การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

วตถประสงคการเรยน สามารถอธบายความหมาย และหลกการของเทคโนโลยชวภาพแตละวธได อธบายถงประโยชนของเทคโนโลยชวภาพได สามารถยกตวอยางเทคโนโลยชวภาพได

แนวทางการใชเทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

การใชเทคโนโลยชวภาพชวยปรบปรงพนธโคนมไดเขามามบทบาทตอวงการผลตโคนมในปจจบนอยางกวางขวาง เนองจากสามารถใหผลยงยน ทงยงชวยยนระยะเวลาในการคดเลอกโคนมใหเรวขนเมอเปรยบเทยบกบการปรบปรงพนธโคนมแบบดงเดม (conventional breeding) ซงตองท าการเกบบนทกขอมลกอนจากนนจงน าขอมลไปประเมนพนธกรรมเพอใชคดเลอกตอไป ประกอบกบการปรบปรงพนธโคนมแบบดงเดมยงมขอจ ากดในดานความแมนย าในการคดเลอกโดยเฉพาะกบลกษณะทมคาอตราพนธกรรมต า เชน ลกษณะทเกยวของกบการตานทานโรคและลกษณะทางการสบพนธ รวมทงลกษณะซงตองใชเวลานานในการเกบบนทกขอมล เชน ลกษณะซาก รวมถงขอมลบางลกษณะทถกจ ากดดวยเพศ เชน การใหผลผลตน านม การเกดโรคเตานมอกเสบ เปนตน (Meuwissen and Goddard, 1996; Mackinnon and Georges, 1998; Boichard et al., 2002; Goddard and Hays, 2002) อยางไรกตามเพอใหเกดประสทธภาพสงสดส าหรบการใชเทคโนโลยชวภาพจ าเปนอยางยงทตองศกษาถงหลกการ แนวทางการน าไปใชประโยชนและขอจ ากดของการใชมเชนนนอาจท าใหการคดเลอกโคนมผดพลาด รวมทงสญเสยคาใชจายจ านวนมากและอาจเปนการกระจายพนธกรรมทไมดไปสโคนมของเกษตรกรไดทางหนง (ตาราง 7.1)

เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

7

134

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

ตาราง 7.1 แสดงขอไดเปรยบและขอเสยเปรยบของการใชเทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม ขอไดเปรยบ ขอเสยเปรยบ

1. 2. 3. 4.

มความแมนย าสงโดยเฉพาะกบลกษณะทมคาอตราพนธกรรมต าหรอลกษณะทจ ากดการแสดงออกในบางเพศ ชวยลดชวงหางของชวรนลงไดมาก สามารถใชทดสอบความเปนพอแมลก และการศกษาความสมพนธระหวางยน สามารถประยกต ใช ในการศกษาความหลากหลายทางพนธกรรมและการจดกลมทางพนธกรรม

1. 2. 3. 4.

ลงทนสง ผลส าเรจในบางเทคโนโลยยงใหผลลพธไมคมคาตอการลงทน ตองใชองคความรขนสง และเครองมอททนสมยซงประเทศไทยยงขาด การตรวจสอบทมาของโครงสรางประชากรท าไดยาก ลกษณะทศกษาบางครงมลกษณะ linkage equilibrium หรอ linkage disequilibrium ซงตองมการศกษาใหแนชดกอนน าผลไปใชจรง

ปจจบนมการใชเทคโนโลยชวภาพเพอชวยในการปรบปรงพนธโคนมมากมายหลายวธซงเราสามารถจ าแนกเปนกลมใหญๆได 2 กลมคอ เทคโนโลยชวภาพทางดานยน (gene technology) ซงจะชวยในดานการเพมความแมนย าในการคดเลอกโคนม ในขณะทอกกลมคอเทคโนโลยชวภาพทางดานการสบพนธ (reproductive technology) ซงจะชวยเพมประสทธภาพทางการสบพนธของโคนมทมพนธกรรมดใหสามารถสบพนธและเพมจ านวนสตวไดตามความตองการของผเลยง (Dematawewa and Berger, 1999) ซงในแตกลมของเทคโนโลยชวภาพประกอบดวยหลายวธดงแสดงในภาพท 7.1

ภาพท 7.1 แสดงองคประกอบของเทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

Biotecnology

Gene technology

Gene marker Gene mapping

Genetic engineering DNA-fingerprint

Reproductive technology

Cloning

Artificial Insemmination MOET

IVP Sex determination

Cryopreservation

135

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

เทคโนโลยชวภาพทางดานยน เทคโนโลยทางดานยน หรออณพนธศาสตร (molecular genetics) เปนเทคโนโลยทศกษาถง

พนธกรรมสตวในระดบดเอนเอหรอระดบยนซงจะชวยใหเขาใจพนธกรรมของสตวไดมากขน ในการปรบปรงพนธโคนมเราสามารถใชขอมลพนธกรรมของสตวมาใชรวมในการคดเลอกไดซงจะชวยเพมความแมนย าและลดระยะเวลาในการคดเลอก ทงยงสามารถเปลยนแปลง หรอก าหนดพนธกรรมของสตวตามความตองการไดโดยไมตองอาศยวธการคดเลอก ในปจจบนเทคโนโลยทางดานยนประกอบดวยวธยอยดงน

Gene marker เครองหมายพนธกรรม (genetic marker หรอ DNA marker หรอ molecular marker) เปน

