التكنولوجيا الحيوية

الطرق الاحصائية وطريقة لادماج البيانات الوراثية داخل قيم الصفة الوراثية :

تعتمد دقة قيم التربية الجزيئية علي حجم العشيرة الفعال ،العلاقة الوراثية بين العشيرة المستهدفة والعشيرة المتسلسلة ،كثافة المرقم ،طريقة التحليل الاحصائي ،الوراثة ،البناء الوراثي للصفة المتوقع وللتنبؤ بقيمة التربية الجزيئية للحيوانات التي لها انماط وراثية وليس مظهرية يراعي جمع تأثير قطاعات الكروموسوم التي تحمل المرقمات وذلك عبر المادة الوراثية genomeوعند تقييم تأثيرات الأليلات لجميع المرقمات في مجموعات بيانات الاحجام المحددة لا يتواجد درجات حرية كافية ليتلاءم جميع تأثيرات المرقم باستمرار باستخدام اج ارءات النموذج الخطي ولقد اقترحت عدة طرق احصائية للتغلب علي pالكبيرة ،مشكلة nالصغيرة علي سبيل المثال :تقييم مجموعة كبيرة من المقاييس ) (pمن عدد محدود من نقاط البيانات ) (nفي تطوير نماذج التوقع من أجل الانتخاب الوراثي وهذه الحسابات تحتاج لافتراض ما لفهم التوزيع الفعلي لتاثيرات المرقم.

واقترحت طرق عديدة لتقييم المرقم او تأثيرات haplotypeعبر قطاعات الكروموسوم من أجل الانتخاب الوراثي والاختلاف الرئيسي بين هذه الطرق هو افتراض انها تعمل حول توزيع تأثيرات الاشكال المتعددة للنيكليوتيد الواحد SNPsمما ينعكس علي تأثيرات توزيع موضع الصفة الكمية QTLوالارتباط غير المتزن بين الاشكال العديده للنيكليوتيد الواحد وموضع الصفة الكمية .ومن جهة اخري فإن طرق النموذج الخطي المختلط تفترض ان تأثيرات الأشكال العديدة للنيكليوتيد الواحد تتوزع طبيعيا وفي هذه الحالة تكون تأثيرات المرقم أحسن خطيا والتي تتساوي مع تقييم وتقدير قيم التربية باستخدام ) Best linear unbiased predictors (blupولكن مع قالب الأم الوراثي genomie relationship matrixبدلا من قالب الأم الاصلي pedigree based relatron matrixولو كان عدد الحيوانات في العشيرة المتسلسلة أقل من عدد المرقمات فإن نموذج Blupيفضل لمبررات احصائية ومن ثم ينتج عن ذلك تساؤلات أقل للحل مقارنة بنموذج SNP BLUPوتفترض نماذج الانحدار Bayesian regression models.توزيع غير خطي لتأثيرات الأشكال العديدة للنيكليوتيد الواحد وتشمل :توزيع tالذي يفترض تأثيرات صغيرة كثيرة ولكنه يسمح لبعض الاشكال العديدة للنيكليوتيد الواحد ان يكون لها تأثير متوسط الي تأثير كبير .وهناك طرق اخري تفترض مخلوط من التوزيع مع مكون ما للمرقمات التي لها تأثير قيمته صفر والمتبقي منه ) (1- nله توزيع tومن عيوب هذه الطرق الاحتياج الي مجموعة او تقدير نسبة المرقمات التي ليس لها تأثير لكل صفة في التقييم الوراثي للصفات العديدة.

الدقة الوراثية )الجينومية( : Precision Genetics انتخبت برامج تربية الحيوان التقليدية لفترة زمنيه طويله من أجل سلالات متخصصة لأغراض معينه مثل اللبن ،اللحم أو البيض ولقد مكنت الجينوم genomicsمن استخدام مرقمات الحامض النووي DNAوالانتخاب الوراثي GSللإسراع من التفوق الوراثي الجيني genetic progress ومن جهة اخري فإن المربين استغلوا مع التباين الوراثي الجيني الموجود في السلالة المعطاه او السلالات لاحداث تغير جيني مباشر .ولاحداث تحسن وراثي Introgressionلصفة جديدة من سلالة نائية outlyingداخل سلالة عالية التخصص يحتاج الي العديد من الاجيال للتهجين الرجعي backcrossلازالة عائق الارتباط وتجديد الانتاج الي مستويات ما قبل introgression وفي السلالات العالية التخصص هذا يحد من كمية الجينات الغريبة التي يمكن ادخالها داخل السلالة .تكنيكات نشر الجين الجديدة meganucleases, Zinc finger nucleasesطريقة لتمكين ادخال اليلات مرغوبة داخل صفوة الجيرم يلازم germplasmللسلالة المعطاه بدون الاحتياج لاحضار مواد جينيه غير مرغوبة تصاحب التهجين الرجعي التقليدي واستراتيجيات

