Zuchtwertschätzung in der Tierzucht

05.04.2013
Zuchtwertschätzung in der
Tierzucht
Züchten, heißt in Generationen denken........
Welches sind
die besten
Zuchttiere ?
Wie
verpaare ich
sie optimal ?
Nächste Generation
1

05.04.2013
Einordnung in Zuchtprogramme.......
Zuchtziel
•Märkte
•Verbraucheranforderungen
•Rahmenbedingungen
•Genetisch-züchterische
Möglichkeiten
•Modetrends
Selektion
Beurteilung
• Leistungsprüfung
• Zuchtwertschätzung
Verpaarung
Zuchtprogramm
Tierzüchtung
Rechentechnik
Mathematische
Statistik
Biotechnologie
d. Fortpflanzung
Populationsgenetik
Züchtungstechniken
KB, ET
ET-assoziierte
Biotechniken
Molekulargenetik
Genomanalyse
Markergenetik
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05.04.2013
Definition von Zuchtzielen......
Auf welche Merkmale will ich selektieren ?
Inwieweit sind diese Merkmale genetisch bedingt ?
Wie sind die genetischen Beziehungen zwischen den Merkmalen ?
Welche Bedeutung kommt den einzelnen Merkmalen zu ?
M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M n
h 2 h 2 h 2 h 2 h 2
w w w w w
Zuchtziel = Funktion (G1, G2, G3, G4, G5, ...)
Gesamtzuchtwert
Merkmalszuchtwerte
Grundlagen der ZWS (Wiederholung)
Allgemeiner Zuchtwert:
Definition Zuchtwert
Genetischer Wert eines Zuchttieres bei zufälliger Anpaarung innerhalb
einer Population, der auf additiv genetischen Effekten beruht.
Spezieller Zuchtwert:
Genetischer Wert eines Zuchttieres bei spezieller Anpaarung, der auf
additiv und nicht-additiv genetischen Effekten beruht.
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05.04.2013
Zuchtwert
Mittlere Abweichung der Nachkommen von Tieren von dem Mittel der
Population (Vergleichsmaßstab)
Zuchtwertschätzung
Ziel und Inhalt:
Die genauest mögliche Erfassung der genetischen
Merkmalsveranlagungen, d.h. der genotypischen Merkmalswerte der für die
Zuchtwahl verfügbaren Tiere zwecks Selektion
Vorhersage des erwarteten Zuchtwertes zum Zweck des Vergleiches
verschiedener Selektionsverfahren
Phänotyp
Genotyp
Schluss von den phänotypischen Leistungsabweichungen der Informanden
(P – P) auf den geschätzten ZW (A) des Probanden
Vorfahren
Eigenleistung
Verwandte gleicher Generation
Erbwert
Nachkommen
Zuchtwert
Ausdruck für den ZW eines Tieres ist die durchschnittliche Leistung
all seiner Nachkommen
Negativer ZW
-
+
Positiver ZW
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05.04.2013
Zuchtwertschätzung (ZWS) - 1
Ziel der ZWS ist den Phänotyp in die vererbbaren und umweltbeeinflussten
Komponenten zu unterteilen.
ZW als additiv genetischer Teil des Phänotyps ist die Abweichung des
Einzeltieres von der gesamten Population.
ZW ist nicht statisch, sondern vom Vergleichsmaßstab abhängig.
Selektion verändert das Niveau einer Population fortschreitend. Damit
verändert sich auch der ZW über die Generationen hinweg.
Unterschiede zwischen den verschiedenen Methoden der ZWS bestehen
primär in der Art der Trennung der beiden Komponenten Genotyp und
Umwelt
Zuchtwertschätzung (ZWS) - 2
Schätzung der erblichen Teils einer Leistung kann über die Multiplikation der
speziellen Leistung mit der Heritabilität erfolgen. Ein so ermittelter ZW
berücksichtigt nur die Komponente der richtigen Gewichtung der Leistung,
nicht die der Korrektur der Leistung auf die speziellen Umwelteffekte, die bei
verschiedenen Tieren unterschiedlich sein können.
