Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye
Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Indholdsfortegnelse INDHOLDSFORTEGNELSE ........................................................................................................................................ 1 SAMMENDRAG ............................................................................................................................................................. 2 SUMMARY ...................................................................................................................................................................... 3 INTRODUKTION........................................................................................................................................................... 4 GENOMISK SELEKTION ............................................................................................................................................. 5 EFFEKTEN AF GENOMISK SELEKTION PÅ AVLSFREMGANGEN - BREEDERS EQUATION ...................................................... 7 EFFEKTEN AF GENOMISK SELEKTION PÅ IDENTIFICERINGEN AF RECESSIVE LETHALER .................................................... 9 OPDAGELSEN AF NYE RECESSIVE LETHALER MEDFØRER NYE SELEKTIONSSTRATEGIER ............ 10 STRATEGIER TIL KONTROL AF BÆRERE .................................................................................................................................. 11 STRATEGI 1: BRUGE ALLE DYR UANSET BÆRERSTATUS ...................................................................................................... 11 STRATEGI 2: ELIMINERE ALLE BÆRERE ................................................................................................................................. 11 STRATEGI 3: IDENTIFICERE BÆRERE OG FORHINDRE BÆRER X BÆRER PARRING........................................................... 12 STRATEGI 4: ELIMINERE BÆRERE AF LETHALER SOM MEDFØRER DE MEST ALVORLIGE KONSEKVENSER .................. 13 STRATEGI 5: PRODUCERE MANGE AFKOM PÅ DE BEDSTE KØER VIA ÆGTRANSPLANTATION ........................................ 14 DATAANALYSE ........................................................................................................................................................... 15 MATERIALE OG METODE ............................................................................................................................................................ 15 RESULTATER ................................................................................................................................................................................ 16 DISKUSSION ................................................................................................................................................................ 18 OPSUMMERING .......................................................................................................................................................... 20 KONKLUSION .............................................................................................................................................................. 21 REFERENCELISTE ...................................................................................................................................................... 22 1 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Sammendrag Formålet med denne opgave var at evaluere alternative selektionsstrategier og deres konsekvenser for avlsfremgangen igennem en dataanalyse på ti nyligt opdagede recessive lethaler hos Nordisk Rødt Malkekvæg (RDC). Derudover var formålet at belyse genomisk selektion samt teknikkens effekt på avlsfremgangen og identificeringen af recessive lethaler. Ved genomisk selektion er det muligt at bestemme avlsværdier alene på baggrund af dyrets genotype, hvilket gør det muligt at øge avlsfremgangen. I avlen arbejdes der ud fra ”Breeders Equation”, som er en ligning der beregner avlsfremgangen på baggrund af selektionsintensitet, sikkerheden, spredning og generationsinterval. Med genomisk selektion er identificeringen af recessive lethaler nemmere og mindre omkostningsfuld, hvilket gør at flere og flere recessive lethaler opdages. Det medfører et behov for nye selektionsstrategier i avlen. Derfor er det i en dataanalyse over genomisk testede RDC tyre fra 2009 og 2013 blevet evalueret hvilke af fem strategier der er mest attraktive i forhold til NTM (Nordic Total Merit), bærerfrekvens og udvalgte andre indekser, og derfor bør implementeres i fremtidige selektionsstrategier. En strategi hvor lethalernes betydning og konsekvenser opvejes, for at eliminere bærere af lethaler med de største konsekvenser, og beholde bærere af knap så betydningsfulde konsekvenser anbefales. Derved er det et forholdsvist lavt antal af tyre der udelukkes fra avlen, hvilket gør at avlsfremgangen ikke påvirkes synderligt på grund af tabt selektionsintensitet, som den ellers ville gøre hvis alle bærere blev elimineret. Hvis det derudover er muligt at undgå bærer x bærer parringer af de tilbageværende lethaler, vil frekvensen af disse lethaler langsomt vil sænkes, og det vil derved sikre en hurtigst mulig avlsfremgang, samtidig med at frekvensen af recessive lethaler kontrolleres. 2 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Summary The objective of this assignment was to evaluate alternatives to existing selections strategies and their consequences on the breeding progress for dairy cattle. This was done by an analysis on ten newly detected recessive lethals in the population of the breed: Nordic Red Dairy Cattle (RDC). Furthermore the objective was to clarify genomic selection, its effect on the breeding progress and the identification of recessive lethals. With genomic selection it is possible to determine breedingvalues based on only the genotype of the animal. This makes it possible to increase the breeding progress. In breeding you generally work with an equation, known as “Breeders Equation”. Breeders equation is a calculation based on selectionintensity, accuracy of selection, variation and generation interval. With genomic selection it has become much easier and less expensive to identify recessive lethals, which causes more and more to be discovered. This brings a great need for new selectionstrategies in the breeding. Therefor an analysis on genomic tested RDC bulls born in 2009 and 2013 has been made. Five different strategies where suggested to find out which one was most attractive in correlation with NTM (Nordic Total Merit), carrierfrequency and a few other indexes, to implement in future selectionstrategies. A strategy where the impact and consequences of the lethals are evaluated, to eliminate carriers of lethals with the most critical and biggest consequences, and where carriers of lethals with less impact are kept, is recommended. By doing so it is only a few bulls who are excluded from the breeding, which makes the impact on the breeding progress relatively small, as oppose to the lost selectionintensity you would get by eliminating all carriers. Additionally if it is possible to avoid carrier x carrier mating of the remaining lethals, the frequencies of these would slowly be reduced, and thereby ensure a breeding progress which are as fast as possible, at the same time as the frequencies of recessive lethals are controlled. 