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Genetic progress and inbreeding rate in complex breeding programmes – Applications to sport horses and laying hens

dc.contributor.advisorSimianer, Henner Prof. Dr.de
dc.contributor.authorSitzenstock, Floriande
dc.date.accessioned2013-03-22T08:59:37Zde
dc.date.available2013-03-22T08:59:37Zde
dc.date.issued2013-03-22de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0012-D5DC-1de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3783
dc.description.abstractDie vorliegende Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Zuchtprogrammen. Zum einen wurde eine neue Methode zur Berücksichtigung der mittleren Inzucht in Zuchtplanungsrechnungen entwickelt. Zum anderen werden zwei gänzlich unterschiedliche Zuchtprogramme modelliert und aktuelle Optimierungsansätze validiert. Dabei werden sowohl der naturale als auch der monetäre Zuchtfortschritt und der diskontierte Züchtungsgewinn berücksichtigt. Im Projekt FUGATO+brain wurde die Zuchtplanungssoftware ZPLAN neu programmiert und mit weiteren zuchtplanerischen Werkzeugen versehen. Als Ergebnis des Projektes entstand die Software ZPLAN+. Diese ermöglicht die Modellierung von komplexen Zuchtprogrammen und kann zur Optimierung von Zuchtprogrammen genutzt werden. Die Software ist anwenderfreundlich und umfasst alle Bereiche der Zuchtplanung. Zur Berechnung der mittleren Inzucht wurde eine neue Methode für die Implementierung in der Zuchtplanung entwickelt. Die Methode basiert auf der mittleren Kinship in einer Zuchtpopulation. Die Kinship ist definiert als die Wahr-scheinlichkeit, dass innerhalb einer Gruppe am gleichen Locus zwei zufällig gewählte Allele herkunftsgleich sind. Die Berechnung der Kinship erfolgt auf Grundlage der Genflussmethode. Zur Validierung der Methode wurde eine früher beschriebene Schafpopulation verwandt, die in unterschiedlichen Weisen modifiziert wurde. Insgesamt wurden drei verschiedene Szenarien modelliert, wovon das erste von einem Populationswachstum ausging. Im zweiten Szenario wurde angenommen, dass die Populationsgröße durch einen Flaschenhals verringert wird und sich dann wieder erhöht. Für die dritte Modellierung wurde die Population über einen Zeitraum getrennt und dann wieder zusammengeführt. Es konnte gezeigt werden, dass sich mit der vorgeschlagenen Methode in sämtlichen komplexen Populationsstrukturen die mittlere Inzucht und die effektive Populationsgröße berechnet lässt. In einer Zuchtplanungsrechnung für Reitpferde sollte der gezielte Einsatz von Embryotransfer in einem Pferdezuchtprogramm validiert werden. Hierfür wurde ein Zuchtprogramm in ZPLAN+ modelliert, welches das aktuelle Zuchtprogramm des Hannoveraner Verbandes e.V. näherungsweise abbildet. In verschiedenen Szenarien wurde eine schärfere Selektion auf der Stutenseite modelliert, wobei die besten Stuten des Zuchtprogramms als Spenderstuten für den Embryotransfer eingesetzt wurden. Es wurde davon ausgegangen, dass die zur Selektion zur Verfügung stehenden Stuten sowohl Ergebnisse in der Eintragung, als auch Ergebnisse einer Leistungsprüfung haben. Die Anzahl der zur Selektion verfügbaren Stuten wurde ebenso variiert wie die Anzahl der selektierten Stuten und die Anzahl der geborenen Fohlen je Spenderstute. Deutlich wurde, dass der Embryotransfer die Möglichkeit bietet den Zuchtfortschritt in einem Pferdezuchtprogramm stark zu steigern, wobei dies mit einer Steigerung der Kosten für die Züchter einhergeht. Mit dem vorgeschlagenen Ansatz zur Inzuchtberechnung konnte gezeigt werden, dass die scharfe Selektion und der starke Einsatz der Spenderstuten eine Erhöhung der mittleren Inzucht und daraus folgend eine geringere effektive Populationsgröße nach sich zieht. Im dritten Abschnitt der Arbeit sollten die Auswirkungen der Einbeziehung von genomischen Informationen in ein Legehennenzuchtprogramm gezeigt werden. Dafür wurde in enger Kooperation mit der Lohmann Tierzucht GmbH ein Zuchtprogramm zur Produktion von 500 Mio. Legehennen in ZPLAN+ nachgebildet. Die Produktion der Elterntiere basiert auf einer Kreuzung von vier Nukleuslinien, die konventionelle Selektion stützt sich vor allem auf die Leistungsprüfung von Hennen in den einzelnen Linien. Zur Nutzung der genomischen Informationen wurde von unterschiedlich großen Kalibrierungsstichproben ausgegangen. In einem ersten Schritt wurden die genomischen Informationen der Hähne zusätzlich zu allen konventionellen Selektionskriterien genutzt. Dabei wurde die Anzahl der getesteten Hähne variiert und in einem weiteren Schritt wurde davon ausgegangen, dass die Hennen ebenfalls genotypisiert sind. In einem weiteren Szenario basierte die Selektion nur auf Pedigreedaten und genomischen Informationen. Deutlich wurde, dass in der zweiten Variante das Generationsintervall massiv gesenkt werden konnte. Der Zuchtfortschritt konnte in allen modellierten Varianten erhöht werden, wobei es Unterschiede in den Einzelmerkmalen gab. Die Einführung der genomischen Informationen in die Legehennenzucht ist verbunden mit einem massiven Kostenanstieg. Inwieweit der gesteigerte Zuchtfortschritt den Kostenanstieg rechtfertigt bedarf einer Marktanalyse seitens der Zuchtunternehmen.de
