От отдельных генов — до локусов
В Башкирии прошел форум «Прогресс генетики и современные технологии в свиноводстве». Его организатором стала Башкирская мясная компания — один из признанных лидеров в РФ по производству свинины. Специалисты профильных предприятий страны собрались для того, чтобы обсудить новые подходы в геномной селекции свиней и лучшие практики технологического и селекционного сопровождения работы с датской генетикой.
Отечественное свиноводство — одна из наиболее активно развивающихся отраслей животноводства. В первом полугодии 2024 года производство свинины в России возросло на 5,3 % по сравнению с аналогичным периодом 2023 года и составило более 3 млн тонн. Такие данные привел генеральный директор Национального союза свиноводов Юрий Ковалев в ходе форума в Башкирии. Эксперты Союза прогнозируют, что к 2030 году выпуск свинины увеличится до 7,1 млн тонн. «В настоящее время одна из главных тенденций развития свиноводства — увеличение выхода мяса в живой массе на одну свиноматку в год при одновременном снижении конверсии корма до минимальных значений», — сказал Ковалев.
Своим опытом в свиноводстве с коллегами поделился организатор форума — Башкирская мясная компания. «Сегодня на своих площадках мы производим 4,5 тонны на свиноматку в год при конверсии корма на откорме 2,66–2,68 кг. Целевые значения этих показателей — 5 тонн на одну свиноматку в год при конверсии корма на откорме 2,5 кг, — сказал руководитель научно-сследовательского отдела селекции животных, доктор сельскохозяйственных наук Андрей Рудь. — При снижении конверсии корма с 2,7 до 2,5 кг экономический эффект в целом по компании составит почти 328 млн руб. в год».
Стремительное развитие молекулярно-генетических методов в течение последних десятилетий открывает совершенно новые возможности для ускорения деятельности по селекции животных, считают ученые Всероссийского научно-исследовательского института животноводства им. академика Л. К. Эрнста. В своей работе, посвященной новой стратегии генетического совершенствования свиней, они говорят о том, что путь, пройденный исследователями от определения отдельных генов, контролирующих единичные физиологические процессы, до локусов количественных признаков (QTL) — регионов в геноме, ответственных за наследование признаков и однонуклеотидных замен (SNP) или точечных мутаций, маркирующих комплекс продуктивных качеств животных, является основой для совершенно нового пути развития отрасли.
«Большинство признаков животных, которые являются хозяйственно полезными, определяются действием большого числа QTL, — говорит Наталья Зиновьева, академик РАН. — Первым подобным маркером, внедренным в мировые программы селекции, стал эстрогеновый рецептор. Но он контролирует всего 12 % изменений в генетике по показателю многоплодности. Более 20 лет назад ученые начали внедрять в селекцию геномные методы. Впервые их официально признали в США в 2009 году. Данные о геноме увеличивают точность прогноза племенной ценности молодых животных на 15–20 %. А это — залог их более раннего использования».
С 90-х годов прошлого века, говорят эксперты, генетики стали использовать ДНК-технологии, которые начались с создания так называемой референтной популяции, то есть группы животных, которые с подавляющей долей вероятности имели племенную ценность по селекционным признакам. Их генотипировали с помощью чипов и после проведенных исследований определили степень влияния каждого SNP на то, как меняются признаки. Затем был проведен отбор молодняка с доказанным высоким потенциалом продуктивности.
«Геномная селекция — это новая технология, с помощью которой повышается достоверность оценки племенной ценности животных в раннем возрасте, — говорит доктор биологических наук Ольга Костюнина. — Ее использование позволяет нам принимать объективные и взвешенные селекционные решения. Единственный ее минус в свиноводстве — высокая стоимость генотипирования».
Сегодня ученые предлагают несколько более дешевых способов для исследований, таких как предварительный отбор животных для генотипирования, учет фенотипических данных только у части отобранных кандидатов, использование ДНК-панелей низкой плотности (LD) с последующей заменой отсутствующих SNP из HD-панели. Еще одним подходом, направленным на повышение точности LD-панелей, может стать включение в них SNP, локализованных в «главных» генах.