٢٢٢

introgressionوهذه التكنيكات تخلق كسور مضاعفة عند موضع معين في الجينوم genome نظ ار لان اختراع الجينوم ساعد في التعرف علي وظيفة الاشكال العديدة الاليلية ،ومثل هذه الاستراتيجيات الناشرة لجين مستهدف استخدمت لادخال اليلات مفيدة من سلالة واحدة داخل جينيوم سلالة اخري .ومن جهة أخري فإن طرق التحسين الوراثي introgressionالاليلية تقدم طريقة جديدة قوية لاسراع التحسين الوراثي للدواب في المستقبل.

ادماج المعلومات الوراثية داخل التقييمات الجينية غالبا ما تستلزم اجراء متعدد المراحل او مشاهدات زائفة ويتطلب pتقييم تقليدي مع نموذج حيوان )ب( استخلاص تأثيرات المرقم مع افتراض توزيع ما سبق لتأثيرات الاشكال المتعددة للنيكليوتيد الواحد SNPوتدمج بعد ذلك المعلومات الوراثية مع التقييم التقليدي باستخدام فهرس انتخاب اما طرق المرحلة الواحدة التي تدخل كل النسب والتركيب الوراثي والتركيب المظهري المتاحة من كلا من التركيب الوراثي والحيوانات الغير منمطة وراثيا في العشيرة المتسلسلة قد اقترحت كخط بديل .وتستلزم هذه الطرق الوحيدة تكامل دمج النسب pedigreeوالمعلومات الوراثية داخل قالب أمي واحد .ومن مزايا هذه الطريقة انها تستخدم نسب ومعلومات مظهرية من حيوانات غير منمطة وراثيا بالإضافة الي ذلك المعلومات المستمدة من الحيوانات المنمطة وراثيا التي تناسب جيدا تحليلات الصفة العديدة .ومن عيوب هذه الطريقة انها تفترض توزيع تباين متساوي لكل مرقم لا يكون واقعيا لهذه الصفات ذات موضع تأثير كبير بالرغم من ان معظم هذه الصفات بهذا الافتراض له دقة مماثلة لتلك المتحصل عليها عند افتراض توزيع غير خطي لتأثيرات الاشكال العديدة للنيكليوتيد الواحدة .ومن جهة أخري تحتاج هذه الطرق توازن متقن لقالب الأم الوراثي ليكون منسجما مع قالب الأم المبني علي النسب .ولقد وجد أن طريقة G-Blupالوحيدة المرحلة لها قوة للصفات المنخفضة وراثيا في مجموعة بيانات حقل كتاكيت التسمين حيث ينتج عنها تقييمات انتخاب وراثي أكثر دقة )اكثر من (%٥٠من التقييمات الوراثية المبنية علي الأنماط والتراكيب المظهرية فقط او التقييمات الوراثية المبنية علي تحت مجوعة اصغر للحيوانات في العشيرة المتسلسلة التي لها عدد من التراكيب الوراثية والتراكيب المظهرية.

وبالنسبة للصفات التي تستلزم عددا محدودا من QTLالواسع التأثير )مثل :لون غطاء الجسم، دهن اللبن ،تركيب الأحماض الدهنيه للحم( فإن الطرق التي تسمح للمرقمات بأن يكون تأثيرها مساويا للصفر ينتج عنها تنبؤات دقة أعلي من تلك التي تفترض ان جميع الاشكال المتعددة للنيكليوتيد الواحد لها تأثير لا يساوي صفر ومن جهة اخري لوحظ ان الفروق الواضحة بين النماذج الإحصائية المختلفة في التقييمات العالمية الواقعية لدقة الانتخاب الوراثي لا تكون كبيرة مثل مثيلاتها المذكورة في تقارير الدراسات الزائفة .وفي المجال الحقلي تعتبر طريقة G-BLUPطريقة زائفة لانها تسمح بنسبة كبيرة من الأشكال العديدة للنيكليوتيد الواحد بأن يكون لها تأثير مساويا الصفر ،وربما تصبح ذات أهمية كبيرة عندما يكون هناك عدد ضخم من الأشكال العديدة للنيكلوتيد الواحد في التحليلات كما هو متوقع من تسلسل كل المادة الوراثية.

