Úvod / Informácie / Živočíšna výroba / Hovädzí dobytok

Praktické dopady epigenetiky do odchovu jalovic

05-01-2017
Ing. Václav Rúčka1; Ing. Jan Nevoral PhD.1,2; MVDr. Jiří Davídek3; Ing. Vladimír Novotný Ph.D.1; Prof. Ing. Jaroslav Petr, Dr.Sc.4 | vaclav.rucka@seznam.cz
1 MTS s.r.o.; 2 Lékařská fakulta v Plzni, Karlova univerzita v Praze; 3 soukromý veterinární lékař; 4 Výzkumný ústav živočišné výroby v.v.i., Praha-Uhříněves

Zvládnutí odchovu jalovic a jejich zařazení do plemenitby patří mezi nejdůležitější momenty v chovu skotu. Jakékoli zaváhaní během odchovu se následně negativně projevuje v budoucí užitkovosti. O mechanizmech dědičnosti selhávající reprodukce je toho prozatím známo jen velmi málo. Dosavadní poznání však poukazuje nejen na fenomén genetiky, ale také na epigenetickou dědičnost, která náš chov ovlivňuje v míře nám dosud neznámé. Odhalení těchto dosud málo známých faktorů nám umožňuje řešit problémy od jejich samotné příčiny.

Význam odchovu jalovic zná každý manažer v oblasti chovu skotu, přesto se úroveň liší, v důsledku konkrétních podmínek a možnostech podniku. Začíná to naoko narozením jalovičky (zjevně však mnohem dřív) a končí jejím otelením. Mezi tímto časovým úsekem najdeme několik kritických okamžiků, kdy se chovatel musí obzvlášť snažit, aby jalovice dostaly všechno, co potřebují v tomto exponovaném období. Odchov jalovic se tak stává ekonomicky náročnou činností.

Je všeobecně známo, že největší náklady v odchovu jalovic tvoří krmná dávka. Naneštěstí chovatel v některých případech věnuje této oblasti málo pozornosti i finančních prostředků. Často proto, že chovatel „nyní potřebuje dobře nakrmit dojnice“ a jalovice zatím „nepotřebuje“. Proto i jejich výživa může být někdy neuspokojivá. Pokud taková situace nastane, jalovici to mnohdy neovlivní fatálně, ale nejspíš vstoupí do reprodukce později a s nižším váhovým přírůstkem. Pokud ovšem nedostatečnou výživou začnou trpět již cyklující zvířata, má to zásadní vliv na jejich následné zabřeznutí i užitkovost.

Smyslem odchovu jalovic je tedy získat co nejlepší budoucí dojnice. Proto by si již v tomto okamžiku měl chovatel uvědomit, že náklady na odchov jalovice budou stejné u geneticky horšího i geneticky špičkového zvířete. Ovšem v okamžiku, kdy tyto geneticky rozdílné jalovice samy začnou produkovat mléko, budou již náklady na jeden litr mléka pochopitelně rozdílné – jak jinak než ve prospěch geneticky kvalitní dojnice (zdravé, dlouhověké, s vyrovnanou produkcí).

Výživa jako alfa a omega odchovu jalovic

Pomineme-li zde velmi důležitý začátek odchovu jalovic, čímž je kvalitní poporodní péče a mlezivové období, je dalším kritickým okamžikem mléčné období telat. Ani tuto oblast v poslední době neminula jistá revize dříve zaběhlých postupů. Především se stále častěji začíná hovořit o kvalitě a množství používaných komponentů při výrobě MKS. Máme zde na mysli především kvalitu zpracování syrovátky, používání bílkovin a tuků rostlinného původu, které jsou pro nejmladší telata špatně využitelná a zvyšují riziko průjmů. Vhodnějším řešením by bylo krmení vysoce kvalitní plně mléčné náhražky s vyšším obsahem proteinu nebo krmení nativního mléka ve vyšších dávkách (2,5 - 4 l 2x denně), případně ad libitum (intenzivní růst telete) do odstavu v cca 6-7 týdnech.

