การพัฒนาชุดเครื่องหมายดีเอ็นเอสำหรับคัดเลือกลักษณะการให้ปริมาณน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบในโคนมทรอปิคอลโฮลสไตน์

บทคัดย่อ

ชุดเครื่องหมายดีเอ็นเอ เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการในการคัดเลือก และจัดลำดับสัตว์รายตัวตามความสามารถทางพันธุกรรมโดยใช้ข้อมูลความแตกต่างของลำดับนิวคลีโอไทด์ (Single nucleotide polymorphism, SNPs) ได้ตั้งแต่แรกเกิด แม้ว่าสัตว์ตัวนั้นยังไม่มีข้อมูลฟีโนไทป์ และข้อมูลพันธุ์ประวัติ เพื่อเพิ่มความแม่นยำ และย่นระยะเวลาการคัดเลือกสัตว์ โดยเฉพาะการคัดลือกลักษณะปริมาณน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบซึ่งเป็นลักษณะสำคัญที่สุดทางเศรษฐกิจในอุตสาหกรรมนม ดังนั้น วัตถุประสงค์ของการวิจัยครั้งนี้เพื่อ 1) ระบุยีนที่มีอิทธิพลต่อลักษณะปริมาณน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบของโคนมในประเทศไทย 2) การทำฐานข้อมูลพันธุกรรมโคนมทรอปิคอลโฮลสไตน์โดยวิธีการหาลำดับเบสของสารพันธุกรรมทั้งหมด (Whole genome resequencing, WGRS) และการทำนายกรดอะมิโน ของลักษณะปริมาณน้ำนมของโคนมในประเทศไทย เพื่อความแม่นยำในยีนที่ระบุได้สำหรับนำไปพัฒนาชุดเครื่องหมายดีเอ็นเอ (Candidate gene marker set) 3) เพื่อพัฒนาชุดเครื่องหมายดีเอ็นเอสำหรับลักษณะปริมาณน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบเพื่อใช้ในการคัดเลือกพ่อแม่พันธุ์โคนมในประเทศไทย และ 4) เพื่อพัฒนาโปรแกรมสำหรับการทำนายศักยภาพของปริมาณน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบจากข้อมูลของชุดเครื่องหมายดีเอ็นเอของโคนมในประเทศไทย ทำการศึกษาภายใต้สภาพการจัดการเลี้ยงดู และภูมิอากาศของประเทศไทย โดยใช้ข้อมูลรายตัวของ โคนมลูกผสมโฮลสไตน์ ฟรีเชียนไทย (ทรอปิคอลโฮลสไตน์) จากการให้นมครั้งแรกที่ได้รวบรวมไว้ในระบบฐานข้อมูลของสำนักเทคโนโลยีชีวภาพการผลิตปศุสัตว์ กรมปศุสัตว์ ข้อมูลฟีโนไทป์ที่ใช้เป็นข้อมูลปริมาณน้ำนม (Test-day milk yield, TD-MY) และปริมาณเซลล์โซมาติกในวันทดสอบ (Test-day somatic cell count, TD-SCC) โดย TD-SCC ถูกแปลงเป็นคะแนนเซลล์โซมาติกในวันทดสอบ (Test-day somatic cell score, TD-SCS) คลอดลูกในช่วงปี พ.ศ. 2539 ถึง 2564 จำนวน 170,666 (24,858 ตัว) และ 160,526 (23,201 ตัว) บันทึกตามลำดับ และข้อมูลพันธุ์ประวัติจะเป็นข้อมูลที่ย้อนกลับไป 3 ชั่วอายุ ข้อมูลจีโนไทป์ได้จากการตรวจหาข้อมูลความแตกต่างทางพันธุกรรมในระดับจีโนมด้วย Illumina BovineSNP50 BeadChip (Illumina Inc., San Diego, CA, USA) หลังจากผ่านการควบคุมคุณภาพของ SNPs แล้ว มีข้อมูล SNPs ที่เหลือเข้าวิเคราะห์ทั้งหมด 42,119 SNPs จากจำนวนสัตว์ทั้งหมดที่มีจีโนไทป์ 3,397 ตัว สำหรับลักษณะปริมาณผลผลิตน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบ ตามลำดับ ส่วนข้อมูลสำหรับใช้ในการทำฐานข้อมูลพันธุกรรมโคนมทรอปิคอลโฮลสไตน์โดยวิธี WGRS และการทำนายกรดอะมิโนของลักษณะการให้ปริมาณน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบของโคนมในประเทศไทย ตามวัตถุประสงค์ข้อ 2 ประกอบด้วยสัตว์กลุ่มที่มีค่า GEBVs สูงสุด และต่ำสุด (Extreme traits) อย่างละ 30 ตัว รวมจำนวนสัตว์ทั้งหมด 120 ตัว ที่มีข้อมูลทั้งฟีโนไทป์ และ จีโนไทป์ที่สมบูรณ์ รวมทั้งมีจำนวนและรูปร่างโครโมโซมที่ปกติ ประมาณค่าองค์ประกอบความแปรปรวน ประเมินค่าทางพันธุกรรมจีโนม (Genomic estimated breeding values, GEBVs) ลักษณะการให้ปริมาณน้ำนม และความต้านทานโรคเต้านมอักเสบ (SCS) โดยวิธีแบบขั้นตอนเดียว (Single step GBLUP, ssGBLUP) และโมเดลตัวสัตว์ในวันสอบการถดถอยแบบสุ่ม