Živočíšne genetické zdroje ich význam a metódy konzervovania. Rozdelenie a charakteristika rizikových populácií zvierat.

Živočíšne genetické zdroje

Živočíšne genetické zdroje zahŕňajú všetky druhy, plemená a línie ekonomického, vedeckého a kultúrneho významu z hľadiska súčasných i budúcich potrieb ľudskej spoločnosti a poľnohospodárstva.

Sú to všetky druhy, plemená, línie. Sú to geneticky jedinečné populácie podľa významu, podľa histórie vzniku, na základe analýzy rodokmeňov, podľa vlastností alebo markerov, spolu s ich priamymi divými predkami, vytvorené všetky domestikačnými procesmi v rámci každého živočíšneho druhu využívaného na produkciu potravy a pre účely poľnohospodárstva.

Genetické zdroje hospodárskych zvierat na Slovensku využívajú v rôznom rozsahu a s rozdielnymi cieľmi. Výkonné plemená sa v čistokrvnej forme a tiež hybridizáciou využívajú na plnenie cieľov rentabilnej a konkurencieschopnej produkcie.

Živočíšne genetické zdroje sú geneticky jedinečné populácie spolu s ich priamymi, divými predkami, vytvorené všetkými domestikačnými procesmi v rámci každého živočíšneho druhu, využívaného na produkciu potravy a pre účely poľnohospodárstva.

Význam živočíšnych genetických ztrojov

Živočíšne genetické zdroje majú význam ekonomický, vedecký a kultúrny. Ekonomický význam súvisí s tým, že živočíšna výroba je dôležitou súčasťou ekonomiky na miestnej, národnej, medzinárodne úrovni a konzervovaná genetická variabilita je zdrojom rýchlej, ekonomicky významnej zmeny na trhu. Ich ekonomický význam súvisí aj s genetickými vzdialenosťami pôvodných rodičovských plemien. Čím sú vzdialenosti väčšie, tým sa prejaví väčší heterózny efekt a s ním súvisiaca zvýšená produkcia a jej ekonomická hodnota.

Ekonomický význam:

-          Živočíšna výroba je súčasťou ekonomiky na miestnej, národnej a medzinárodnej úrovni

-          Konzervovaná genetická variabilita je zdrojom rýchlej a ekonomicky zmeny na trhu.

Vedecký význam živočíšnych genetických zdrojov vychádza z toho, že konzervované populácie sa stávajú kontrolnými a slúžia na monitorovanie a identifikovanie zmien v genetickej štruktúre pokusných populácií. Pokusné zvieratá sa využívajú v experimentoch ako je napríklad výskum rezistencie chorôb.

Vedecký význam:

-          Konzervované populácie sú kontrolné

-          Slúžia na monitorovanie a identifikovanie zmien v genetickej štruktúre pokusných populácií

-          Pokusné zvieratá, výskum rezistentných chorôb – v experimentoch

Živočíšne genetické zdroje majú svoj kultúrny význam pretože chov niektorých plemien je spojený s kultúrnym a sociálnym rozvojom národov.

Kultúrny význam:

Chov plemien je spojený s kultúrnym a sociálnym rozvojom národov

Konzervovanie živočíšnych genetických zdrojov

Konzervovaním sa rozumie riadenie ľudského využívania biosféry spôsobom, ktorý vedie k systematickému zisku súčasných generácií. Programy zachovania živočíšnych genetických zdrojov sú zamerané na konzervovanie génov alebo plemien, resp. populácií. Zdrojmi genetickej informácie môžu byť napríklad nukleoidy, chromozómy, samčie pohlavné bunky, prvojadrá, embryá, bunky a dospelé zvieratá.

Konzervovanie riadením je systém, pomocou ktorého je vzorka alebo celé populácia zvierat vystavená plánovanej genetickej zmene s cieľom udržania, využitia, obnovenia a zvýšenia kvality a kvantity živočíšneho zdroja a jeho produktov (potravín, vlákien, ťažnej sily). Konzervovaním sa myslí pozitívna činnosť človeka, ktorej predmetom je ochrana zvierat, ich udržanie, systematické využívanie a jeho významnou súčasťou je obnova a rozširovanie prírodného prostredia zvierat.

