Untersuchungen zur Optimierung von markerunterstützten Zuchtwertschätzverfahren in der Rinderzucht:
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Kiel
Selbstverl. des Inst. für Tierzucht und Tierhaltung der Christian-Albrechts-Univ. zu Kiel
2009
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170 |
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adam_text | Titel: Untersuchungen zur Optimierung von markerunterstützten Zuchtwertschätzverfahren in der Rinderzucht
Autor: Neuner, Stefan Jochen
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung.......................................................................................................................1
2 Literaturübersicht...........................................................................................................3
2.1 Molekulargenetische Information in der Tierzucht..................................................4
2.1.1 Genetische Marker.........................................................................................5
2.1.2 Markerkarten für Rinder..................................................................................7
2.1.3 Entdeckung von Beziehungen zwischen Markern und QTL in
Rinderpopulationen........................................................................................................9
2.1.4 Nutzung von QTL-Markerbeziehungen in Zuchtprogrammen........................12
2.2 MA-BLUP Methodik..............................................................................................14
2.2.1 QTL als fixer Effekt.......................................................................................15
2.2.2 QTL als zufälliger Effekt................................................................................17
2.2.3 QTL als Linearkombination von Basisallelen................................................19
2.2.4 Marker für MA-BLUP....................................................................................19
2.3 IBD Algorithmen...................................................................................................20
2.3.1 Rekursive Algorithmen..................................................................................20
2.3.2 Korrelationsgestützte Algorithmen................................................................21
2.3.3 Simulationsbasierte Algorithmen..................................................................21
2.4 Zweistufenansatz.................................................................................................22
2.5 Simulationsstudien zur MAS.................................................................................23
2.5.1 Annahmen in bisherigen Untersuchungen....................................................23
2.5.2 Ergebnisse von Simulationsstudien..............................................................27
2.6 MAS in realen Zuchtprogrammen für Rinder........................................................31
2.6.1 Anwendungen in der Rinderzucht.................................................................32
2.6.2 Evaluierung von MAS...................................................................................34
3 Material und Methoden................................................................................................37
3.1 Vorgehen bei der Simulation................................................................................37
3.1.1 Genetisches Modell......................................................................................37
3.1.2 Molekulargenetische Information im genetischen Modell..............................39
Inhaltsverzeichnis
3.1.3 Datensimulation unter Berücksichtigung eines QTL......................................41
3.1.4 Genetische Marker.......................................................................................42
3.1.5 Modelle für die Zuchtwertschätzung.............................................................43
3.1.6 Zweistufenansatz für MA-BLUP....................................................................45
3.1.7 Genetische Parameter für Milchleistung und Zellzahl...................................48
3.1.8 Populationsstruktur und chronologischer Ablauf der Datensimulation...........49
3.2 Szenarien der Modellierung und Auswertung.......................................................52
3.2.1 MA-BLUP für eine ganze Population............................................................54
3.2.2 MA-BLUP in einem Zweistufenansatz...........................................................55
3.2.3 Umfang und Struktur des Pedigrees und der Genotypisierung für MA-BLUP 58
3.3 Technische Umsetzung der Simulation................................................................62
3.4 QTL Parameterschätzung für Zellzahl..................................................................63
4 Ergebnisse...................................................................................................................67