3 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Introduktion Et omfattende brug af kunstig inseminering i kvægavlen har sammen med den forholdsvis nye teknik, genomisk selektion, ført til store forøgelser i produktiviteten hos malkekvæg. Det skyldes en øget selektionsintensitet, et reduceret generationsinterval, samt en større sikkerhed på de estimerede avlsværdier (Kadri et al., 2014). Med genomisk selektion kan genomiske avlsværdier estimeres uden at fænotyperne er kendte. Derved er det muligt at mindske generationsintervallet og på den måde øge avlsfremgangen. På grund af genomisk selektion er identificeringen af arvelige sygdomme blevet lettere, og det har ført til opdagelsen af, at arvelige sygdomme faktisk har stor betydning for fertiliteten. Når arvelige sygdomme nedarves, udtrykkes de oftest kun i recessive homozygoter. Det vil sige når sygdomsallelen findes i dobbeltdosis, og derfor har været nedarvet fra begge forældre. Dyr som er heterozygoter kan godt være bærere af sygdomsgenet, uden sygdommen udtrykkes, fordi de kun bærer sygdomsgenet i enkelt dosis. Ifølge Hardy-Weinberg loven vil der, ved parring mellem to heterozygote bærere af sygdomsgenet, dannes afkom i en bestemt frekvens, hvor sygdommen kommer til udtryk. Hardy-Weinberg loven angiver, at der i en stor population, hvor der er tilfældig parring, vil forblive konstante genotypefrekvenser fra generation til generation, hvis der ikke sker nogen selektion, mutation eller migration. Genotype frekvenserne vil derved kunne udtrykkes via proportionerne p2:2pq:q2, hvor p og q angiver allel-frekvenserne i hver genotype (Klug et al., 2014). Der skal særlige kræfter til for at ændre på genotypefrekvenserne fra generation til generation, og dermed også for at øge den avlsmæssige fremgang i kvægavlen. Kræfter som kunstig inseminering og selektion for de bedste gener kan ændre frekvenserne. Derudover kan mutationer, hvor DNA ændres og danner nye alleler, og migration, hvor der lukkes nye individer ind og ud af populationen, også ændre på frekvenserne mellem generationer (Bourdon, 2000). I tilfælde hvor heterozygote bærere af et recessivt sygdomsgen parrer sig, vil der ifølge Hardy-Weinberg loven være en bestemt frekvens af afkommene som udtrykker sygdommen, fordi de bærer den i dobbelt dosis. Det kan blandt andet resultere i at der slet ikke produceres nogen levende afkom som er recessivt homozygote eller afkom som dør under drægtigheden fordi de bærer sygdomsgenet i dobbelt dosis. Disse recessive lethaler, som de ofte betegnes, har store økonomiske konsekvenser for kvægproduktionen. Det er man især blevet bekendt med, efter genomisk selektion er blevet mulig. Opdagelsen af nye recessive lethaler medfører 4 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 et behov for nye selektionsstrategier i avlen, og derfor er formålet med denne opgave at evaluere alternative selektionsstrategier og deres konsekvenser for avlsfremgangen. Til dette vil en dataanalyse, der involverer ti nyligt opdagede recessive lethaler hos nordisk rødt malkekvæg (RDC), indgå, for at se om alternative selektionsstrategier bør tages i brug i fremtiden. Derudover vil genomisk selektion samt teknikkens effekt på avlsfremgangen og identificeringen af recessive lethaler blive belyst. Genomisk selektion Genomisk selektion er en forholdsvis ny teknik, som første gang blev beskrevet af Meuwissen et al. (2001). Den baserer selektionen af de bedste dyr på genomiske avlsværdier (GEBV – genomic breeding value). Til GEBV bruges genetiske markører fra hele genomet til at estimere avlsværdier på udvalgte dyr (Meuwissen et al., 2001). Metoden afhænger af niveauet af koblingsuligevægt mellem markørerne og de polymorfier, der er skyld i ændringer i vigtige egenskaber (Hayes et al., 2013). Koblede gener er gener som med stor sandsynlighed vil følge hinanden til næste generation. Sandsynligheden for dette afhænger af afstanden, der er mellem de koblede gener (Juhlin & Struckmann, 2000). Når bestemte alleler fra koblede loci optræder på samme kromosom, enten oftere eller sjældnere end man forventer, dannes der koblingsuligevægt. Så når genomisk selektion siges at afhænge af niveauet af koblingsuligevægte, undersøges de enkelte markørers uafhængighed af hinanden og på den baggrund kan markører og de polymorfier der er skyld i ændringer i vigtige egenskaber, som er tæt koblede og dermed i koblingsuligevægt, bruges i den genomiske selektion (Reich et al., 2001). Koblingsuligevægte i en population kan være influeret af interaktioner mellem genetisk drift og selektiv parring. Det vil sige ændringer i allelfrekvenser, som skyldes tilfældigheder, og det faktum at nogle individer i en population har større tendens til at parre sig med hinanden end andre individer i populationen. Genetisk drift har stor betydning når populationen er lille (figur 1), mindre når den er stor (figur 2) og slet ingen i uendelig store populationer (Masel, 2011). Jo hurtigere den genetiske drift er, jo hurtigere bliver allelerne fikseret eller går tabt. Derfor kan genetisk drift medføre tab af genetisk variation i små eller begrænsede populationer (Templeton, 2006). Ændringer i allelfrekvenser kan også skyldes en allels kobling til en allel der selekteres for. Derved er der risiko for, at når der eksempelvis selekteres for en allel, der er relateret til høj mælkeydelse, samtidig selekteres for en allel, der er relateret til dårlig frugtbarhed, 5 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 fordi de to alleler er tæt koblede. Dette fænomen kaldes hitchhiking, og i modsætning til genetisk drift er det ikke tilfældigt, men bestemt af selektion. Et andet fænomen, kaldet pleiotropi, er når et enkelt gen påvirker flere forskellige karaktertræk hos bæreren. Hvis eksempelvis genet for høj mælkeydelse samtidig er genet for dårlig frugtbarhed, vil selektion for høj mælkeydelse automatisk også være selektionen for dårlig frugtbarhed. Derfor kan det være problematisk hvis gener, der koder for disse vigtige egenskaber, er under pleiotropiske effekter (Su et al., 2010). Figur 1. Eksempel på genetisk drift af forskellige alleler i en population på 500 individer. X-akse=generationer. Yakse=allelfrekvens (Masel, 2011). Figur 2. Eksempel på genetisk drift af forskellige alleler i en population på 5.000 individer. X-akse=generationer. Yakse=allelfrekvens (Masel, 2011). 