Možná právě nyní, v době mléčné krize, je dobrá příležitost zlepšit a zkvalitnit péči o tuto kategorii, tedy začít více zkrmovat mléko a to i vlastní kvalitní zralé mléko od svých dojnic mléčným telatům. Při současné nadprodukci a nízké výkupní ceně mléka by toto opatření mohlo, alespoň zčásti, řešit snížení objemu dodaného mléka do zpracovatelského průmyslu při zachování vysoké mléčné užitkovosti dojnic. Navíc by se tak snížily přímé náklady na nákup drahých MKS. V každém případě by takovým opatřením profitovaly naše jalovice, kdy by byl plně využit jejich růstový potenciál, který je v tomto období nejvyšší. Až v rostlinné fázi odchovu jalovic je možné plně využívat objemná krmiva, samozřejmě v nejvyšší možné kvalitě. Jedině tak zajistíme další bezproblémový růst a rozvoj systémů důležitých pro následně dobře fungující dojnici v našem stádě.

Jedním z kritických okamžiků odchovu je však nepochybně fáze, kdy jalovice dosáhne puberty a začne mít říjové cykly. V tomto období bychom již měli mít dobře narostlou jalovici, která je schopna co nejrychleji zabřeznout. Další růst po tomto období už totiž znamená především ukládání tuku, ovšem vybalancovaná krmná dávka je pro tuto kategorii jalovic zcela zásadní při zařazování do plemenitby. Z těchto důvodů se nevyplatí na jalovicích šetřit, ba naopak je potřeba podporovat jejich růst již na začátku jejich odchovu, kdy je jejich růstová schopnost největší. Dotování jalovic kvalitními bílkovinami a energií již v tomto období nám zajistí, že budeme moci připouštět jalovice velké, rámcové a celkově vyvinuté mnohem dříve, což sníží náklady na jejich odchov a i do budoucna si v našich stájích povedou velmi dobře coby dojnice.

Podíváme-li se na odhady dědivosti (heritability) pro znaky lineárního popisu, zjistíme, že tělesný rámec má jednu z nejvyšších hodnot (cca 0.45). Genetika zde tedy hraje roli sice větší než u většiny ostatních znaků, ale vnější podmínky jako ustájení, výživa apod. v tomto případě stále rozhodují ve zbylých cca 55 %. V případě vystavování zvířat je bezchybný odchov a velký tělesný rámec předvedených zvířat základem pro úspěch. Naopak v intenzivních velkochovech je z pohledu produkční dlouhověkosti a konverze krmiva ideální střední tělesný rámec. Bez rozdílu, jaký rámec je pro který účel ideální, podmínkou jeho co nejrychlejšího dosažení a ekonomiky využití zvířete je maximální intenzita odchovu jalovic.

Výživa jalovic je stále aktuální téma jejich odchovu, a proto i v tomto oboru dochází k dalšímu vědeckému bádání, tím spíše v časech genomiky a zrychleného genetického pokroku. A není tomu jinak ani u výzkumníků na nejlepších amerických univerzitách. Důkazem je malá studie provedená na Oklahomské státní univerzitě, která ukazuje, jaký dopad má náhlé snížení příjmu energie na pohlavní funkce jalovic. Devatenáct jalovic bylo rozděleno do dvou skupin. Zpočátku byly obě skupiny krmeny na 120% záchovné dávky pro jednoleté jalovice. Použitím hormonálního testu a ultrasonografie bylo zjištěno, že všechny jalovice na začátku pokusu cyklovaly. Devět jalovic pokračovalo na 120% své potřebné krmné dávky, ale ostatních deset jalovic bylo převedeno na dietu představující pouhých 40% původní krmné dávky. Tímto způsobem byly jalovice krmeny dalších 14 dní a výsledky – ač na malém vzorku zvířat – byly velmi přesvědčivé. Konkrétně, jenom 3 jalovice reagovaly na synchronizaci říje ovulací! Jalovice, které na výživě omezeny nebyly, ovulovaly úplně všechny.

Zjištění poukazuje na to, že musíme být obzvlášť opatrní na jakékoliv narušení příjmu krmiva jalovic také na začátku jejich reprodukční dospělosti. Jak jsme ale psali již výše – nevěnování pozornosti odchovu jalovic může znamenat i druhý extrém, tedy jejich překrmování, které hrozí především u této kategorie jalovic. Následkem je obezita, která způsobuje také mnoho problémů jako nedostatečné pohlavní funkce a problémy při porodu. Nakonec oba extrémy, nedostatečná výživa i překrmování jalovic, vedou k problémům se zdravím, projevující se zejména v oblasti reprodukce.