«Таких генов у свиней выявлено более 10, — говорит Наталья Зиновьева. — Например ESR, ассоциированный с показателем многоплодия, IGF2, который влияет на энергию роста, мясные качества и еще несколько показателей. Включение в LD-панель нескольких десятков дополнительных маркеров почти не повлияет на стоимость генотипирования, но увеличит точность получаемых EBV и снизит затраты хозяйств, занимающихся маркерной селекцией на основе «главных» генов».
Еще одна проблема, связанная с широким использованием геномной селекции в свиноводстве, заключается в том, что оценка и отбор ремонтных свиней идет в чистопородной популяции, а эффект отбора должен реализовываться среди товарных животных. Эксперты утверждают, что для ее решения можно использовать фенотипические данные товарного поголовья для расчета EBV на чистопородных прародителях. Но это, опять же, дополнительные затраты. В качестве альтернативного метода исследователи предлагают создать смешанную референтную популяцию из чистопородных и товарных свиней без учета родословной. Это даст возможность прогнозировать их племенную ценность как для чистопородного разведения, так и для скрещивания, и увеличит генетический прогресс в селекции до 50 %.
Сегодня в России официальная оценка свиней по откормочным и мясным качествам потомства и показателям воспроизводства идет на основе сбора и анализа фенотипических данных, отмечают эксперты. В это же время селекционно-генетические центры и племенные заводы оценивают племенные качества свиней на основе наилучшего линейного несмещенного прогноза с учетом показателей всех предков в родословной (BLUP-AM). Это дает возможность получить более точные значения генетической племенной ценности по хозяйственно полезным признакам.
ВИЖ им. Л. К. Эрнста, Сколковский институт науки и технологий и ООО «Селекционно-гибридный центр» Воронежской области впервые в России предложили внедрить геномную оценку в систему селекционной работы с племенными ресурсами отечественного воспроизводства.
Цель развития такого подхода, отмечают эксперты, — получить племенной материал свиней, который будет конкурентоспособен даже на мировом рынке. В настоящее время уже произведено генотипирование более 1 тыс. свиней пород Крупная белая, Ландрас и Дюрок по более чем 60 тыс. SNP с использованием ДНК-чипа GGP-Porcine HD, а также по шести ДНК-маркерам, ассоциированным с такими признаками, как многоплодие, мясные и откормочные качества, устойчивость к стрессам и диарее. «Этот метод, — говорят ученые-генетики, — станет основой для снижения импортозависимости страны от маточного племенного материала и повысит экспортные возможности нашего племенного свиноводства».
Ученые Передовой инженерной школы (ПИШ) «Агробиотек» Томского государственного университета совместно с Курчатовским институтом разработали расчетную систему, которая анализирует племенную ценность свиней. В ее основе лежит совокупность внешних и внутренних признаков. Знаменский селекционно-генетический центр, который является промышленным партнером проекта, уже предоставил исследователям первые данные для разработки программного обеспечения. После того как в систему добавят генетические данные, появится возможность выводить свиней с повышенными экономическими признаками и избегать при этом близкородственного скрещивания.
«Используя самые современные методы селекции, мы создаем многофункциональную систему для определения генетического потенциала животных. Это позволяет принимать точные и эффективные решения в самые короткие сроки, — говорит Елизавета Мишина, научный сотрудник ПИШ «Агробиотек» ТГУ. — Классическая селекция оценивает сельхозживотных по собственной продуктивности и по продуктивности потомства, зачастую не учитывая множество таких факторов, как условия содержания и породные отличия, различия между разными генетическими группами. Мы нацелены оптимизировать этот процесс для того, чтобы определять собственный генетический потенциал животного независимо от факторов внешней среды».
Еще одна задача ученых-генетиков — составить селекционную модель, отвечающую экономическому запросу конкретного предприятия, поскольку особенности локального рынка, на котором будет продаваться мясо, в одних странах требуют производства богатой жиром части свиной тушки, в других — постной свиной шейки. Иными словами, успех продаж напрямую зависит от признаков животных, определяемых генетически.