أظهرت النتائج المتحصل عليها من استخدام الانتخاب الوارثي في أنواع عديدة من الحيوانات تفوق دقة التوقعات الوراثية التي تتضمن بيانات وراثية تنسب الي التقييمات التقليدية المبينة علي النسب والتراكيب المظهرية تستمد قيمة التربية الجزيئية BMVمن مصدرين :المصدر الأول هو المرقمات التي تستأسر بعلاقات وراثية اضافية ولكنها في ارتباط متوازن مع QTLاما المصدر الثاني فهو يرجع الي المرقمات التي في ارتباط غير متزن مع QTLومن المتوقع ان تكون دقة قيمة التربية المقدرة GEBVاكثر مثابرة عبر الأجيال من دقة EBVالمبنيه علي النسب pedigreeلان العلاقات المبنيه علي المرقم تنتج من LDيتوقع بأن تتآكل ببطيء أكبر من

٢٢٣

علاقات النسب والتي تقل بنسبة %٥٠عند كل انقسام ميوزي meiosisفي عشائر السلالة outbredوهذا الارتباط سوف يزداد سرعة فساده مع زيادة المسافة الوراثية بين العشائر المتسلسلة والمستهدفة بالمقارنه مع علافات LDوللحصول علي توقعات دقيقة عن الأفراد المستقلة individualsالتي لم تعامل مع البيانات المسلسلة يستلزم عدد ضخم من المرقمات والسجلات المدربة لمطابقة المرقمات في LDمع QTLولقد عطل الباحث ٢٠١٠ Jannineدقة الانتخاب الوراثي داخل تلك المساهمة بواسطة LDوالتي تنتج من الارتباط من أجل أحجام عشيرة متسلسلة ،عدد المرقمات وأساليب بناء الصفة trait architecturesولقد ازدادت معدلات دقة الانتخاب الوراثي المنسوبة الي LDبزيادة كثافة المرقم وحجم العشيرة المتسلسلة )ص (١١١ Bayes Bأكثر فاعلية من SNP BLUPعند LDالمأسورة بين المرقمات و QTLونظ ار لأن ارتباطات المرقم QTLمحكمة فإن اعادة التوحيد recombinationلا تسبب لهم بأن يفسدوا بسرعة وان الدقة المستمدة من Bayes Bتتثابر أطول من تلك المستمدة من SNP BLUPولقد وجد الباحث Habierأن دقة GEBVالمبينه علي العلاقات الوراثية الإضافية انخفضت مع زيادة حجم العشيرة المتسلسلة بالاعتماد علي مدي LDومستوي العلاقات الوراثية الاضافية واقترح هذا الباحث بأن التأثيرات الوراثية العديدة المعدلة باستخدام G-GEBVsمع BLUPباستخدام طرق Bayesianربما تساعد في منع هذا الانخفاض ومن جهة اخري أوصي Wolcبإعادة تسلسل كل جيل عند استخدام الانتخاب الوراثي في العشائر المتسلسلة ومع بيانات كل التسلسل فإن SNP ينتج عنه في QTLونتيجة لذلك لا تعتمد دقة MBVعلي المرقمات في LDمع QTNولقد وجد ان صور المرقم التي تشمل QTNلديها قابلية محسنة بالمقارنة من مثيلاتها التي استبعدت التغيرات المسببة "الطفرات causative mutationوفي دراسة زائفة لوحظ ان معلومات التسلسل الوراثي الكامل حسنت من دقة الانتخاب الوراثي منسوبة الي الدقة المتاحة مع شراح SNPالكثيفة وربما تجعل تأثيرات snpفي جيل واحد لعشرة اجيال تاليه.

٢٢٤

دقة راجعة الى الإرتباط غير المتزن

دقة راجعة الى العلاقات

شكل ) (٢٣حل دقة توقع الإنتخاب الوراثي بإستخدام طريقة Habier نتائج من صناعة ماشية اللبن : Results From Dairy Industry التغيرات الوراثية بواسطة المرشحات المنتخبة المبنية علي فهرس اقتصادي مكون من قيم وراثية جيدة لصالح صفات سائدة وراثية موزونه بواسطة قيم اقتصادية هامشية .وتشتق الفهارس من موضوعات التربية التي تأخذ في الاعتبار الصفات المرتبطة بالدخل والتكلفة .ولقد تغير الفهرس الاقتصادي لصناعة ماشية اللبن لزمن طويل ومن جهة اخري انخفض التأكيد علي الصفات الكمية مع ادخال الصفات الملاءمة وايضا التأكيد علي زيادة كمية البروتين اصبح حجم اللبن اقل اهمية بسبب الارتباط العالي بين هاتين الصفتين وفي فهرس الانتخاب الاقتصادي 2010 SMيكون لصفة محصول اللبن وزنا مساويا صفر .كما أن صفات الانتاج تمثل %٣٥من تشديد الانتخاب %٦٥ NMالمتبقية للصفات الوظيفية .لاكثر من نصف قرن ظل اختبار بالنسل progeny testingاساسا لبرامج الانتخاب الوراثي في ماشية اللبن .وهناك عوامل عديدة تجعل اختيار النسل ذو اهمية وفائدة في ماشية اللبن ولقد انتشر التلقيح الصناعي باستخدام سائل منوي متجمد وفي الواقع جميع الصفات ذات الأهمية الاقتصادية مثل انتاج اللبن ،مكونات اللبن ،خصوبة الانثي، طول فترة الانتاج ،المقدرة علي انتاج العجول ،مقاومة الأمراض ،البنية الفيزيقية تعتبر محددة للجنس ولا يمكن قياسها حتي تبدأ الاناث إنتاج اللبن ،ولقد ادي الاختيار بالنسل الي زيادة وراثية سريعة في صفات الإنتاج ٩٠ :كيلو جرام لبن ٣ ،كيلو جرام دهن ٣ ،كيلو جرام بروتين لكل سنه في العقد الماضي من هذا الزمن ومن جهة اخري يتحدد التوافق الوراثي بواسطة فترات فاصلة لجيل طويل ٣.٩ ،٧.١سنه تقريبا علي الترتيب لكل من الأب والأم للتلقيح الصناعي للثيران

