Genomische Selektion in der Schweizer Schweinezucht Dr. Henning Luther, SUISAG Strickhof Schweinetag 2013

Zuchtwert = Einschätzung des Genotyp  nur das Erbgut können wir als Tierzüchter durch Selektion verändern  Die besseren Leistungen sind dann eine Folge der Selektion Quelle: Urs Schuler QUALITAS 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Verbliebene Nachteile BLUP ZWS Die heute verwendete BLUP Zuchtwertschätzung hat gegenüber den früheren ZWS-Verfahren gewaltige Vorteile gebracht  Deshalb hat man sie in allen Tierarten in den Neunzigern eingeführt als die Rechenleistung der Computer dies zuliess  mehr Zuchtfortschritt Bestimmte grundlegende Probleme verblieben: Bei jungen Tieren (keine / wenig Information vorhanden) können die Zuchtwerte nur unsicher geschätzt werden 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Verlauf der RZW Zuchtwerte Die 33 ES KB-Eber des Geburtsjahr 2005 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Was bedeutet das Bestimmheitsmass? 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Was bedeutet das Bestimmheitsmass? Zuchtwerte schätzen ist ganz klar besser als Roulette zu spielen! Sonst hätten wir ja keinen Zuchtfortschritt ABER: Zuchtwerte sind und bleiben Schätzwerte! 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Verbliebene Nachteile BLUP ZWS Die BLUP-ZWS hat gegenüber den früheren ZWS-Verfahren gewaltige Vorteile gebracht  Deshalb hat man sie in allen Tierarten in den Neunzigern eingeführt als die Rechenleistung der Computer dies zuliess Bestimmte grundlegende Probleme verblieben: Bei jungen Tieren (keine / wenig Information vorhanden) können die Zuchtwerte nur unsicher geschätzt werden Vollgeschwister haben bis zur Eigenleistungsprüfung bzw. Nachkommenprüfung identische Zuchtwerte (innerhalb Vollgeschwister ist aber die Hälfte der gesamten genetischen Variation vorhanden!) 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Zwei ES Vollbrüder in der KB BOND 1 5783 BKE BOBI 1 5785 BKE Geburt 24.8.2000 24.8.2000 Eintritt in KB 14.5.2001 06.6.2001 LTZ (24.1.2001) 656 g/Tag 624 g/Tag RSD (24.1.2001) 9.2 mm 8.8 mm RZW (05.5.2001) 128 (29%) < = > 128 (29%) PZW (05.5.2001) 121 (40%) 116 (40%) RZW identisch! 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Zwei ES Vollbrüder in der KB BOND 1 5783 BKE BOBI 1 5785 BKE Geburt 24.8.2000 24.8.2000 Eintritt in KB 14.5.2001 06.6.2001 LTZ (24.1.2001) 656 g/Tag 624 g/Tag RSD (24.1.2001) 9.2 mm 8.8 mm RZW (05.5.2001) 128 (29%) < = > 128 (29%) PZW (05.5.2001) 121 (40%) 116 (40%) RZW (12.10.2011) 62 (92%) 26 Punkte 88 (94%) PZW (12.10.2011) 53 (82%) 21 Punkte 74 (88%) Geburt 24.8.2000 24.8.2000 Eintritt in KB 14.5.2001 06.6.2001 LTZ (24.1.2001) 656 g/Tag 624 g/Tag RSD (24.1.2001) 9.2 mm 8.8 mm RZW (05.5.2001) 128 (29%) < = > 128 (29%) PZW (05.5.2001) 121 (40%) 116 (40%) 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Zwei ES Vollbrüder in der KB BOND 1 5783 BKE BOBI 1 5785 BKE Geburt 24.8.2000 24.8.2000 Eintritt in KB 14.5.2001 06.6.2001 LTZ (24.1.2001) 656 g/Tag 624 g/Tag RSD (24.1.2001) 9.2 mm 8.8 mm RZW (05.5.2001) 128 (29%) < = > 128 (29%) PZW (05.5.2001) 121 (40%) 116 (40%) RZW (12.10.2011) 62 (92%) 26 Punkte 88 (94%) PZW (12.10.2011) 53 (82%) 