Tierzüchtung
Genomische Selektion beim Schwein

Ferkel säugen an Muttersau

Bei der Genomischen Zuchtwertschätzung handelt es sich um ein Verfahren, mit dem man den Zuchtwert eines Tieres schätzen kann, selbst wenn man nichts weiter als seinen Genotyp kennt.

Um die Vorteile für die Schweinezucht nutzen zu können, muss ein kontinuierliches System mit den Elementen Genotypisierung, Leistungsprüfung und Zuchtwertschätzung eingerichtet werden. In Bayern wurden die Vorarbeiten in einer Reihe von Projekten zur genomischen Forschung und Anwendung geleistet. Seit 2016 werden die Routine-Zuchtwertschätzungen für Vater- und Mutterrassen mit dem One-Step-Verfahren durchgeführt und bilden die Grundlage der genomischen Selektion in der bayerischen Schweinezucht.
Über viele Jahre haben Rinder- und Schweinezüchter dieselben Methoden angewendet, um in den jeweils relevanten Merkmalen züchterische Fortschritte zu erzielen. Zwar gab und gibt es Unterschiede hinsichtlich der Organisation der Leistungsprüfung, aber die Weiterentwicklungen im Bereich der Zuchtwertschätzung waren sehr ähnlich. Die jüngste Neuerung jedoch, die Genomische Selektion, hat die Rinderzucht deutlich schneller und konsequenter als die Schweinezucht eingeführt. Die Triebkräfte beim Rind waren das enorme Einsparpotential bei den Züchtungskosten sowie die drastische Verkürzung des Generationsintervalls. Bereits nach wenigen Jahren hat die Genomische Selektion in der Rinderzucht zu gravierenden Änderungen in Zucht und Besamung geführt.
Genomische Selektion als fester Bestandteil in Schweinezuchtprogrammen
Das Potential der Genomischen Selektion für die Schweinezucht ist ebenfalls bekannt, aber die Implementierung in Zuchtprogramme wurde nicht so konsequent umgesetzt wie in der Rinderzucht. Dennoch haben mittlerweile alle wichtigen internationalen Zuchtunternehmen die genomische Selektion in ihre Zuchtprogramme integriert. Regional tätigen bäuerlichen Zuchtorganisationen fällt die Umsetzung deutlich schwerer, denn bei der genomischen Selektion handelt es sich um ein kontinuierliches System mit den Elementen Genotypisierung, Phänotypisierung (Leistungsprüfung) und Zuchtwertschätzung. Sie erfordert einen hohen Aufwand, sowohl aus finanzieller als auch aus logistischer Sicht.

Forschungsprojekte

Das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, die Tierzuchtforschung e.V., die Erzeugergemeinschaft und Züchtervereinigung für Zucht- und Hybridzuchtschweine in Bayern w.V. (EGZH), die Bayern-Genetik GmbH und der Besamungsverein Neustadt a.d. Aisch e.V. haben in den vergangenen Jahren eine Reihe von Forschungsprojekten zur genomischen Forschung und Anwendung in der bayerischen Schweinezucht finanziert.

Fruchtbarkeitsoptimierung durch Genomische Selektion (FrOGS)

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde in den Jahren 2011 bis 2014 die Methodik der Genomischen Selektion beim Schwein erforscht. Insbesondere wurde untersucht, ob in der Anwendung der GS beim Schwein andere Ansätze gewählt werden müssen als beim Rind. Fast alle Aufgaben der Arbeitsmodule konnten von den Projektpartnern erfolgreich und fristgerecht erledigt werden. Die Untersuchungen erbrachten eine Vielzahl von interessanten und wertvollen Erkenntnissen. Leider erforderten die bereits im Antrag als kritisch für die Anwendung einer Routine-GS beim Schwein identifizierten Arbeitsziele "Deregression bei Zuchtwerten mit niedrigen Sicherheiten" und "Validierung mit unsicheren Phänotypen" einen deutlich höheren Zeitaufwand als ursprünglich angenommen. Da es gleichzeitig schneller als erwartet methodische Weiterentwicklungen im Bereich der GS gab (Two-Step – Single-Step), musste die Aufgabe "Implementierung der Routineanwendung" zurückgestellt werden. Insgesamt ist das Forschungsvorhaben FrOGS als sehr erfolgreich zu betrachten. Es hat die Grundlagen geliefert, damit die bayerische Schweinezucht weiterhin konkurrenzfähig sein kann.

