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05.04.2013
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Zuchtwertschätzung in der Tierzucht
Züchten, heißt in Generationen denken........
Nächste Generation
Welches sind die besten Zuchttiere ?
Wie verpaare ich sie optimal ?
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Einordnung in Zuchtprogramme.......
Zuchtziel
Beurteilung
Selektion Verpaarung
Zuchtprogramm
• Leistungsprüfung
• Zuchtwertschätzung
•Märkte
•Verbraucheranforderungen
•Rahmenbedingungen
•Genetisch-züchterische Möglichkeiten
•Modetrends
Tierzüchtung
Populations-genetik
Rechentechnik
Mathematische Statistik
Biotechnologie d. Fortpflanzung
Züchtungstech-niken
KB, ET ET-assoziierte Biotechniken
Molekulargenetik
Genomanalyse
Markergenetik
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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
h2 h2 h2 h2 h2
w w w w w
Zuchtziel Funktion (G1, G2, G3, G4, G5, ...)=
Gesamtzuchtwert Merkmalszuchtwerte
Grundlagen der ZWS (Wiederholung)
Definition ZuchtwertAllgemeiner 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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ZuchtwertMittlere Abweichung der Nachkommen von Tieren von dem Mittel der
Population (Vergleichsmaßstab)
ZuchtwertschätzungZiel 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 Verwandte gleicher Generation
Erbwert
Nachkommen Zuchtwert
Ausdruck für den ZW eines Tieres ist die durchschnittliche Leistung all seiner Nachkommen
Positiver ZWNegativer ZW
+-
Eigenleistung
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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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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)
ZWm = 1
2ZW mi
I = 1
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Methodik der Zuchtwertschätzung
Geschätzter Zuchtwert = gewichtete Leistungsabweichung
ZW = bi (xi – VG)
ZW..........geschätzter Zuchtwert
bi............Gewichtung, Regressionskoeffizient
des Zuchtwertes auf die Nachkommen
xi............Eigenleistung oder Leistung der
Nachkommen etc.
VG.........Vergleichswert
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Gewichtung b1 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 unter-schiedlichen Informationsquellen ein eigener b-Wert ermittelt werden.
Grundlagen der ZWS (Wiederholung)
Ziel der Zuchtwertschätzung:
Aus beobachteten Leistungs- und Abstammungs-
informationen 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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Zuchtverband Zuchtunternehmen
LKV
KB-Station
Qualitäts-fleisch-
programm
Landes-anstalt
f. Landw.
MPA
Zuchtleitung
AuktionenFeldtest Feld
Produktionsfeld
Informationssystem für die ZWS
Genetisches Modell
Klima Futter
Genotyp + Umwelt = Phänotyp
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Genotyp + Umwelt = Phänotyp
G
G
G
U
U
U
Niedrige Heritabilität
Mittlere Heritabilität
Hohe Heritabilität
Grundlagen der ZWS (Wiederholung)
Phänotypische Leistungen Genetische Marker
Verwandte-informationen
Leistungs-informationen
Systematische Umweltwirkungen
Verfahren zur Zuchtwertschätzung
Merkmalswerte Gesamtzuchtwerte
•Modellannahmen
•Schätzverfahren
•Lösung großer Gleichungssysteme
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Nutzung von Verwandteninformationen
Verwandtschaftsmatrix A:
g1 a11 . . . A1n
. . . . . .
Var(g)= Var . = A x 2g = . . . . .
. . . . . .
gn an1 . . . ann
V V V M M V MM
½ ½ ½ ½
Vater Mutter
½ ½ ½ ½
vHG Tier mHG
½
Nachkommen
Hauptdiagonale = Verwandtschaftskoeffizient
Nebendiagonale = 1 + Inzuchtkoeffizient
Beispiel:
1 2
3 4
5 6
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
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
A =
Berücksichtigung systematischer Umweltwirkungen
Systematische Umweltwirkungen
Alle nichtgenetischen Einflussfaktoren auf die Leistungen, die systematisier-bar (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
Einflüsse von Umweltwirkungen lassen sich funktional beschreiben
z.B.:Betrieb, Herde, Prüfgruppe, Geschlecht.. z.B.:Alter, Laktationsstadium, Zwischenwurfzeit..