Predmetom ochrany je vzorka populácie genetického živočíšneho zdroja určená k izolovanému procesu udržiavania v prostredí bez takej činnosti človeka, ktorá by spôsobila genetickú zmenu. Ochrana sa uskutočňuje metódami  in situ  a ex situ.

Metódy konzervovania populácií

Metódy konzervovania rizikových populácií sa rozdeľujú do dvoch skupín- podľa toho či sa ich konzervovanie uskutočňuje v pôvodnom, alebo umelom prostredí.

metódy  in situ konzervovania sú zamerané na udržiavanie živých populácií zvierat v pôvodnom prostredí. V zmysle domácich druhov zvierat s tým myslí primárne aktívna plemenitby zvierat pre produkciu potravín a využitie v poľnohospodárstve tak, aby variabilita bola využívaná v zmysle krátkodobých a najlepšie udržateľná pre dlhodobé ciele. Do činnosti v rámci  in situ konzervovania s zahŕňa systémy získavania informácií (identifikácia zvierat, kontrola úžitkovosti) o zvieratách a tvorba rozvojových programov. Významnou činnosťou v rámci  in situ konzervovania e riadenie ekosystému a jeho  využívanie pre produkciu potravín. In situ konzervovanie divých zvierat sa často nazývaná  in situ  ochraňovanie. Znamená to udržanie živých populácií zvierat v prostredí, na ktoré sú adaptované alebo čo najbližšie k podmienkam ich pôvodného prostredia…

výhodou  in situ metód je, že umožňujú chovateľské využitie jedincov plemien ich produkcie, zvieratá sa môžu experimentálne hodnotiť a porovnávať, sú predmetom výskumu a monitorovania populácie. Významnou skutočnosťou je, že žijúce zvieratá sa prispôsobujú meniacim sa podmienkam produkčného prostredia. Toto je vylúčené pri konzervovaní genetického materiálu metódami  in situ. Na druhej strane chovom živých zvierat sa viažu pracovné sily. Pohyb zvierat na národnej a medzinárodnej úrovni sa viaže na splnenie zdravotných požiadaviek, ich preprava je ekonomicky nákladná. Pri  in situ konzervovaní plemien sa využívajú šľachtiteľské metódy popísané v kapitolách 8 a9.

tvorba vzorky populácie na konzervovanie

Veľkosť  vzorky

 Skôr ako sa vyberie vzorka zvierat, potrebné je stanoviť ciele programu jej konzervovania. Vo všeobecnosti platí, že čím väčšia je vzorka alebo zakladajúca skupina bude vytvorená, tým väčšia časť genetickej variability bude zahrnutá do programu konzervovania. Ak vzorka na konzervovania populácie má tvoriť plemenné jadro, potom jej veľkosť môže, ale musí byť uzavretá. Za vzorku plemena sa považuje aj celá málopočetná populácia.

Vzorka plemena sa tvorí náhodnou, stratifikačnou metódou a na základe analýzy rodokmeňov. Pri použití náhodnej metódy má každé zviera rovnakú pravdepodobnosť byť zaradené do vzorky. Výber sa nerobí hodnotením vlastností zvierat, ale sa robí v celej oblasti výskytu plemena.

Pri stratifikačnej metóde sa populácia rozdelí do skupín podobných zvierat a z každej skupiny sa náhodne vyberú jedince tvoriace vzorku plemena.

Najpresnejší výber vzorky jedincov plemena sa robí analýzou rodokmeňov. Zvieratá sa vyberajú podľa rodokmeňov a je snahou, aby vzorku tvorili tie zvieratá, ktoré nie sú príbuzné alebo majú v rodokmeni čo najviac pôvodných zvierat- zakladateľov plemena.