ชนสวนของ DNA หรอยนสายสนๆทมต าแหนงใกลเคยงกบยนซงควบคมลกษณะทส าคญทางเศรษฐกจในโคนม ความแตกตางของการใชเครองหมายพนธกรรมจะแสดงในรปแบบของแถบดเอนเอ (DNA band) ซงจะชวยใหสามารถแยกความแตกตางทางพนธกรรมของโคนมแตละตวในแตละลกษณะทท าการศกษาได วธการดงกลาวถกน ามาใชครงแรกในประชากรโคนมพนธโฮลสไตนฟรเชยนของประเทศสหรฐอเมรกาในป ค .ศ. 1995 (Georges et al., 1995) โดยทวไปเครองหมายพนธกรรมทสนใจมกจะมความสมพนธกบลกษณะส าคญทางเศรษฐกจ เชน ลกษณะการใหผลผลตน านม โปรตนนม ไขมนนม หรอเปนเครองหมายพนธกรรมทสงผลกระทบตอการใหผลผลต เชน เครองหมายพนธกรรมทเกยวของกบลกษณะความตานทานโรคเตานมอกเสบ และ/หรอเกยวของกบลกษณะความสมบรณพนธ โดยทวไปยนทควบคมลกษณะดงกลาวมจ านวนมากกวา 1 ค และแตละยนมการแสดงออกแตกตางกนซงเรยกกลมยนเหลานวา quantitative trait loci (QTL) (Weller, 2001) ดงนนในการหาต าแหนงของ QTL จงท าไดยากเนองจากมยนทควบคมจ านวนมากและกระจายอยทวทงจโนม (genome) ปจจบนไดมการพฒนาเครองหมายพนธกรรมมากมายหลายชนด เชน เครองหมายพนธกรรม RAPD, RFLP, AFLPs, microsatellite, SNP, SSCP เปนตน จากการทเครองหมายพนธกรรม และ QTL มความสมพนธแบบ linkage disequilibrium กลาวคอยนทงสองจะแยกออกจากกนในขนตอนการเกด recombination อยางไมอสระ จงมโอกาสทยนทงสองจะถกถายทอดไปสรนลกดวยกน (Bovenhuis and Meuwissen, 1996) ซงจากความสมพนธดงกลาวหากสามารถตรวจพบคาอทธพลของ QTL สงและใกลกบเครองหมายพนธกรรมใดแสดงวาสามารถใชเครองหมายพนธกรรมนนในการคดเลอกสตวได นอกจากวธการหา gene marker แลวยงมอกวธหนงทนยมใช คอ การหายนทเกยวของกบลกษณะทสนใจศกษา (Simm, 1998) เพอใชเปนยนเครองหมาย ซงแตกตางจากการหา QTL gene โดยยนทศกษาไมมหนาทในการควบคมลกษณะทสนใจศกษาโดยตรง แตยนดงกลาวไปมอทธพลตอการแสดงออกของลกษณะทสนใจศกษา ซงเรยกยนเหลานวา “candidate maker or candidate gene” ปจจบนการใช gene marker และ candidate maker ชวยในการคดเลอกโคนมไดแพรหลายไปในหลายประเทศและมการศกษาในหลายลกษณะโดยใชวธการแตกตางกนออกไปซงเรยกวธการคดเลอกสตวดงกลาวนวา marker-assisted selection (MAS)(ตาราง 7.2)

ส าหรบประโยชนของการใช gene marker และ candidate marker เพอชวยในการคดเลอก (MAS) นอกจากจะสามารถคดเลอกโคนมในระดบพนธกรรมแลวยงชวยยนระยะเวลาในการปรบปรงพนธ เนองจากโคนมมชวงชวตยาวนานประมาณ 5 – 6 ป (generation interval) ซงหากใชเทคนคดงกลาวจะสามารถคดเลอกโคนมไดตงแตระยะแรกทเจรญเปนตวออนหรอตงแตอายนอย (Soller, 1994) นอกจากนนยง

136

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

สงผลใหผลตอบสนองของการคดเลอกดขน (selection response) โดยเฉพาะกบลกษณะทมคาอตราพนธกรรมต า

ตาราง 7.2 ตวอยางการใชเครองหมายพนธกรรมในการคดเลอกโคนม Traits Techniques Breeds / Countries References 1. Health and Disease resistance - Anaplasmosis - Mastitis, SCS - Paratuberculosis - BLAD - MHC-DRA 2. Production - Milk yield and Milk composition 3. Conformation and Type traits 4. Reproduction and Fertility

PCR-RFLP PCR-RFLP

Microsatellite Microsatellite

SNP SSCP

Microsatellite SNP

SSCP Microsatellite Microsatellite

SNP Microsatellite

and SSCP Microsatellite

Crossbred Holstein / Thailand Crossbred Holstein / Thailand

Swedish / Sweden

Holstein / Germany Polish Black - White / Poland Multi-breed / New Zealand

Crossbred Holstein / Thailand

Norwegian / Norway Multi-breed / Germany

Holstein / France Holstein / USA

Holstein / Canada Holstein / Germany

Holstein / France

จกรน (2551) สภาวด (2545); ดวงนภา (2547) Holmberg and Andersson-Eklund (2004) Hinger et al. (2007) Czarnik et al. (2007) Zhou et al. (2007) อมรรตน (2548) Olsen et al. (2002) Prinzenberg et al. (2003) Gautier et al. (2006) Ashwell et al. (2005) Kolbehdari et al. (2008) Kühn et al. (2003) Boichard et al. (2003)