٢٢٥

وعلاوة علي ذلك يعتبر الاختبار بالنسل طريقة مكلفة وفعالة لتحسين الصفات التي يصعب قياسها روتينيا في مزارع ماشية اللبن التجارية )علي سبيل المثال صفة كفاءة الاستفادة من الغذاء(.

جدول ) (٣١تاريخ التغيرات الرئيسية فى فهارس الوراثة الاقتصادية بقسم الزراعة بالولايات المتحدة لكلا من ماشية اللبن والتأكيد النسبي ) (%على الصفات

Net

merit

)$(2010

)USDA genetic-economic index (and year introduced

Milk,

Cheese

Net

Net

Net

Net

fat,

yield

merit

merit

merit

merit

protein

)$(1984) $(1994) $(2000) $(2003 $(2006

)$(1976

27

-2

6

5

0

0

46

45

25

21

22

23

27

53

43

36

33

23

20

14

11

17

-6

-9

-9

-9

7

7

6

4

4

3

-4

-3

-4

7

9

Predicted

difference

)$(1971

Traits included

Milk

52

0

Fat

48

19

Protein

16

Productive life

22

Somatic cell score

-10

Udder composite

7

Feet/legs composite

4

Body size composite

-6

Daughter pregnancy

11

rate

Service size calving

-2

difficulty

Daughter calving

-2

difficulty

a

)Calving ability (CA$

6

5

aCA$, an index that includes sire calving ease, daughter calving ease, sire stillbirth, and daughter stillbirth تتناسب ايضا برامج تحسين ماشية اللبن مع الانتخاب الوراثي لأن الحيوانات المستقلة individual التي لها قيمة تربية عالية EBVلديها قيمة كافية لتعويض تكاليف التركيب الوراثي وبسبب العشائر المرجعية الضخمة للثيران ذات قيم دقيقة عالية لميزة وراثية موجودة بفرض تقييم تأثيرات SNPمع نماذج انحدار Bayesianاو بغرض حساب قدرات النقل الوراثي المتوقع GPTAمع G blup في شمال افريقية وخاصة معظم البلدان التي لديها انظمة متطورة جيدا للتقييم الوراثي لماشية اللبن ادخلت معلومات وراثية في أنظمة التقييم الوراثي في اقل نمط عرقي .ولقد استخدم SN ٤٥٠٠٠ في التقييمات الوراثية الروتينية ،وللحيوانات التي نمطت وراثيا ولها تراكيب وراثية وذات شرائح اقل كثافة )علي سبيل المثال .(3k , 6k or 9 kيمكن اعتبار SNPالمتبقية لها %٩٩–٩٠دقة بالاعتماد علي التراكيب الوراثية المتوسطة والعالية الكثافة للحيوانات المرجعية reference animalsفي نفس السلالة وفي هذا النمط فإن التركيب الوراثي الأقل كثافة للأبقار .والبقرات الصغيرة السن والعجول في مزارع ماشية اللبن التجارية يمكن ان يكون اقل من ٥٠دولار لكل حيوان .وبعد ذلك تكون قيم GPTAالخاصة بها ذات دقة كافية للأنتخاب وق اررات الاختيار وبالنسبة للحيوانات ذات التراكيب المظهري ولا سيما الابقار والثيران التي لذرياتها تراكيب مظهرية ايضا فان قيم GPTAتمثل توليفة من النسب "الأصل" والتراكيب المظهرية والمعلومات الوراثية حيث تكون الثيرات الصغيرة السن والبقرات الصغيرة بدون تراكيب مظهرية ومن ثم تنعكس فقط قيمة GPTAعلي النسب والمعلومات الوراثية وفي كلتا الحالتين تنشر قيم gptعلي نفس الاساس الوراثي ووحدات القياس ملثما يحدث في الحيوانات المستحقه وراثيا )لها تركيب جيني( ودليل علي

قيم قدرة النقل المتوقعة ptaوفهرس الانتخاب.