Metódy konzervovania:

IN SITU

Udržiavanie živých populácií zvierat v pôvodnom prostredí, na ktoré sú adaptované alebo v prostredí ktoré je podobné pôvodnému

Výhody: chovateľské využitie jedincov a ich produkcie, experimentálne porovnávanie jedincov (výskum), daptácia na meniace sa chovateľské prostredie, ochorenie, selekcia jedincov a ich zlepšenie, monitorovanie populácie

Nevýhody: populácie viažu na seba pracovné sily a pôdu, pohyb jedincov na splnenie medzinárodných zdravotných predpisov, samotná preprava je ekonomicky nákladná.

Metódy  ex situ  konzervovania. I ex situ  je skupina metód konzervovania zvierat mimo miesto ich pôvodného výskytu, t.j.  v situácii, keď boli odstránené z chovu v pôvodnom prostredí a boli umiestnené v umelom prostredí.

 Medzi  ex situ  metódy patrí:

Konzervovanie embryí, samčích a samičích pohlavných buniek uskladnených v tekutom dusíku,

Ochrana DNA segmentov,

Chov divých zvierat v zooparkoch, zoologických záhradách alebo na iných miestach vzdialených ich pôvodnému prostrediu.

Kryokonzervovanie. Návod na tvorbu národných programov konzervovania hospodárskych zvierat vypracovali FAO UN (1998), Hiemstra et al. (2003). Hlavným cieľom konzervovania genetického materiálu zmrazovaním je zabezpečiť dlhodobú ochranu plemena. Zmrazený genetický materiál môže byť použitý na podporu žijúcich populácií ( pri strate alelickej diverzity, inbridingu, genetickom drifte, výskyte letálnych kombinácií génov), na rekonštrukciu plemena v prípade jeho ohrozenia alebo straty väčšieho počtu zvierat. Využíva sa na tvorbu nových línií alebo plemien v prípade existujúceho rizika ich vyhynutia, ale aj na podporu rýchlej modifikácie, reorientácie a evolúcie populácie

Špecifické ciele a priority konzervovania sú rozdielne podľa stavu ohrozenia plemena, národnej stratégie, vhodnosti genetického materiálu a dispozícii finančných prostriedkov. Napriek tomu, že priority sú odlišné podľa krajín, je ich možné zovšeobecniť:

Kryokonzervovanie sa odporúča prednostne organizovať pre čistokrvné plemená, pretože genetický materiál čistokrvných zvierat je vzácnejší ako od hybridných jedincov.

Minimalizovať riziko driftu génov v malých populáciách. Ak je populácia zvierat menšia ako 50-100 zvierat, je potrebné regulovať pomer pohlavia tak, aby efektívna veľkosť populácie bola minimálne 50 zvierat.

Udržiavať genetickú variabilitu. Ochrana genetickej diverzity by mala byť maximalizovaná nezávisle od cieľov selekcie.

Minimalizovať náklady na uchovanie genetického materiálu a maximalizovať náklady na jeho potenciálne použitie. Je potrebné hodnotiť náklady na uskladnenie napríklad spermy, embryí, oocytov, DNA segmentov, somatických buniek, pretože sú rozdielne podľa druhov zvierat a typu genetického materiálu. Ak sú zdroje obmedzené, odporúča sa robiť zmrazovanie spermy, ktoré je najjednoduchšie, najrýchlejšie a finančne najvýhodnejšie.

Výber genetického materiálu v rámci plemena

Typ genetického materiálu, ktorý by mal byť konzervovaný je funkciou cieľov konzervovania, rozpočtu a výskytu špecifických, trvalých obmedzení, ktoré sú odlišné v rôznych časových obdobiach a situáciách. Okrem toho dosiahnuteľnosť, náklady, úspešnosť kryokonzervovania a reprodukčnej techniky sa časom menia v závislosti od druhu. Využíva sa materiál umožňujúci revitalizáciu plemena. Spermu získanú spätným krížením jedincov možno použiť na rekonštrukciu plemena. Na uchovanie 95% génov plemena sa požaduje 5 generácií jedincov z prevodného kríženia. Konzervovať sa má také množstvo genetického materiálu, ktoré zabezpečí ochranu druhu alebo plemena pred rizikom straty.