6 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 For at udlede GEBV skal der laves en beregning baseret på enkelt-nukleotid polymorfier (SNP’s – single nucleotide polymorphisms) (Hayes et al., 2009). SNP’s er små segmenter spredt ud over hele genomet som repræsenterer en type af genetisk variation. Hver SNP er en afvigelse fra det ”normale”, og deres effekt på avlsfremgangen estimeres ud fra en stor referencegruppe hvori dyr både bliver fænotypet og genotypet. Et eksempel på en SNP kan være, at nukleotidet adenin er byttet ud med nukleotidet guanin i en specifik sekvens af DNA strengen. Alle estimater for effekten af SNP’s genotyper (eller haplotyper, som de også kaldes) summeres op på baggrund af dyrets genotype for at udlede GEBV (Schaffer, 2008). På den måde vil effekten fra alle loci for kvantitative egenskaber (QTL – quantitative trait loci), som bidrager med genetisk variation, blive opfanget, også selvom effekten af hver enkelt loci er meget lille. I efterfølgende generationer kan dyrene nøjes med at blive genotypet for markørerne for at bestemme hvilke kromosomsegmenter de bærer, og den estimerede effekt af de segmenter dyret bærer summeres derefter op for hele genomet for at estimere GEBV, som tidligere nævnt (Hayes et al., 2009). Ved genomisk selektion er det således muligt at bestemme avlsværdier alene på baggrund af dyrets genotype, og i forhold til tidligere, hvor avlsværdier var baseret på fænotype og afstamning alene, er det nu muligt at selektere dyrene i en tidligere alder, hvilket potentielt kan øge avlsfremgangen med 60-120 %. Den største udfordring der er ved genomisk selektion er at estimere den effekt der er fra hver enkelte SNP på egenskaben, fordi antallet af SNP’s typisk er meget større end antallet af egentlige fænotyper (Hayes et al., 2013). Effekten af genomisk selektion på avlsfremgangen - Breeders Equation I avlen arbejdes der ud fra en grundlæggende ligning, kendt som ”Breeders Equation” (ligning 1). Det er en beregning på, hvor stor avlsfremgangen er, ud fra den selektion der er foretaget, og altså en beregning på selektionsrespons. I det følgende vil ligningens enkelte elementer blive gennemgået sammen med en beskrivelse af, hvilken effekt de har på avlsfremgangen. ∆𝐵𝑉⁄ = 𝑖 ∙ 𝑟𝐸𝐵𝑉,𝐵𝑉 ∙ 𝜎𝐵𝑉 𝑡 𝐿 Ligning 1. ∆BV⁄t=den samlede fremgang (eller ændring) i avlsværdien pr. tidsenhed som respons på selektion, i=selektionsintensitet, rEBV,BV=sikkerheden på korrelationen mellem den estimerede og sande avlsværdi, σBV=spredning på avlsværdi, L=Generationsinterval. 7 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Selektionsintensitet, i, er den forskel, der er mellem de gennemsnitlige selektionskriterier på de individer, der selekteres til at blive forældre, og de gennemsnitlige selektionskriterier for alle individer der potentielt kunne blive forældre. Derfor siger selektionsintensiteten noget om hvor ”kræsne” avlerne er, når de skal udvælge dyr til avlen. Jo færre dyr der selekteres, jo større bliver selektionsintensiteten, og jo større kan avlsfremgangen potentielt blive. Det kræver dog en tilstrækkelig høj sikkerheden (Bourdon, 2000). Sikkerhed, rEBV,BV, på avlsværdital er korrelationen mellem den sande avlsværdi (BV – breeding value) og den estimerede avlsværdi (EBV – estimated breeding value) (Schaeffer, 2006). Værdien vil typisk falde hvis selektionsintensiteten øges og desuden hvis generationsintervallet sænkes (Bourdon, 2000). Sikkerheden på GEBV afhænger af fire parametre: Niveauet af koblingsuligevægte mellem markører og QTL: Hver enkelte markør skal være i tilstrækkelig koblingsuligevægt med QTL, således at markørerne kan forudsige effekterne af QTL over hele populationen og over flere generationer (Hayes et al., 2009). Antallet af dyr med fænotyper og genotyper i referencegruppen hvor SNP effekterne er estimeret ud fra: Jo mere fænotypisk data der bruges til at estimere SNP effekterne, jo flere observationer vil der være pr. SNP allel og jo bedre vil sikkerheden være for GEBV (Hayes et al., 2009). Arveligheden for den egenskab man er interesseret i: Jo større arveligheder der er, jo færre fænotypiske observationer er der brug for, for at opnå gode sikkerheder på GEBV (Hayes et al., 2009). Fordelingen af QTL effekter: Hvis der er mange QTL der kun bidrager meget lidt til variationen i egenskaben, er der brug for et stort antal af fænotypiske observationer for at opnå gode sikkerheder på disse effekter og dermed på GEBV (Hayes et al., 2009). Generationsinterval, L, er det tidsrum der går fra et dyr fødes til dets afkom fødes. Når generationsintervallet stiger, vil sikkerheden ligeledes stige da der kommer mere information på dyret med tiden, især afkomsdata. Eksempelvis vil sikkerheden på en tyrs avlsværdi stige når den som cirka fem-årig er blevet døtreafprøvet. Det vil sige at dens afkom har leveret information, for eksempel i form af ydelse og frugtbarhed, som er økonomisk vigtige egenskaber i malkekvægsproduktionen (Bourdon, 2000). 8 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Spredning, σBV, på avlsværdien er, i modsætning til de andre parametre i ligningen, ikke noget der kan manipuleres ret meget ved i en population, da den har tendens til at være rimelig fikseret, og den kræver mange generationer for at blive ændret (Bourdon, 2000). For at øge avlsfremgangen ville det ideelle være, at sikkerhed, intensitet og spredning på avlsværdien øges, samtidig med at generationsintervallet mindskes. Det kan dog ikke lade sig gøre ved alle faktorer på samme tid, da de som beskrevet tidligere, har stor indflydelse på hinanden. Med genomisk selektion er det blevet muligt at gøre avlsfremgangen hurtigere ved at nedsætte generationsintervallet, da den genomiske information er tilgængelig allerede ved kælvning. Tidligere var det ikke muligt, da det krævede længere generationsintervaller at estimere avlsværdier med tilstrækkelig sikkerhed (Bourdon, 2000). Hvis det kan lade sig gøre at opnå tilnærmelsesvis lige så store sikkerheder på genomisk testede to-årige tyre som på fem-årige ikke-genomisk testede afkomsprøvede tyre, vil genomisk selektion potentielt kunne fordoble hastigheden af den