SSGE – Single Step Genomic Evaluation: Ein weiterer Meilenstein in der genomischen Selektion

Von der Einzelgen- und Einzeltier-Analyse
zur Nutzung genomischer Informationen für alle Zuchttiere

Wir kennen ihn alle, den ersten genetischen Marker: HAL1843^®, bekannt als das Halothan-Gen. Wie aufwändig war es doch vor 20 Jahren, ein Tier auf die Mutation dieses einen Gens zu untersuchen.

Und heute? Heute untersuchen wir 60.000 Genorte eines Schweins in einem Arbeitsgang und verwenden diese Informationen routinemäßig in der Zuchtwertschätzung.

Bislang flossen diese Informationen erst nach mehreren Einzelschritten in einen Gesamtzuchtwert ein, denn es wurde für jedes Tier sowohl ein konventioneller Zuchtwert als auch ein genomischer Zuchtwert geschätzt. Diese beiden Zuchtwerte verschmolz man bislang in einem letzten Schritt zu einem Gesamtzuchtwert.

SSGE: PIC implementiert die Revolution der Schätzgenauigkeit

Im Januar 2012 vollzog PIC mit der Einführung der Single-Step-Genomic-Evaluation (SSGE) einen revolutionären Schritt zur Verbesserung der Schätzgenauigkeit von Zuchtwerten. Diese Technik vereint die neuesten statistischen und genomischen Methoden, um verwandtschaftliche Beziehungen zwischen Tieren zu bestimmen. Dabei bildet nicht allein die Abstammung die statistische Grundlage für die Verteilung genetischer Informationen, sondern zusätzlich werden genomische Informationen genutzt. Mit den genomischen Informationen ist es möglich, weitaus genauer zu berücksichtigen, welche Gene oder Chromosomen zu welchen Teilen im Stammbaum verteilt wurden. Ein nicht ganz einfaches Unterfangen. Andererseits liegt es auf der Hand, dass erhebliche Steigerungen in der Schätzgenauigkeit erzielt werden können, je genauer die Erbmasse eines Tieres bestimmt ist.

Und genauere Zuchtwerte bedeuten höheren Zuchtfortschritt!

Genau aus diesem Grund hat PIC einige Millionen Dollar in die Forschung und Entwicklung dieser revolutionären Technologie investiert. Zahlreiche DNA-Proben, deren Genotypisierung und die Entwicklung geeigneter Software-Programme waren notwendig, um diesen Prozess genau und sicher zu machen. Das Ergebnis wurde nun im Januar in die routinemäßige Zuchtwertschätzung integriert. Nun werden die Zuchtwerte gleichzeitig für Dutzende von Merkmalen von Millionen von Tieren unter gleichzeitiger Berücksichtigung genauester Genom- und Verwandtschaftsinformationen geschätzt - in einem Schritt.

SSGE: Was haben PIC-Kunden davon?

Steigerung des Zuchtfortschritts um bis zu 27 %

Die neue Technik verhilft z. B. bei den Reproduktionsmerkmalen zu einer Steigerung der Schätzgenauigkeit um durchschnittlich 20 %, gleichbedeutend mit einer Steigerung des Zuchtfortschritts im gleichen Maße. In Tabelle 1 sind die Steigerungsraten für einige ausgewählte Merkmale aufgeführt.

Tab. 1: Erwartete Steigerung der Schätzgenauigkeit von Zuchtwerten für ausgewählte Merkmale

Zusammen mit der Steigerung der Schätzgenauigkeiten für weitere Merkmale ergibt sich ein Potential von 30 % mehr Zuchtfortschritt in den nächsten zwei Jahren.

SSGE: Welche Merkmale und Linien berücksichtigt PIC?

Im ersten Schritt werden Merkmale einbezogen, die besonders niedrige Erblichkeiten aufweisen oder geschlechtsspezifisch oder schwierig zu erfassen sind, da dies – relativ betrachtet – zunächst den größten Fortschritt bewirkt. Das bedeutet, dass zunächst in die Reproduktionsmerkmale der PIC-Linien 02 (Landrasse) und 03 (Large White) SSGE-Informationen einfließen. Im nächsten Schritt werden jedoch alle Merkmale und Linien der PIC von SSGE profitieren.

SSGE: Wodurch zeichnet sich PIC's Vorsprung gegenüber anderen Zuchtunternehmen aus?

Auch andere Zuchtunternehmen bedienen sich genomischer Techniken. Allein PIC hat jedoch eine derart umfassende Datensammlung von Pedigrees und genomischen Informationen. Die Sammlung, Aufbereitung und Verknüpfung dieser Daten ist essentiell für den Erfolg. Darüber hinaus verfügt PIC über ausreichend und hoch qualifizierte Experten. So ist es PIC möglich, weitaus schneller und vor allen Dingen genauer und sicherer diese Techniken zum Vorteil der PIC-Kunden zu nutzen.

… und die nächste Revolution steht bevor: Imputation

Imputation – dieses englische Wort steht für 'Zurechnung', 'Zuschreibung', 'Anrechnung'. Wem wird hier in der Zuchtwertschätzung etwas 'zugeschrieben'?

So wie Sie den Text im Kasten rechts ohne große Mühe lesen können, lässt sich dies auch für genomische Informationen durchführen.

Mit Computer-Algorithmen kann diese Fähigkeit des menschlichen Gehirns nachgebildet werden, so dass diese die entsprechenden Werte an fehlenden Datenpunkten einsetzen können (= Imputation), nachdem sie gelernt haben, welche DNA-Segmente in der Population vorkommen. Wenn alle fehlenden Werte ersetzt worden sind, kann der Datensatz mit Standardtechniken für komplette Datensätze analysiert werden. Mit vertretbaren geringeren Kosten, 15 US$ anstelle 150 US$ pro Chip und Tier, können nun genomische Zuchtwerte mit nahezu gleich hoher Genauigkeit wie mit teurer High Density Technologie für die zu selektierenden Tiere geschätzt werden. Die eigens dafür entwickelte neue Software hat sich bislang als äußerst robust, effizient und genau erwiesen.

Getreu dem PIC-Motto Never Stop improving wird PIC im Laufe dieses Jahres mit diesem technischen Fortschritt einen weiteren Schritt voraus machen können.