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FoKUHs

Typisierung von Kühen für eine effizientere genomische Selektion mit dem Fokus auf Gesundheitsmerkmale

Die Einführung der genomischen Selektion hat die Rinderzucht in den letzten Jahren drastisch verändert. Genomweite SNP-Daten erlauben die Schätzung von Zuchtwerten mit Sicherheiten zwischen 40 und 70% bereits beim Jungtier. Dadurch konnte das Generationsintervall deutlich reduziert und der mögliche Zuchtfortschritt gesteigert werden.

Die Leistungsfähigkeit der genomischen Zuchtwertschätzung (gZWS) wird maßgeblich von der verfügbaren Anzahl von geprüften Stieren bestimmt. Daher wurden in den einzelnen Ländern große finanzielle Anstrengungen unternommen, alle verfügbaren Altstiere zu genotypisieren. Große Rinderpopulationen, wie sie bei der Rasse Holstein Friesian vorliegen, konnten über internationale Kooperationen Kalibrierungsstichproben von über 30.000 Stieren etablieren. Dadurch liegt die Sicherheit der Genomzuchtwerte deutlich höher als bei kleineren Populationen wie beim Fleckvieh oder Braunvieh. Die Zuchtwertsicherheiten in diesen Populationen liegen bei bis zu 75%, was die Genotypisierung von weiblichen Tieren zunehmend interessant macht. Genomzuchtwerte von weiblichen Jungtieren werden zur innerbetrieblichen Selektion und für das Management genutzt.  Dadurch können die Kosten der Bestandesergänzung reduziert oder durch gezielte Paarung über Anpaarungsprogramme betriebsspezifische Zuchtziele konsequenter verfolgt werden. Kühe mit Eigenleistung werden in die Kalibrierung einbezogen und tragen wiederum zur Steigerung der Vorhersagekraft der Zuchtwertschätzung bei. Hier kann in den letzten Jahren eine äußerst dynamische Entwicklung in vielen Ländern beobachtet werden. In den USA kann bei der Rasse Holstein Friesian bereits heute auf eine Kuhlernstichprobe von über 500.000 Tieren zurückgegriffen werden. Das ist im Wettbewerb der Rassen in Verbindung mit dem großen Pool von geprüften Stieren ein entscheidender Vorteil.

Besonders wichtig wird die Genotypisierung von weiblichen Tieren bei Merkmalen die erst seit kurzer Zeit erhoben werden. Ein Beispiel hierfür sind direkte Gesundheitsmerkmale auf der Basis von tierärztlichen Diagnosen und/oder Beobachtungen durch den Tierhalter. Hier ist der Aufbau einer Kalibrierung über geprüfte Stiere ein langwieriger Prozess der mindestens 10 bis 15 Jahre in Anspruch nimmt. Über die direkte Einbeziehung von genotypisierten Kühen die für das Merkmal unter Leistungskontrolle stehen, kann hingegen innerhalb weniger Jahre eine genomische Zuchtwertschätzung etabliert werden.

Die Frage ob und wie umfangreich weibliche Tier mit Phänotypendaten genotypisiert werden, ist damit zu einem entscheidenden strategischen Faktor im Wettbewerb zwischen Rinderpopulationen geworden. Neben den in vielen Ländern beobachteten Tendenzen, dass Züchter genomische Zuchtwerte immer stärker für das Betriebsmanagement nutzen und daher die gesamte weibliche Nachzucht typisieren, gibt es in einigen Ländern inzwischen Projekte zur systematischen Genotypisierung von weiblichen Tieren. Das Ziel ist hier der Aufbau einer Kuhlernstichprobe, häufig mit dem Schwerpunkt auf Gesundheitsmerkmalen. Als Beispiele können hier die Projekte KuhVision bei der Rasse Holstein Friesian (ab 2016), sowie Braunvieh Vision beim Braunvieh (ab 2017) genannt werden.

Zielstellungen des Projekts

  • Genomische Zuchtwerte für bestehende Gesundheitsmerkmale und Klauengesundheit

Auch über 10 Jahre nach der Einführung des Gesundheitsmonitorings gibt es noch keine genomischen Gesundheitszuchtwerte bei den Rassen Fleckvieh und Braunvieh. Die Ursache ist der langsame Datenzuwachs, da die Leistungsprüfung für direkte Gesundheitsmerkmale im gesamten Zuchtgebiet nicht flächendeckend etabliert ist. Selbst bei flächendeckender Leistungsprüfung, laufen jährlich nicht mehr als 350 geprüfte Stiere mit Nachkommenleistungen auf. Da die Erblichkeiten bei diesen Merkmalen gering sind, dauert es daher mindestens 15 Jahre bis die erforderliche Datenmenge vorliegt. Über die systematische Genotypisierung von leistungsgeprüften weiblichen Tieren könnte hingegen innerhalb weniger Jahre eine genomische Zuchtwertschätzung etabliert werden.