genetiske fremgang på grund af det lavere generationsinterval (Schaeffer, 2006). Hayes et al. (2009) undersøgte sikkerheden på genomisk selektion, hvor SNP effekterne på tyre født mellem 1998 og 2002 først blev estimeret. Derved kunne GEBV for tyre født i 2003 estimeres, hvorefter GEBV blev korreleret med data fra tyrene om deres avlsværdier efter afkomsprøvninger. Hayes et al. (2009) konkluderede at sikkerheden på GEBV var højere for de afkomsprøvede tyre end på EBV udledt fra kun afkomsprøvede tyre (dem som ikke var genomisk testede). Metoden der havde lavest sikkerhed var altså den samme metode som man på daværende tidspunkt selekterede kalve ud fra (Hayes et al., 2009). Resultaterne fra forsøget er i overenstemmelse med flere andre forsøg. Eksempelvis VanRaden et al. (2009) fandt en sikkerhed på 50% på GEBV over forskellige egenskaber mod en sikkerhed på kun 27% når EBV blev baseret på forældregennemsnittet alene. Også Harris et al. (2008) fandt en sikkerhed på 50-67% for forskellige egenskaber for unge tyre som endnu ikke var døtreafprøvede mod en sikkerhed på 34% for EBV baseret på forældregennemsnit. De to sidstnævnte forsøg har dog en generel større sikkerhed, på grund af større referencegrupper end i førstnævnte forsøg (Hayes et al., 2009). Effekten af genomisk selektion på identificeringen af recessive lethaler I relation til de positive effekter på avlsfremgangen, som genomisk selektion har vist sig at have, er identificeringen af recessive lethaler blevet nemmere og mindre omkostningsfuld 9 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 fordi det ikke længere er nødvendigt at bruge fænotyper. Dette åbner ligeledes nye muligheder for at øge avlsfremgangen. Den intensive brug af kunstig inseminering i kvægproduktionen og derved brug af et begrænset antal avlstyre har gjort det lettere for recessive lethaler at sprede sig (Salimi et al., 2014). Det skyldes at den effektive populationsstørrelse er mindre, og at der er en øget grad af homozygoti som følge af øget indavl. For at kontrollere de recessive lethaler er det nødvendigt at identificere bærerne. Det var tidligere noget, der både var dyrt og tidskrævende, fordi det krævede observationer af kalve med unormale fænotyper, hvorefter nedarvning af lethalet skulle påvises i flere afkom (VanRaden et al., 2011). Nu er det med genomisk selektion muligt at identificere recessive lethaler ud fra kendte geno- og haplotyper, som er almindelige i populationen, men som aldrig findes i homozygote udgaver i levende dyr, fordi de medfører embryon død (Salimi et al., 2014). Hvis antallet af genotypede dyr er stort, vil den forventede frekvens af homozygoter i populationen ifølge Hardy Weinberg loven være tilsvarende stor. Derfor vil komplet fravær af homozygote haplotyper være usandsynligt. Hvis de alligevel ikke observeres i population, tyder det på at der er tale om recessive lethaler, som i et eller andet omfang har betydning for fertiliteten (VanRaden et al., 2011). Opdagelsen af nye recessive lethaler medfører nye selektionsstrategier Selvom selektion efter de bedste dyr øger fortjenesten, som følge af øget produktivitet, kan det forårsage drastiske reduktioner i den effektive populationsstørrelse. Det medfører mere indavl, som på grund af øget homozygoti danner ophav til potentielt flere og flere recessive lethaler (Charlier et al., 2008). Der er visse omkostninger forbundet med tilstedeværelsen af recessive lethaler og at kontrollere dem. De omfatter blandt andet tabet af homozygote bærere, overvågning af de recessive lethaler, hvilket blandt andet indebærer omkostninger til test (Egger-Danner et al., 2015b), et stort insemineringsplans arbejde og ikke mindst økonomiske tab fordi perioden hvor koen er uden kalv forlænges. På grund af opdagelsen af flere og flere recessive lethaler, er det derfor vigtigt at finde nye strategier der kan kontrollere udbredelsen af recessive lethaler, men som samtidig sikrer en størst mulig avlsfremgang (Charlier et al., 2008). 10 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Strategier til kontrol af bærere Avlsstrategier i forbindelse med recessive lethaler har især betydning for den genetiske respons på selektion, men er også i forbrugernes interesse i forhold til dyrevelfærd og økonomi. De nye genomiske muligheder tillader dybere indsigt og gør det muligt at forebygge eventuelle skadelige effekter for racen og populationen i et meget tidligere stadie, end hvad der før var muligt (Egger-Danner et al., 2015b). Det er dog ikke strategien alene, der har betydning for frekvensen af bærere. Tilfældigheder, som for eksempel genetisk drift, tæt koblede gener og pleiotropiske effekter kan ikke kontrolleres eller forudsiges, og disse kan strategierne derfor ikke tage højde for. I det følgende er præsenteret fem forskellige strategier til at kontrollere udbredelsen af recessive lethaler i populationen, samt konsekvensen af dem. Strategi 1: Bruge alle dyr uanset bærerstatus Denne strategi, hvor bærere og ikke-bærere bruges tilfældigt, svarer til, at bærere af recessive lethaler, som endnu ikke er blevet identificeret, bruges. Det vil sige, at bærere bruges uden nogen restriktioner for, hvem de må parres med (Salimi et al., 2014). I et simulerings studie af Salimi et al. (2014) forblev frekvensen ved denne strategi tilnærmelsesvis konstant og viste ingen signifikante fald i løbet af 25 år. Allelfrekvensen for den recessive lethal blev kun reduceret meget langsomt, da fitness for heterozygote bærere og fitness for homozygote ikke-bærere var den samme til at starte med. Strategien kan siges, at være brugt inden genomisk selektion blev tilgængelig og også på nuværende tidspunkt, hvor der selekteres dyr, der potentielt godt kan være bærere af recessive lethaler, som endnu ikke er kendte. Ulempen ved strategien er, at de recessive lethaler kan have negative konsekvenser for betydningsfulde egenskaber, uden at man er klar over hvad det skyldes. En ko der eksempelvis ellers ville have en god fertilitet, kunne måske ende fejlagtigt med at blive udsat, fordi embryonet dør kort tid efter befrugtning. Uden viden om bærerstatus ville man måske bare konkludere, at hun havde en dårlig fertilitet. Strategi 2: Eliminere alle bærere Alle bærere elimineres fra avlen således, at alle bærere i populationen og næste generationer udryddes. 