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Umweltwirkung 0
5
10
15
20
25
30
Umweltwirkung
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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 Allgemeines lineares gemischtes Modell
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
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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Beispiel für Zuchtwertschätzung (I)
yij = + bi + gj + eij
Genetischer Effekt des Tieres
Geschlechtseffekt
y = Xb + Zg + e
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 6
7 8
4,5 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
2,9 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0
3,9 = 0 1 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
g1
g2
g3
g4
g5
g6
g7
g8
x
e4
e5
e6
e7
e8
++ b1
+ b2x
Beispiel für Zuchtwertschätzung (II)
y = Xb + Zg + eTier 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
Mixed-Model-Gleichung:
X‘X X‘ Z b X‘ y
Z‘ X Z‘Z + A-1 a g Z‘ y= ; =
1- h2
h2
3 0 0 0 0 1 0 0 1 1 + b1 13,0 + b1 4,3585
0 2 0 0 0 0 1 1 0 0 + b2 6,8 + b2 3,4044
0 0 11/3 1 0 -4/3 0 -2 0 0 g1 0 g1 0,0984
0 0 1 4 1 0 -2 -2 0 0 g2 0 g2 -0,0188
0 0 0 1 4 0 -2 1 0 -2 g3 0 g3 -0,0411
1 0 -4/3 0 0 14/3 1 0 -2 0 g1 4,5 g1 -0,0087
0 1 0 -2 -2 1 6 0 -2 0 g1 2,9 g1 -0,1857
0 1 -2 -2 1 0 0 6 0 -2 g1 3,9 g1 0,1769
1 0 0 0 0 -2 -2 0 5 0 g1 3,5 g1 -0,2495
1 0 0 0 -2 0 0 -2 0 5 g1 5,0 g1 0,1826
= =
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Allgemeines lineares gemischtes Modell
y = X + Zu + e
Merkmale Genetische Effekte
Nichtgeneti-sche Effekte
Spezielle ModelleEinmerkmals-
modelle
Mehrmerk-malsmodelle
Vatermodelle
Tiermodelle
Regressions-modelle
Gruppierung ge-netischer Effekte
Additive u. nicht-additive Effekte
Maternale u. paternale Effekte
Umweltfaktor
Kovariable
Genotyp-Umwelt-Interaktion
Genotyp-Umwelt-Korrrelation
Genetische Marker (QTL)
Extrachromoso-male Effekte
Geschlechtschromosomal gekop-pelte Effekte
Gametisches Imprinting
Nichlineare Modelle
Gewichtungen im aktuellen Gesamtzuchtwert (DHV)
RZM RZE RZS RZN RZZ/RZR Kalbemerkmale
maternal
RZG 56 20 14 6 4
RZG-I, neu 55 10 5 25 5
RZG-II, neu 45 15 7 20 10 3
RZD
Melkbar-keit
• 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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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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Erklärungen:
DT....Donor-Teststation
TL....BLAD frei (Boviner Leukozyten Adhäsionsdefekt)
BL.....BLAD – Träger
ET.....aus Embryotransfer
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Zuchtwertschätzung beim Schwein
Mutterrasse I (LW)
Mutterrasse II (DL)x
Fruchtbarkeit Stabilität
Wachstum
Fruchtbarkeit Stabilität
Wachstum
Kreuzungssau (F1)
Vaterrasse (PI)
Fleischanteil Wachstum Stabilität
x
Endprodukt (F2)
Leistungsmerkmale in der Schweinezucht
Mast- u. Schlachtlei-stungsmerkmale
Funktionale Merkmale
Mastleistung Schlachtleistung Zuchtleistung Gesundheit Fitness
Stabilität
Zunahme
FuA, FuV
Wachstums-verlauf
Futterauf-nahmeverlauf
Fleischanteil
Bauchqualität
Fleischqualität
Fettqualität
Weibliche Fruchtbarkeit
IgF, LgF, AfF Ferkelgewichte Aufgez. Ferkel Gesäuge Mütterlichkeit
Männliche Fruchtbarkeit
Spermaqualität
Befruchtungs-vermögen
Nutzungsdauer
Exterieur
Anomalien
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Zuchtwertschätzung beim Schwein
ZWS Mast- und Schlachtleistung
ZWS Mast- u. Schlachtleistung (Feldtest)
ZWS Fruchtbarkeit
Reinzucht Mutter/Vaterrassen
Kreuzung Vaterrassen
Reinzucht Mutterrassen