อยางไรกตามการใชขอมล gene marker และ candidate marker รวมกบเทคนคการประเมนพนธกรรมยอมมประสทธภาพในการคดเลอกทดกวาการเลอกใชเพยงวธการใดวธการหนงดงนนในปจจบนจงมการประยกตใชทงเทคโนโลยชวภาพและการประเมนพนธกรรมรวมกนในหลายประเทศโดยมหลกการใชดงน หากลกษณะทศกษามคาอตราพนธกรรมสงปกตแลวการประเมนพนธกรรมเพยงอยางเดยวสามารถใชคดเลอกโคนมไดอยางแมนย าโดยไมจ าเปนตองใชวธการพนธศาสตรโมเลกลเขามาชวย ส าหรบลกษณะทมคาอตราพนธกรรมต าและปานกลางการประเมนพนธกรรมเพยงอยางเดยวอาจไมเพยงพอเนองจากมโอกาสผดพลาดทจะคดเลอกไดโคนมทมพนธกรรมไมด ดงนนเพอเพมความแมนย าของการคดเลอกจงควรใชพนธศาสตรโมเลกลรวมในการคดเลอกดวยซงม 2 แนวทางคอ 1) ในกรณทใชวธการวเคราะหแบบดงเดม (traditional method) สามารถท าไดในรปของดชนการคดเลอก (selection index) โดยพจารณาหลายลกษณะพรอมกนซงใชหลกการเดยวกบ multiple-trait model โดยเรยกวธการดงกลาววา “multiple-trait best linear unbiased prediction (selection index by MT-BLUP) และ 2) ในกรณทใชพนธศาสตรโมเลกลเขารวมในการวเคราะหสามารถท าไดในรปของดชนการคดเลอกเชนกนแตเปลยนจากขอมลลกษณะปรากฏมาเปนขอมลพนธศาสตรโมเลกลแทนโดยเรยกวธการดงกลาววา “marker-assisted best linear unbiased prediction (MA-BLUP) และเพอเพมความมนใจมากขนจากนนจงตรวจสอบดวยวธ MT-BLUP อกครง (ภาพ

137

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

ท 7.2) และในการพจารณาใชเครองหมายพนธกรรมในการคดเลอกโคนมทง candidate gene และ QTL นนสามารถศกษาไดจาก (ภาพท 7.3)

ภาพท 7.2 แสดงแนวทางการปรบปรงพนธโคนมโดยใชเทคนค BLUP รวมกบเครองหมายพนธกรรม

ภาพท 7.3 แสดงแนวทางการใชเครองหมายพนธกรรมในการคดเลอกโคนม

Selection index including

MA information

medium, low

Heritability

high

BLUP BLUP

Traditional Selection index

by MT-BLUP

Pre-selection by marker confirmed

by MT-BLUP index

GΔ GΔ GΔ

MAS Selection index by MA-BLUP

GΔ

Genetic marker

Candidate gene Quantitative Trait Loci (QTL)

Direct marker

Polymorphism

Across family

Linkage Disequilibrium (LD) Linkage Equilibrium (LE)

Find mapping

Across family Within family

QTL effect QTL effect

138

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

Gene mapping แผนทยน หรอแผนทจโนม (genome mapping) คอแผนททแสดงทตงหรอต าแหนงรวมทง

ระยะทางของยนซงอยบนโครโมโซมเดยวกนโดยจะชวยใหการคดเลอกโคนมในลกษณะทส าคญทางเศรษฐกจมความแมนย ามากขน รวมไปสามารถน าไปศกษาหาความสมพนธหรอระยะหางทางพนธกรรมระหวางตวสตว แผนทยนสามารถแบงออกไดเปน 3 ชนดไดแก แผนททางกายภาพ (physical map) แผนททางพนธกรรม (genetic map) และแผนทในเชงเปรยบเทยบ (comparative map)

แผนททางกายภาพ คอ แผนททางพนธกรรมทบอกระยะหางระหวางยนซงมความละเอยดมากกวาแผนททางพนธกรรม โดยการบอกระยะหางระหวางยนสามารถท าไดทงโครโมโซมหรอเพยงบางสวนของโครโมโซมกได และพบวาการท าแผนททางกายภาพจะมความแมนย าเนองจากเปนการศกษายนทสมพนธกบลกษณะโดยตรงดงนนความคลาดเคลอนจงนอยกวาการหาเครองหมายพนธกรม

แผนททางพนธกรรม คอ แผนททแสดงต าแหนงทตงของยน ระยะหางระหวางยนสองยนซงอยบนโครโมโซมเดยวกนเพอใชศกษาถงลกษณะการถายทอดของยนวาถายทอดไปสรนตอไปอยางไร และเปนแบบไหน (linkage equilibrium or linkage disequilibrium)

แผนทในเชงเปรยบเทยบ คอ การน าแผนททางพนธกรรมของสงมชวตหลายชนดมาเปรยบเทยบกน เพอเปรยบเทยบทงความเหมอนและความแตกตางกนทางพนธกรรม ส าหรบน าไปประยกตใชในหลายดาน เชน การพฒนาอวยวะปลกถายจากสตวสคน การศกษาความหลากหลายทางพนธกรรม การศกษาล าดบววฒนาการ เปนตน

Genetic engineering พนธวศวกรรม หมายถง กระบวนการเปลยนแปลงยนซงเจาะจงเลอกยนทตองการของลกษณะ

ใดลกษณะหนงโดยคดเลอกยนทมคณสมบตทตองการจากโคนมพนธดไปถายฝากในโคนมอกตวหนง ซงจะสงผลใหโคนมตวรบเกดการเปลยนแปลงยน ซงเรยกวธการดงกลาววา “การดดแปลงพนธกรรม” (Genetically Modified Organisms; GMOs) และเรยกโคนมทถกดดแปลงพนธกรรมวา “โคนมดดแปลงพนธกรรม” (Transgenic animal or Transgenic organisms)

ขอดของพนธวศวกรรม 1. ชวยแกไขความบกพรองทางพนธกรรมในโคนม และปรบปรงพนธสตวใหไดลกษณะตรงตาม

ความตองการ เชน ใหผลผลตน านมสง ขอเสยของพนธวศวกรรม 1. ยงไมมการศกษาผลกระทบขางเคยงทอาจเกดขนกบสตว หรอเกษตรกรผเลยงโคนม 2. ยงไมมกฎหมายจรยธรรมรองรบโดยเฉพาะการวาดวยเรองสวสดภาพของสตว

DNA-fingerprint

ลายพมพดเอนเอ (DNA-fingerprint or DNA profile or Genetic profile) คอ รปแบบของแถบดเอนเอซงมความแตกตางกนทงขนาดและจ านวนโดยความแตกตางกนนจะแสดงถงความเปนเอกลกษณเฉพาะตวของโคนมแตละตว โดยลายพมพดเอนเอตองมคณสมบตคอสามารถท าซ าไดและตองไดผลลพธเดม