٢٢٦

الزيادات في الثقة PTAللعجول الصغيرة السن والبقرات الصغيرة الاختبار الوراثي يمكن ملاحظتها "تكون واضحه" وفي ابقار الهولشتين الامريكية تكون الزيادة في الثقة بالنسبة لصفات الانتاج في حدود %٢٣ ،%٣١ ،%٢٩بالنسبة للبن ،الدهن والبروتين علي الترتيب وكانت الزيادات في الصفات الملاءمة في حدود %٢٧ ،%٢٢و %٢٢لمعدل حمل الاناث البنات somatic cell scoreوطول فترة الحياة الانتاجية علي الترتيب وبالنسبة لكمية البروتين التي كان لها قيمة توريث في حدود %٣٠فإن كمية المعلومات المزودة الممدة بواسطة نسب العجل الصغير السن تعادل حوالي ٧بنات لها تركيب مظهري بحيث ان كمية المعلومات الممدة بواسطة التركيب المظهري للعجل تعادل حوالي ٣٤بنت اضافية وعلي العكس ،فان معدل حمل الابنه التي لها توريث بنسبة %٤تكون كمية المعلومات الممدة بواسطة التركيب المظهري للعجل معادلة ل ١٣١ابنة اضافية.

انتخاب ثيران ماشية اللبن تغير دراميتيكيا في حقبة الانتخاب الوراثي ولقد سمح لمزارعي ماشية اللبن بشمال أمريكا الاستفادة من الحيوان المنوي لمئات ابقار الهولشتين والجيرسي الصغيرة المختبرة وراثيا وكذلك ثيران سلالة Brown swissبدون ذرية لمالكيها وفي الحقيقة ان عدد ثيران التلقيح الصناعي الصغيرة السن المسوقة علي اساس قيم GPTAتتجاوز اعداد الثيران المسوقة المختبر ذريتها والمختبر نسلها وحاليا تقدم العديد من شركات التربية الكبيرة بتسويق اكثر من %٥٠من مبيعاتها من الثيران الصغيرة السن المختبرة وراثيا ومن جهة اخري فإن المزارعين اللذين يستخدموا الثيران الصغيرة السن المختبرة وراثيا لانتاج بقراتهم الصغيرة السن احلال يستطيعون تقليل الفترة الفاصلة للجيل من اجل مساحة انتخاب الاباء لانتاج البنات الي ٣٠شهر تقريبا بينما تقل هذه الفترة الي ٧٢شهر عند استخدام ثيران تقليدية مختبرة الذرية مختبرة النسل علاوة علي ذلك فإن هذه الثيران غالبا ما تستخدم لانتاج الجيل التالي لثيران التلقيح الصناعي ،التأثير علي الفترة الفاصلة للجيل يكون دراماتيكي كما هو موضح في الشكلين ).(٢٣ ،٢٢

جيل = فترات

فاضلة ٦٣شهر

إنتاج لبن

بيانات من نتاج

ثور A

يولد ثور Aوالإنتخاب

المبني علي EBV

نتاج ثور A

تولد

٤سنوات

سنة وثالثة شهور

٥سنوات و ٣أشهر

٤سنوات و ٦أشهر

سنتين

صفر سنه

إختيار أوالد ثور A

تولد أبناء ثور A

شكل )Timeline of a traditional artificial insemination breeding program based (٢٤

on progeny testing.

Adapted from Schefers & Weigel (51). Abbreviation: EBV, estimated breeding value

٢٢٧

بيانات إنتاج اللبن من خلفة

ثور Bمتاحة لحساب EBv

تولد أحفاد ثور B

تولد أحفاد كبار للثور B

٤سنوات

و ٦أشهر

تولد أبناء ثور B

٢سنوات و ٩أشهر

١سنه و٩

أشهر

٥سنوات و ٣أشهر

١سنة

صفر سنة

٣سنوات و ٦أشهر

نضج جنسي ألحفاد ثور B

وإستخدامها كأباء لألوالد

والدة وإنتخاب ثور A

المبني على GEBv

وصول أبناء ثور B

لنضج الجنسي

وإستخدامه كأباء

لألبناء

جيل = فتره فاصلة

٢١شهر

وصول ثور Bللنضج

الجنسي وإستخدامه كأب

لألبناء

شكل ) (٢٥توقيت برنامج التربية للتلقيح الصناعي المبني على إستخدامه ثيران وراثية كأباء للأبناء