ZWS auf Mast- u. Schlachtleistung
BasiszuchtMutter- u. Vaterrassen
Stationsdaten FelddatenReinzuchtnachkommen
Mastleistung, Futterverwertung
Schlachtleistung
aus Zucht- u. Vermehrungsbetrieben
Wachstumsleistung u. Ultraschall von Jungebern u. Jungsauen
ZWSMast- u. Schlachtleistung (Reinzucht)
Futterverzehr (FuV)
Rückenmuskelfläche (RmFl)
Fettfläche (FeFl)
Intramuskuläres Fett (IMF)
pH-Wert
Lebenstagszunahme (LTZ)
Ultraschallmesswert (US)
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ZWS auf Mast- u. Schlachtleistung (Feldtest)
Jungeber
Vaterrassen
Ferkelerzeugerbetriebe
Gezielte Anpaarung an F1-Sauen
Kennzeichnung der Ferkel
Mastbetrieb
SchlachthofErfassung Schlachtleistung vom Einzeltier
ZWS
Mast- u. Schlachtleistung (Kreuzung)
Nettotageszunahme u. Magerfleischanteil, Sondenmaß
Zuchtwertschätzung auf Fruchtbarkeit
SauenMutterrassen
Zucht- und Vermehrungsbetriebe
Erfassung der Anzahl lebendgeborener Ferkel
ZWS
Fruchtbarkeit (Reinzucht)
Lebend geborener Ferkel
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LW - 3 - Alpha - 400465 - NN
RZ: 132FB: 94
Züchter: Tillig GbR, 01561 Ebersbach
Aufzüchter: Sächs.Landesanstalt f.LW- LPA, 04886 Köllitsch
geb.: 21.05.2002
Spitze: 14
T R K F B G: 7 7 8 7 8 8
Zitzen: 7/7
Widerrist: 81 cm
400251 Alpin 400327 Alpinist
400728 HB-Sau
400316 Kingsley 402006 HB-Sau
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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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 Kreuzungs-population gegenüber dem Mittel der beiden Elternpopulationen
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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
A1
B
B1
Prüfnachkommen
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Nutzung von Kreuzungseffekten in einer Dreirassenkreuzung........
A
C
B
F1
EP
AB = 0,5gA + 0,5gB + hAB
C x AB = 0,5gC + 0,25(gA + gB)
+ 0,5(hAC + hBC)
+ hABM
+ 0,25rAB
Berücksichtigung von nicht-additiven Genwirkungen bei der aktuellen ZWS.....
AB = 0,5gA + 0,5gB + hAB C x AB = 0,5gC + 0,25(gA + gB)
+ 0,5(hAC + hBC)
+ hABM
+ 0,25rAB
C
B
F1
EB
A
ZWS Mast- u. Schlachtleistung
ZWS Mast- u. Schlachtleistung Feldtest
ZWS Fruchtbarkeit
Reinzucht Mutterrassen Vaterrassen
gA, gB, gC
Kreuzung Vaterrassen
gC, hAC + hBC
Reinzucht Mutterrassen
gA, gB
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Weitere Möglichkeiten zur Berücksichtigung nicht-additiver Genwirkungen bei der ZWS.......
AB = 0,5gA + 0,5gB + hAB C x AB = 0,5gC + 0,25(gA + gB)
+ 0,5(hAC + hBC)
+ hABM
+ 0,25rAB
C
B
F1
EB
A
Einbeziehung der Fruchtbarkeits- u. Auf-zuchtleistung von F1-Sauen in die ZWS
Mast- u. Schlachtleistung von allen Kreu-zungsstufen u. vollst. Pedigreesicherung
Reinzucht Kreuzung
Mutterrassen
gA, gB, hAB hABM
Reinzucht Kreuzung
Mutterrassen
gA, gB,gC, hAB, hABM, hAC + hBC
Wann lohnt eine Selektion auf Reinzucht-und Kreuzungsleistungen ?
Entscheidend ist die genetische Korrelation zwischen Reinzucht und Kreuzung !!!
rg = 1 Reinzucht- und Kreuzungsleistung gleiches Merkmal
rg < 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
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Genomische Zuchtwertschätzung
Marker für alle Chromosomen
genomische Information
Chip-Technik
40 000 Marker
Zuchtwertschätzung
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Ein SNP auf DNA-Ebene
S..ingle
N..ucleotide
P..olymorphisms
(Einzelnukleotid-Polymorphismen)
Veränderungen einzelner Basenpaare in einem DNA-Strang begründen genetische Variationen für Leistungs- u. Fitnessmerkmale.