จากโปรแกรมในตระกูล BLUPF90 (RENUMF90, PREGSF90, AIREMLF90, BLUPF90) และศึกษาหาความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมระดับจีโนม (Genome-wide association study, GWAS) ในแต่ละลักษณะโดยวิธี WssGWAS (Weighted ssGWAS) ด้วยโปรแกรม POSTGSF90 เพื่อวิเคราะห์หาบริเวณบนจีโนมที่เกี่ยวข้องกับลักษณะที่ศึกษาในโคนมทรอปิคอลโฮลสไตน์ และใช้บริเวณเหล่านี้เพื่อระบุหายีน และกลไกของยีนที่มีอิทธิพลต่อลักษณะที่ศึกษาจากฐานข้อมูลเครือข่าย พร้อมทั้งมีการระบุหายีนจากการทบทวนวรรณกรรมอย่างเป็นระบบ (Systematic Reviews, SR) และใช้ค่า Fixation index (F_ST) ซึ่งเป็นค่าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความถี่อัลลัลในกลุ่มประชากรมีความแตกต่างทางพันธุกรรม หลังจากนั้นได้นำยีนที่ได้จากวิธีการดังกล่าวข้างต้นไปเปรียบเทียบกับยีนที่ได้จากการทำฐานข้อมูลพันธุกรรมโคนมทรอปิคอลโฮลสไตน์โดยวิธี WGRS) และการทำนายกรดอะมิโน ยีนที่ปรากฏในฐานข้อมูลอื่นอย่างน้อย 2 ฐานข้อมูล โดยมีหนึ่งในฐานข้อมูลเป็นฐานข้อมูลการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนใน WGRS จะถูกนำไปวิเคราะห์หาอิทธิพลของ SNPs ด้วยวิธีการถดถอยแบบ Bayesian ทดสอบและคัดเลือกความเหมาะสมของชุด SNPs และ Functional analysis ในที่สุดยีนที่ระบุได้จะนำไปใช้เพื่อพัฒนาชุดเครื่องหมายดีเอ็นเอสำหรับลักษณะการให้ปริมาณน้ำนมต่อไป เมื่อทำการเปรียบเทียบแหล่งข้อมูลของยีนที่ระบุได้จาก SR, GWAS และ F_ST กับ WGRS พบว่ามียีนที่ปรากฏอย่างน้อยในทั้งสามฐานข้อมูล คือ SR, GWAS และ WGRS จำนวนทั้งหมด 14 ยีนที่เคยรายงานว่ามีความเกี่ยวข้องกับลักษณะปริมาณน้ำนม ได้แก่ ALG14, ARHGEF17, BCAN, BCAR3, DNAJB13, ECI2, EXOC2, FCHSD2, MRPL48, PRPF4B, PTPDC1, PXDC1, SLC22A1 และ ULK4 ในขณะที่ยีนอีก 109 ยีนที่ปรากฏใน GWAS และมีการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนทั้งหมดเป็นยีนใหม่ อย่างไรก็ตามเมื่อนำยีนที่ได้ข้างต้นไปรวมกับยีนที่มีเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโน และพบใน SR แต่ไม่พบใน GWAS อีกจำนวน 1441 ยีน ไปวิเคราะห์หาอิทธิพลของ SNPs และทดสอบความเหมาะสมของชุดเครื่องหมาย SNPs รวมยีนที่เข้าวิเคราะห์ จำนวน 1,564 (1441+14+109) ยีน หลังจากที่ผ่านการทดสอบแล้ว มียีนเป้าหมายที่ได้รับการคัดเลือกสามารถนำไปพัฒนาชุดเครื่องหมายดีเอ็นเอสำหรับใช้คัดเลือกลักษณะปริมาณน้ำนมในโคนมจำนวน 2 ชุด ได้แก่ 1) ชุดพัฒนาเป็นเป็นเครื่องหมายที่ช่วยในการคัดเลือก (Marker assisted selection, MAS) จำนวน 26 ยีน ได้แก่ PTX3, TF, NES, BCAN, CYP4A11, LAMB1, CNOT4, RHNO1, ODAM, HTT, PCSK1, FREM1, MPDZ, FBP2, MCFD2, CFAP61, PFKP, SIRPA, ZNF16, EVL, CCR8, IL17RC, PLXNA1, BOLA, CPPED1 และ ASPHD1 เป็นต้น และ 2) ชุดพัฒนาเป็น Bead chip ความหนาแน่นต่ำ (Low density bead chip) จำนวน 347 ยีน ยีนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับหมวดหมู่ Gene ontology (GO): การเจริญและการทำงานของเต้านม กระบวนการเมตาโบลิซึมและการจัดการพลังงานภายในเซลล์ การสื่อสารระหว่างเซลล์และการแสดงออกของยีน ระบบภูมิคุ้มกันและกระบวนการอักเสบ และการปรับตัวภายใต้สิ่งแวดล้อมร้อนชื้น ยีนที่มีความสำคัญที่พบในการวิจัยนี้ ช่วยให้ความเข้าใจกลไกระดับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการให้ปริมาณน้ำนมในโคนมทรอปิคอลโฮลสไตน์ดีขึ้น และมีความผันแปรที่ส่งผลให้โครงสร้างของลำดับกรดอะมิโนเปลี่ยนแปลงในประชากร ทำให้มีความเหมาะสมในการนำมาใช้การคัดเลือกโคนมในประเทศไทยได้อย่างเจาะจง

คำสำคัญ