٢٢٨

كانت التريبة الداخلية Inbreedingموضع اهتمام لفترة زمنيه طويلة في برامج تربية ماشية اللبن وحاول المربون ان يحققوا توازن بين التفوق الوراثي السريع والمحافظة علي التنوع الوراثي قوة الهجين وتستطيع برامج الانتخاب الوراثي ان تمد استجابة انتخاب اكبر كل سنه ومثل برامج التربية المبنيه علي النسب الأباء المستقلة والابقار تستطيع ان يكون لها تأثير كبير جدا من خلال استخدام التلقيح الصناعي ونقل الاجنة او من خلال تكنولوجيات الاخصاب معمليا علي الترتيب ومن جهة أخري فإن من مزايا الانتخاب الوراثي انه يسهل ق اررات الانتخاب داخل العائلة فيما بين الحيوانات ذات النسب المماثل "المتشابه" فعلي سبيل المثال :في برنامج الانتخاب التقليدي المبني علي النسب تنتج البقرة النخبة ثلاثة ابناء أشقاء full siblingعن طريق نقل الجنين ،ويكون الابن له اعلي GPTAويشتري بواسطة جميع الشركات التلقيح الصناعي الكبري وفي برنامج الانتخاب الحديث المبني علي المادة الوراثية الجينيوم genomeتستطيع البقرة ايضا انتاج ابناء اشقاء full siblingعن طريق نقل الجنين ويكون الأبن له أعلي GPTAويشتري بواسطة شركة لها عقد اختيار أول ويكون الابنان الأخران اختيارين وتنتخب شركتي التلقيح الصناعي الاخريتين ثيران أول اختيار من عائلات اخري وبتلك الوسيلة يزداد التنوع الوراثي )قوة الهجين( لعشيرة أباء التلقيح الصناعي .في المزرعة ،يتمكن منتجوا ماشية اللبن من التربية الداخلية ويقللون من احتمال العيوب الوراثية باستخدام برامج التزاوج الكومبيوترية وتستطيع البيانات الوراثة تزويدنا بمقاييس measure تربية داخلية أث دقة مقارنة بمعاملات التربية الداخلية المبنية علي النسب والتي تعكس التربية الداخلية المتوقعة كما تستطيع برامج التزاوج المبنيه علي المادة الوراثية geneomeالتكييف مع كلا من التأثيرات الاضافية والسائدة ونظ ار لواقعية التركيب الوراثي لكل تلقيح صناعي من الأب في سلالات ماشية اللبن الرئيسية فإن المزارعين الذين يستثمرون في تنميط ابقارهم وعجولهم وراثيا يستطيعون استخدام برامج الانتخاب والتزاوج المبنيه علي المادة الوراثية والتي تهتم بمتوسط heterozygasityتأثيرات السياة والخلل المدمر المميت .lethal defeats بالرغم من كون الهدف الرئيسي للأنتخاب الوراثي هو زيادة دقة FPTAللحيوانات المرشحة الصغيرة السن المنتجة فإن الناشطات المرتبطة مثل الصورة الجيدة لل QTLواكتشاف العيوب المورثة تسهل بدرجة كبيرة بواسطة المتاح من مئات الالاف من لتراكيب الوراثية SNPالمنخفضة والمتوسطة والعالية الكثافة ....فعلي سبيل المثال تحليل المادة الوراثية يساعد علي التعرف علي جينات مرشحة كثيرة جدا ومناطق الكرموسومات التي تؤثر علي الانتاج ،الصحة ،الخصوبة وصفات البناء conformation traitsفي ماشية الهولشتين ومن جهة اخري تم التعرف علي العديد من الأنواع الفردية SNP haplotypesالتي تتوافر في صورة زيجوتات متعددة ولايمكن ملاحظتها في الصورة المتجانسة للزيجوت في ماشية الهولشتين والجيرسي و Brown swiss.

علاوة علي ذلك فإن الأباء التي تحمل هذه الأنواع الفردية haplotypesتظهر معدلات حمل منخفضة ومعدلات مواليد stillbirthمتزايدة عندما تزوج لبنات الثيران التي تحمل نفس الأنواع الفردية وفي أحد هذه الأنواع الفردة تم التعرف علي تغير بسيط في جين cwc15المسئول عن خفض الخصوبة في ماشية الجرسي وخلال سنتين من المتاح تجاريا لأول شريحة بقرية siviso نمطت وراثيا لها تركيب وراثي ثيران التلقيح الصناعي وصفوة الأبقار واستخدمت ق اررات الانتخاب الروتينيه GPTAبدلا من PTAالتقليدية المبنية علي النسب pedigreeولقد استخدمت البيانات الوراثية لانتخاب الثيران صغيرة السن التي تدخل شركة التلقيح الصناعي والأغلبية الساحقة للأبقار، البقات الصغيرة السن ،العجول والاجنه التي تسلم الي المزادات العلنية الشعبية تسوق علي اساس المعلومات الوراثية ومن حيث الذرية المختبرة النسل )المختبر( Progeny testingيجب انتظار