ZWS heißt demnach, die richtige Gewichtung und die richtige
Korrektur der beobachteten Leistungen zu finden, um eine
Vergleichbarkeit zwischen Tieren zu ermöglichen.
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05.04.2013
Zuchtwert:
Anteil der Leistungsabweichung vom Vergleichsmaßstab
Erwartungswert:
Errechnet sich aus
dem Mittelwert des
Elternzuchtwertes
Zufällige Abweichung:
Umwelteinflüsse
korrigierte EL, NL
Gewichtung:
Teilzuchtwerte für jeden Leistungsabschnitt
Beim Rind gibt es derzeit 5 Abschnitte (Mengenmerkmale)
ZW m =
1
2
5
I = 1
ZW mi
Methodik der Zuchtwertschätzung
Geschätzter Zuchtwert = gewichtete Leistungsabweichung
ZW = b i (x i –VG)
ZW..........geschätzter Zuchtwert
b i ............Gewichtung, Regressionskoeffizient
des Zuchtwertes auf die Nachkommen
x i ............Eigenleistung oder Leistung der
Nachkommen etc.
VG.........Vergleichswert
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05.04.2013
Gewichtung b 1 ist abhängig von:
• Heritabilität des Merkmals
• Verwandtschaftsgrad
• Anzahl der Informanten
• Anzahl wiederholbarer Leistungen
• Wiederholbarkeit des Merkmals
• Genauigkeit der Prüfmethode
• Wirtschaftliche Bedeutung des Merkmals
Fazit: Für jedes Tier muss aufgrund der unterschiedlichen
Informationsquellen ein eigener b-Wert
ermittelt werden.
Grundlagen der ZWS (Wiederholung)
Ziel der Zuchtwertschätzung:
Aus beobachteten Leistungs- und Abstammungsinformationen
möglichst frühzeitig im Leben
eines Tieres möglichst sicher seinen genetischen
Wert (Zuchtwert) zu schätzen, um den
Zuchtfortschritt je Zeiteinheit zu maximieren.
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05.04.2013
LKV
Feldtest
Produktionsfeld
Feld
Auktionen
KB-
Station
Zuchtverband
Zuchtunternehmen
Zuchtleitung
Qualitätsfleischprogramm
Landesanstalt
f. Landw.
MPA
Informationssystem
für die ZWS
Genetisches Modell
Klima
Futter
Genotyp + Umwelt = Phänotyp
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05.04.2013
Genotyp + Umwelt = Phänotyp
G
Niedrige Heritabilität
U
G
Mittlere Heritabilität
U
Hohe Heritabilität
G
U
Grundlagen der ZWS (Wiederholung)
Phänotypische Leistungen
Genetische Marker
Verwandteinformationen
Leistungsinformationen
Systematische
Umweltwirkungen
Verfahren zur Zuchtwertschätzung
•Modellannahmen
•Schätzverfahren
•Lösung großer Gleichungssysteme
Merkmalswerte
Gesamtzuchtwerte
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05.04.2013
Nutzung von Verwandteninformationen
. . . a nn
Verwandtschaftsmatrix A:
V V V M M V MM
g n a n1
½
½ ½ ½ ½
g 1
a 11 . . . A 1n
Vater Mutter
. . . . . .
½ ½ ½ ½
Var(g)= Var . = A x 2 g = . . . . .
. . . . . .
vHG Tier mHG
Nachkommen
Beispiel:
1 2
3 4
5 6
Hauptdiagonale = Verwandtschaftskoeffizient
Nebendiagonale = 1 + Inzuchtkoeffizient
1,000 0,000 0,500 0,500 0,500 0,750
0,000 1,000 0,000 0,500 0,250 0,250
0,500 0,000 1,000 0,250 0,625 0,375
A = 0,500 0,500 0,250 1,000 0,625 0,750
0,500 0,250 0,625 0,625 1,125 0,563
0,750 0,250 0,375 0,563 0,563 1,250
Berücksichtigung systematischer
Umweltwirkungen
Systematische Umweltwirkungen
Alle nichtgenetischen Einflussfaktoren auf die Leistungen, die systematisierbar
(fassbar) sind und bei der Zuchtwertschätzung berücksichtigt werden können.