  • Erhöhung der Sicherheiten für genomische Zuchtwerte

Um den Informationsbeitrag eines geprüften Vererbers mit einer Sicherheit von 80% zu ersetzen, sind bei einer Erblichkeit von 35% etwa 8 Kühe mit einer Eigenleistung nötig (Boichard et al., 2015). Bei einer Erblichkeit von 10% benötigt man hingegen bereits den Leistungsbeitrag von 36 Kühen. Der Effekt einer Hinzunahme von Kuhgenotypen zur Kalibrierung hängt ab von der

  • Anzahl der Kühe in der Kalibrierung
  • Erblichkeit des Merkmals bzw. der Qualität der Leistungserhebung
  • Anzahl der Stiere in der Kalibrierung
  • genetischen Breite der Population

Die Kuhlernstichprobe ist demnach also vor allem bei Merkmalen mit kleiner Stier-Lernstichprobe interessant. Bei neuen Merkmalen (ohne geprüfte Stiere) ist bei einer Kuhlernstichprobe von 40.000 Kühen für ein Merkmal mit einer Erblichkeit von 20% eine Sicherheit von 60% zu erwarten.

  • Weniger Verzerrung in den genomischen Zuchtwerten

Im jetzigen Verfahren der genomischen Zuchtwertschätzung ist aufgrund der Vorselektion von genomischen Jungvererbern zu erwarten, dass deren konventionelle Zuchtwerte systematisch nach unten verzerrt sind. Der Effekt, der inzwischen in verschiedenen Ländern an realen Daten beobachtet werden kann, wird durch die Verletzung einer zentralen Annahme in der Zuchtwertschätzung verursacht: Nachkommen ohne Eigen- oder Nachkommenleistung sind eine zufällige Stichprobe ihrer Eltern. Es ist klar, dass genomisch vorselektierte Jungvererber diese Bedingung nicht erfüllen. Da konventionelle Zuchtwerte die Grundlage der Kalibrierung in der genomischen Zuchtwertschätzung sind, hat diese Verzerrung auch Auswirkung auf die genomischen Zuchtwerte. Die Einbeziehung von unselektierten Kuhlernstichproben über die systematische Typisierung von Töchtern eines Stiers kann dieser Verzerrung entgegenwirken.

In der Projektlaufzeit von 5 Jahren ist die Genotypisierung von insgesamt 40.000 weiblichen Tieren der Rassen Fleckvieh, Braunvieh und Holstein Friesian geplant. Finanziert wird das Projekt mit nationalen Mitteln durch Kofinanzierung von Bund und Ländern im Rahmen der Sonderrichtlinie des BMLFUW zur Umsetzung von Projektmaßnahmen im Rahmen des Österreichischen Programms für ländliche Entwicklung 2014 - 2020.

Der Fokus der Phänotypisierung liegt neben den bereits in der Routine erfassten Gesundheitsmerkmalen (Gesundheitsmonitoring Rind) auf dem Stoffwechsel- und Klauen-Bereich. Die Erfassung der Klauenflegedaten aller Tiere am Betrieb wird in enger Abstimmung mit dem EIP-Projekt Klauen-Q-Wohl durchgeführt werden. Um genomische Zuchtwerte für subklinische Stoffwechselerkrankungen schätzen zu können, sind von den Tieren in der Kuhkalibrierung auch Daten zu subklinischen Ketosen zu erfassen. Das soll mit dem Milch-Ketotest gemacht werden. Zusätzlich wird eine durchgängige lineare Beschreibung aller genotypisierten erstlaktierenden Tiere durchgeführt. Die Erfassung von Gesundheitsmerkmalen wird Grundlage der Projektteilnahme sein.

Im Bereich der genomischen Zuchtwertschätzung wird an der Single-Step Methodik gearbeitet. Darunter versteht man die Zusammenführung von konventioneller und genomischer ZWS in ein Verfahren. Die Methodik bezieht alle genotypisierten Tiere mit Leistungsinformation in die Kalibrierung ein und führt auch zu einem Informationsübertrag auf nicht genotypisierte Vorfahren. Das Verfahren ist inzwischen in der Standardsoftware zur Zuchtwertschätzung implementiert, benötigt jedoch umfangreiche Arbeiten, bevor an eine Einführung gedacht werden kann.

Für den langfristigen Projekterfolg ist eine Überführung in die Routine unerlässlich. Hier ist es von zentraler Bedeutung, dass teilnehmende Betriebe einen entsprechenden Mehrwert für das Management und die Zucht haben. Daher sollen in der Projektphase zielgerichtete Software-Anwendungen entwickelt werden, die das Management am Betrieb unterstützen z.B. über einen Benchmark-Vergleich mit anderen Betrieben. Anpaarungsplaner können das Erreichen von betriebsspezifischen Zuchtzielen unterstützen bzw. Risikopaarungen vermeiden helfen. Genominformationen können auch zur Abstammungssicherung eingesetzt werden.

Zusammenfassung

Wir sehen FoKUHs als wichtige strategische Investition zur Aufrechterhaltung der Konkurrenzfähigkeit der österreichischen Rinderzucht mit Fokus auf Fitness und Gesundheit. Über das Projekt sollen die Grundlagen geschaffen werden, dass Züchter wie in anderen Ländern verstärkt in die Genotypisierung weiblicher Tiere einsteigen. Dazu muss die genomische Zuchtwertschätzung leistungsfähig sein und auf Merkmale abzielen die im Fokus der bäuerlich getragenen Zucht stehen. Die genomische Selektion erhöht das Potential für Zuchtfortschritt. Die Ergebnisse aus den USA zeigen sehr große Verbesserungen im Zuchtfortschritt bei den Kühen insbesondere bei den Fitnessmerkmalen.

Hermann Schwarzenbacher, Christa Egger-Danner, ZuchtData GmbH

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