٢٢٩

ق ار ارت الانتخاب والتسويق حتي تصبح الانماط المظهرية للبنات متاحة تستبدل بالاختبار الوراثي والتصديق الشرعي للنسل حيث تعلن ق اررات الانتخاب والتسويق في الحال وتراجع لاحقا عندما تسوق ابناء الثيران والأحفاد ولقد اكتشفت عيوب "خلل" وراثية جديدة والبحث عن QTLذات تأثيرات أكبر علي الأداء والصحة والخصوبة يكون أسرع وأكثر وضوحا وأكثر فاعلية ولقد حدث تغير سريع في برامج الانتخاب التزاوجي وتجنب التربية الداخلية inbreedingمع القرب الوشيك للأستعمال الواسع الانتشار لبرامج التزاوج الوراثي .وبسبب المتاح لمجموعات SNPالمنخفضة الكثافة والغير مكلفة والدقة العالية في الحساب يستخدم المزارعون الاختبار الوراثي مدمجا مع السائل المنوي المجنس لتوليد اناث اضافية ،والغربلة المبكرة للحيوانات الرديئة الحث علي التقدم التفوق الوراثي وتقليل تكلفة العلف وأخي ار الانتخاب الوراثي سوف يسمح بتحسين الصفات مثل:

كفاءة الاستفادة من الغذاء الوراثي ومحتوي اللبن من الأحماض الدهنية التي يصعب جدا قياسها روتينيا في المزارع التجارية ولكنها عملية وملاءمة للقياس في عشائر مرجعية اصغر مثل

القطعان التجريبية.

الأنظمة البيولوجية في أبحاث الغذاء والتغذية:

Biology System In Feed And Nutrition Research:

نشأة الأنظمة البيولوجية :الأنظمة البيولوجية عادة ما تكون معقدة وتتضمن التداخلات الجينية والجزئية عبر مستويات مضاعفة من التنظيم البيولوجي .والتفكير في مستوي الأنظمة استخدمت مفاهيم مثل :التحليل المحكم لعملية التمثيل الغذائي metabolic control analysisلاعطاء رؤية ونمذجة عملية التمثيل الغذائي كنظام معقد للتفاعلات الانزيمية ومن جهة أخري حددت طرق النمذجة القديمة مقاييس النماذج التي تحتاج الي بيانات تجريبية واقعية عند مستوي النظام الواسع.

ولقد استهدفت الطرق القديمة عند مستوي الأنظمة تفهم الأنظمة البيولوجية وحددت بأنها نماذج نوعية .وطورت هذه النماذج تفهم سمات خاصة بيولوجية ولكنها ذات قدرة ضعيفة للتوقع الكمي وعلي سبيل المثال الاستجابة للتداخلات .ظهور البيولوجيا الجزيئية كوسيلة لبحوث علوم الحياة بعد السبعينات في القرن السابق ساهم في تكنيكات جديدة ،لدراسة الجينات والبروتينات التي غيرت ايضا من النماذج التجريبية عن طريق رؤية ودراسة الأنظمة البيولوجية وكذلك كيفية تعلم الدراسة البيولوجية .ولقد أدي الانقسام في علوم الحياة الي ادراك ان القليل من الأنماط المظهرية المعقدة يمكن تفسيرها بوساطة الدور الوظيفي للجينات ومنتجاتها وأن "شبكة Wiringللنظام البيولوجي يمكن تعلمه في المحيط التجريبي حيث تعامل فيه هذه الجينات علي الكائن الحي او في المعمل.

وحتي الآن هذا المشهد يسيطر علي dominatesعلوم الحياة والأبحاث الطبية الحيوية بالرغم من التعرف علي حدودها وتعتبر النماذج المستمدة من هذا الاجراء reductionist approach

نوعية وليست كمية.

ثورة الاوميكس omicsفي فترة التسعينات من القرن السابق أمدتنا بوسائل جديدة كثيرة كانت أمل الأنظمة البيولوجية القديمة .بينما ما زالت كثير من التحديات التكنولوجية في تقدم وخاصة عندما جاءت لاجراء قياسات علي الكائن الحي .وحاليا توفرت الوسائل والأدوات toolsالتي تمكن كميا من القياسات الحساسة للمكونات الجزئية للأنظمة البيولوجية مثل الحامضين النووين RNA, DNAوالبروتينات وناتج تمثيل المركبات الغذائية والتأثيرات المتداخله بينها.

وباستخدام الاوميكس Omicsنستطيع توليد طلقة سريعة للنظام البيولوجي ودراسة تغيرات هذه البروفيلات الجزيئية في وقت المحتوي الوراثي اوالتغيرات البيئية.