139

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

ทกครงในสตวตวเดม (Short Tandem-Repeat; STR) ปจจบนวธการทนยมใชในการตรวจหาลายพมพดเอนเอไดแก Microsatellite, Minisatellite, RFLP ซงประโยชนจากการตรวจลายพมพดเอนเอในโคนมเพอใชพสจนความเปนพอ-แม-ลก ชวยในการวเคราะหความหลากหลายทางพนธกรรม ใชตรวจหาเครองหมายทางพนธกรรมกรรม รวมทงใชในการตรวจสอบการแยกเพศของตวออน (ภาพท 7.4)

ภาพท 7.4 แถบดเอนเอแสดงความสมพนธระหวาง พอ-แม-ลกโคนม

เทคโนโลยชวภาพทางดานการสบพนธ

Artificial Insemination (AI) การผสมเทยม เปนเทคโนโลยชวภาพทางดานการสบพนธทนยมใชอยางกวางขวางในโคนม

เนองจากมประสทธภาพสงในการกระจายพนธกรรมของพอพนธชนเลศ (elite bull) ไปสฝงสตวตางๆไดอยางรวดเรว การผสมเทยมในโคประสบผลส าเรจเปนครงแรกของโลกในป พ.ศ. 2452 ในประเทศรสเซย ส าหรบในประเทศไทยส าเรจในป พ.ศ. 2499 หลกการในการผสมเทยมเรมตนโดยการรดเกบน าเชอ (semen) จากพอพนธแลวน ามาตรวจคณภาพน าเชอ หากไมมความผดปรกตในกรณน าเชอสดจะน าไปฉดเขาไปในอวยวะเพศของโคตวเมยทอยในระยะพรอมรบการผสมเทยมตอไป (ภาพท 7.5) แตหากยงไมตองการผสมเทยมในทนทขนตอนตอไปจะน าไปบรรจลงในหลอดบรรจน าเชอเพอรอรบการผสมเทยมตอไปในอนาคตโดยการรดน าเชอโคแตละครงจะมปรมาณตวอสจประมาณ 6,500-7,000 ลานตว ซงเมอน าไปเจอจางจะสามารถผสมเทยมใหกบโคเพศเมยไดถง 500-1,500 ตว

ขอดของการผสมเทยม 1. สามารถเพมจ านวนลกไดตามตองการในระยะเวลาสน และการมลกโคจ านวนมากจะชวยใน

ดานการศกษาและตรวจวดผลตอบสนองการคดเลอก (selection response) ไดอยางแมนย า 2. ประหยดคาใชจายในการเลยงพอพนธ และชวยลดปญหาการบาดเจบของสตวทอาจเกดขนหาก

ใชวธการผสมแบบธรรมชาต ทงยงงายตอการควบคมโรคทางระบบสบพนธ และโรคตดตอทางพนธกรรม เชน โรคแทงตดตอ โรคแบลด (bovine leukocyte adhesion deficiency: BLAD) โรคดมปส (deficiency of uridine monophosphate syntheses: DUMPS) โรคมลฟต (mule-foot หรอ syndcyylism; MF) เปนตน

แม ลก No.1 No.2 No.3

140

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

ขอเสยของการผสมเทยม 1. กระบวนการรดเกบน าเชอ การเกบรกษาน าเชอ และขนตอนการผสมเทยมมความเสยงตอการ

ตดเชอสงหากมระบบการรกษาความสะอาดทไมไดมาตรฐาน และอาจน าไปสการแพรกระจายพนธกรรมโคทไมดไปสโคฝงอนไดอยางรวดเรวเชนกน

2. ผท าการผสมเทยมตองมความช านาญสงเนองจากหากตรวจระยะการเปนสดของโคผดพลาดจะท าใหสญเสยคาใชจายโดยสนเชง แตหากผสมในขณะทโคตวเมยตงทองแลวอาจสงผลใหโคแทงลกได

ภาพท 7.5 การผสมเทยมโค ทมา: http://chestofbooks.com/animals/horses/Health-Disease-Treatment-4/Artificial-

Insemination.html In vitro Produced Embryos (IVP) การผลตตวออนโคในหลอดทดลองเปนการน าเซลลไข (oocyte) และเซลลอสจ (sperm) จากโค

พอแมพนธชนเลศมาท าการปฏสนธภายนอกรางกายหรอในหองปฏบตการ (in vitro fertilization; IVF) ซงมการจดสภาพแวดลอมของหลอดทดลองใหใกลเคยงกบสภาพภายในรางกายตวสตว ซงหากเซลลไขทเกบจากแมโคยงอยในระยะทไมพรอมทจะปฏสนธในขนตอนนตองท าการเพาะเลยง เซลลไขซงเรยกวา in vitro maturation (IVM) หลงจากการปฏสนธท าการเพาะเลยงตวออนทไดจนถงระยะทจะยายฝากโดยในโคจะเพาะเลยงจนถงระยะ morula และ blastocyst ซงเรยกขนตอนนวา in vitro culture (IVC) หลงจากนนจงยายฝากสปกมดลกของโคตวรบตอไป (Galli and Lazzari, 1996; Gordon, 1996) (ภาพท 7.6) ลกโค IVP ตวแรกเกดใน ป พ.ศ. 2530 (Lu et al., 1987) ในขณะทประเทศไทยมการผลตลกโคโดยใชเทคโนโลย IVP ส าเรจเปนครงแรกใน ป พ.ศ. 2534

ขอดของการผลตตวออนโคในหลอดทดลอง 1. เพมจ านวนตวออนไดมาก และลดชวอายของโคนมลงได (generation interval) เนองจาก

สามารถเกบไขไดมากและบอยครงขน โดยเทคโนโลยนจะเกดประโยชนมากกบสตวทมจ านวนนอยหรอใกลสญพนธใหไดมโอกาสเพมจ านวนมากขน