Alle übrigen nichtgenetischen Einflussfaktoren werden als nichtsystematische
(zufällige) Umweltwirkungen bezeichnet.
Ausprägungsstufen von
Umwelteffekten wirken auf
Gruppen von Tieren vergleichbar
z.B.:Betrieb, Herde, Prüfgruppe, Geschlecht..
Einflüsse von Umweltwirkungen
lassen sich funktional beschreiben
z.B.:Alter, Laktationsstadium, Zwischenwurfzeit..
30
80
70
60
25
20
50
40
30
15
10
20
10
0
Umweltwirkung
5
0
Umweltwirkung
10

05.04.2013
BLUP - Zuchtwertschätzung
Best Linear Unbaised Prediction
Beste lineare unverzerrte Vorhersage
Ermittelt unverzerrte Zuchtwerte durch
• gleichzeitige Schätzung von Umwelteffekten
• korrekte Gewichtung der Leistungsabweichung
BLUP (Best Linear Unbiased Prediction) zur
Zuchtwertschätzung
Y = X + Zu + e
Y – Beobachtungsvektor
ß – Vektor der fixen Effekte
U – Vektor der zufälligen Effekte
E – Vektor der zufälligen Resteffekte
X – Designmatrix der fixen Effekte
Z – Designmatrix der zufälligen Effekte
Allgemeines lineares
gemischtes Modell
Mixed-Model-Gleichung:
X‘ R -1 X X‘ R -1 Z X R -1 y
=
Z‘ R -1 X Z‘ R -1 Z + G -1 u Z‘ R -1 y
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05.04.2013
Beispiel für Zuchtwertschätzung (I)
y ij = + b i + g j + e ij
y = Xb + Zg + e
Genetischer Effekt des Tieres
Geschlechtseffekt
Tier Sex V M y
4 1 1 0 4,5
5 2 3 2 2,9
6 2 1 2 3,9
8 1 3 6 5,0
1 2 3
4,5 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
2,9 0 1 + b 1
0 0 0 0 1 0 0 0
3,9 = 0 1 x + b 2
0 0 0 0 0 1 0 0
3,5 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0
5,0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
x
g 1
g 2
g 3
g 4
g 5
g 6
g 7
+
e 4
e 5
e 6
e 7
e 8
4 5 6
7 8
g 8
Beispiel für Zuchtwertschätzung (II)
y = Xb + Zg + e
Mixed-Model-Gleichung:
X‘X X‘ Z b X‘ y
= ; =
Z‘ X Z‘Z + A -1 a g Z‘ y
1- h2
h 2
Tier Sex V M y
4 1 1 0 4,5
5 2 3 2 2,9
6 2 1 2 3,9
8 1 3 6 5,0
3 0 0 0 0 1 0 0 1 1 + b 1 13,0 + b 1 4,3585
0 2 0 0 0 0 1 1 0 0 + b 2 6,8 + b 2 3,4044
0 0 11/3 1 0 -4/3 0 -2 0 0 g 1 0 g 1 0,0984
0 0 1 4 1 0 -2 -2 0 0 g 2 0 g 2 -0,0188
0 0 0 1 4 0 -2 1 0 -2 g 3 0 g 3 -0,0411
1 0 -4/3 0 0 14/3 1 0 -2 0 g 1 = 4,5 g 1 = -0,0087
0 1 0 -2 -2 1 6 0 -2 0 g 1 2,9 g 1 -0,1857
0 1 -2 -2 1 0 0 6 0 -2 g 1 3,9 g 1 0,1769
1 0 0 0 0 -2 -2 0 5 0 g 1 3,5 g 1 -0,2495
1 0 0 0 -2 0 0 -2 0 5 g 1 5,0 g 1 0,1826
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05.04.2013
Allgemeines lineares gemischtes Modell
y = X + Zu + e
Merkmale
Genetische
Effekte
Einmerkmalsmodelle
Mehrmerkmalsmodelle
Vatermodelle
Tiermodelle
Regressionsmodelle
Gruppierung genetischer
Effekte
Additive u. nichtadditive
Effekte
Maternale u.