11 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Frekvensen af recessive lethaler i simuleringsstudiet af Salimi et al. (2014) faldt ved denne strategi hurtigt hos fædrene og frekvensen af bærere i hele populationen faldt ligeledes støt. Frekvensen faldt derved fra 0,68 til 0,14 på 25 år, som også ses på figur 3. Ulempen ved denne strategi er, at den ikke kan bruges i tilfælde hvor frekvensen af den recessive lethal er tæt på 1, da det ville resultere i, at de fleste ville være bærere, derved ville der ikke være ret mange, der kunne indgå i avlen. Det ville resultere i tabt selektionsintensiteten, og dermed tab i avlsfremgangen. Således er denne strategi kun fordelagtig, når antallet af bærere i populationen er lavt. VanRaden et al. (2011) fandt i sit forsøg fem forskellige recessive lethaler, og af dem blev 2,7-20,7% fundet i bærere, som var elitetyre. At bruge strategi 2 ville derfor få store konsekvenser for avlsfremgangen, idet de bedste tyres bidrag ville forsvinde. Med genomisk selektion identificeres flere og flere recessive lethaler, og derfor vil strategien i fremtiden ikke være særlig favorabel (Salimi et al., 2014). I et andet forsøg af Egger-Danner et al. (2015b) blev det undersøgt hvilken effekt det havde på avlsfremgangen, hvis henholdsvis 50, 30 og 10% af bærerne i en østrigsk Fleckvieh population blev elimineret fra avlen. Jo flere af bærerne der blev elimineret, jo mere faldt avlsfremgangen. Denne strategi er i praksis blevet brugt til at nedsætte frekvensen af kendte recessive lethaler som ”Bovine Leucocyte Adhesion Deficiency” (BLAD) og ”Complex Vertebral Malformation” (CVM), som tidligere har haft store økonomiske konsekvenser kvægproducenter med Holsteinkvæg (Salimi et al., 2014). BLAD er en lethal som cirka 14 % af Holstein tyrene bar i 1990erne. Den resulterede i, at cirka 0,2% af nyfødte kalve led af sygdommen, fordi de bar lethalet i dobbelt dosis (Charlier et al. 2008). Kalve som er bærere af lethalet i dobbelt dosis har hæmmet vækst, tilbagevendende infektioner som lungebetændelse, langsom sårheling og de dør inden for deres første leveår (Doormaal, 2008). De årlige omkostninger i USA på BLAD alene blev estimeret til fem millioner dollars. CVM var ligeledes en recessiv lethal, der optrådte i et omfang af cirka 25 % af alle Holstein tyre (Charlier et al. 2008). Lethalet i dobbelt dosis resulter oftest i embryon død, abort eller dødfødte kalve med deforme ben og hals, og hjerteproblemer (Doormaal, 2008). Strategi 3: Identificere bærere og forhindre bærer x bærer parring Strategien går ud på at identificere bærere og forhindre, at de parres med andre, som er bærere (VanRaden et al., 2011). Det kan lade sig gøre fordi stort set alle tyre, der leverer sæd til kunstig inseminering bliver genotypet. Det gør køerne der insemineres ikke, men det er for- 12 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 holdsvist nemt at identificere de køer, som kan være bærere, da deres fædre og morfædre højst sandsynligt er blevet genotypet. Derved er det muligt at forudsige sandsynligheden for bærerstatus på potentielle afkom af tyre som er bærere af ufavorable lethaler og køer hvis far eller morfar er bærer af samme ufavorable lethal (Salimi et al., 2014). Hvis frekvensen af recessive lethaler er høj i populationen, kan det dog være svært at undgå parringer mellem bærere (Salimi et al., 2014). Strategien kræver meget arbejde i forhold til insemineringsplaner, hvis frekvenserne af de recessive lethaler er høje, men modsat kræver det ikke ret meget, hvis frekvenserne er lave. I simulerings studiet af Salimi et al. (2014) blev frekvensen af bærere med denne strategi langsomt reduceret fra 0,67 til 0,56 på 25 år. Sandsynligheden for at en bærer parrede sig var mindre i forhold til, hvis en homozygot ikkebærer parrede sig, og ifølge Salimi et al. (2014)’s beregninger havde bærere lavere fitness end homozygote ikke-bærere. Konsekvenser på frekvenserne af recessive lethaler ved brug af strategi 1, 2 og 3 i forsøget af Salimi et al. (2014) er vist i figur 4. Strategi 1 Strategi 3 Strategi 2 Figur 3. Ændringer i frekvenser for bærere af lethale haplotyper over 25 år for tre forskellige strategier. I strategi 1 blev alle bærere brugt på lige fod med ikke-bærere, i strategi 2 blev alle bærere elimineret og i strategi 3 blev bærerx-bærer parringer undgået (Salimi et al., 2014). Strategi 4: Eliminere bærere af lethaler som medfører de mest alvorlige konsekvenser I denne strategi kombineres elementer fra strategi 2 og 3. Bærere af recessive lethaler, som giver dødfødte kalve og fostertab sent i drægtigheden, elimineres, da de har større økonomisk 13 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 betydning end de recessive lethaler som giver fostertab tidligt i drægtigheden, fordi koen eventuelt udsættes eller får lange intervaller mellem kalvene (VanRaden et al. 2011). Økonomiske omkostninger af bærere af recessive lethaler afhænger af, hvornår fosteret påvirkes, og derfor er alle recessive lethaler måske ikke lige vigtige at få udryddet. Bærere af de mindre betydningsfulde lethaler beholdes, men forhindres eventuelt i, hvis muligt, at blive parret med andre bærere af samme lethal. Det kræver en opvejning af, hvilke haplotyper der helst skalundgås, hvilke der har størst økonomisk betydning, samt hvilke der er er mindre betydningsfulde. Recessive lethaler der estimeres til at have de værste konsekvenser vil således blive udryddet, mens frekvensen af andre recessive lethaler langsomt vil sænkes. Det vil ikke i samme omfang have negative konsekvenser for avlsfremgangen, som det vil i strategi 2. Hos RDC er særligt to recessive lethaler med alvorlige konsekvenser i fokus. Den ene betegnes BTA12 og har stor betydning for fertiliteten ved at forårsage død af alle homozygote embryoner, på grund af en 660-Kb deletion. Samme loci har også indflydelse på intervallet mellem første og succesfulde inseminering, antallet af insemineringer og andelen af ikke-omløbere. Problemet med denne defekt er, at den er koblet med QTL for mælkeydelse og mælkesammensætning, og da der har været stor fokus på at øge mælkeproduktionen de senere år har frekvensen af BTA12 hos RDC ligeledes været stigende (Kadri et al., 2014). Den anden lethal er der endnu ikke publiceret litteratur om, og den betegnes derfor i denne opgave som ”lethal nr. 10”. Den resulterer i cirka 50% dødfødte og 50% aborter, og den har ligeledes betydning for, hvordan fertilitetsegenskaber udtrykkes (upubliceret litteratur, Goutam Sahana). Strategi 5: Producere mange afkom på de bedste køer via ægtransplantation Ved at flytte embryoner fra en god ko over i mindre gode køer øges sandsynligheden for at få gode afkom, som ikke er bærere da koen i stedet for kun at få en kalv årligt i princippet ville kunne få ti eller flere kalve årligt, afhængigt af brugbare æg hun donerer. Disse kan herved selekteres og bidrage til avlsfremgangen. Ægtransplantation vil desuden reducere antallet af selekterede tyremødre. Det vil resultere i øget selektionsintensitet, som vil øge avlsfremgangen, men det vil også resultere i en lavere effektiv populationsstørrelse og en øget indavlsgrad, da færre køer vil bidrage med genetisk materiale (Pedersen et al., 2012). Den reduktion i avlsfremgang som sker, når bærere elimineres, som i strategi 2, vil ægtransplantation kunne kompensere for på grund af den øgede selektionsintensitet (Egger-Danner et al., 2015a). 