21 Punkte 74 (88%) Geburt 24.8.2000 24.8.2000 Eintritt in KB 14.5.2001 06.6.2001 LTZ (24.1.2001) 656 g/Tag 624 g/Tag RSD (24.1.2001) 9.2 mm 8.8 mm RZW (05.5.2001) 128 (29%) < = > 128 (29%) PZW (05.5.2001) 121 (40%) 116 (40%) Hätte man das schon 2001 gewusst, so wäre nur BOBI zur KB gekommen, weil er die besseren Erbanlagen von seinen Eltern gererbt hat Das stand auch 2001 schon in BOBI‘s DNA drin ! Wir hatten nur keine Technik das „abzulesen“ 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Prinzip Genomische Selektion Am Beispiel CF18 Vater A/G Mutter A/G Wer bekommt zufällig das gute A-Allel vom Vater bzw. Mutter vererbt? Sohn 1 CF18 ? Sohn 2 CF18 ? Sohn 3 CF18 ? Sohn 4 CF18 ? Mendelsche Regel: 25% A/A, 50% A/G, 25% G/G  Aber wer ist was von den Vieren???? 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Prinzip Genomische Selektion Am Beispiel CF18 Vater A/G Mutter A/G Durch Typisieren der DNA jedes Eberferkels finden wir es ganz früh heraus !!! Sohn 1 A/G Sohn 2 A/A Sohn 3 A/G Sohn 4 G/G den zur KB den schlachten 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Genomische Selektion Die modernstes Zuchtwertschätzung Wer hat‘s erfunden??? 60‘000 Typisierungschip für 12 Tiere Theo Meuwissen Mike Goddard Ben Hayes Heute das ZWS Standardverfahren - Praktische Anwendung in Zuchtprogrammen ist unterschiedlich Erste Unternehmen haben begonnen erhöht Züchtungskosten (Kosten bei Zuchtunternehmen) wohl mehr Zuchtfortschritt (Nutzen bei Kunde) 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Mit diesem Chip kann man die DNA von 12 Tieren an jeweils 60‘000 Stellen gleichzeitig ablesen Kosten 100 CHF / Tier 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Strickhof Schweinetag 2013 Das kommt im Prinzip aus dem Labor zurück  60‘000 einzelne Genotypen Ist dieses Tier nun züchterisch gut oder schwach ??? 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Der Effekt von einem zusätzlichen „B“ an diesem Marker ist: Man typisiert zu Beginn viele Tiere, die schon möglichst genaue konventionelle Zuchtwerte haben  Lernstichprobe (KB-Eber, Sauen, etc.) Masttagszunahmen Der Effekt von einem zusätzlichen „B“ an diesem Marker ist: + 10g/Tag MTZ 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Strickhof Schweinetag 2013 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Strickhof Schweinetag 2013 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Genomische Selektion Erwartete Vor- und Nachteile Typisierte Vollgeschwister  verschiedene Zuchtwerte  effizientere Selektion innerhalb Vollgeschwister Typisierte Jungtiere haben etwas genauer geschätzte Zuchtwerte  effizientere Selektion (mehr ZF, weniger Nieten in KB)  wie viel genauer werden die Zuchtwerte sein ????? Eventuell Einsparung zusätzlicher Gentests möglich (CF18, MHS, Coli_CH, Abstammungskontrolle etc.) Die Züchtungskosten steigen (Labor & ZWS) Es bleibt aber eine Zuchtwertschätzung ! 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Genomische Selektion genauere Zuchtwerte für junge Tiere Bei EASTON & MABEL stand bei ihrer Geburt schon in ihrer DNA drin, dass ihre Töchter später schwache Leistungen bringen werden (bei LABAN umgekehrt) Mit Genomischen Zuchtwerten hätte man EASTON & MABEL wahrscheinlich gar nie für KB selektierte und somit gar nicht erst schwache Töchter erzeugt 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Genomische Selektion Was macht die SUISAG? Dr. Henning Luther, SUISAG Strickhof Schweinetag 2013

