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Genomische Selektion - genomische Zuchtwerte: Was ist das?

Bereits seit über einem Jahr wird über genomische Selektion, Typisierung, genomische Zuchtwerte, etc. in der Fachpresse intensivst berichtet und in Züchterkreisen viel diskutiert.

Dieses neue Selektionsverfahren und die durch die Typisierung entwickelte Zuchtwertschätzung sind derzeit in Schleswig- Holstein für die Schwarzbunten und Rotbunten Red Holsteins anwendbar und bestimmen derzeit schon unsere Zuchtprogramme. In Kürze erwarten wir die offizielle Anerkennung der genomischen Zuchtwerte. Damit sind viele Veränderungen verbunden, die im Nachfolgenden dargestellt werden.

Schamura - TOP-gZW für Exterieur
Schamura - TOP-gZW für Exterieur

Das Ziel der Tierzucht besteht darin, die genetischeVeranlagung der Tiere zu verändern und dadurchihre Leistung zu verbessern. Dazu erfolgt bisher eineSelektion anhand der phänotypischen (gezeigten)Leistung als Indikator für die genetisch bedingteLeistungsveranlagung. Ideal wäre es, wenn man dieLeistungsveranlagung der Tiere direkt aus den Erbinformationenablesen könnte, ohne dabei den Umwegüber das indirekte Merkmal des Phänotyps zugehen. Diesem alten Traum kommt die genomischeZuchtwertschätzung und Selektion jetzt sehr nahe.Obwohl das Genom des Rindes inzwischen entschlüsseltist, wissen wir dennoch sehr wenig überdie Lage und Wirkungsweise der Gene für die Mehrzahlder züchterisch bearbeiteten Merkmale. Daherarbeitet die genomische Zuchtwertschätzung nichtdirekt auf der Basis von Informationen zu den Genen,sondern auf der Basis von Markern.Die Entwicklung dieser neuen Verfahren der genetischenAnalyse und die Anpassungen der Zuchtwertschätzungwurden mit Unterstützung des Bundesministeriumsfür Bildung und Forschung (BMBF)in der Fördermaßnahme FUGATO entwickelt.

Sicherheit des ZW (%)
Herkunft der über 17.000 Holsteinbullen in der deutschen Lernstichprobe (März 2010). Die deutsche Lernstichprobe ist die größte und beststrukturierteste weltweit.

Bei den verwendeten Markern handelt es sich um sogenannte SNP (Single Nucleotide Polymorphism) –Marker. Sie sind nur einen genetischen Buchstaben lang und es gibt für jeden Marker nur zwei unterschiedliche Varianten in der ganzen Population. Jedes Tier hat die genetische Information in Form eines doppelten Chromosomensatzes, einen Satz vom Vater und einen Satz von der Mutter. Daraus ergibt sich, dass jeder Marker für ein Tier drei Zustände haben kann: reinerbig Variante AA, reinerbig Variante BB oder Mischerbig AB. Mischerbig AB bedeutet, dass das Tier vom Vater und Mutter unterschiedliche Varianten bekommen hat.

Es sind viele hunderttausend solcher SNP-Marker beim Rind bekannt. 54.001 davon, die etwa gleichmäßig über das gesamte Genom, d.h. alle Chromosomen, verteilt sind, können inzwischen in einem relativ preiswerten Laborverfahren in einem Arbeitsgang gelesen werden. Diesen Vorgang nennt man „Typisierung“. Die labortechnische Einheit mit den Tests für die 54.001 Marker nennt man Chip oder 54K-Chip, um die Anzahl der gleichzeitig untersuchten Marker anzugeben.

Gebraucht wird für die Typisierung ein wenig genetisches Material des Tieres. Da alle Zellen eines Tieres über Erbmaterial verfügen, kann man Blut (ca. 2 ml) oder auch Sperma (ca. 2 Portionen) verwenden. Auch aus ca. 30 Haarwurzeln kann man genügend Genmaterial für die Typisierung extrahieren. Allerdings ist bei Haarproben die Gefahr der Verunreinigung mit genetischem Material anderer Tiere höher und das Ergebnis könnte verfälscht sein. Das Ergebnis der Typisierung ist 54.001 mal AA oder BB oder AB.