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
dc.subject.ddc630de
dc.titleGenetic progress and inbreeding rate in complex breeding programmes – Applications to sport horses and laying hensde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeSimianer, Henner Prof. Dr.de
dc.date.examination2012-05-21de
dc.description.abstractengThe main focus of this thesis is the optimization of breeding programmes. On the one hand a new method to account for the average inbreeding in the design of breeding programmes has been developed. On the other hand two entirely different breeding programmes have been modelled and current optimization approaches are validated using these reference programmes. When calibrating the programmes potential natural and monetary genetic gains as well as the discounted profit are taken into consideration. In the project FUGATO+brain the software ZPLAN for optimization of breeding programmes was re-programmed and further tools were added. The result of the project is the software ZPLAN+. This software enables the user to model and optimise complex breeding programmes. In addition, the software is user friendly and covers all areas of breeding programmes and hence can be used in various contexts. To calculate the average inbreeding and effective population size in complex breeding programmes, a new method has been developed. The method is based on the average kinship in breeding populations. The kinship is defined as the probability that within a group at the same locus two randomly chosen alleles are identical by descent. The calculation of the Kinship is based on the gene flow theory. To validate the method, a sheep population described earlier was used and modified in different ways. Three different scenarios were modelled. The first scenario assumes population growth. In the second scenario it is assumed that the population size is reduced by a bottleneck and then increased again. For the third scenario the population was divided in two parts over a period and then brought together again. The results of this validation exercise show that average inbreeding and effective population size can be calculated in all three scenarios. In a breeding programme for sport horses usage of embryo transfer was validated. A basic breeding programme in ZPLAN+ was modelled, which reflects the current breeding programme of the Hannoveraner Verband e.V. approximately. Using different scenarios, a more rigorous selection on the mares’ side was modelled. The best mares in the breeding programme were used as donor mares for embryo transfer. It was assumed that for selection of the donor mares information of stud book inspection as well as results of a mare performance test are available. The number of mares available for selection, the number of selected mares and the number of born foals per donor mare were varied in order to validate the methodology. The results show that the usage of embryo transfer offers one possibility to increase genetic gain in a breeding programme strongly. However using embryo transfer implies a steep increase in costs for the breeders. The proposed approach for calculating inbreeding showed that the rigorous selection and the intensive usage of donor mares results in an increase of the average inbreeding and consequently a reduction of the effective population size. The third section of this thesis examines the effects of including and using genomic information in a layer breeding programme. A breeding programme to produce 500 million laying hens has been modelled using ZPLAN+ in close cooperation with the Lohmann Tierzucht GmbH. The production of the parents is based on a crossing of four nucleus lines. The conventional selection is based primarily on performance testing of hens of the different lines. In order to utilise the genomic information two different calibration sets were used (500 and 2`000 animals). In a first step, the genomic information of the cocks has been used in addition to all conventional selection criteria. The number of cocks was varied and in a further step it was assumed that the hens are also genotyped. In another scenario, the selection was based on pedigree and genomic information only. It became clear that the generation interval could be strongly reduced in the second variant. The genetic gain could be increased in all modelled variants, but there were differences in individual traits. The implementation of genomic information into layer breeding programmes is connected to a massive increase in costs. Whether the increased genetic gain justifies the increase costs requires a market analysis by the breeding companies.de
dc.contributor.coRefereeGauly, Matthias Prof. Dr. Dr.de
dc.subject.engbreeding programme designde
dc.subject.engZPLAN+de
dc.subject.enginbreedingde
dc.subject.enghorse breedingde
dc.subject.engembryo transferde
dc.subject.englayersde
dc.subject.enggenomic selectionde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0012-D5DC-1-5de
dc.affiliation.instituteFakultät für Agrarwissenschaftende
dc.subject.gokfullLand- und Forstwirtschaft (PPN621302791)de
dc.identifier.ppn73939083Xde


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