Genotypisierung und Zuchtbewertung des Genoms

Autor: Egill Gautason, Dozent am LbhÍ

In diesem Artikel soll kurz auf die Veränderungen in der Zuchtpraxis in der Bullenzucht mit der Einführung der Genomselektion und der routinemäßigen Genotypisierung von Kälbern eingegangen werden.

Erstens stellt die Genomselektion eine weitere Methode zur Beurteilung des Zuchtwerts dar.

Im 20. Jahrhundert wurden Methoden zur Schätzung des Zuchtwerts entwickelt, d. Die Strömungskinetik wurde bereits zum sogenannten BLUP (z. B. beste lineare unvoreingenommene Vorhersage) Methoden wurden im 8. und 9. Jahrzehnt des letzten Jahrhunderts angewendet.

Im Jahr 1993 wurde dann das individuelle BLUP-Modell auf der Grundlage der Arbeit von Ágúst Sigurðsson in der isländischen Kuhpopulation eingesetzt.

Anschließend wurde ein individuelles BLUP-Modell bis zur genomweiten genetischen Schätzung verwendet (z. B. genomisch geschätzter Zuchtwert,
auch genetische Beurteilung genannt) wurde aufgenommen. Das derzeit in Island verwendete Modell ist eine Weiterentwicklung des BLUP-Einzelmodells und wird im Englischen Single Step GBLUP genannt, oft auch mit der Abkürzung ssGBLUP.

Der Unterschied besteht darin, dass zur Berechnung der Verwandtschaft von Artefakten nicht die Genealogie herangezogen wird, sondern Informationen aus der Genealogie und genetischen Analysen kombiniert werden. In meiner Doktorarbeit habe ich die Zuverlässigkeit der traditionellen Inzuchtbewertung (basierend auf Stammbaum) und der neuen genomischen Inzuchtbewertung (basierend auf Stammbaum und Genotypen) verglichen. Die Ergebnisse wurden in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht und zeigten, dass die Genomik Die Inzuchtbewertung ergab ein deutlich höheres Vertrauen als die herkömmliche.

Unterschiede zwischen genomischer Inzucht und konventioneller Inzucht

Im Prinzip handelt es sich bei der genomweiten Zuchtbewertung und der traditionellen Zuchtbewertung um dasselbe Konzept. Allerdings gibt es bei der Interpretation einige Punkte zu beachten, insbesondere im Hinblick auf die Sicherheit der Beurteilung. Sehen wir uns zunächst einige Begriffe an, mit denen Landwirte vertraut sein sollten. Die Zuchtbewertung ist eine Beurteilung des Zuchtwerts eines einzelnen Artefakts.

Die Konfidenz der Zuchtbewertung ist dann eine Korrelation zwischen dem Zuchtwert des Artefakts und der Zuchtbewertung. Ohne Informationen über den Fang selbst oder seine Verwandten beträgt die Konfidenz 0, bei weiteren Informationen nähert sich die Konfidenz jedoch 1. Die bestmögliche Information erhalten Sie durch Nachkommentests, wenn viele hundert oder viele tausend Nachkommen gemessen wurden. In solchen Fällen wird die Zuchtbewertung mit nahezu 100-prozentiger Sicherheit und einer Sicherheit nahe 1 eingeschätzt.

Die Sicherheit einer Zuchtbewertung wird auch stark von der Vererbbarkeit eines Merkmals bestimmt; Je höher die Erblichkeit, desto höher die Sicherheit. Die Inzuchtschätzung eines Artefakts, das über keine eigenen Messungen verfügt, ist der Durchschnitt der Inzuchtschätzungen von Mutter und Vater, der sogenannte Elternmittelwert. Der elterliche Mittelwert hat nie ein hohes Vertrauen, da er nur auf Informationen von Verwandten und nicht auf Informationen aus dem Fang selbst basiert.

Sicherheit der Zuchtbewertung bei genotypisierten und nicht genotypisierten Färsen

Im aktuellen Inzuchtbewertungssystem werden genomische Inzuchtwerte sowohl für genotypisierte als auch für nicht genotypisierte Artefakte berechnet. Doch ob das Artefakt genetisch identifiziert ist, ist entscheidend für die Sicherheit des Lebensmittels.

Stellen wir uns eine Färse vor, die noch nicht mit dem Melken begonnen hat und daher über kein brauchbares Maß verfügt. Wenn das Artefakt nicht genotypisiert ist, basiert seine Genom-Inzuchtschätzung nur auf dem Mittelwert der Eltern. Seine Sicherheit ähnelt der Sicherheit des Elternmittels unter Verwendung der traditionellen Zuchtbewertung auf der Grundlage der Abstammung. Wird das Artefakt genotypisiert, werden Informationen für die Zuchtbewertung hinzugefügt und die Sicherheit erhöht.

Vereinfacht kann man sagen, dass die genetische Analyse bewertet, wie vielversprechende Allele das Artefakt von seinen Eltern erhalten hat, und diese Daten in die Zuchtbewertung einbezieht. Wenn die Färse mit dem Melken beginnt, werden weitere Daten vorliegen. Dann beginnt die Zusammenfassung der Sicherheit der Genomzuchtbewertung und der traditionellen Zuchtbewertung. Der größte Unterschied besteht daher in der züchterischen Bewertung von Artefakten, bevor diese Messungen erhalten. Es ist wichtig, dass Landwirte erkennen, dass die genetische Analyse ein höheres Maß an Vertrauen in Zuchtbewertungen bietet als der Elterndurchschnitt. Einige Landwirte haben Zweikälber genetisch identifiziert, andere achten darauf, dass die Kälber nicht das gleiche Zuchtfutter erhalten. Zwillinge sind Vollgeschwister und haben daher den gleichen Elterndurchschnitt. Die Genotypisierung bewertet das Potenzial des genetischen Materials, das jedes Kalb erhalten hat, und diese Informationen fließen in die genomische Zuchtbewertung ein. In einigen Fällen gibt es große Unterschiede in der Zuchtbewertung von Zwillingen.