141

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

2. สามารถแกปญหาในกรณทโคนมมพนธกรรมของลกษณะตางๆด เชน ลกษณะการใหผลผลตน าสง แตมปญหาดานการสบพนธ เชน ผสมตดยาก อายมาก ทอน าไขตบ เปนตน

ขอเสยของการผลตตวออนโคในหลอดทดลอง 1. เปนเทคโนโลยทตองอาศยองคความรและความช านาญสง และมปจจยเสยงทสงผลใหตวออน

ตายไดในระหวางขนตอนตางๆตงแตการเกบเซลลไขจนกระทงยายฝากไปสสตวตวรบจงสงผลใหความส าเรจของการใชเทคโนโลยนคอนขางต า (10-15%)

2. งบประมาณลงทนสง

ภาพท 7.6 การผลตตวออนโคในหลอดทดลอง ทมา: http://ucanr.org/repository/cao/landingpage.cfm?article=ca.v054n04p57&fulltext Multiple ovulation and embryo transfer (MOET)

การกระตนเพมการตกไขและการยายฝากตวออนเปนเทคโนโลยทางการสบพนธทพฒนาขนเพอเพมประสทธภาพการสบพนธของสตวเพศเมยใหไดรบการขยายพนธในจ านวนเพมขน โดยมหลกการดงน เรมตนโดยการฉดฮอรโมนกระตนเพอเรงการตกไขในสตวทมพนธกรรมดเลศหรอสตวเพศเมยตวให (donor) ท าการผสมเทยมกบน าเชอของพอพนธทมพนธกรรมด จากนนเกบตวออนเพอไปยายฝากใหกบสตวเพศเมยตวรบ (recipient) เพออมทองแทน (ภาพท 7.7) อยางไรกตามลกทเกดมาจะมพนธกรรมเหมอนกบแมตวใหและพอพนธทน ามาผสมเทยม เทคโนโลยดงกลาวนยมท าในสตวทคลอดลกครงละตว เชน โคนม โคเนอ เปนตน และประสบผลส าเรจในการผลตลกโคตวแรกของโลกใน ป พ.ศ. 2530 (Robl et al., 1987) ส าหรบประเทศไทยมรายงานการตงทองและเกดลกโคตวแรกใน ป พ.ศ. 2543 (รงสรรค และคณะ, 2543; Kamonpatana, 2000)

ขอดของการกระตนเพมการตกไขและการยายฝากตวออน 1. ชวยเพมความกาวหนาในการปรงปรงพนธโคไดถง 30% เมอเปรยบเทยบกบการปรบปรงพนธ

ดวยวธการมาตรฐาน

In vitro

fertilization

In vitro culture

In vitro

maturation

142

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

2. เพมจ านวนสตวทตองการไดมาก และยงชวยในดานการวางแผนผสมพนธเปนชดหรอใชในการทดสอบความสามารถทางพนธกรรมทงในพอพนธและแมพนธ

3. ชวยเสรมการท างานของระบบสบพนธ เชน การผลตลกแฝด ทงยงสามารถควบคมโรคตดตอทางการสบพนธ และโรคทางพนธกรรมทอาจเกดขนได

ขอเสยของการกระตนเพมการตกไขและการยายฝากตวออน 1. มการบรณาการเทคโนโลยตางๆรวมกนหลายเทคโนโลย ไดแก AI, IVF, Frozen embryo ซงตอง

อาศยความช านาญสงและผเชยวชาญจ านวนมาก รวมทงงบประมาณลงทนสง แตผลส าเรจยงถอวาต า

2. หากใชเทคโนโลยนมากเกนไปจะท าใหไดสตวทมพนธกรรมเหมอนกนจ านวนมากซงเปนการเสยงตอการเกดเลอดชด หรอการสญหายทางพนธกรรมของลกษณะบางประการ

3. ลกโคทเกดขนอาจไดรบผลกระทบบางอยางจากแมตวรบทแตกตางกน

ภาพท 7.7 การกระตนเพมการตกไขและการยายฝากตวออน ทมา: http://www.cruachan.com.au/embryo_transfer.htm

143

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

Cloning โคลนนง หรอการท าซ าเปนเทคโนโลยทางดานสบพนธทไดรบความนยมในปจจบน โดยม

เปาหมายเพอผลตสตวทมทงลกษณะทางกายภาพและพนธกรรมเหมอนกน (identical twin) กบสตวตนแบบทเปนผใหเซลลทกประการโดยไมใชเซลลสบพนธเพศผและเพศเมยมาผสมกน ซงสตวทเกดจากการโคลนนงนจะเรยกวา “cloned animal” (ภาพท 7.8) ความยากของ

Sex determination การก าหนดเพศหรอการคดเลอกเพศโคนม หมายถง การก าหนดใหโคตงทองและคลอดลกใน

เพศใดเพศหนงทสดสวนทมากกวาอกเพศหนง โดยทวไปสดสวนของการเกดลกโคเพศผตอเพศเมยจะเทากบ 50 : 50 ไมวาจะใชวธการผสมพนธโดยวธธรรมชาตหรอผสมเทยม อยางไรกตามจากการขยายตวของการเลยงโคนมครอบคลมทกพนททงในประเทศไทยและทวโลกจะพบวาโคเพศเมยจะมความตองการมากกวาโคเพศผเพอผลตเปนโคสาวทดแทน (heifer replacement) ส าหรบรองรบการเปนแมพนธตอไปในอนาคตจงสงผลใหเทคโนโลยการก าหนดเพศหรอการคดเลอกเพศโคนมไดถกพฒนาขนตามล าดบ โดยวธการทนยมใชในปจจบนม 2 วธคอ การแยกเพศจากอสจ (sperm sexing) ซงวธการทนยมมากทสดคอการใช flow cytometry แยกเพศเนองจากสามารถแยกเซลลอสจ X และ Y ออกจากกนไดแมนย าถง 85-95% (Welch and Johnson, 1999) แตวธการดงกลาวยงมขอดอยโดยเฉพาะในดานความแขงแรงของอสจ และอกวธการหนง