Bsp: Basenfolge AAGCCTA AAGCTTA
Wenn diese Punktmutation eine Keimzelle (Eizelle, Spermium) eines Tieres betrifft, können Nachkommen dieser Tiere diese Mutation erben und der SNP kann sich nach mehreren Generationen in der Population etablieren.
Jedes Genom besitzt Vielzahl von SNPs.
Beispiele:
Mensch: (= 1 SNP je 1000 Basenpaare (bp)
Rind: Bei ca. 3 Miard. Basenpaare des Rindergenoms wurden ca. 2,5 Mio. variable ( = polymorphe) Stellen gefunden.
SNPs sind Stellen in der Erbsubstanz, in der die zugehörige Basenfolge in mehr als einer Variante vorkommt.
Interessante Merkmale: Nutzungsdauer, Lebensleistung
SNPs
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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
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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
1ˆ X X X Z X Yb
ZX Z Z I Z Ys
7647.06
263.16ˆ 121.78b
121.78s
160.99
121.78
für jedes B-Allel am 1. SNP werden 263.16 kg abgezogen
für jedes B-Allel am 4. SNP werden 160.99 kg addiert
usw.
usw.
Mittelwert
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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 h2)• 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
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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!
Steigende Anzahl Töchter
Einfluss des dGW
Einfluss des ZW
Ab Sicherheit von 90% des ZW wird gZW fast ausschließlich von ZW bestimmt!
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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
Herkömmlich
genomische Selektion
Eigenleistung
Eigenleistung plus 10 Halbgeschwister
Eigenleistung plus 50 Halbgeschwister
Eigenleistung plus 1000 Halbgeschwister
0,449
0,502
0,552
0,582
0,70-0,80
Korrelation zw. wahrem und geschätztem Zuchtwert (Milchleistung)
=> bei 0,60 ist Schluß
=> Genauigkeit ca. wie mit Nachkommenschaftsprüfung, nach Geburt
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Sicherheit der genomischen Zuchtwerte
• gZW im Vergleich zu konventionellen ZW
• größtes Potential in der Selektion von Jungtieren (TB) u. Bullenmüttern
Maximale ZW-Sicherheit
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%
P.I. gZW
Milchleistung 33% 75%Exterieur 29% 69%ND direkt 23% 61%Fruchtbarkeit 24% 57%
Bulle
Kuh P.I. gZW
Milchleistung 33% 75%Exterieur 29% 69%ND direkt 23% 61%Fruchtbarkeit 24% 57%
Quelle: Vit Verden
Ausblick:
Auswirkungen auf die ZWS und auf den genetischen Fortschritt
Fruchtbarkeit
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Zuchtfortschritt bei genomischer Selektion
k k ak
kk
iG
T L
Zuchtfortschritt je Zeiteinheit:
Selektionspfade k:
k=1: Bullenväter
k=2: Kuhväter
k=3: Bullenmütter
k=4: Kuhmütter
Verdoppelung !
Ende 1. Laktation der Töchter
ZUCHTWERTSCHÄTZUNG
SELEKTION BULLENVÄTER
ANPAARUNG
Geburt der Bullen
Beginn Testeinsatz
Geburt Töchter
Beginn 1. Laktation der Töchter
0
18
27
51
61
70 Geburt der Söhne
Zeit (Monate)
männliche Selektionspfade: Generationsintervall
Geburt der Bullen, Typisierung und MAS
Beginn Zuchteinsatz
Herkömmlich (NKP) genomische Selektion
Geburt der Söhne
=> Genauigkeit ca. wie mit Nachkommenschaftsprüfung, nach Geburt
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Genomische Selektion: Vorgehensweise
an einer Stichprobe von Tieren (einige Hundert bis Tausend) werden Phänotypen ermittelt (Nachkommendurchschnitte: sehr genau)
Aus den phänotypischen Daten und den Markerdaten werden für jeden SNP Effekte (Unterschiede zwischen den Genotypen) geschätzt (oder für SNP-Haplotypen)
die selben Tiere werden für alle SNPs typisiert
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
Validierungsstichprobe: Ermittlung der Genauigkeit der ZW-Schätzung
Genomische Selektion – einstufige Schätzverfahren
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.
Neuere Entwicklung = die Zukunft?
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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