Genomische Selektion beim Schwein International Bei grossen Zuchtunternehmen etabliert (DK) Bei kleinen in der Aufbauphase German Piétrain, Bayerische Landrasse FBF-Projekt bei Mutterlinien (BHZP, SUISAG, German Genetic, Bayern, AUT) SUISAG Beteiligung bei FBF-Projekt (2011-2013): Grundlagen, keine Umsetzung Dank verschiedenen Forschungsprojekten sind CH-Tiere bereits typisiert auf Kosten dieser Projekte ES: 400 KB-Eber und 500 Sauen Gute Basis für Aufbau einer GS für ES-Mutterlinie 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Etablierung Genomische Selektion bei SUISAG Projektdauer etwa 2 Jahre Start Probensammlung Herbst/Winter 2012 Projektbeginn Sommer 2013 (nach Rückkehr A. Hofer) Projektziele Typisierung von DNA-Proben  ausländische Labor Verwaltung der Typisierungsresultate bei SUISAG Genomische Zuchtwertschätzung für Routinebetrieb bei SUISAG etablieren zunächst: Edelschwein Mutterlinie 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

DNA Sammlung für Lernstichprobe SUISAG lagert routinemässige DNA-Material von jedem KB-Eber und jedem MLP-Prüftier 400 Edelschwein KB-Eber bereits typisiert im Rahmen von anderen Forschungsprojekten 500 Edelschwein Sauen Haarproben genommen auf 10 Betrieben  Typisierung fast fertig Wir brauchen noch mehr DNA-Proben von Sauen mit Würfen für die Lernstichprobe und die Zukunft 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

DNA Sammlung von Kernzuchtsauen Kernzuchtbetriebe schicken Haarprobe von jeder Edelschwein Sau, die das erste Mal bei ihnen abferkelt an SUISAG Als „DNA Bank“ Zusätzlich Haarproben von Sauen die schon mindestens 2 Würfe haben Für baldige Erweiterung Lernstichprobe Rücksendung z.B. mit Sauenblatt nach Absetzen 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Geplante erste Anwendung  Edelschwein Kandidaten für KB Für Ausbau Lernstichprobe Natursprung ? Selektion auf Basis GOZW Beprobung Eberferkel nach Ankunft in zentraler Eberaufzucht Sempach Typisierung  Genomisch optimierter Zuchtwert nach Eigenleistungsprüfung Gutes Kosten / Nutzenverhältnis, weil zukünftige KB-Eber Väter vieler Jungsauen 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Durch Imputing Typisierungskosten senken Bei einem Tier die DNA an 60‘000 SNP ablesen lassen kostet derzeit 100 CHF Originale DNA-Sequenz des Tiers: GTCATAGCATTATTATTATTATTCAGGACCCGGATTTGGACGTTCCAAAGCTATAACCGGG CAGTATCGTAATAATAATAATAAGTCCTGGGCCTAAACCTGCAAGGTTTCGATATTGGCCC Typisierungsergebnis des 60‘000 Illumina Chips: GTCATAGCATTATTATTATTATTCAGGACCCGGATTTGGACGTTCCAAAGCTATAACCGGG CAGTATCGTAATAATAATAATAAGTCCTGGGCCTAAACCTGCAAGGTTTCGATATTGGCCC Was um Himmels willen ist nun auch noch „Imputing“ ??? 