ภาพท 7.8 การท าโคลนนงโค ทมา:http://www.webmd.com/news/20080115/fda-meat-of-cloned-animals-safe-to-eat

การผลตโคนมโคลนนงคอขนตอนการเชอมระหวางเซลลไขของสตวตนแบบกบเซลลของสตวตวรบนนท าไดยากจงท าใหการผลตโคนมโคลนนงท าไดจ านวนไมมากเทาทควร โดยลกโคนมโคลนนงตวแรกของประเทศไทยเกดขนเมอป พ.ศ. 2543 น าโดย ศาสตรจารย ดร.มณวรรณ กมลพฒนะ และดร.รงสรรค พาลพาย ซงเปนผบกเบกงานวจยทางดานโคลนนงรายแรกของประเทศไทย ขอดของการโคลนนง 1. ขยายพนธสตวไดอยางรวดเรว และยงชวยแกปญหา

ทางการสบพนธของสตวโดยการผสมพนธตามธรรมชาตได

2. ลดความแปรปรวนทางพนธกรรมของสตวไดโดยสตวทเกดมาจะมความสม าเสมอ (uniform)

ขอเสยของการโคลนนง 1. การปรบปรงพนธสตวทเกดจากวธโคลนนงท าไดยาก

เนองจากจะสญเสยความหลากหลายทางพนธกรรม

2. การทสตวทกตวมพนธกรรมเหมอนกนหากเกดโรคระบาดยอมสมเสยงตอการสญพนธได

3. ยงไมมกฎหมายรบรองสตวโคลนนง

144

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

คอวธการแยกเพศจากตวออน (embryo sexing) ซงวธการทนยมใชมากทสดคอ การวเคราะหดเอนเอหรอ polymerase chain reaction (PCR) ซงใชหลกการแยกสารพนธกรรมหรอดเอนเอจากตวออนเพศผหรอเพศเมยเพอระบเพศ โดยมความแมนย าถง 95% (Thibier and Nibart, 1995; Kittiyanant et al., 2000) (ภาพท 7.9) อยางไรกตามวธการแยกเพศจากอสจเปนวธทงายกวาวธการแยกเพศจากตวออน เนองจากการรดเกบน าเชอจากโคพอพนธท าไดงายและมคาใชจายทไมแพงเกนไป อยางไรกตามยงมความแปรปรวนอกหลายปจจยทท าใหในปจจบนความส าเรจของการแยกเพศโคนมจากทงสองวธยงใหผลทไมเพยงพอ

ขอดของการก าหนดเพศ 1. สามารถคดเลอกเพศสตวไดตามความตองการของผเลยง เพอผลตโคนมตามวตถประสงคการใช

งาน เชน โคสาวทดแทน โครน โคเพศผเพอทดสอบสมรรถนะ เปนตน ขอเสยของการก าหนดเพศ 1. ผลส าเรจยงไมดเทาทควร ซงเกดจากหลายสาเหต เชน วธการแยกเพศทใช และสภาพแวดลอม

ก. Flow cytometry ข. Polymerase chain reaction ภาพท 7.9 การคดเลอกเพศในโคนมโดยวธ ก. Flow cytometry ข. Polymerase chain reaction ทมา: http://www.rudbeck.uu.se/node47

http://www.getdomainvids.com/keyword/adn%20pcr/ Cryopreservation การแชแขง คอการเกบรกษาเซลลอสจ เซลลไข และตวออน เพอยดอายการเกบรกษาใหยาวนาน

ขนซงเมอจ าเปนตองใชจะสามารถน าออกมาใชไดซงคลายกบการท าธนาคารเซลลอสจ เซลลไข และตวออนเกบไว ในระยะแรกการแชแขงจะใชน าแขงแหงหรอคารบอนไดออกไซดแขง (solid carbon dioxide) ชวยในการแชแขง ตอมาในป ค.ศ.1963 ไดน าเอาไนโตรเจนเหลว (liquid nitrogen) ซงมอณหภม -196 องศาเซลเซยสมาใชในการแชแขงและเกบรกษาน าเชออสจแทนคารบอนไดออกไซดแขงโดยรปแบบบรรจน าเชอยงเปนรปแบบหลอด (ampoules) หรอแบบเมด (pellets) และในป ค.ศ.1973 ไดพฒนาเทคนคการแชแขงโดยเกบในหลอดฟางขนาดบรรจ 0.25 มลลลตร (French ministraw) (ภาพท 7.10)

145

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

ขอดของการแชแขง 1. สะดวกตอการน าไปใชงาน เชน ในพนทหางไกลไมสามารถน าสตวไปผสมพนธแบบธรรมชาตได 2. เปนการอนรกษพนธกรรมสตวไดยาวนาน โดยเฉพาะสตวทใกลสญพนธ 3. การปรบปรงพนธท าไดรวดเรวเนองจากสามารถน าไปยายฝากเพอขยายฝงสตวส าหรบน ามา

ทดสอบพนธ ขอเสยของการแชแขง 1. ภายหลงจากการเกบรกษามกพบวาประสทธภาพของเซลลอสจ เซลลไข และตวออนจะต าลง 2. ขนตอนการแชแขงตองท าดวยความระมดระวงซงเสยงตอการปนเปอน (contaminated) หรอ

อนตรายตอเซลลอสจ เซลลไข และตวออน เชน การเกดน าแขงภายในเซลล

ภาพท 7.10 แสดงอปกรณการแชแขงเซลลอสจ เซลลไข และตวออนโคนม ทมา: http://www.sciencedaily.com/releases/2008/09/080910090825.htm

หากกลาวโดยสรปการใชเทคโนโลยชวภาพเพอชวยในการปรบปรงพนธสตวทงในดานการคดเลอกพนธกรรมสตวทดและเพอชวยในการขยายพนธสตวใหไดตามจ านวนตามทตองการนนสามารถสรปไดดงแสดงในตารางท 7.3