paternale Effekte
Nichtgenetische
Effekte
Umweltfaktor
Kovariable
Genotyp-Umwelt-
Interaktion
Genotyp-Umwelt-
Korrrelation
Spezielle
Modelle
Genetische
Marker (QTL)
Extrachromosomale
Effekte
Geschlechtschro
mosomal gekoppelte
Effekte
Gametisches
Imprinting
Nichlineare
Modelle
Gewichtungen im aktuellen
Gesamtzuchtwert (DHV)
RZM RZE RZS RZN RZZ/RZR Kalbemerk
male
maternal
RZG 56 20 14 6 4
RZG-I, neu 55 10 5 25 5
RZD
Melk
barkeit
RZG-II, neu 45 15 7 20 10 3
• Gewicht des Leistungsteils geringer, evtl. nur 50 %
• Deutlich stärkeres Gewicht für Nutzungsdauer als im RZG
• Fruchtbarkeits- und Kalbemerkmale haben direkte ökon. Bedeutung und
sollten daher Bestandteil bleiben
• RZS und Exterieurmerkmale werden auch im RZN berücksichtigt
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05.04.2013
Regionale Besonderheiten bei den
Gewichtungsfaktoren einzelner Teilzuchtwerte
innerhalb des RZG
Merkmalskomplexe - Exterieur
- lineare Beschreibung:
einzelne biologische Merkmale mit wirtschaftlicher
oder funktioneller Bedeutung sollen unabhängig
voneinander bewertet werden.
- jedes Merkmal wird auf einer Skala von einem
Extrem (klein) bis zum anderen (groß) erfasst (Noten
1 bis 9)
Vorteilhaft: Tiere möglichst jung, gleichaltrig und ohne
Kenntnis des Vaters beurteilen.
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05.04.2013
Erklärungen:
DT....Donor-Teststation
TL....BLAD frei (Boviner
Leukozyten Adhäsionsdefekt)
BL.....BLAD – Träger
ET.....aus Embryotransfer
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05.04.2013
Zuchtwertschätzung beim Schwein
Mutterrasse I
(LW)
Fruchtbarkeit
Stabilität
Wachstum
x
Mutterrasse II
(DL)
Fruchtbarkeit
Stabilität
Wachstum
Vaterrasse
(PI)
Fleischanteil
Wachstum
Stabilität
x
Kreuzungssau
(F1)
Endprodukt
(F2)
Leistungsmerkmale in der Schweinezucht
Mast- u. Schlachtleistungsmerkmale
Funktionale
Merkmale
Mastleistung Schlachtleistung Zuchtleistung Gesundheit
Fitness
Stabilität
Zunahme
FuA, FuV
Wachstumsverlauf
Futteraufnahmeverlauf
Fleischanteil
Bauchqualität
Fleischqualität
Fettqualität
Weibliche
Fruchtbarkeit
IgF, LgF, AfF
Ferkelgewichte
Aufgez. Ferkel
Gesäuge
Mütterlichkeit
Männliche
Fruchtbarkeit
Nutzungsdauer
Exterieur
Anomalien
Spermaqualität
Befruchtungsvermögen
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05.04.2013
Zuchtwertschätzung beim Schwein
ZWS Mast- und Schlachtleistung
Reinzucht
Mutter/Vaterrassen
ZWS Mast- u. Schlachtleistung
(Feldtest)
Kreuzung
Vaterrassen
ZWS Fruchtbarkeit
Reinzucht
Mutterrassen
ZWS auf Mast- u. Schlachtleistung
Basiszucht
Mutter- u. Vaterrassen
Stationsdaten
Reinzuchtnachkommen
Mastleistung, Futterverwertung
Schlachtleistung
ZWS
Felddaten
aus Zucht- u. Vermehrungsbetrieben
Wachstumsleistung u. Ultraschall von
Jungebern u. Jungsauen
Mast- u. Schlachtleistung (Reinzucht)
Futterverzehr (FuV)
Lebenstagszunahme (LTZ)
Rückenmuskelfläche (RmFl)
Ultraschallmesswert (US)
Fettfläche (FeFl)
Intramuskuläres Fett (IMF)