Carie (Carmano x September) - höchste genomische Veranlagung mit TOP-Exterieur
Carie (Carmano x September) - höchste genomische Veranlagung mit TOP-Exterieur

Durch die gleichmäßige Verteilung von sehr vielen Markern über das gesamte Genom geht man davon aus, dass in der Nähe jedes Gens, das die Leistung in einem der züchterisch bearbeiteten Merkmale beeinflusst, mindestens einer der 54.001 Marker liegt. Das bedeutet, dass der Marker fast immer zusammen mit der entsprechenden Variante des Gens vererbt wird. Die Gene und ihre Wirkung kennen wir aber nicht. Damit der genomische Zuchtwert eines Tieres mithilfe seiner Marker geschätzt werden kann, sind daher zunächst bestimmte Vorleistungen nötig.

Um herauszufinden, welche SNPs, also welche Marker mit welchem Merkmal in Verbindung stehen, müssen zunächst die SNP-Muster mit den sicher bekannten (genetischen) Leistungsveranlagungen von ausgesuchten Tieren verglichen werden. Tiere mit sicher bekannter genetischer Leistung sind töchtergeprüfte Bullen. Aus dem Vergleich von SNPMuster mit genetischer Leistung an diesen Bullen wird ermittelt, welcher SNP wie viel Einfluss auf ein Merkmal hat, d.h. die genomischen Schätzformeln werden so abgeleitet. Je mehr sicher geprüfte Bullen man für diese Formelableitung zur Verfügung hat, desto besser kann man die Zuordnung eines SNPs zu einem Merkmal vornehmen und die Höhe des Einflusses bestimmen. Die geprüften Bullen, die in diese Analyse einbezogen werden, bilden die sogenannte „Lernstichprobe“. Die an der Lernstichprobe abgeleiteten genomischen Schätzformeln werden anschließend zur Berechnung der genomischen Zuchtwerte von beliebigen anderen (jüngeren) Tieren noch ohne eigene sichere konventionelle Zuchtwertinformation verwendet.

Tabelle mit Zuchwerten
Sicherheiten der genomischen Zuchtwerte im Vergleich zur Sicherheit des Pedigree-Zuchtwertes.

Die Sicherheit der genomischen Zuchtwerte hängt in erster Linie von der Größe und Struktur der Lernstichprobe sowie der Sicherheit der Töchter- Zuchtwerte der Lernstichproben-Bullen ab. Der Datenumfang und die Sicherheit der konventionellen Zuchtwerte für alle – auch alle funktionalen Merkmale – sind führend in der Welt. Die Größe und Struktur der deutschen Lernstichprobe ist auch durch den Austausch mit den drei europäischen Partnern aus Frankreich, Skandinavien und den Niederlanden weltweit einmalig. Keine andere Lernstichprobe weltweit ist so gut strukturiert, d.h. repräsentiert die gesamte aktuelle Holsteingenetik aus Europa und Nordamerika. Die genomischen Formeln können die Zuchtwerte junger Tiere nur dann sicher abschätzen, wenn deren Genetik (SNPMuster) über möglichst viele verwandte Tiere (Vater, Muttersvater, väterliche Halbgeschwister, ...) in der Lernstichprobe möglichst gut repräsentiert ist. Daher muss die Lernstichprobe auch mit der Populationsentwicklung laufend erweitert und aktualisiert werden.

Die Sicherheiten der ausschließlich auf den genomischen Daten (SNP-Typisierung) beruhenden Zuchtwerte für junge Tiere gibt die Tabelle 2 in der mittleren Spalte wieder. Dabei ist die angegebene Sicherheit die realisierte Sicherheit, d.h. sie wurde bereits um die in allen genomischen Schätzverfahren be-obachtete Überschätzung korrigiert.