4.1 MA-BLUP für eine ganze Population....................................................................67
4.2 Informationsverlust durch Zweistufenansatz.........................................................69
4.2.1 Ergebnisse für Milchleistung.........................................................................69
4.2.2 Ergebnisse für die Zeilzahl...........................................................................78
4.3 Umfang und Struktur des Pedigrees und der Genotypisierung für MA-BLUP.......79
4.3.1 Zufälliges Fehlen von Genotypen.................................................................79
4.3.2 Genotypisierungsdichte und Pedigreetiefe bei Zwei-Markersituation............82
4.4 Schätzung genetischer Parameter für QTL bei Fleckvieh.....................................87
5 Diskussion...................................................................................................................91
5.1 Datensimulation...................................................................................................92
5.2 MA-BLUP in einem Zweistufenansatz..................................................................96
5.3 Phänotypen für MA-BLUP und Informationsverlust im Zweistufenansatz.............97
5.4 Anteil des QTL an der additiv-genetischen Varianz............................................102
5.5 Umfang des MA-BLUP Pedigree........................................................................105
5.6 Auswirkung fehlender Genotypisierungen..........................................................107
5.7 Eigenschaften des Merkmals.............................................................................109
5.8 Perspektive für die Tierzuchtpraxis.....................................................................109
Inhaltsverzeichnis
6 Zusammenfassung....................................................................................................113
7 Summary...................................................................................................................117
8 Literaturverzeichnis....................................................................................................119
Tabellenverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Kennzahlen für die Merkmale Milchleistung und sornatische Zellzahl.................49
Tabelle 2: Kennzahlen der Population für die Simulation....................................................50
Tabelle 3: Modelle nach denen Varianzkomponenten und Zuchtwerte für die simulierten
Datensätze geschätzt werden.............................................................................................57
Tabelle 4: Charakteristika des kurzen und tiefen Pedigree und der dazugehörigen
phänotypischen Daten.........................................................................................................61
Tabelle 5: Anteil fehlender Genotypisierungen für einzelne Tiergruppen im MA-BLUP
Pedigree.............................................................................................................................61
Tabelle 6: Verwendete externe Programme........................................................................63
Tabelle 7: Marker- und Genotypisierungsinformation im Datenbestand für Fleckvieh.........65
Tabelle 8: Phänotypische Information im untersuchten Datenmaterial für Fleckvieh..........65
Tabelle 9: Geschätzte und simulierte Varianzkomponenten für einzelne QTL-Anteile bei MA-
BLUP für die gesamte Population........................................................................................68
Tabelle 10: Genauigkeiten der Zuchtwerte für einzelne Tiergruppen im polygenen Tiermodell
und im MA-BLUP Tiermodell bei MA-BLUP für die gesamte Population..............................68
Tabelle 11: Simulierte und geschätzte Varianzkomponenten im Tiermodell für den MA-BLUP
Datensatz bei einen Anteil der QTL Varianz an der gesamten additiv-genetischen Varianz
von 30%..............................................................................................................................70
Tabelle 12: Simulierte und geschätzte Varianzkomponenten im MA-BLUP Modell für einen
Anteil der QTL Varianz an der gesamten additiv-genetischen Varianz von 30%..................71
Tabelle 13: Simulierte und geschätzte Varianzkomponenten im MA-BLUP Modell für einen
Anteil der QTL Varianz an der gesamten additiv-genetischen Varianz von 30% bei einer
Gewichtung der DYD nur mit den EDC oder den EDC und dem zusätzlichen Gewicht y. ... 72
Tabelle 14: Genauigkeiten der geschätzten Zuchtwerte für die Tiergruppen geprüfte Bullen,
Kühe und Jungbullen bei einem Anteil des QTL an der gesamten additiv-genetischen
Varianz von 10%.................................................................................................................73
Tabelle 15: Genauigkeiten der geschätzten Zuchtwerte für die Tiergruppen geprüfte Bullen,