Sicherheit der Zuchtbewertung bei Zuchtbullen

Denken wir nun über den Unterschied zwischen der genomischen Zuchtbewertung von Zuchtbullen und der Zuchtbewertung nach, die im alten Nachkommenbewertungssystem für erfahrene und unerfahrene Zuchtbullen berechnet wurde.

Die unerfahrenen Bullen hatten Zuchtwerte, die lediglich dem Mittelwert der Eltern entsprachen. Bei den erfahrenen Bullen hingegen erfolgte eine Zuchtbewertung anhand der Maße von mindestens einigen Dutzend Töchtern. Das Vertrauen in ihre Zuchtschätzung lag bei etwa 0,9. Im neuen System werden Bullenkälber ausschließlich auf der Grundlage genetischer Analysen ausgewählt, und die Sicherheit ihrer Zuchtbewertung liegt daher irgendwo zwischen der Sicherheit erfahrener und unerfahrener Bullen im alten System.

Dies bedeutet, dass sich die interne Rangfolge der Bullen eher ändert, wenn ihre Töchter mit dem Melken beginnen. Daher ist es nicht erfolgsversprechend, zu viel auf denselben Bullen zu setzen. Wenn alle Bullen beerdigt sind, ist der bestbewertete Zuchtbulle möglicherweise nicht der beste. Ich möchte jedoch betonen, dass die Wissenschaft lehrt und die Erfahrung im Ausland zweifelsohne gezeigt hat, dass der genetische Fortschritt durch die Selektion des Genoms schneller erfolgt als durch die Beurteilung der Nachkommenschaft. Der Grund dafür liegt vor allem darin, dass durch die Genomselektion der Generationenabstand deutlich verkürzt wird.

Die Genotypisierung erhöht die Sicherheit deutlich

Ich möchte darauf hinweisen, dass die Konfidenz einer Genomzuchtschätzung zwar geringer ist als die Konfidenz der getesteten Nachkommenartefakte, die Konfidenz jedoch viel höher ist als die Konfidenz des Mittelwerts der Eltern. Die Daten zeigen, dass die Sicherheit von Produktmerkmalen um etwa 50 % steigt, wenn ein Artefakt genotypisiert wird. Mit zunehmender Datenerfassung wird die Genomzüchtungsbewertung noch zuverlässiger sein.

Genomzüchtungsbewertung als Instrument des Betriebsmanagements

Die Genotypisierung kann auf viele andere Arten als zur Berechnung genomweiter Inzuchtschätzungen eingesetzt werden. Im Ausland ist die genetische Analyse zu einem wichtigen Instrument der landwirtschaftlichen Betriebsführung geworden.

Landwirte nutzen unter anderem genomische Zuchtauswertungen für die Auswahl der Färsen zum Verkauf, die Besamung mit Fleischsperma und die Besamung mit gesextem Sperma. Gesextes Sperma ist in Island noch nicht verfügbar und es ist nicht gestattet, nicht-isländische Färsen mit fleischlichem Sperma zu besamen. Landwirte sollten jedoch beim Kauf und Verkauf von Färsen genomische Zuchtbewertungen berücksichtigen. Genom-Inzuchtschätzungen liefern eine viel bessere Einschätzung der Qualität dieser Artefakte als ein einfacher Elterndurchschnitt.

Nützliche Vererbungsgrenzen

Erwähnenswert ist auch, dass der in Island verwendete genetische Analysechip speziell für Milchkühe entwickelt wurde. Daher gibt es verschiedene genetische Marker, die die Produktionseigenschaften beeinflussen oder genetische Defekte verursachen.

Unter anderem gibt es genetische Grenzen für Kantigkeit, Schwarz und Rot sowie bestimmte Milchproteine. Es wird jedoch einige Forschung und Zeit erfordern, um die Auswirkungen dieser genetischen Marker in der isländischen Population zu überprüfen, bevor diese Informationen für Kühe und Zuchtbullen veröffentlicht werden können. Mit weiterer Forschung wird es hoffentlich möglich sein, interessante genetische Grenzen für die isländische Bevölkerung zu finden und sie dem genetischen Analysechip hinzuzufügen.

Forschung mit genetischen Analysen

In der Forschung steckt noch großes Potenzial. Mit den genetischen Analysen und Daten aus der Berichterstattung ist es möglich, im Genom isländischer Kühe nach Regionen zu suchen, die Produktionsmerkmale und rezessive schädliche Allele beeinflussen.

Derzeit läuft ein Projekt, das nach Gebieten sucht, die zum Tod oder zur Totgeburt von Föten führen. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass solche Gene bei isländischen Kühen zu finden sind. Solche Entdeckungen wurden bei vielen ausländischen Rassen gemacht und nun beginnen solche Forschungen auch bei unserer isländischen Population.

Wir hoffen, dass diese Kolumne bei einigen Menschen das Verständnis für die Änderungen gestärkt hat, die bei der Zuchtbewertung stattgefunden haben. Im Zuchtsystem haben große Veränderungen stattgefunden und weitere Veränderungen stehen mit weiterer Forschung und Entwicklung bevor.