Aus den Typisierungen (SNP-Mustern) werden für alle Merkmale die direkten genomischen Werte (dGW) berechnet. Für alle Tiere mit bekannter Abstammung liegen aber auch immer weitere d.h. konventionelle Zuchtwertinformationen vor, nämlich immer mindestens der Pedigree-Zuchtwert. Damit auch weiter jedes Tier zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einen Zuchtwert mit der maximalen Informationsmenge und Sicherheit hat, wird nicht der direkte genomische Wert veröffentlicht, sondern der genomisch verbesserte Zuchtwert (gZW) als Kombination aus direktem genomischen Wert und konventionellem Zuchtwert. Die Gewichtung erfolgt anhand der Sicherheiten der beiden Werte, d.h. für junge Tiere mit konventionell nur Pedigree- Zuchtwert zählt im wesentlichen der direkte genomische Wert und der unsichere Pedigee-Zuchtwert kann die Sicherheit des genomisch verbesserten ZW (gZW) nur um ca. 3-5% erhöhen (siehe rechte Spalte der Tabelle). Sobald der konventionelle Zuchtwert durch Töchterinformationen deutlich sicherer als der direkte genomische Wert ist, zählt dieser deutlich stärker im kombinierten gZW. Daher unterscheidet sich der kombinierte gZW von töchtergeprüften Bullen meist kaum vom nur konventionellen Zuchtwert.

Die realisierte Sicherheit der genomisch verbesserten Zuchtwerte junger Bullen ist mit ca. 75% für die Milchleistungsmerkmale bzw. 50% für die Töchterfruchtbarkeit deutlich höher als die Sicherheit des bisherigen Pedigree-Zuchtwertes der Testbullen. Daher qualifizieren junge Bullen mit ihren offiziellen gZW jetzt formal als Vererber und Testbullen im früheren Sinne gibt es nicht mehr. Der Vergleich mit den Sicherheiten von töchtergeprüften Vererbern zeigt aber, dass für die hocherblichen und wichtigen Merkmale Leistung, Exterieur und Eutergesundheit selbst Bullen mit ausschließlich Test-Töchtern in der ersten Laktation höhere Zuchtwertsicherheiten haben.

Obwohl die deutschen genomischen Zuchtwerte auf Grund der größten Lernstichprobe mit über 17.000 Bullen die sichersten im internationalen Vergleich sind, sind die genomischen Zuchtwerte unsicherer als die töchtergeprüfter Vererber. Mit stärkerer Betonung der funktionalen Merkmale hat dabei in den letzten Jahren die Bedeutung der Vererber mit Tausenden von Töchtern aus dem Wiedereinsatz zugenommen, da diese hohe Sicherheiten auch für Merkmale wie Nutzungsdauer und Töchterfruchtbarkeit bieten. Die realisierten Sicherheiten der genomischen Zuchtwerte für diese funktionalen Merkmale sind mit ca. 50% noch sehr begrenzt. Wem also bisher die Sicherheiten der ersten veröffentlichten Töchterzuchtwerte neuer Vererber noch zu unsicher waren, für den dürften junge, nur genomisch geprüfte Bullen keine Alternative sein. Auf der anderen Seite eröffnet die junge Generation der nur genomisch geprüften Bullen auch neue züchterische Möglichkeiten. Beim Einsatz dieser jungen g-Bullen sollte einem die begrenzte Sicherheit aber immer bewusst sein und das Risiko durch den Einsatz mehrerer solcher Bullen gestreut werden. Die Sicherheitsberechnungen und Angaben für genomische Zuchtwerte sind international noch nicht standardisiert. Die Angaben zu den deutschen genomischen Zuchtwerten sind in jedem Fall realistisch und die tatsächliche Qualität der deutschen genomischen Zuchtwerte international führend.

Zur richtigen Einschätzung wird bei den deutschen Zuchtwerten auch weiter neben der Sicherheit in Prozent die Angabe der Töchter mit Leistungsinformation erfolgen, so dass jeder den passenden Vererber vom jungen nur genomisch geprüften Bullen über den aktuellen mit Testeinsatz-Töchtern geprüften Bullen bis hin zum bewährten Wiedereinsatzvererber auf objektiver Grundlage auswählen kann.

Wertetabelle
Sicherheiten der genomisch verbesserten Zuchtwerte (gZW) junger Bullen im Vergleich zur Sicherheit töchtergeprüfter Bullen. Dargestellt ist jeweils die Bandbreite der Sicherheiten von hocherblichen Merkmalen wie Milchleistung (oberes Ende der Säule) bis zu den niedrigerblichen funktionalen Merkmalen wie Töchterfruchtbarkeit (unteres Ende der Säule).