Epigenetika je klíčový rozměr reprodukce

Reprodukce, jakožto i další fyziologické procesy, je přísně regulována genovou expresí. Tou se rozumí přeložení genu, zapsaného v DNA, do proteinu. Takovým proteinem je např. histon, který tvoří špulky pro namotání samotné DNA a rozhoduje o tom, zda DNA bude exprimována nebo ne. V reprodukci je důležitou bílkovinou, jak jinak než kódovanou v DNA, např. estrogenový receptor, který adekvátně reaguje na přítomnost 17β-estradiolu. Také přítomnost samotného estrogenu, byť steroidní struktury, je výsledkem přítomnosti funkční bílkoviny – v tomto případě aromatázy, odpovědné za přeměnu androgenů v estrogeny. Úloha bílkovin v reprodukci je však mnohem komplexnější a lze se s ní setkat nejen v hormonální regulaci, ale také v genezi pohlavních buněk a časném embryonálním vývoji. Je tedy zřejmé, že kvalita genu je významným předpokladem pro správnou funkci bílkovin, které jsou jimi kódovány.

Není to ovšem pouze samotný zápis genu, který rozhoduje o skutečné genové expresi. Fenoménem, který stojí nad prostým zápisem genu v DNA, je epigenetika – soubor modifikací DNA a zmíněných histonů v jádře buněk. Tyto modifikace představují adice malých molekul, jako je methyl anebo acetyl, čímž mění vlastnosti DNA i histonů. V důsledku dochází ke snížené nebo zvýšené genové expresi. Pokud je tedy DNA methylována na cytosinové bázi, stejně jako na lysinech histonu H3, gen se do bílkoviny nepřepisuje a je tzv. ‚utichlý‘. Výsledkem může být snížená produkce estrogenů anebo dokonce nedostatečné množství estrogenových receptorů. V obojím případě dochází k nedostatečné estrogenizaci samice a tak např. k nedostatečné oogenezi a poruchám ovulace. „Utichlé“ geny však nejsou jen „na škodu“; geny, které se nepřepisují do bílkoviny, jsou podstatně odolnější vůči poškození DNA, která často spouští buněčnou smrt. Zatímco v tkáních nemá buněčná smrt omezeného počtu buněk natolik fatální následky, během časného embryonálního vývoje poškození DNA a buněčná smrt rozhoduje o úspěšnosti embryonálního vývoje, embryonálním odúmrti a tak i o míře zabřezávání našich jalovic a krav.

Epigenetické změny, které v jádře buňky fyziologicky probíhají, jsou výsledkem složitých regulačních mechanizmů, závislých na jemné bilanci faktorů, které mnohdy zůstávají dosud nepojmenované. Mezi faktory, byť známé jen velmi krátkou dobu, patří vnější vlivy prostředí, mezi nimi významnou úlohu sehrává výživa.

Špatná výživa a transgenerační dědičnost

Ze zmínek o epigenetické regulaci vyplývá, že výživou, ale také ustájením a dalšími vlivy, lze ovlivnit genovou expresi, aniž bychom zohlednili samotný zápis genové informace. Šlechtění v tradičním pojetí se tak poněkud komplikuje, protože pouhá přítomnost výhodné alely, tedy specifického zápisu genu odlišného svým projevem, neznamená jeho faktický projev. Dokud bude výhodná alela genu „utišena“ methylací DNA a histonů, je pro nás její přítomnost druhořadá. Naopak, demethylace DNA a acetylace histonů podporuje genový projev a přepis genu do bílkoviny. Epigenetika tak rozhoduje o skutečné přítomnosti bílkoviny tam, kde je zapotřebí. Epigenetické změny však nemusí postihnout pouze jedince, který byl neadekvátním vlivem prostředí postižen.