pH-Wert
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05.04.2013
ZWS auf Mast- u. Schlachtleistung (Feldtest)
Jungeber
Vaterrassen
Ferkelerzeugerbetriebe
Gezielte Anpaarung an F1-Sauen
Kennzeichnung der Ferkel
Mastbetrieb
Schlachthof
Erfassung Schlachtleistung vom Einzeltier
ZWS
Mast- u. Schlachtleistung (Kreuzung)
Nettotageszunahme u. Magerfleischanteil, Sondenmaß
Zuchtwertschätzung auf Fruchtbarkeit
Sauen
Mutterrassen
Zucht- und Vermehrungsbetriebe
Erfassung der Anzahl lebendgeborener Ferkel
ZWS
Fruchtbarkeit (Reinzucht)
Lebend geborener Ferkel
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05.04.2013
LW
- 3 - Alpha - 400465 - NN
RZ: 132
FB: 94
Züchter: Tillig GbR, 01561 Ebersbach
Aufzüchter: Sächs.Landesanstalt f.LW- LPA, 04886 Köllitsch
geb.:
21.05.2002
400327 Alpinist
400251 Alpin
Spitze: 14
400728 HB-Sau
T R K F B G: 7 7 8 7 8 8
400316 Kingsley
Zitzen: 7/7
402006 HB-Sau
Widerrist: 81 cm
400712 HB-Sau
geprüfte Töchter: n: 1004 LTZ: 616 g US: 9.7 mm
BV: n: 638 lgF: 11.7
Würfe Mutter: n: 2 lgF: 10.5 agF: 10.5
Reinzucht
S/F PTZ FuA MFB IL FuV RFl FFl LTZ SSD RZ
Tier EL 1101 2.03 177 742 12.5
NK 0/945 615 9.8
ZW 11 3.6 -1.0 23 0.1 132
Vater EL 1172 2.03 171 757 11.5
NK 111/2605 918 2.41 57.6 103 193 46.7 18.8 611 10.5
ZW 7 1.0 -2.4 46 -0.5 137
Mutter EL 661 11.4
NK 4/0 989 2.32 57.0 101 189 48.9 21.7 682 12.0
ZW 0 3.7 -2.4 0 -0.7 100
Fruchtb.
lgF1 lgF2-11 FB
Tier ZW -0.08 -0.12 94
Vater ZW -0.54 -0.57 65
Mutter ZW 0.09 0.16 108
Ein außergewöhnlich langer
und großer PI-Eber, sehr
kompakt und wuchtig. In
Schulter und Rücken ist er
vollfleischig bemuskelt. Der
Schinken ist tief angesetzt,
das Becken leicht abfallend.
Er ist sehr gut im Fundament,
hat einen sehr schönen Kopf
und einen trockenen Hals. In
der Ferkelproduktion ist er
ohne Einschränkung für jede
Sauengruppe zu empfehlen.
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05.04.2013
Nutzung nicht-additiver Genwirkungen in
der Tierzucht.....
Was sind nicht-additive Genwirkungen ?
Alle Abweichungen vom additiven Zusammenwirken von
Allelen innerhalb und zwischen Genorten
Intragenische
Wechselwirkungen
Intermediärer Erbgang
Dominanz
Überdominanz
Kodominanz
Intergenische
Wechselwirkungen
Komplementärwirkung
Epistasie
Gleichsinnige Wirkung
Nicht-additive Genwirkungen und
Heterosis
Nicht-additive Genwirkungen führen zur
Heterosis.
Heterosis:
Leistungssteigerung der Kreuzungspopulation
gegenüber dem Mittel der
beiden Elternpopulationen
20

05.04.2013
Effekte von Kreuzung..............
Kreuzung
Nutzung von Heterosiseffekten
(direkt, maternal)
Kombination positiver Eigenschaften
verschiedener Rassen
(Komplementäreffekte)
„Umgehung“ von
Merkmalsantagonismus
Lässt sich Kreuzungsleistung züchterisch
verbessern ?
Selektion auf der Grundlage von
Kreuzungsleistungen
Reziproke Rekurrente Selektion (RRS)
A
B
Prüfnachkommen
A 1
B 1
21

05.04.2013
Nutzung von Kreuzungseffekten in
einer Dreirassenkreuzung........