Auf der Grundlage genomischer Zuchtwerte werden zukünftig alle Jungbullen bei der RSHeG und den Partnerorganisationen innerhalb der NOG selektiert. Das bedeutet, dass wir in jedem Merkmal hochwertige Informationen über die genetische Leistungsveranlagung des Jungbullen haben und von vornherein Bullenkälber, die unter dem Durchschnitt in bestimmten Merkmalen liegen, nicht zur Station bringen und daher von einem Einsatz ausschließen. Das Selektionsniveau erhöht sich dadurch sehr stark, die Qualität der Bullen wird deutlich besser und der Zuchtfortschritt wird höher.

Um die richtigen Bullen zu finden, müssen viele Kandidatenkälber typisiert und genomische Zuchtwerte berechnet werden, um die passenden Kälber für die Besamungsstation daraus zu selektieren. Dies ist mit einem sehr hohen Kostenaufwand verbunden. Auf der anderen Seite wird sich die Anzahl der neu eingestallten Jungbullen deutlich reduzieren, weil die Bullen mit schlechter Leistungsveranlagung nicht zur Station und damit nicht zum Einsatz kommen.

Voraussichtlich wird die RSH zukünftig im Bereich Red Holstein und Schwarzbunt pro Jahr nur noch ca. 30 Schwarzbunte und ca. 25 Rotbunte Jungbullen mit gZW einstallen und gemeinsam mit den NOGPartnern ein optimales Angebot zusammenstellen.

Voraussetzungen für optimale genomische Zuchtwerte sind zuverlässige Leistungsprüfungen. Nur so ist es möglich, auch von den gZW-Jungbullen dauerhaft verlässliche Zuchtwerte aus der Nachkommenprüfung zu bekommen, die wiederum die Basis für die Ableitung genomischer Zuchtwerte darstellen. Ohne verlässliche Leistungsprüfung gibt es keine zuverlässigen genomischen Zuchtwerte. Den klassischen Testeinsatz, wie wir ihn bisher hatten, wird es aber nicht mehr geben, da Bullen mit gZW wie Vererber behandelt werden und bei der breiten Erfassung von Eigenleistungen zuverlässige Nachkommenzuchtwerte bekommen werden. Daher werden auch dauerhaft die Vertragstestbetriebe nicht mehr erforderlich sein.

gZW-Bullen ohne Nachkommenprüfung mit hohen Zuchtwerten werden in großer Zahl den Landwirten angeboten. Die RSH wird die gZW-Bullen ohne Nachkommenprüfung unter dem Label „RSH-Genomic“ vermarkten. Eine Einteilung in Produktlinien soll dem Landwirt die Auswahl erleichtern, da nicht jeder Betrieb den höchsten RZG oder die höchste Milchleistung haben möchte, sondern für seine betriebsspezifischen Bedingungen den optimalen Bullen.

Geplant sind derzeit sechs Kategorien für die Rassen Red Holstein und Schwarzbunt.

  • Allround
    Hier werden die gZW-Bullen angeboten, die höchste Gesamtzuchtwerte (gRZG) haben und für ausgeglichenen Zuchtfortschritt stehen.
  • Produktion
    Unter dieser Rubrik befinden sich die Bullen, die für höchsten Zuchtfortschritt im Bereich der Milchleistung (RZM) stehen.
  • Nutzungsdauer und Fruchtbarkeit
    Die Produktlinie schließt Bullen mit unterdurchschnittlicher Töchterfruchtbarkeit aus und kombiniert diese mit Jungbullen, die im genomischen Nutzungsdauerzuchtwert die absolut besten sind. Sie stehen dadurch für sehr gute Funktionalität.
  • Inhaltsstoffe/Eiweiß
    In dieser Rubrik sollen Bullen mit hoher Eiweißkg-Vererbung, die positive Eiweiß-Prozente haben, gelistet werden.
  • Eutergesundheit und Melkbarkeit
    In einem Spektrum von einer gut durchschnittlichen Melkbarkeit werden die Bullen angeboten, die nachhaltig für eine überragende Verbesserung der Eutergesundheit (gRZS) stehen.
  • Exterieur
    Unter dieser Produktlinie verbergen sich die besten Exterieurvererber und Bullen mit hohem Schaupotential. In jeder Produktlinie werden Bullen mit
    unterschiedlichen Portionspreisen, die zwischen 5,00 EURO und 20,00 EURO liegen, angeboten.