Genetická variabilita závisí od výberu reprezentatívnej vzorky pre  ex situ  konzervovanie. Pri výbere sa vychádza  z podobných postupov ako pri metódach in situ. Závisí tiež od špecifických genotypov alebo alel- jedince môžu byť selektované na základe genetických markerov, odhadnutých plemenných hodnôt alebo fenotypových a rodokmeňových informácií.

V špecifických prípadoch sa môže požadovať zvyšovanie genetickej variability. Ak sú k dispozícii rodokmene jedincov- donorov, potom zvieratá, ktoré zmenšujú genetickú variabilitu by mali byť vyradené. Podrobnejšiu charakteristiku zakladajúcej generácie je možné urobiť analýzou jedincov, ktoré ju tvoria.

Počet donorov

Počet donorov genetického materiálu ovplyvňuje genetickú variabilitu. Jej úroveň sa odhadne podľa heterozygotnosti ako parametra genetickej variability v konzervovanom genetickom materiáli. Heterozygotnosť sa odhadne podľa vzťahu:

1-(1/2N)

N- počet zvierat – donorov

Odporúča sa použiť minimálne 25 donorov, potom percento heterozygotnosti konzervovaného materiálu je 98%.

Pravdepodobnosť konzervovanej špecifickej alely je funkciou jej frekvencie (p) a počtu donorov, potom 1 – (1 –p)^2N.

Množstvo konzervovaného genetického materiálu

Pri konzervovaní genetického materiálu sa zohľadňujú ciele jeho použitia. Pri revitalizácii plemena sa berie do úvahy čas jeho konzervovania. Ak je plemeno ohrozené, predpokladá sa, že genetická variabilita bude zmenšená. Dlhodobé uskladnenie genetického zvyšuje jeho hodnotu.

Pri výpočte množstva genetického materiálu na revitalizáciu plemena sa berie do úvahy počet donorov a veľkosť populácie po revitalizácii, ktorá súvisí s možnosťou jej vývoja a minimalizáciou straty alebo zmenšenia genetickej premenlivosti.

Okrem žijúcich jedincov sa pre revitalizáciu plemena využíva častejšie sperma, aperma a embryá, sperma a oocyty a somatické bunky.

Inseminačné dávky plemenníkov sa môžu použiť na rekonštrukciu plemena produkciou spätných krížencov. Ich počet závisí od :

Inseminačného indexu,

Počtu chovných plemenníc, ktoré sa získajú z inseminačnej dávky, pričom tento ukazovateľ závisí od % plodnosti, prežiteľnosti od oplodnenia po pôrod, počtu živonarodených jedincov od narodenia po chovateľskú dospelosť,

Podielu genómu konzervovaného plemena, ktorý s vytvára (závisí od počtu generácií prevodného kríženia. Odhadne sa nasledujúco: 1-0,5ⁿ , kde n je počet generácií prevodného kríženia),

Počtu plemenníc (minimálne 25 ks).

Počet embryí, ktoré by mohli byť uchované závisí od ich prežiteľnosti po zmrazení/rozmrazení, po ich prenose, pri narodení jedincov a chovateľskej dospelosti.

EX SITU:

-          Konzervovanie embryí samčích a samičích pohlavných buniek, DNA sgmentov v umelom prostredí

-          Chov zvierat v zoo

Význam konzervovania spočíva v ochrane zvierat, udržaní zvierat, ich systematickom využívaní a v obnove a rozširovaní prírodného prostredia.