ตาราง 7.3 ประโยชนของเทคโนโลยชวภาพตอการปรบปรงพนธโคนม ประโยชน เทคโนโลยชวภาพทใช เพมความแมนย าของการคดเลอก Gene marker, MOET, Gene mapping, AI ยนระยะเวลาในการคดเลอก Gene marker, MOET กระจายพนธกรรมไดรวดเรว AI, Cryopreservation, Cloning, MOET สนบสนนการปรบปรงพนธ Sex determination, Cloning, DNA-fingerprint,

Genetic engineering, Gene mapping

146

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

ค าถามทายบท

1. จงอธบายเทคโนโลยชวภาพทเกยวของกบการปรบปรงพนธสตวตอไปน โดยอธบายถง 1) วธการคราวๆ และ 2) ประโยชนของเทคโนโลยดงกลาว

1.1 AI 1.2 MOET 1.3 IVP 1.4 Cryopreservation 1.5 Cloning

2. ท าไมเราจงตองมการอนรกษสตวพนเมองหรอสตวทองถน ปจจบนเราวดหรอตรวจสอบความหลากหลายทางชวภาพไดอยางไร

3. แนวทางปรบปรงพนธโคนมโดยใชรวมกนระหวางเทคนค BLUP รวมกบเครองหมายพนธกรรมควรท าอยางไร

4. แนวทางการใชเครองหมายพนธกรรมในการคดเลอกโคนมควรท าอยางไร 5. จงอธบายความหมาย และบอกความสมพนธระหวาง Gene mapping และ Genetic engineering

147

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

บรรณานกรม

จกรน ศรวโรทย. 2551. การตรวจหาความสมพนธของยน BoLA-DRB3 กบการตานทานเชอ Anaplasma

marginale ในโคนม. วทยานพนธปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต ภาควชาสตวศาสตร คณะเกษตรศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน.

ดวงนภา บวใหญ. 2547. การตรวจหาความสมพนธของอลลล BoLA-DRB3 กบการเกดโรคเตานมอกเสบแบบแสดงอาการในโคนม โดยวธ PCR-RFLP และ Multi-primer PCR. วทยานพนธปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต ภาควชาสตวศาสตร คณะเกษตรศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน.

มงคล เตชะก าพ, พระศกด จนทรประทป, และวชย ทนตศภารกษ. 2534. เทคโนโลยชวภาพและวทยาการสบพนธ, กรงเทพฯ หนา 101-104.

รงสรรค พาลพาย เกรยงศกด ทาศรภ และมณวรรณ กมลพฒนะ 2543. ความเปนไปไดในการผลตโคพนธดดวยเทคโนโลยโคลนนงโดยใชเซลลไฟโบรบลาสจากใบหเปนเซลล ตนแบบการประชมทางวชาการของมหาวทยาลยเกษตรศาสตร ครงท 38 สาขาสตวและสตวแพทยศาสตร 1-4 กมภาพนธ 2543 กรงเทพฯ หนา 79-85.

สภาวด มานะไตรนนท. 2545. ความสมพนธของอลลล Bovine Lymphocyte Antigen DRB3 (BoLADRB3) กบการเปนโรคเตานมอกเสบแสดงอาการในโคนม. วทยานพนธปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑตสาขาวชาเทคโนโลยการผลตสตว ส านกวชาเทคโนโลยการเกษตร มหาวทยาเทคโนโลยสรนาร.

อมรรตน โมฬ. 2548. การตรวจหา Quantitative Trait Loci (QTL) ของลกษณะการใหผลผลตน านมในโคนมโดยการใช microsatellite. วทยานพนธปรญญาวทยาศาสตรดษฎบณฑต ภาควชาสตวศาสตร คณะเกษตรศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน.

Ashwell, M. S., D. W. Heyen, J. I. Weller, M. Ron, T. S. Sonstegard, C. P. Van Tassell, and H. A. Lewin. 2005. Detection of Quantitative Trait Loci Influencing Conformation Traits and Calving Ease in Holstein-Friesian Cattle. J. Dairy Sci. 88: 4111-4119.

Boichard, D., C. Grohs, F. Bourgeois, F. Cerqueira, R. Faugeras, A. Neau, R. Rupp, Y. Amigues, M. Y. Boscher, and H. Levéziel. 2003. Detection of genes influencing economic traits in three French dairy cattle breeds. Genet. Sel. Evol. 35: 77-101.

Boichard, D., S. Fritz, M. N. Rossignol, M. Y. Boscher, A. Malafosse, and J. J. Colleau. 2002. Implementation of marker-assisted selection in French dairy cattle. Electronic communication in Proc. 7th World Congr. Genet. Appl. Livest. Prod., August 19- 23. Montpellier, France. 22 – 03.

Bovenhuis, H., and T. Meuwissen. 1996. Detection and mapping of quantitative trait loci. University of New England. England.

Czarnik, U., M. Galiński, T. Zabolewicz, and Ch. S. Pareek. 2007. Study of SNP 775C>T polymorphism within the bovine ITGB2 gene in Polish Black-and-White cattle and in local breeds of cattle. Czech J. Anim. Sci. 52(3): 57-61.

148

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

Dematawewa, C.M. and P.J. Berger 1998. Break-even cost of cloning in genetic improvement of dairy cattle. J. Dairy Sci. 81:1136-1147.

Doungnapa B. 2010. Detection of quantitative trait loci marker associated with clinical mastitis in crossbred dairy cattle. Doctor of Philosophy. Department of Animal Science, Faculty of Agriculture. Khon Kaen University.

Galli, C. and G. Lazzari 1996. Practical aspects of IVM/IVF in cattle. Anim. Reprod. Sci. 42:371-379.