14 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 I et simulerings studie af Pedersen et al. (2012) var det tydeligt at se, at ægtransplantation øgede den genetiske fremgang signifikant. Når der blev insemineret med konventionel sæd, blev den genetiske fremgang øget med 18,7% ved brug af 50% ægtransplantation og øget med 23,4% ved brug af 100% ægtransplantation, sammenlignet med ingen brug af ægtransplantation. Ved 100% brug af ægtransplantationen med konventionel sæd blev indavlsgraden desuden øget med 13,3%. Det skyldes, at færre tyremødre selekteres, og som konsekvens heraf vil afkom have større relation til hinanden (Pedersen et al., 2012). Denne strategi, som oplagt kan bruges i kombination med førnævnte strategier, gør det muligt at bruge heterozygote bærere i avlen, uden at det går ud over avlsfremgangen. Da der produceres mange afkom af samme gode ko, bliver det lettere at selektere uden om bærere i efterfølgende generationer, uden at det går ud over den genetiske fremgang. Ulempen er, at sandsynligheden for at recipient køer ilægges recessivt homozygote embryoner stadig er tilstede, og muligvis aldrig bliver til kalve, med mindre at man sørger for at insemineringstyren ikke er bærer. Dataanalyse Materiale og metode Dataanalysen er lavet ud fra et datasæt, hvori der ligger information om 529 tyre født i 2009 og 2324 tyre født i 2013. Alle kalvene er af racen Nordisk Rødt Malkekvæg (RDC), også kaldet VikingRed, og er nogle som VikingGenetics har genomisk testet. I datasættet ligger der, for begge årgange, information om de enkelte tyres nuværende NTM og indekser på udvalgte egenskaber, ID-nummer, oprindelsesland, afstamning, om de er bærer af en eller flere af de i alt ti forskellige lethaler, hvilke af de testede tyre der er sat i gang med sædproduktionen med henblik på at blive avlsdyr, samt information om hvor mange genomisk testede tyre der er inden for samme sønnegrupper. Dataanalysen er lavet ud fra førnævnte strategi 1, 2 eller 4 og hvilke konsekvenser disse har for NTM, ydelses-, frugtbarheds-, fødsels- og kælvningsindeks, samt på frekvensen af bærere. Det har ikke været muligt, at lave en analyse på konsekvenserne af strategi 3 da det ville have krævet en helt anden og langt mere indviklet selektionsstrategi. Strategi 5 ligger som en underdel til de i forvejen nævnte strategier, og da der ikke har været information om hvilke og 15 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 hvor mange af de testede tyre som er såkaldte ET-tyre (lavet via ægtransplantation), har en dataanalyse alene på denne strategi ikke været mulig. Til strategi 1 blev alle selekterede tyre medtaget, uanset om de var bærere eller ej. Til strategi 2 blev alle selekterede tyre, som var bærere af en eller flere af de ti lethaler, elimineret. For hver tyr der blev elimineret, blev en tyr i samme sønnegruppe med højst mulig NTM, og som var fri for recessive lethaler, selekteret i stedet for, således at der kun var tyre tilbage blandt de selekterede, som ikke var bærer af nogen af de ti lethaler. Til strategi 4 blev bærere af BTA12 og lethal nr. 10 elimineret, og alle andre blev selekteret, uanset om de var bærere af andre lethaler. Lige som i strategi 2, blev hver eliminerede tyr erstattet af en tyr i samme sønnegruppe som var fri for BTA12 og lethal nr. 10, og som havde størst mulig NTM. Resultater I tabel 1 ses en oversigt over, hvilken frekvens de enkelte lethaler havde blandt de 529 testede tyre i 2009. Bærerfrekvensen af de ti lethaler svingede fra 0,6-14,0%. De to lethaler som der er størst fokus på, er BTA12 og lethal nr. 10, hvor 14,0% af de testede tyre er bærere af BTA12, mens 3,8% er bærer af lethal nr. 10. Tabel 1. Frekvensen af bærere for hver enkelte haplotype, blandt 529 testede tyre i 2009. Lethal nummer Antal bærere1 Bærere (%) af testede 1 3 0,6 2 8 1,5 3 18 3,4 4 22 4,2 5 10 1,9 6 (BTA12) 74 14,0 7 46 8,7 8 44 8,3 9 36 6,8 10 (lethal nr. 10) 20 3,8 1 Tyrene kan være bærer af mere end en lethal, derfor summerer antallet ikke op til 209, som er det antal af de testede kalve i 2009, der er bærer af en eller flere lethaler. I tabel 2 ses fordelingen af de ti recessive lethaler på de selekterede og de ikke selekterede tyre. Derudover ses tyrenes nuværende gennemsnitlige NTM. Tyrene fra 2009 har generelt et noget lavere NTM end tyrene fra 2013. De selekterede tyre har generelt et lidt større NTM end de ikke selekterede, og hvis man ser på selekterede tyre med henholdsvis nul, en og to lethaler, har dem med flest lethaler et lidt lavere NTM. Samme mønster gør sig gældende for begge årgange. Ser man på de ikke selekterede tyre, er der stort set ingen forskel i NTM afhængigt at 16 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 antallet af lethaler. Derudover ses det, at der i 2013 findes tyre med op til fem lethaler, hvor der i 2009 kun blev observeret tyre med op til tre lethaler. Tabel 2. Fordelingen af ti recessive lethaler og gennemsnitlig NTM blandt genotypede RDC kalve født i 2009 og 2013. Gruppe Antal lethaler pr. tyr Selekteret 2009 Antal % af tyre gruppe 0 81 60% 1 40 2 3 Total selekterede 2013 Gns. NTM Antal % af Gns. NTM tyre gruppe 4,5 65 52% 22,4 30% 3,9 41 33% 21,3 11 8% 3,5 12 10% 20,4 3 2% 7,3 6 5% 23,2 135 - 4,9 124 - 21,8 Ikke selekte- 0 242 61% 1,9 1230 56% 13,9 ret 1 106 27% 1,6 604 27% 13,6 2 34 9% 1,5 275 13% 14,1 3 12 3% 0,0 72 3% 13,2 4 - 0% - 16 1% 14,3 5 - 0% - 3 0,1% 21,0 Total ikke selekterede 394 100% 1,3 2200 100% 15,0 Total testede 529 - 3,1 2324 - 18,4 I tabel 3 ses strategi 1, som er fulgt i praksis, da tyrene blev selekteret i henholdsvis 2009 og 2013. Derudover ses strategi 2, hvor alle tyre med recessive lethaler blev elimineret, og hvor tyre uden recessive lethaler, med højst muligt NTM, og som var i samme sønnegruppe, som den tyr der blev elimineret, blev selekteret i stedet for. Strategi 4, hvor bærere af BTA12 og lethal nr. 10 blev elimineret, og hvor tyre uden disse to lethaler, med højst muligt NTM, og som var i samme sønnegruppe, blev selekteret i stedet for, ses ligeledes. I 2009 blev der oprindeligt selekteret 135 tyre, hvor de til sammen bar på i alt 71 lethaler. Gennemsnitligt bar hver tyr 0,5 lethaler, og alle de selekterede tyre i 2009 har nu tilsammen et NTM gennemsnit på 4,3. I 2013 blev der oprindeligt selekteret 124 tyre, som tilsammen bar på 83 lethaler. Hver tyr havde i gennemsnit 0,7 lethaler, og alle de selekterede tyre i 2013 har nu tilsammen et NTM gennemsnit på 21,9. Hos tyre fra 2009 er konsekvensen af strategi 2, et lidt højere NTM, end i strategi 1, og konsekvensen af strategi 4 er at hver tyr i gennemsnit kun bærer 0,4 lethaler og har et lidt højere NTM end i strategi 1. NTM er stort set det samme i strategi 4 som i strategi 2 for tyre fra 2009. 