa tööde juhtpartner oli Eesti Maaülikool
III osa. Genotüpiseerimine; Genotüpiseerimiseks vajalike proovide ettevalmistamine ja genotüpiseerimise läbiviimine.
Siin toimus sobivatelt pullidelt proovide kogumine ning Piimaklaster, ETKÜ ja Tervisetehnoloogiate Arenduskeskus AS (TTAK) pidasid koostöös läbirääkimisi erinevate Euroopa tõuaretusorganisatsioonidega saamaks genotüpiseerimisandmetelt noorpullide aretusväärtused. Kokkuleppele jõuti Saksamaa tõuaretusorganisatiooniga (Bundesverband Rind und Schwein e. V). Siin on oluline rõhutada koostöö tähtsust. Tavaliselt ei väljastata pullide aretusväärtusi teistele riikidele, kuna pullid ja nende sperma on oluline äritegevuse lõik. Ilma ETKÜ osaluseta ei oleks Piimaklaster ega TTAK saanud sellist kokkuleppet sõlmida. III osa tööde juhtpartner oli TTAK
Pullid valiti tõuraamatule vastavad, karjadest, lisades lubavad noorpullid.
Projekti käigus genotüpiseeriti ja genoomhinnati Saksamaal Vereinigte Informationssysteme Tierhaltung w.V.-s (VIT) 2020. aasta lõpus ja 2021. aasta alguses 40 aastatel 2015-2019 sündinud eesti holsteini tõugu (EHF) pulli. Igale pullile hinnati nende põlvnemise ja genotüübi ning EuroGenomics’i referentspopulatsiooni alusel 66 genoomaretusväärtust ja -indeksit, sh ka mitmed Eestis mittehinnatavad terviseriskide ja haiguste genoomaretusväärtused. Koos nimetatud pullidega genoomhinnati VIT-s 2049 aastatel 2018-2020 sündinud EHF lehmikut, keda on ka kasutatud EHF pullide võrdlusgrupina. (innovatsiooniprojekt “Eesti piimaveiste populatsiooni hindamine genoomaretusväärtuse alusel“)
Kõik hinnatud genoomaretusväärtused ja -indeksid on esitatud punktiskaalal (va aretusväärtused piima-, rasva- ja valgutoodangule ning piima rasva- ja valgusisaldusele, mis on vastavalt kilogrammides ning protsentides) libiseva baasi suhtes. Viimase moodustavad hindamisaastast 4-6 aastat varem Saksamaal sündinud lehmad – praegusel juhul Saksamaal aastatel 2014-2016 sündinud lehmad, kelle genoomaretusväärtuste ja -indeksite keskmiseks on võetud 100 ja standardhälbeks 12 punkti.
Ülevaade EHF pullidele ja lehmikutele hinnatud genoomaretusväärtustest ja -indeksitest on toodud lisas 5 (EHF pullide genoomaretusväärtused). Juhul, kui hinnatud aretusväärtused/-indeksid on saadud mitmete erinevate aretusväärtuste kombinatsioonina, on ära toodud ka arvutusvalemid. Lisaks on esitatud Saksamaal hinnatud genoomaretusväärtuste kodumaised vasted või sarnased indeksid.
IV osa. Eesti piimaveiste referentsandmebaasi loomine. Eesti holsteini tõugu piimaveiste genotüübiandmete ja aretusväärtuste referentsandmebaasi koostamine
Siin toimus kogu projekti analüüsitegevus sh ka ühine analüüs teise innovatsiooniprojekti “Eesti piimaveiste populatsiooni hindamine genoomaretusväärtuse alusel” andmetega. Tööde juhtpartner oli TTAK
Lähtudes I ja II osa tulemustest ning eelistades eelkõige praktilisi (ettevõtjale) suunatud eesmärke loobuti vana pullide arhiivi genotüpiseerimisest ning valiti pigem väiksem hulk kohalikke ja kasutuses olevaid noorpulle. Teiseks tehti ettepanek projekti muutmiseks ning Eesti populatsiooni olukorra selgitamiseks/hindamiseks esimese aasta lehmikute genotüpiseerimise teel. See oli siis Eesti piimaveiste referentsandmete kogumise metoodika väljatöötamise osa siinse populatsiooni genoomaretusväärtuste hindamise alustamiseks. Selle juurde kuulus riikidevahelise ühise populatsiooni referentsväärtuste kirjeldamine ja analüüs.