Nejnovější poznatky mluví o tzv. transgenerační dědičnosti, kdy i několik generací potomků v našem chovu může být postiženo faktorem prostředí, který ovlivnil matku, bábu nebo prabábu naší jalovice, která již není takovému vlivu vystavena. V odchovu jalovic se tak lze setkat se situací, kdy zvířata před zařazením do chovu budou trpět nedostatečnou anebo nekvalitní výživou. Pravděpodobným výsledkem je podlomená reprodukce takových jalovic po zařazení do chovu – přebíhání, časná embryonální odúmrť, snížená míra zabřezávání. I přes tyto problémy taková jalovice nakonec porodí a její potomstvo se o několik let později stane součástí chovu. Na základě současných poznatků o epigenetice lze předpokládat, že i toto potomstvo bude postiženo jistým projevem podlomené reprodukce, přestože bude dobře nakrmeno.

Teorie transgenerační dědičnosti nám může připomínat pavědu, kterou hlásal Jean-Baptiste Lamarck – tedy, že vlivy vnějšího prostředí mění genetickou informaci potomstva a dědí se. Epigenetika svým projevem lamarckismus připomíná, ale není jím; epigenetické změny lze do jisté a dosud nepoznané míry zdědit, ale nikoliv v důsledku změny v genetické informaci. Epigenetická dědičnost totiž spočívá v buněčné „paměti“ modifikací DNA a histonů, která se předává z pohlavních buněk rodičů embryím a tak dalším generacím, bez změny pořadí bazí v DNA.

Jedno je ze zde uvedeného zřejmé: šlechtění v tradičním pojetí dostává od epigenetiky políček do tváře, protože skutečná dědivost znaků, jejichž vysokou heritabilitu předpokládáme, může být zacloněna právě epigenetikou. Zatímco bez změny vlivů prostředí v čase (např. stále dobrá výživa s nevýraznými výkyvy v kvalitě) se nemění ani epigenetika, můžeme se v takovém případě domnívat, že znak je jednoduše děděn tak, jak jsme spočítali. Běda ale, kdy dojde k zásadním změnám prostředí a pozměněna je tak i epigenetika – skutečný projev výhodné alely genu v další generaci „vyvane“ v důsledku ztráty specifického „obtisku“ epigenetiky.

Výživa a epigenetika v praxi

Z uvedeného je patrné, že výživa je skutečně alfou a omegou odchovu jalovic a užitkovosti naší další generace plemenic v chovu. Tím spíše, že zasahuje do skutečného projevu genů prostřednictvím epigenetických změn za současně nezměněné genetické – plemenné hodnoty zvířete. I tím lze vysvětlit skutečnost, že vynikající plemenná hodnota nedosáhne svého projevu v případě, kdy je naše plemenice nedostatečně a nekvalitně krmena. Současné poznatky poukazují na významný vliv epigenetických změn na reprodukční funkce; zatímco jsme se dříve spokojili se skutečností, že reprodukce má pouze nízkou dědivost, v nynější době už tušíme proč tomu tak je – patrně právě epigenetika odpovídá za nestabilní projev genetické kvality samice, kdy fenomén epigenetiky má silnější slovo, než bychom čekali. Na druhou stranu, nelze očekávat, že by šlechtění budoucnosti spočívalo v epigenetické selekci a vytvořilo tak další šlechtitelský rozměr, podobně jako se stala genomická selekce. Tím spíše je zapotřebí věnovat velkou pozornost faktorům, kterými lze epigenetické mechanizmy a jejich transgenerační dědičnost ovlivnit. Zatímco mnoho faktorů zůstává dosud nepojmenováno, jeden z  výrazně pozitivně působících je již v dnešní době neodiskutovatelný - tedy kvalitní a svědomitá výživa, tolik důležitá právě v odchovu jalovic.

Popisek ke schématu: Podvyživená jalovice (1) vstupuje do reprodukce s pozměněnou epigenetickou výbavou (2), to následně ovlivní i její oocyty (3). Po oplození spermií (4), která si rovněž nese epigenetické informace, vzniká naše budoucí 1. generace dojnic (5), které mají samy pozměněnou funkci genů, kvůli špatné výživě, stresu nebo nemoci své matky (1) z dob, kdy sama byla jalovicí. Tyto dojnice mohou být náchylnější ke stresu či nemoci a mohou vykazovat nižší užitkovost. Navíc také ony přenášejí tyto informace prostřednictvím pohlavních buněk (6) do dalších generací.

Schéma