A
B
C
F1
AB = 0,5g A + 0,5g B + h AB
EP
C x AB = 0,5g C + 0,25(g A + g B )
+ 0,5(h AC + h BC )
+ h
M
AB
+ 0,25r AB
Berücksichtigung von nicht-additiven
Genwirkungen bei der aktuellen ZWS.....
C
A
EB
F1
B
AB = 0,5g A + 0,5g B + h AB C x AB = 0,5g C + 0,25(g A + g B )
+ 0,5(h AC + h BC )
+ h
M
AB
+ 0,25r AB
ZWS Mast- u. Schlachtleistung
ZWS Mast- u. Schlachtleistung
Feldtest
Reinzucht
g A , g B , g C
Kreuzung
g C , h AC + h BC
Mutterrassen
Vaterrassen
Vaterrassen
ZWS Fruchtbarkeit
Reinzucht
Mutterrassen
g A , g B
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05.04.2013
Weitere Möglichkeiten zur Berücksichtigung
nicht-additiver Genwirkungen bei der ZWS.......
C
A
EB
F1
B
AB = 0,5g A + 0,5g B + h AB C x AB = 0,5g C + 0,25(g A + g B )
+ 0,5(h AC + h BC )
+ h
M
AB
+ 0,25r AB
Einbeziehung der Fruchtbarkeits- u. Aufzuchtleistung
von F1-Sauen in die ZWS
Reinzucht
Kreuzung
g A , g B , h AB h
M
AB
Mutterrassen
Mast- u. Schlachtleistung von allen Kreuzungsstufen
u. vollst. Pedigreesicherung
Reinzucht
Kreuzung
Mutterrassen
g A , g B, g C , h AB , h ABM , h AC + h BC
Wann lohnt eine Selektion auf Reinzuchtund
Kreuzungsleistungen ?
Entscheidend ist die genetische Korrelation zwischen Reinzucht
und Kreuzung !!!
rg = 1 Reinzucht- und Kreuzungsleistung gleiches Merkmal
r g < 0,6 separate Merkmale in Reinzucht u.Kreuzung erforderlich
Zunahmeleistung
BRANDT (1994) 0,87 – 0,97
SCHMUTZ (1995) 0,73
TRAPPMANN u. KIRSTGEN (1995) 0,66
BRANDT u. TÄUBERT (1998) 0,90
FISCHER (1998) 0,93 u. 0,97
Muskelfleischanteil
SCHMUTZ (1995) 0,98
TRAPPMANN u. KIRSTGEN (1995) 0,75
FISCHER (1998) 0,98 – 1,00
Speckdicke
BRANDT (1994) 0,96 – 1,00
BRANDT u. TÄUBERT (1998) 0,92
FISCHER (1998) 0,81 – 0,97
MERKS u. HANNENBERG (1998) 0,61 – 0,95
Fleischqualität
SCHMUTZ (1996) 0,99
Fruchtbarkeit
TÄUBERT (1997) 0,53
FISCHER (1998) 0,52 – 0,71
BÖSCH (1999) 0,59 u. 0,40
23

05.04.2013
Genomische Zuchtwertschätzung
Marker für alle Chromosomen
genomische Information
Chip-Technik
40 000 Marker
Zuchtwertschätzung
24

05.04.2013
Ableitung der SNP-Effekte
• Voruntersuchungen: Schätzung der Effekte der
50.000 SNPs auf ein Merkmal (Milchleistung)
entspricht dem Vergleich der Tiere untereinander
(Gruppe A zu Gruppe B).
• Vergleichgruppe (Bsp.: Referenzgruppe = Gruppe A)
mit sicheren Zuchtwerten (> 90% Sicherh.) ca. 3000
Bullen
• Typisierung der Referenzbullen zwecks Ableitung
von Beziehungen zwischen genet. Buchstaben
(SNPs) und Merkmalen……= Effekt der SNPs auf
das Merkmal!