Zukünftig wird eine zeitnahe Information der Mitglieder über aktuelle gZW-Jungbullen erforderlich sein. Dies soll via Internet – Bullendatenbank – mit aktuellen gZW-Bullen, die unter dem Label „RSHGenomic“ geführt werden genauso erfolgen, wie mit separaten Flyern, auf denen die aktuellen Bullen nach Produktlinien dargestellt werden. In diesen aktuellen Flyern wird es immer wieder eine Bullenkarte mit den Bullen in den Produktlinien geben, die auch die entsprechenden Preisinformationen enthalten. Als Highlight werden die NOG-Partner ihre Spitzen- Jungbullen mit genomischen Zuchtwerten austauschen und jeweils die besten 10-12 gesondert herausstellen.

Alle führenden Holsteinländer arbeiten in letzter Zeit verstärkt an der Etablierung der genomischen Zuchtwertschätzung. Derzeit werden bei Interbull und ICAR die genomischen Zuchtwertschätzverfahren, die in den einzelnen Ländern entwickelt wurden, überprüft und einer Validierung unterzogen. Nur genomische Zuchtwertschätzverfahren, die diese Prüfung bestehen, werden laut EU als offizielle Zuchtwertschätzungen anerkannt. D.h., sobald das Ergebnis vorliegt und eine Veröffentlichung der anerkannten Rechenzentren für genomische Zuchtwertschätzverfahren erfolgt ist, ist in Deutschland die genomische Zuchtwertschätzung als offizielles Verfahren anerkannt und gZW-Bullen können frei eingesetzt werden. Wir gehen heute davon aus, dass dies bis Anfang Juli 2010 erfolgt.

Derzeit gilt, dass der nachkommengeprüfte konventionelle Vererber mit einer großen Töchterzahl die höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit in allen Zuchtwertteilbereichen hat. Dies wird auch zukünftig so sein. Der nachkommengeprüfte Vererber bleibt unser Premiumprodukt, das die geringsten Schwankungen aufweist. Man erhält hiermit nicht den höchsten Zuchtfortschritt, aber ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit. Die gZW-Bullen gehören in jeden fortschrittlichen Betrieb, da sie bei etwas höherem Risiko für höchsten Zuchtfortschritt und die aktuellste Genetik stehen. Aus heutiger Sicht können wir Ihnen nur als Empfehlung geben, gZW-Bullen bis zu einem Drittel in Ihrer Herde zu nutzen, dabei aber nicht so stark auf den Einzelbullen zu setzen, sondern eine etwas breitere Palette junger genomischer Bullen in Ihren bevorzugten Produktionsrichtungen einzusetzen.

Juman (v. Juwel) - gehört zu den Spitzenbullen in Deutschland nach gRZG
Juman (v. Juwel) - gehört zu den Spitzenbullen in Deutschland nach gRZG

Für die Landwirte wird die Auswahl für die richtigen Bullen für ihre Bestände auf Grund der Vielzahl der Bullen nicht einfacher. Die RSH – mit Ihren Besamungsbeauftragten – ist bemüht, jeder Zeit eine optimale Auswahl solider junger genomischer Bullen vorzuhalten. Letzteres ist logistisch sicherlich eine neue Herausforderung für uns.

Noch steckt die Entwicklung der genomischen Selektion in den Anfängen. Sie ist jedoch das Zuchtinstrument der Zukunft und wird sich weiter entwickeln und permanent weiter verbessern. Diese Entwicklung sollte jeder Milchviehhalter nutzen, um seine individuellen Zuchtziele effektiver realisieren zu können. Für die Schwarzbunt- und die Rotbunte Red Holstein-Zucht beginnt mit der genomischen Selektion eine neue Ära. Bei Rotbunt Doppelnutzung und in der Angler-Zucht sind auf Grund der kleinen Populationen derzeit noch keine genomischen Zuchtwerte vorhanden, so dass sich hier an den bisherigen Zuchtprogrammen und den Angeboten vorläufig nichts ändern wird.