Abschlussbericht des Projektes pdf 277 KB

Geruchsoptimierung durch Genomische Selektion (GOGS)

Es ist bekannt, dass für den sogenannten Ebergeruch maßgeblich drei Substanzen verantwortlich sind:

  • Androstenon
  • Skatol
  • und Indol.
Ziel des in den Jahren 2012/2013 durchgeführten Projekts war es, eine genomische Zuchtwertschätzung für die Ebergeruchsmerkmale zu entwickeln. Dazu wurden an den Leistungsprüfungsanstalten für Schweine in Grub und Schwarzenau knapp 500 Nachkommen (Kreuzungseber aus Piétrain x Deutsche Landrasse) von bayerischen Endstufenebern gemästet. Nach der Schlachtung wurden Proben aus dem Nackenspeck dieser Eber entnommen und auf deren Gehalte an Androstenon, Skatol und Indol analysiert. Diese Prüftiere wurden auch mit dem Porcine 60 k-Bead Chip der Firma Illumina genotypisiert, so dass eine genomische Schätzformel für die Leitmerkmale des Ebergeruchs entwickelt werden konnte. Die für die drei Merkmale geschätzten Erblichkeitsgrade lagen mit 0,47 bis 0,60 in einem hohen Bereich. Die Sicherheiten für die genomischen Zuchtwerte für Androstenon, Skatol und Indol bewegten sich zwischen 24,6 bis knapp 29 Prozent, welche etwa der Sicherheit von 2 bis 3 geprüften Nachkommen entspricht. Das Ziel, als erste deutsche Züchtervereinigung genomische Zuchtwerte gegen Ebergeruch ausweisen zu können, wurde erreicht.

Abschlussbericht des Projektes GOGS pdf 108 KB

Integrierte genomische Forschung und Anwendung in der bayerischen Schweinezucht (InGeniS)

In diesem Forschungsprojekt (Laufzeit 2014 bis 2017) sollten gleichzeitig eine Routine für die Nutzung der genomischen Selektion beim Schwein in Bayern aufgebaut werden und wichtige Forschungsarbeiten zu Merkmalen durchgeführt werden, die sich bisher als schwierig bzw. sehr kostenaufwendig dargestellt haben. Hierzu gehörten insbesondere die Bereiche Anomalien und Ebergeruch. Ziel von InGeniS war es, ein routinemäßig einsetzbares Zuchtwertschätzverfahren für die genomische Selektion unter Einbeziehung der Rasse Piétrain aufzubauen inklusive der dazugehörigen Logistik. Ein zweites und gleichrangiges Ziel war die Durchführung genomweiter Assoziationsstudien auf der Basis von imputierten Sequenzinformationen für die Rassen Deutsche Landrasse und Piétrain.
Die Bearbeitung des Projekts konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Bayern als einziges Land unter den verbliebenen Herdbuchzuchten (Baden-Württemberg, Österreich, Schweiz) verfügt nun über eine vollständige Implementierung von genomischen Zuchtwertschätzungen mit dem One-Step-Verfahren für Vater- und Mutterrassen (siehe unten). Im Hinblick auf die genomweiten Assoziationsstudien sind die Arbeiten zwar erfolgreich durchgeführt worden, es sind jedoch nur wenige praktisch umsetzbare Ergebnisse erzielt worden. Die Sequenzierung der wichtigsten Vorfahren konnte erfolgreich durchgeführt werden und diese Ergebnisse stehen auch für zukünftige Studien zur Verfügung. Die Imputation der Genotypen auf Sequenzen erbrachte dagegen keine brauchbaren Ergebnisse, weil die Strukturen beim Schwein ungünstiger sind als beim Rind. Darunter litt auch die genomweite Assoziationsstudie. Dennoch konnte mit dem Genort BMP15 ein interessanter Effekt entdeckt und die Träger der unerwünschten Variante konsequent eliminiert werden.