17 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 For tyre fra 2013 er konsekvensen af strategi 2 et lidt lavere NTM, end i strategi 1, og for strategi 4 ses en lille stigning i NTM i forhold til både strategi 1 og 2. Derudover ses der i tabel 2 konsekvenserne for de forskellige strategier på gennemsnitlige indekser for ydelse, frugtbarhed, fødsel og kælvning. Der ses generelt ikke de store forskelle. Tabel 3. Konsekvensen af alternative strategier på frekvenser og indekser, for igangsatte RDC kalve født i 2009 og 2013. 2009 2013 lethaler NTM 1 forhold til strategi pr. tyr Kælvning tyre1 ler % NTM ændring i antal Fødsel terede letha barhed selek- Frugt- Strategi Gennemsnitlig indeks Gns. Antal Ydelse Antal 1 135 71 0,53 4,3 - 102,7 99,6 101,6 101,6 2 1222 0 0 4,8 12 % 102,6 100,3 101,9 101,5 4 135 48 0,36 4,9 14 % 103,1 99,9 101,9 101,7 1 124 83 0,67 21,9 - 113,5 106,8 103,4 105,2 2 1222 0 0 21,6 ÷1% 113,5 106,0 102,3 104,8 4 124 75 0,60 22,2 1% 113,6 107,0 103,1 105,5 1 Ikke-bærere er, i tilfælde hvor bærere er blevet elimineret, selekteret inden for samme sønnegruppe, med højest NTM. 2 I tilfælde hvor der ikke er alternativer i sønnegruppen, er der ikke selekteret nogen i stedet for. Diskussion Der er en væsentlig forskel i NTM mellem testede tyre fra 2009 og testede tyre fra 2013. Det skyldes, at der i dag findes langt mere afkomsinformation på 2009 årgangen, end der gør på 2013 årgangen, på grund af aldersforskellen. Derudover var der langt færre tyre der blev testet i 2009 i forhold til i 2013. Dette begrænser selektionen af de bedste tyre og kan have indflydelse på det lidt højere niveau. Til sidst vil der også være noget af forskellen i NTM mellem de to årgange, der skyldes den generelle avlsfremgang. Resultaterne af analysen tyder på, at selektionen af tyre, både i 2009 og i 2013, generelt har været korrekt i de pågældende år, når formålet var at selektere de tyre med højest NTM. Det kan konkluderes, da de selekterede tyres nuværende NTM generelt er større end de ikke selekterede tyres nuværende NTM. Selekterede tyre med tre lethaler bør ikke indgå i evalueringen, fordi det kun involverer henholdsvis 2 og 5% af tyrene i 2009 og 2013. På samme måde bør ikke selekterede tyre med fire 18 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 og fem lethaler ikke indgå i vurderingen, fordi det kun involverer henholdsvis 0 og 1 % af tyrene i 2009 og 2013. Det lave antal gør at værdierne ikke er repræsentative nok. Ser man på de selekterede tyre, er tendensen at jo færre lethaler de har, jo bedre er deres nuværende NTM. Det gør sig gældende for begge årgange. Det kan skyldes at lethalerne har negative konsekvenser på fertilitetsegenskaber og måske andre egenskaber, som NTM afhænger af. Evaluering af konsekvenserne ved strategi 1 Strategi 1 svarer til den metode, der er blevet selekteret efter i virkeligheden og fungerer derfor som reference for de andre strategier. Hvis årgang 2009 sammenlignes med årgang 2013, ses der en stigning i det gennemsnitlige antal lethaler pr. tyr. I 2009 havde hver tyr i gennemsnit 0,5 lethaler, hvor det i 2013 var steget til 0,7 lethaler pr. tyr. Stigningen skyldes formentlig at flere lethaler bliver kendte med tiden, men det kan også skyldes at den effektive populationsstørrelse er blevet mindre som følge af øget brug af ægtransplantation og øget indavl. Evaluering af konsekvenserne ved strategi 2 40% af de selekterede kalve i 2009 er bærere af en eller flere lethaler. I 2013 er dette tal steget til 48%. Derudover ses det også at frekvensen af lethaler pr. selekterede tyr i gennemsnit stiger fra cirka 0,5 til 0,7 fra 2009 til 2013, som tidligere nævnt. Hvis det er den fremadrettede tendens vil en strategi som strategi 2, være ufavorabel da det ville medføre at flere af de ikke selekterede skulle vælges i stedet for. Som det ses har gruppen som ikke er selekteret i begge årgange et noget lavere NTM, end de selekterede, og derfor ville strategien medføre negative konsekvenser for avlsfremgangen, i og med at det gennemsnitlige NTM ville falde og at selektionsintensiteten ville blive reduceret, hvis der skulle selekteres mange tyre fra denne gruppe i stedet. I 2009 ville strategi 2 have været mere attraktiv i forhold til strategi 1, hvis man ser på NTM, som er 12 % højere, men med opdagelsen af et stigende antal recessive lethaler ville flere og flere tyre blive udelukket fra avlen. En tendens ses herfor i årgang 2013, hvor strategi 2 medfører et lille fald (cirka 1%) i det gennemsnitligt NTM, i forhold til strategi 1. Hvis tendensen fortsætter, og flere og flere lethaler opdages, vil flere tyre udelukkes fordi de er bærere, og det vil gøre avlsfremgangen langsommere fordi selektionsintensiteten reduceres. Evaluering af konsekvenserne ved strategi 4 Hvis man ser på konsekvensen af strategi 4 for tyre fra 2009, er der færre lethaler blandt de selekterede tyre, end der var ved strategi 1, og antallet af lethaler pr. tyr er faldet til et gennemsnit på 0,36 hvor antallet af lethaler pr. tyr i strategi 1 i gennemsnit var på 0,53. Selvom 19 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 der stadig er lethaler blandt de selekterede tyre (alle på nær BTA12 og lethal nr. 10), er NTM steget med 14% ved strategi 4 i forhold til strategi 1. Stigning i NTM for tyre selekteret ved strategi 4, i forhold til strategi 1, kan skyldes at BTA12, som bæres af en betragtelig del af de testede tyre, nemlig 14%, og lethal nr. 10, som bæres af 3,8% af de testede tyre, er negativt korreleret med fertilitetsegenskaber. For tyrene fra 2013 ses der om end ikke tilsvarende stigning, så stadig en lille stigning i forhold til strategi 1 på 1%. NTM påvirkes blandt andet af fertilitetsegenskaber, og når lethaler, der påvirker fertiliteten negativt, fjernes, vil der være mulighed for at fertilitetsegenskaberne kan bidrage til en stigning i NTM, og det kan være en forklaring på, hvorfor der ses en lille stigning i NTM ved brug af strategi 4 i forhold til både strategi 1 og 2. En anden forklaring kan skyldes, at da man selekterede tyrekalvene tilbage i 2009 og 2013, selekterede