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Durch Imputing Typisierungskosten senken Originale DNA-Sequenz des Vaters: GTCATAGCATTATTATTATTATTCAGGACCCGGATTTGGACGTTCCAAAGCTATAACCGGG CAGTATCGTAATAATAATAATAAGTCCTGGGCCTAAACCTGCAAGGTTTCGATATTGGCCC Typisierungsergebnis des 60‘000 Illumina Chips vom Vater (KB-Eber): GTCATAGCATTATTATTATTATTCAGGACCCGGATTTGGACGTTCCAAAGCTATAACCGGG CAGTATCGTAATAATAATAATAAGTCCTGGGCCTAAACCTGCAAGGTTTCGATATTGGCCC Typisierungsergebnis eines Nachkommen mit 6‘000 Chip (Kosten evtl. 50CHF): GTCATAGCATTATTATTATTATTCAGGACCCGGATTTGGACGTTCCAAAGCTATAACCGGG CAGTATCGTAATAATAATAATAAGTCCTGGGCCTAAACCTGCAAGGTTTCGATATTGGCCC Imputing Weil man alle 60‘000 SNP vom Vater kennt, weiss man über den Nachkommen: GTCATAGCATTATTATTATTATTCAGGACCCGGATTTGGACGTTCCAAAGCTATAACCGGG CAGTATCGTAATAATAATAATAAGTCCTGGGCCTAAACCTGCAAGGTTTCGATATTGGCCC 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Vor- und Nachteile Imputing Die Selektionskandiaten (viele Tiere!) und ggf. später auch Sauen werden mit einem günstigeren „Low-Density“ Chip typisiert Senkt die Typisierungskosten derzeit noch deutlich Die Väter dieser Tiere müssen mit dem 60‘000 Chip typisert sein (KB-Eber 60‘000 Chip typisieren!) Dann kein/kaum Genauigkeitsverlust durch Imputing 6‘000 Chip (noch) nicht verfügbar Kosten des Chips nicht bekannt aber 50CHF/Tier realistisch Rechenaufwand Imputing ist relativ hoch 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Natursprung bei Genomischer Selektion Die Zuchtwerte der Edelschwein KB-Eber werden mit Genomischer ZWS genauer geschätzt sein, weil die Zuchtwerte auch auf DNA Information des typisierten Ebers beruhen! KB-Eber verwenden, weil noch besser selektiert ! Man könnte daneben auch Natursprungeber im Kernzuchtbetrieb einsetzen. Die müssten dann aber auch mit 60‘000 Chip typisiert sein Dann gleiche Genauigkeit wie bei KB-Ebern Nur dann Imputing der Nachkommen auch gut machbar 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Strickhof Schweinetag 2013 Fazit Genomische Selektion wird zum Standard in erfolgreichen Zuchtprogrammen werden Rind, Schwein, Geflügel, Pflanzen! Genomische Selektion wird die Schweinezucht nicht so revolutionieren wie die Rinderzucht Grund: Wir arbeiten schon mit jungen Zuchttieren = kurzes Generationenintervall haben wir schon! Die zusätzlichen laufenden Kosten der GS sind jetzt überschaubar aber Schweinezucht wird etwas teurer durch Genomische Selektion 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Strickhof Schweinetag 2013 Fazit Das Thema Genomische Selektion ist komplex Das war/ist klassische BLUP-Zuchtwertschätzung aber auch Als Praktiker sollte man wissen, welche Vorteile durch GS in der Schweinezucht zu erwarten sind Etwas genauer geschätzte Zuchtwerte bei jungen Tieren Unterschiedliche Zuchtwerte für typisierte Vollgeschwister Durch beides etwas effizientere Selektion und etwas höherer Zuchtfortschritt Vermutlich weniger Zuchtwert-Abstürze bei KB-Ebern 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Strickhof Schweinetag 2013 Fazit Die SUISAG arbeite sich Schritt für Schritt in die Genomische Selektion (Zuchtwertschätzung) ein Es ist eine grosse Herausforderung für und ! Wir wissen schon wo und wie wir es zu Beginn anwenden möchten (zentrale ML-Eberaufzucht) Keine Schnellschüsse! 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013

Vielen Dank für Ihr Interesse! Das war ein „Riesen Schritt“ für die Menschheit Genomische Selektion: Ein grosser Schritt in der Tierzucht… 28.03.2017 Strickhof Schweinetag 2013