Abschlussbericht des Projektes pdf 442 KB

Probenlogistik und Typisierung

Das Konzept in Bayern sieht vor, dass allen männlichen Ferkeln der Rasse Piétrain aus Züchterställen Gewebeproben entnommen werden. Im Idealfall geschieht das zeitnah zum Tätowieren mit Hilfe einer Gewebeohrmarke, da die Ferkel im Alter von drei Wochen noch leicht zu handhaben sind. Zudem ist zu diesem frühen Zeitpunkt das Risiko, dass die Gewebeprobe einem falschen Tier zugeordnet wird, gering. Die Typisierung erfolgt hingegen zu einem späteren Zeitpunkt, um die körperliche Entwicklung der Kandidaten mit berücksichtigen zu können. Der genomische Zuchtwert soll jedoch rechtzeitig zur Eigenleistungsprüfung vorliegen. Da nur der Züchter weiß, welche Ferkel zum Zeitpunkt der Genotypisierung noch im Bestand sind und sich vielversprechend entwickeln, schlägt er die zu typisierenden Kandidaten vor. Die Besamungsstationen entscheiden dann über die Typisierung. Ein Mitspracherecht haben auch der Zuchtleiter sowie die EGZH. Dem Züchter entstehen für Eber, die im Rahmen des Zuchtprogramms typisiert werden, keine Kosten. Bei der Deutschen Landrasse ist die Typisierung etwas anders organisiert, da die EGZH hier ein Basiszuchtprogramm unterhält.
Um die Vorteile der Typisierung weiblicher Tiere für das Zuchtprogramm zu nutzen, unterstützt die EGZH die Züchter beider Rassen. Ihnen stehen, abhängig von ihrer Beteiligung am Zuchtprogramm, Kontingente für die kostenlose Typisierung ihrer Jungsauen zur Verfügung. Darüber hinaus können die Züchter natürlich auch jederzeit sowohl männliche als auch weibliche Tiere auf eigene Kosten typisieren lassen.
Die Probenlogistik wird gemeinsam von den Schweinezuchtorganisationen aus Deutschland, Österreich und der Schweiz organisiert. Über den Förderverein Bioökonomieforschung wurde dazu ein gemeinsamer SNP-Chip entwickelt. Darüber hinaus wurde eine gemeinsame Genom-Datenbank eingerichtet, die beim LKV Bayern angesiedelt ist. Die Typisierung der Gewebeproben der bayerischen Tiere erfolgt in einem Drei-Wochen-Rhythmus bei der GeneControl GmbH in Grub.

Genomische Zuchtwertschätzung

Sowohl für Piétrain als auch für Deutsche Landrasse wurden Ein-Schritt-Verfahren (sogenannte Single-Step) für die Routine-Zuchtwertschätzung entwickelt. Beim Single-Step-Verfahren werden alle zur Verfügung stehenden Informationsquellen (Phänotypen, Pedigree und Genotypinformationen) in einem Modell verwertet. Die Schätzung der SNP-Effekte erfolgt in diesem Modell implizit. Unter Berücksichtigung aller Informationen erhält jedes Tier einen genomisch-optimierten Zuchtwert, d.h. auch Tiere, die nicht genotypisiert sind, profitieren von der Single-Step-Zuchtwertschätzung, wenn auch in deutlich geringerem Ausmaß als die genotypisierten Tiere.
Für die Routine-Zuchtwertschätzung werden wöchentlich mit dem Programm „MiX99“ getrennt nach Rassen multivariate Single-Step-Modelle mit genetischen Gruppen unter Einbeziehung der Daten aller gelöst. Bei Piétrain handelt es sich ausschließlich um Daten aus der Stationsprüfung, wobei zwischen Reinzucht- und Kreuzungstieren unterschieden wird. Bei den Mutterrassen und ihren Kreuzungen werden sowohl die Daten aus der Stationsprüfung als auch die in Herdbuch- und Ferkelerzeugerbetrieben erhobenen Fruchtbarkeitsdaten berücksichtigt, wobei Genotypinformationen nur für die Deutsche Landrasse eingehen. Für die Rasse Deutsches Edelschwein sind zu wenige Genotypen verfügbar, als dass für diese Rasse SNP-Effekte stabil geschätzt werden könnten.

Erläuterungen zur Zuchtwertschätzung Externer Link