«Мы анализируем множество данных и рассчитываем племенную ценность животного по каждому исследуемому признаку, — говорит Елизавета Мишина. — После этого составляем индекс племенной ценности, ориентируясь на экономически важные параметры, и определяем долю этих признаков в общей оценке, исходя из задач повышения маржинальности сельхозпроизводства. Следующий этап — автоматизация и интеграция с программным обеспечением свиноводческих предприятий. Геномная селекция должна легко включаться в процесс управления хозяйством с тем, чтобы мы могли давать необходимые рекомендации».
В начале сентября 2024 года центр геномной селекции из Подмосковья стал первой* в РФ лабораторией, которая получила аккредитацию по SNP-генотипированию. ООО «Мираторг-Генетика» — единственное* в России научное учреждение, имеющее подобный допуск, изучающее генетический код сельскохозяйственных животных и их особенности и отбирающее наиболее продуктивных для разведения. «В Московской области наука развивается активно и результативно, — отметил министр сельского хозяйства и продовольствия Московской области Сергей Двойных. — Исследования на SNP-генотипирование, которые проводит ООО «Мираторг-Генетика», дает возможность отобрать животных по признакам здоровья, плодовитости, устойчивости к заболеваниям и скорости набора мышечной массы, потребительским качествам продукции. Все это — залог повышения конкурентоспособности и продуктивности отечественного животноводства».
Центр геномной селекции ООО «Мираторг-Генетика» проводит около 400 тыс. исследований ДНК в год и входит в топ-10 мировых генетических ветеринарных лабораторий по производительности, отмечает Минсельхоз Московской области. Объем инвестиций в проект составил 200 млн руб. Заказчиками выступают отечественные сельхозтоваропроизводители, кроме этого, компания сотрудничает с коллегами из Беларуси и Казахстана.
Эксперты АНО «Цифровая экономика» говорят о том, что применение искусственного интеллекта в животноводстве может увеличить объемы производства на 3 %. Данного показателя предприятия могут достичь за счет внедрения в производство систем дистанционного наблюдения и возможности быстро реагировать на неординарные ситуации. Сегодня ИИ отлично справляется с мониторингом веса животных, их поведения и определения первых симптомов заболеваний.
Что же касается свиноводства, то ИИ умеет распознавать случаи придавливания свиноматками своих поросят, что происходит довольно часто, и отправлять уведомления о происшествии человеку. Как свидетельствует статистика, в результате смертность поросят сокращается в два раза.
Применение цифровых технологий в свиноводстве сегодня переоценить трудно. Именно поэтому и текущую ситуацию, и задачи на перспективу производственники обсуждали и на башкирском форуме. От того, как будут развиваться и применяться цифровые технологии в работе селекционеров и в товарном животноводстве, зависит очень многое. «Каждый год на производстве все больше и больше монотонных процессов становятся автоматическими. Человеку все активнее помогает искусственный интеллект, — обратился к коллегам директор по производству Башкирской мясной компании Андрей Василевский. — На нашем предприятии автоматизированные системы управления не только участвуют в осуществлении контроля за состоянием поголовья, что снижает потери стада, но и в какой-то мере решают проблему с нехваткой кадров. Один из роботов на основе собранных им данных оценивает состояние поголовья, другой — определяет выдачу корма индивидуально для каждой свиноматки в зависимости от ее здоровья, третий — оповещает персонал, если животному нужна помощь».
«Машинное зрение и другие роботизированные технологии позволяют минимизировать человеческий фактор, что важно как с точки зрения снижения стресса для животных, так и с точки зрения наблюдаемой сегодня нехватки кадров», — поддержал своего коллегу гендиректор Национального союза свиноводов Юрий Ковалев.
Будущее животноводства и свиноводства в частности, отмечают эксперты, — за новыми технологиями и предприятиями, которые будут внедрять их на системной основе.
Татьяна Симагина
* Это решение было принято Федеральной службой по аккредитации, и соответствующий приказ №Аа-346 подписан 21 августа 2024 года.