٢٣٠

تقدم بيانات الاوميكس omicsتحدي جديد للعاملين في المجال البيولوجي بسبب البعدية dimensionalityالعالية ،ويجب استخدام معاملة احصائية مناسبة لتفسير البيانات بواقعية وتجنيب أي انحياز بالإضافة الي ذلك يجب توفر طرق بيولوجية تغير من التركيز علي المكونات المنفردة الي كيفية مساهمتها معا في شبكة العمل لعمل نمط مظهري خاص او وظيفة بيولوجية.

الاحتياج للأنظمة البيولوجية في أبحاث الغذاء والتغذية:

تفهم الكائنات الحية في محتوي التناسق الجيني والوظيفة الجزئية وترجمة هذه المعرفة لتحسين صحة الإنسان يعتبر تحدي كبير واحد الأهداف المركزية للأنظمة الطبية البيولوجية .والتداخلات بين الأنظمة البيولوجية والغذائية وكذلك العوامل البيئية التي تمثل المستوي التالي للتعقيد مشتملة علي التداخلات المرتبطه بالموقف بين المركبات الغذائية وميكروبات القناة الهضمية التي مازال يجب تفهمها .والأنظمة البيولوجية في محتوي بحوث الغذاء والتغذية من ثم تحتاج الي جسر bridgingعبر مستويات مضاعفة ومفاهيم مثل :تأثير الخلايا-الكائن الحي ،العائل-الميكروبات، المدي القصير مقابل المدي الطويل .ومن الواضح عدم وجود نموذج واحد يستطيع المدي القصير مقابل المدي الطويل .ومن الواضح عدم وجود نموذج واحد يستطيع القيام بالتمثيل الغذائي في الانسان في محتوي التغذية .والطريقة المبنيه علي خطة او برنامج platformلها فائدة كبيرة لأن المستويات الفسيولوجية المضاعفة تتلاءم مع الوجبه الغذائية بالإضافة الي د ارساتها في محتوي التغذية ويحتاج هذا البرنامج الي احتواءه علي المستويات الأربعة التالية:

-١برنامج Omic Platformsللتشخيص التفصيلي لمكونات الغذاء -٢ .برنامج Platform للتشخيص ونموذج انتاج الجزئيات المشتقه .من الغذاء )مثل نواتج التمثيل الغذائي( في القناة الهضمية التي تدخل الدورة الكبدية ومن ثم تؤثر علي فسيولوجيا العائل -٣ .برنامج Platforms لتشخيص ونمذجة تأثيرات الجزئيات المشتقة من الغذاء علي فسيولوجيا العائل عند تأثيرات الخلايا

والأنسجة ولا سيما تأثيرات الكائن الحي.

-٤برامج حساسة Sensitive Platformsلتشخيص فسيولوجيا العائل والحالة الصحية.

المستوي الأول في هذه القائمة هو :ما الذي يؤخذ في الاعتبار "أنظمة طبية بيولوجية medical systems biologyوالذي يهدف لانجاز شبكات العمل الجزيئية molecular networksفيما يتخلف من الصحة في حالة المرض ،بينما تعالج الثلاث مستويات اولي كيفية تشوين الأغذية الخاصة والوجبات الغذائية علي شبكات العمل ،ولقد تعاملت البحوث الطبية البيولوجية مع" الأنماط المظهرية الكاملة extreme phenotypesمثل :الحالة الصحية مقابل الحالة المرضية ،بينما بذلت مجهودات أقل لتفهم شبكات العمل الجزيئية فيما وراء المحافظة علي الصحة والاستجابة لتحديات البيئة .وبمعني اخر لقد زاد تفهمنا بشبكات العمل فيما وراء الأمراض المزمنه مقارنه بشبكات العمل التي تحافظ علينا اصحاء .وبناء علي ذلك يجب بذل مجهودات أكبر عن مطابقة الأهداف المتعلقة بالعقاقير لمعالجة المرض بدرجة أكبر من الوقاية من المرض.

تفهم الصحة والمرض :تعتبر كيفية مساعدة الوجبات الغذائية ذات مواصفات معينه للمحافظة علي الصحة بحالة جيدة من أحد المواضيع الهامة لأبحاث التغذية في الوقت الحالي .ولن ما هي الصحة ؟ هل هي عدم وجود المرض؟ لقد عرفت منظمة الصحة العالمية WHOالصحة في ١٩٤٦ك حالة طبيعية وذهنيه كاملة ورفاهية المجمتع وليس عدم وجود المرض او الضعف .بينما ربما يوصف المرض بواسطة وجود خلل وظيفي جزيئي وعدم امكانية تقليل المرض لأي شبكات معينه specific networksلأن "الحالة السوية normalityربما تتباين من شخص لآخر وتعتمد علي العوامل البيئية .التحول من الحالة الصحية الي مرض معين عادة ما يكون بطيئا وهو

٢٣١