 In situ a ex situ  konzervovanie sa navzájom nevylučuje, ale naopak, obidve metódy sa môžu podľa možností vhodne kombinovať, čo má značné prednosti. Sú dôležitým nástrojom konzervovania genetickej variability, zabraňujú nenávratnej strate plemien a podporujú šľachtenie malých populácií.

Rozdelenie a charakteristika rizikových populácií

je veľa organizácií, ktoré sa snažia a vo svojej práci majú vytvorené systémy hodnotenia a kategorizácie plemien na posúdenie stupňa ich ohrozenia. Ich rizikom sa v tomto prípade rozumie strata populácie. Veľmi často sú populácie triedené podľa počtu jedincov (Bodó, 1992) alebo podľa typických znakov plemena. Adaptácie na miestne prostredie a počet jedincov (Alderson, 2003). . podľa počtu jedincov sa plemená ďalej triedia do 4-5 podskupín. Bodó (1992) na základe odporúčaného minimálneho počtu zvierat navrhol rozdelenie ohrozených populácií do 5 skupín. V charakteristikách skupín plemien boli využité ďalšie poznatky. Klasifikácia plemien sa ďalej upresňuje. Rizikové populácie sa rozdeľujú spravidla do nasledujúcich skupín:

·          vymreté

·          kritické

·          ohrozené

·          zraniteľné

·          neisté

rizikové populácie: sú predmetom pôsobenia určitej sily zmeny ovplyvňujúcej pravdepodobnosť ďalšej existencie. Sú predmetom udržania dostatočnej početnosti. Na rizikové populácie vplýva:

-          skutočný, efektívny počet jedincov

-          intenzita zmenšovania veľkosti populácie

-          príbuznosť jedincov v rámci populácie

-          geografický výskyt a intenzita jeho zmenšovania

-          rýchle zmeny podmienok prostredia, počasia, parazity.

Kategórie rizikových populácií:

Vymreté: nie je možné ich obnoviť

Kritické: majú menej ako 100 plemenníc a 5ť plemenníkov, riziko straty populácie je veľké, genetická variabilita je menšia ako bola v populácií predka

vymreté populácie

za vymreté sa považujú tie plemená, ktoré už nie je možné obnoviť, nevyskytuje sa žiadna čistokrvná plemennica, plemenník, embryá alebo iný revitalizovateľný genetický zdroj. V roku 1988 vytvoril Mason databanku 208 vymretých plemien.

Kritické populácie

Kritické plemená sú tie, ktoré majú menej ako 100 plemenníc (minimálne 80% z nich je čistokrvných) a najviac 5 plemenníkov. Sú extrémnym príkladom rizika straty populácie. Genetická variabilita kritických plemien je menšia ako bola v populácii divého predka. Pri práci s kritickými plemenami je mimoriadne dôležité využiť všetky možnosti pre zväčšenie jej početnosti.

Ohrozené populácie

Ohrozené populácie sú v riziku vymretia. Riziko súvisí s tým, že efektívna veľkosť ohrozenej populácie je veľmi malá. Jej zmenšenie alebo strata môže súvisieť napríklad s pôsobením inbridingu, čo sa prejaví znížením životaschopnosti plemena. Populácia má 100-1000 plemenníc a 5-20 plemenníkov. Predpokladá sa, že 80% jedincov je čistokrvných, čo platí aj pre ďalšie dve populácie.

Zraniteľné populácie

Zraniteľné plemená sú tie, v ktorých prebiehajú niektoré nežiaduce zmeny ohrozujúce jedincov. Populáciu tvorí 1000-5000 plemenníc a 5-20 plemenníkov. Ak je v populácii minimálny počet jedincov z uvedeného rozpätia predpokladá sa, že sú takmer 100% čistokrvné.

Neisté, alebo vzácne populácie

Pri vzácnych plemenách sa rýchlo znižuje početnosť jedincov. Populáciu tvorí 5000-10000 plemenníc a 5-20 plemenníkov.

V literatúre sa niekedy uvádza skupina neznámych plemien. Sú to plemená, ktoré neboli zatiaľ popísané.