Genomische Selektion: Zuchtwertschätzung
Schätzung: Effekte für alle Marker (SNPs)
Beispiel:
Drei Tiere mit Leistung – fünf SNPs
Tier Milch-kg SNP1 SNP2 SNP3 SNP4 SNP5
1 8000 AB AB AA BB AB
2 10000 AA BB AB AB AA
3 5000 BB AB AA AA AB
26

05.04.2013
Genomische Selektion: Zuchtwertschätzung
Beispiel:
Additive Effekte: Genotypen werden konvertiert in Anzahl B-Allele;
Der additive Effekt ist die Regression auf die Anzahl der B-Allele
Tier Milch-kg SNP1 SNP2 SNP3 SNP4 SNP5
1 5000 1 1 0 2 1
2 10000 0 2 1 1 0
3 8000 2 1 0 0 1
Genomische Selektion – BLUP
Beispiel: Lösung
1
ˆ XX XZ XY
b
ŝ ZX ZZ I
ZY
7647.06
263.16
bˆ 121.78
ŝ
121.78
160.99
121.78
Mittelwert
für jedes B-Allel am 1. SNP
werden 263.16 kg abgezogen
usw.
für jedes B-Allel am 4. SNP
werden 160.99 kg addiert
usw.
27

05.04.2013
dGW
ZW
• Vollgeschwister haben identisches Pedigree
• ZW von Vollgeschwister basiert auf den Ergebnissen der
Eigen- und Nachkommenleistung
• Beim dGW fließen die Buchstaben des Tieres ein!
• Identische dGWs sind nur bei eineiigen Zwillingen (Klone)
möglich!
•
• Vollgeschwister haben unterschiedliche SNP-Situationen
deshalb auch unterschiedliche dGWs.
• dGWs erreichen Sicherheit von 40 – 60% (abh. von h 2 )
• Vergleich der Sicherheiten des dGW und des ZW
Kuh-ZW hat niedrige Sicherheit, Bullen ZW hat hohe Sicherheit!
dGW
ZW
• Basis für dGW ist Blutprobe
• Sicherheit für Kalb ist höher als ZW (Pedigree)
Züchter kann mit dGE beste Jungtiere genauer
auswählen.
• Eigen- und Nachkommenleistung gehen nicht in
dGW ein!
• Bei Vorliegen von Nachkommenleistung ist ZW
genauer als dGW! Kombination von dGW + ZW
28

05.04.2013
Genomische Selektion
Konventionelle
Zuchtwertschätzung
ZW
Genomische
Zuchtwertschätzung
dGW
gZW
genomisch unterstützter Zuchtwert
Kombination des rein genomischen Zuchtwertes (dGW) mit dem Zuchtwert der
bisherigen Zuchtwertschätzung (ZW) zu einem genomisch unterstützten
Zuchtwert (gZW)
Kombination dGW & ZW
gZW
• Unterschiedliche Sicherheiten der Ausgangszuchtwerte (ZW
bzw. dGW) beeinflussen Sicherheit des gZW!
Einfluss des dGW
Steigende Anzahl Töchter
Einfluss des ZW
Ab Sicherheit von 90% des ZW wird gZW fast
ausschließlich von ZW bestimmt!
29

05.04.2013
Verlauf der Sicherheit des genomisch unterstützten Zuchtwertes (gZW) der
Merkmale Milchmenge bzw. Nutzungsdauer eines Besamungsbullen bzw. einer Kuh.
Die Sicherheit des rein genomischen Zuchtwertes (gZW) wurde aus Gründen der
Vereinfachung im zeitlichen Verlauf konstant gehalten.
weibliche Selektionspfade: Genauigkeit der ZWSchätzung
Korrelation zw. wahrem und geschätztem Zuchtwert (Milchleistung)
Herkömmlich
Eigenleistung
Eigenleistung plus 10 Halbgeschwister
Eigenleistung plus 50 Halbgeschwister
Eigenleistung plus 1000 Halbgeschwister
0,449
0,502
0,552
0,582
=> bei 0,60 ist Schluß
genomische Selektion
0,70-0,80
=> Genauigkeit ca. wie mit Nachkommenschaftsprüfung, nach Geburt
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05.04.2013
Sicherheit der genomischen Zuchtwerte
• gZW im Vergleich zu konventionellen ZW
Bulle
P.I.
gZW
Milchleistung 33% 75%
Exterieur 29% 69%
ND direkt 23% 61%
Fruchtbarkeit 24% 57%
Kuh P.I. gZW
Milchleistung 33% 75%
Exterieur 29% 69%
ND direkt 23% 61%
Fruchtbarkeit 24% 57%
1. ZW
(5 Jahre alt)
Test kompl.