Gautier, M., R. R. Barcelona, S. Fritz, C. Grohs, T. Druet, D. Boichard, A. Eggen, and T. H. E. Meuwissen. 2006. Fine mapping and physical characterization of two linked quantitative trait loci affecting milk fat yield in dairy cattle on BTA26. Genetics. 172: 425–436.

Georges, M., D. Nielsen, M. Mackinnon, A. Mishra, R. Okimoto, A. T. Pasquino, L. S. Sargeant, A. Sorensen, M. R. Steele, X. Zhao, J. E. Womack, and I. Hoeschele. 1995. Mapping Quantitative Trait Loci Controlling Milk Production in Dairy Cattle by Exploiting Progeny Testing. Genetics. 139: 907-920.

Goddard, M. E., and J. Hayes. 2002. Optimisation of response using molecular data. Electronic communication in Proc. 7th World Congr. Genet. Appl. Livest. Prod., August 19 - 23. Montpellier, France. 22: 3 - 10.

Gordon, I. 1996. Controlled Reproduction in Cattle and Buffaloes. CAB International, Wallingford. 491 p.

Hinger, M., H. Brandt, S. Horner, and G. Erhardt. 2007. Association Analysis of Microsatellites and Mycobacterium avium Subspecies paratuberculosis Antibody Response in German Holsteins. J. Dairy Sci. 90: 1957-1961.

Holmberg M., and L. Andersson-Eklund. 2004. Quantitative Trait Loci Affecting Health Traits in Swedish Dairy Cattle. J. Dairy Sci. 87: 2653-2659.

Kamonpatana, M. 2000. Artificial breeding of large ruminant production: Based on experiences in Thailand. Thai J. Vet. Med. 30:13-22.

Kittiyanant, Y., J. Saikhun, B. Siriaroonrat, and K. Pavasuthipaisit. 2000. Sexing of bovine in vitro produce embryos at first cleavage by polymerase chain reaction and karyotyping. Science Asia. 26:9-13.

Kolbehdari, D., Z. Wang, J. R. Grant, B. Murdoch, A. Prasad, Z. Xiu, E. Marques, P. Stothard, and S. S. Moore. 2008. A Whole-Genome Scan to Map Quantitative Trait Loci for Conformation and Functional Traits in Canadian Holstein Bulls. J. Dairy Sci. 91: 2844-2856.

Kühn, Ch., J. Bennewitz, N. Reinsch, N. Xu, H. Thomsen, C. Looft, G. A. Brockmann, M. Schwerin, C. Weimann, S. Hiendleder, G. Erhardt, I. Medjugorac, M. Förster, B. Brenig, F. Reinhardt, R. Reents, I. Russ, G. Averdunk, J. Blümel, and E. Kalm. 2003. Quantitative Trait Loci

149

การปรบปรงพนธกรรมโคนม :: เทคโนโลยชวภาพในการปรบปรงพนธโคนม

Mapping of Functional Traits in the German Holstein Cattle Population. J. Dairy Sci. 86: 360-368.

Lu, K.H., I. Gordon, H.B. Chen and H. McGovern 1987. In vitro culture of early bovine embryos derived from in vitro fertilization of follicular oocytes matured in vitro. In Proceedings of the 3rd

Meeting of the European Embryo Transfer Association, Lyon, p.70. Mackinnon, M. J., and M. A. J. Georges. 1998. Marker-assisted preselection of young dairy sires

prior to progeny-testing. Livestock Prod.Sci. 54: 229 – 250. Meuwissen, T. H. E., and M. E. Goddard. 1996. The use of marker haplotypes in animal breeding

schemes. Genet. Sel. Evol. 28: 161–176. Olsen, H. G., L. Gomez-Raya, D. I. Våge, I. Olsaker, H. Klungland, M. Svendsen, T. Ådnøy, A.

Sabry, G. Klemetsdal, N. Schulman, W. Krämer, G. Thaller, K. Rønningen, and S. Lien. 2002. A Genome Scan for Quantitative Trait Loci Affecting Milk Production in Norwegian Dairy Cattle. J. Dairy Sci. 85: 3124-3130.

Prinzenberg, E. M., C. Weimann, H. Brandt, J. Bennewitz, E. Kalm, M. Schwerin, and G. Erhardt. 2003. Polymorphism of the Bovine CSN1S1 Promoter: Linkage Mapping, Intragenic Haplotypes, and Effects on Milk Production Traits. J. Dairy Sci. 86: 2696-2705.

Robl, J.M., R. Prather, F. Barnes, W. Eyestone, D. Northey, B. Gilligan and N.L. First 1987. Nuclear transplantation in bovine embryos. J. Anim. Sci. 64:642-7.

Simm, G. 1998. Genetic improvement of cattle and sheep. Farming Press, Ipswich, U.K. Soller, M. 1994. Marker assisted selection- An Overview. Animal Biotechnology. 5: 193-207. Thibier, M., and M. Nibart. 1995. The sexing of bovine embryos. Theriogenology. 43:71-80. Welch, G.R., and L.A Johnson. 1999. Sex preselection: Laboratory validation of the sperm sex ratio

of flow sorted X- and Y-sperm by sort reanalysis for DNA. Theriogenology. 52:1343-1352. Weller J. I. 2001. Quantitative trait loci analysis in animal .Cromwell press.UK. Zhou, H., J. G. H. Hickford, Q. Fang, and S. O. Byun. 2007. Identification of Allelic Variation at the

Bovine DRA Locus by Polymerase Chain Reaction-Single Strand Conformational Polymorphism. J. Dairy Sci. 90: 1943-1946.

http://chestofbooks.com/animals/horses/Health-Disease-Treatment-4/Artificial-Insemination.html http://www.cruachan.com.au/embryo_transfer.htm http://ucanr.org/repository/cao/landingpage.cfm?article=ca.v054n04p57&fulltext

http://www.rudbeck.uu.se/node47

http://www.getdomainvids.com/keyword/adn%20pcr/ http://www.sciencedaily.com/releases/2008/09/080910090825.htm