Kühe und Jungbullen bei einem Anteil des QTL an der gesamten additiv-genetischen
Varianz von 30%................................................................................................................74
Tabellenverzeichnis
Tabelle 16: Genauigkeiten der geschätzten Zuchtwerten für geprüfte Bullen, Kühe und
Jungbullen für einen QTL-Anteil von 30% an der additive genetischen Varianz wenn DYD nur
mit den EDC oder den EDC und y gewichtet werden...........................................................76
Tabelle 17: Varianzen der geschätzten Zuchtwerte für geprüfte Bullen, Kühe und
Selektionskandidaten für den Prüfeinsatz (Jungbullen) bei einem Anteil des QTL an der
gesamten additiv-genetischen Varianz von 30%.................................................................77
Tabelle 18: Simulierte und geschätzte Varianzkomponenten für Anteile der QTL Varianz an
der additiv-genetischen Varianz von 5,10,20, 30 und 50% für das Merkmal Zellzahl.........78
Tabelle 19: Genauigkeiten von geschätzten MA-BLUP Zuchtwerten im klassischen
Tiermodell (AM) und dem MA-BLUP Modell.......................................................................79
Tabelle 20: Simulierte und geschätzte Varianzkomponenten bei vollständiger und
unvollständiger Genotypisierung für einen QTL-Anteil von 30%...........................................80
Tabelle 21: Streuung der geschätzten Varianzkomponenten bei vollständiger und
unvollständiger Genotypisierung..........................................................................................81
Tabelle 22: Genauigkeiten der MA-BLUP Zuchtwerte bei vollständiger und unvollständiger
Genotypisierung.................................................................................................................81
Tabelle 23: Simulierte und geschätzte Parameter der Varianzkomponentenschätzung für die
untersuchten Einflussgrößen Phänotypen im MA-BLUP Modell, Umfang des Pedigrees und
Anteil fehlender Genotypen..............................................Fehler! Textmarke nicht definiert.
Tabelle 24: Genauigkeiten der auf Basis von DYD und YD geschätzten MA-BLUP
Zuchtwerte für Bullen, Kühe und Jungbullen bei unterschiedlich umfangreichen Pedigrees
(kurz und tief) und verschiedenen Genotypisierungsstrukturen (keine fehlenden Genotypen,
mäßige Lücken und eine starke Lücken).............................................................................86
Tabelle 25: Ergebnisse der Kartierung von QTL für das jeweilige Modell mit einem QTL auf
Chromosom 5 oder auf Chromosom 9................................................................................88
Tabelle 26: Schätzwerte für die eine Varianzkomponntenschätzung bei der die kartierten
QTL simultan im Modell enthalten waren.............................................................................89
VI
Abbildunosverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Das Daughter Design...................................................................................10
Abbildung 2: Das Granddaughter Design..........................................................................11
Abbildung 3: Genotypen und Genotypenwerte an einem biallelischen Locus....................40
Abbildung 4: Populationsstruktur und Zuchtprogramm......................................................51
Abbildung 5: Chronologische Abfolge der Datensimulation................................................52
Abbildung 6: Genauigkeiten für geprüfte Bullen, Kühe und Selektionskandidaten für den
Prüfeinsatz die für das klassische Tiermodell, das Tiermodell für den MA-BLUP Datensatz
und das MA-BLUP Modell in einem Zweistufenansatz für QTL-Anteile von 0, 5, 10, 20, 30,
40, 50 und 90% erzielt wurden............................................................................................75
Abbildung 7: Geschätzte additiv-genetische Varianz und QTL Varianz im Vergleich zu den
simulierten Parametern für das kurze MA-BLUP Pedigree..................................................85
Abbildung 8: Geschätzte additiv-genetische Varianz und QTL Varianz im Vergleich zu den
simulierten Parametern für Varianzkomponentenschätzungen nach dem MA-BLUP Modell
mit phänotypischer Information für Bullen und Kühe zusammen in einem Modell...............85
Abbildung 9: Verlauf der Llkelihood-Ratio-Teststatistik für das Merkmal Zellzahl bei
Fleckvieh auf Chromosom 5................................................................................................87
Abbildung 10: Verlauf der Likelihood-Ratio-Teststatistik für das Merkmal Zellzahl bei
Fleckvieh auf Chromosom 9................................................................................................87
Abbildung 11: Verlauf der Allelfrequenzen für Bullen und Kühe unter Selektion................94
Abbildung 12: Verlauf der Allelfrequenzen für Bullen und Kühe ohne Selektion.................94
VII
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