(7 Jahre alt)
80% 93%
70% 80%
(27%) 65%
50% 60%
1. ZW
(3 Jahre 1.La)
Eigl. kompl.
(5 Jahre 3.La)
50% 58%
(32%) (32%)
30% 35%
27% 32%
Maximale ZW-Sicherheit
• größtes Potential in der Selektion von Jungtieren (TB) u. Bullenmüttern
Quelle: Vit Verden
Ausblick:
Auswirkungen auf die ZWS und
auf den genetischen Fortschritt
Fruchtbarkeit
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05.04.2013
Zuchtfortschritt bei genomischer Selektion
Zuchtfortschritt je Zeiteinheit:
G
T
i
k
k
k k a
L
k
Selektionspfade k:
k=1: Bullenväter
k=2: Kuhväter
k=3: Bullenmütter
k=4: Kuhmütter
Verdoppelung !
männliche Selektionspfade: Generationsintervall
Herkömmlich (NKP)
genomische Selektion
Zeit (Monate)
0
Geburt der Bullen
Geburt der Bullen, Typisierung und MAS
18
27
Beginn Testeinsatz
Geburt Töchter
Beginn Zuchteinsatz
Geburt der Söhne
51
61
Beginn 1. Laktation der Töchter
Ende 1. Laktation der Töchter
ZUCHTWERTSCHÄTZUNG
SELEKTION BULLENVÄTER
ANPAARUNG
70 Geburt der Söhne
=> Genauigkeit ca. wie mit Nachkommenschaftsprüfung, nach Geburt
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05.04.2013
Genomische Selektion: Vorgehensweise
an einer Stichprobe von Tieren (einige Hundert bis Tausend) werden
Phänotypen ermittelt (Nachkommendurchschnitte: sehr genau)
die selben Tiere werden für alle SNPs typisiert
Aus den phänotypischen Daten und den Markerdaten werden für
jeden SNP Effekte (Unterschiede zwischen den Genotypen)
geschätzt (oder für SNP-Haplotypen)
Validierungsstichprobe: Ermittlung der Genauigkeit der ZW-Schätzung
Für beliebige Tiere mit Typisierungen (Kandidaten für die Zucht) können
Zuchtwerte aus den vorher geschätzten SNP-Effekten berechnet werden
und die Kandidaten anhand dieser geschätzten Zuchtwerte selektiert
werden. Genauigkeiten: ähnlich Nachkommenschaftsprüfung (70%-80%)
Schätzung der SNP-Effekte muss gelegentlich wiederholt werden
Genomische Selektion – einstufige
Schätzverfahren
Neuere Entwicklung = die Zukunft?
eine einheitliche Verwandtschaftsmatrix H, basierend auf
Pedigree (wie bisher) und (bei typisierten Tieren) auf der
Übereinstimmung von Markerallelen
die Berechnung der Inversen von H ist für eine begrenzte
Anzahl von typisierten Tieren möglich =>
Zuchtwertschätzung kann mit einem einheitlichen
BLUP-Verfahren für alle Tiere (typisiert und nicht
typisiert) durchgeführt werden.
H ist möglicherweise nicht positiv definit (Inverse existiertnicht) =>
spezielle Form der Mischmodellgleichungen erlauben eine
Lösung ohne die Inverse zu berechnen, H reicht aus.
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05.04.2013
Genomische Selektion – Zuchtprogramme
zukünftig großes Angebot an jungen Bullen mit rel. genauen und
hohen Zuchtwerten, auch für Fruchtbarkeit
bessere Möglichkeiten für Kunden der Besamungsstationen
Bullen mit guten Fruchtbarkeitszuchtwerten auszuwählen
Verzicht auf Nachkommenschaftsprüfung beim Rind
genetischer Verschlechterung vorbeugen:
- erfordert stärkere Gewichtung der Fruchtbarkeit, dadurch
- etwas verringerter Zuchtfortschritt für Milch, Exterieuer
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