Genotüpiseeritavate loomade koguarv
Teadusuuringud keskenduvad genotüpiseeritavate isas- ja emasloomade valiku strateegiatele aretusedu ja valiku täpsuse seisukohalt. Nende uuringute kohaselt piisab 20%-50% isakandidaatide genotüpiseerimisest saavutamaks vähemalt 80%-i maksimaalsest (kõigi isakandidaatide genotüpiseerimisel saadavast) genoomselektsiooni kasust. Emasloomade puhul tuleb genotüpiseerida minimaalselt 50% potentsiaalsetest aretusloomadest saavutamaks vähemalt 80%-list kasu. Kui eesmärgiks on geneetilise variatsiooni hindamine genotüpiseerimisandmete baasil, tuleb lähtuda pigem alleelisageduste hindamise täpsusest. Kui genotüpiseerida 2000 mullikat, kes moodustavad ligikaudu 10% mullikate koguarvust, siis peaks seeläbi saama piisavalt täpselt hinnata alleelisagedusi vahemikus 5-95%, mis on näiteks standardseks piiriks alleelide kaasamisel ülegenoomsetesse assotsiatsiooniuuringutesse.
Olulisemad järeldused saadud tulemustest on järgmised:
- Kuigi genoomhinnatud EHF pulle on vaid 39 (saadetud 40-st ühe looma proov ei osutunud analüüsitavaks) ja ilmselt need pullid ei moodusta päris juhuslikku valikut kõigist aastatel 2015-2019 sündinud EHF pullvasikatest, on kõigi genoom-aretusväärtuste ja -indeksite varieeruvus pullidel sama suur kui populatsioonist juhuslikult valitud lehmikutel. Ehk siis genoomhinnatud pullid ei moodusta ühegi aretustunnuse osas lehmikutest homogeensemat gruppi – ükskõik, mis tunnus vaatluse alla võtta, leidub selle osas (sarnaselt lehmikutele) nii paremaid kui ka halvemaid pulle.
- Enamus EHF pullide genoomaretusväärtustest on kõrgemad kui baaspopulatsioonis va välimikutunnuste osas, aga seal võivad rolli mängida välimikutunnuste pisut erinevad definitsioonid ja erinevad optimaalsed väärtused Eestis ja Saksamaal). See tähendab, et võrreldes Saksamaal aastatel 2014-2016 sündinud lehmadega on aastatel 2015-2019 sündinud EHF pullide geneetiline potentsiaal kõrgem nii toodangu, karjas püsimise, sigivuse, poegimise ja tervise osas.
- Võrreldes genoomhinnatud EHF lehmikutega on genoomhinnatud EHF pullide aretus-väärtused pisut madalamad – seda just piima- ja rasvatoodangu, karjaspüsivuse ja sigivuse ning tervisetunnuste osas. Ühelt poolt saab seda seletada erinevusega sünniaastates – genoomhinnatud lehmikud (sünniaastatega 2018-2020) on pisut nooremad kui genoomhinnatud pullid (sünniaastatega 2015-2019) – ja sellest tulenevas loomulikus geneetilises progressis. Samas ei saa näiteks erinevus tervisetunnuste genoomaretusväärtustes tuleneda vaid populatsioonisisese valiku mõjust – Eestis tervisetunnustele aretusväärtuseid ei hinnata ja seega ei ole võimalik ka teadlik valik. Pigem võib siin peegelduda välismaise aretusmaterjali (so importpullide), keda on eeldatavalt valitud ka tervisetunnuste suhtes, mõju
- Mitte ühegi tunnuse puhul ei leidu ühtegi tipp-pulli. Mis ei tähenda, et neid ei võiks olla, sest aretusväärtuste varieeruvus EHF pullidel ja lehmikutel on sama suurusjärku ja seega peaks ka erandlikke aretusväärtuseid leiduma samas proportsioonis. Aga genoomhinnatud 39 EHF pulli hulgas taolisi erindeid ei ole.
Lõpparuandele on lisatud ka vahearuanded eraldi failidena (Lisa 1, I etapp inventuur; Lisa 2, valimi koostamine; Lisa 3, Analüüs uue piimaveiste genoomselektsiooni konsortsiumi moodustamisest huvitatud riikide aretusorganisatsioonidest; Lisa4, EHF_lehmikute valim genotüpiseerimiseks; Lisa 5, EHF pullide genoomaretusväärtused )
Projekti tööd tehti Piimaklastri, Eesti Tõuloomakasvatajate Ühistu, Tervisetehnoloogiate Arenduskeskus AS ja Eesti Maaülikooli neljaaastase ühistööna