man efter de tyre med bedst NTM på daværende tidspunkt. I dag har disse tyres NTM ændret sig, og det er måske nu nogle andre tyre der ligger i toppen. Ved at lave de alternative selektioner, strategi 2 og 4, vil tyre der ligger i toppen nu selekteres, men det er jo ikke sikkert de lå i toppen dengang. Derfor kan noget af stigningen også skyldes at der er mere information nu end den gang tyrene oprindeligt blev selekteret, og at man derfor selekterer ud fra anden information. Opsummering Antallet af recessive lethaler pr. tyr vil i fremtiden antageligt stige fordi, der med tiden vil blive opdaget flere og flere lethaler. Ifølge dataanalysen ses der kun meget små forskelle mellem strategierne, på NTM og andre indekser, men det vurderes, at selv små forskelle vil have betydning. Recessive lethaler som er tæt koblet med favorable egenskaber, som der selekteres for, eksempelvis mælkeydelse, kan få store konsekvenser for fertiliteten, hvis ikke der reageres på en eventuelt stigende frekvens af en given recessiv lethal. En stigende frekvens kunne skyldes dens tætte kobling med et ufavorabel gen, som BTA12 er et godt eksempel på, eller tilfældigheder som genetisk drift. Derfor er det meget vigtigt at have en strategi som kontrollerer frekvensen af recessive lethaler, og det gør strategi 1 ikke. Derfor bør det ikke være denne strategi, som bruges i fremtiden. Strategi 2 er en metode til hurtigt og effektivt at udrydde recessive lethaler på, men da der konstant opdages nye recessive lethaler, vil det få for store konsekvenser for avlsfremgangen, hvis denne strategi skulle følges. I stedet for at udelukke alle 20 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 bærere fra avlen, kunne strategi 3 implementeres. Så længe frekvenserne af de recessive lethaler kontrolleres, og de forsøges at blive holdt på et lavt niveau, vil det ikke kræve et så stort insemineringsplan-arbejde, som hvis de recessive lethaler ikke kontrolleres, og får lov at stige i frekvens. Da de økonomiske omkostninger ved recessive lethaler i stor grad afhænger af hvornår fosteret påvirkes, er alle recessive lethaler ikke lige vigtige at få udryddet. Ved at implementere strategi 4, vil det kun være relativt få individer der udelukkes fra avlen, og derfor vil avlsfremgangen ikke være påvirket særligt. Dette kan også ses i dataanalysens resultater, hvor det for begge årgange, er den strategi der medfører størst NTM. Hvis strategierne kombineres med strategi 5, vil sandsynligheden for at få afkom som ikke er bærere af recessive lethaler, selvom begge forældre er, være større, og på den måde ville frekvensen af lethalerne kunne nedsættes. Konklusion Med opdagelsen af flere og flere recessive lethaler, er der opstået et behov for nye selektionsstrategier i kvægavlen. Recessive lethaler kan og skal ikke undgås i avlen, og derfor anbefalestrategi 4, hvor lethalernes betydning og konsekvenser evalueres, med den hensigt at eliminere de dyr som er bærere af lethaler med de mest alvorlige og betydningsfulde konsekvenser, og beholde de dyr som er bærere af knap så betydningsfulde konsekvenser. Derved er det kun et lille antal af tyre der udelukkes fra avlen, og selektionsintensiteten påvirkes derved ikke i et alt for stort omfang. Dette gør ligeledes at avlsfremgangen ikke påvirkes ret meget. Hvis det derudover er muligt at undgå bærer x bærer parringer af bærere af de tilbageværende lethaler, vil det have yderligere positiv virkning, samtidig med at frekvensen af disse lethaler langsomt vil sænkes. Ægtransplantation kan med fordel anvendes som en kombination til strategi 4, så længde der fortsat også bruges konventionelle metoder, så man undgår at den effektive populationsstørrelse reduceres. 21 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Referenceliste Bourdon, R. M. 2000: Understanding Animal Breeding. 2. ed. Prentice Hall. Charlier, C., Coppieters, W., Rollin, F., Desmect, D., Agerholm, J. S., Cambisano, N., Carta, E., Dardano, S., Dive, M., Fasquelle, C., Frennet, J.-C., Hanset, R., Hubin, X., Jorgensen, C., Karim, L., Kent, M., Harvey, K., Pearce, B. R., Simon, P., Tama, N., Nie, H., Vandeputte, S., Lien, S., Longeri, M., Fredholm, M., Harvey, R. J., Georges, M. 2008: Highly effective SNP-based association mapping and management of recessive defects in livestock. Nature Genetics 40, 4:449-454. Doormaal, B. V. 2008: Understanding Genetic Recessives in Holsteins. Réseau laitier canadien: Canadian Dairy Network. Egger-Danner, C., Schwarzenbacher, H., Fürst, C., William, A. 2015a: Management von erbfehlern im zuctprogramm fleckvieh Austria: Ergebnisse von modellrechnungen. Züchtungskunde 87:201-214. Egger-Danner, C., Schwarzenbacher, H., Fürst, C., William, A. 2015b: Analysis of breeding strategies against genetic disorders in Austrian Fleckvieh cattle. Proceedings, 10th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production. Harris, B. L., Johnson, D. L., Spelman, R. J. 2008: Genomic selection in New Zealand and the implications for national genetic evaluation. Proc. Interbull Meeting. Niagara Falls, Canada. Technical Series 13:325-330. Hayes, B. J., Bowman, P. J., Chamberlain, A. J., Goddard, M. E. 2009: Invited review: Genomic selection in dairy cattle: Progress and challenges. J. Dairy Sci. 92:433-443. Hayes, B. J., Lewin, H. A., Goddard, M. E. 2013: The future of livestock breeding: genomic selection for efficiency, reduced emissions intensity, and adaption. Trends in Genetics. Vol. 29, 4:206-214. Juhlin, J. T., Struckmann, H. 2000: Kompendium i human genetik, 2. udgave. http://www.struckmann.dk/index-filer/Page429.htm (6.6.2015). Kadri, N. K., Sahana, G., Charlier, C., Iso-Touru, T., Guldbrandtsen, B., Karim, L., Nielsen, U. S., Panitz, F., Aamand, G. P., Sculman, N., Georges, M., Vilkki, J., Lund, M. S., Druet, T. 2014: A 660Kb Deletion with Antagonistic Effects on Fertility an Milk Production Segregates at High Frequency in Nordic Red Cattle: Additional Evidence for the Common Occurence of balancing Selection in Livestock. PLOS Genetics 10:1-11, e1004049. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C., Palladino, M., 2014: Concepts of Genetics. 10. ed. Pearson. 22 af 23 Genomisk selektion medfører opdagelsen af nye recessive lethaler og et behov for alternative selektionsstrategier til at kontrollere recessive lethaler i kvægavlen Sophie Axelle Grønnegård Favrelle (201205357) Juni 2015 Masel, J. 2011: Genetic drift. Current Biology. 21:R837–R838 Meuwissen, T. H. E., Hayes, B. J., Goddard, M. E. 2001: Prediction of total genetic value using genome-wide dense marker maps. Genetics 157:1819-1829. Pedersen, L. D., Kargo, M., Berg, P., Voergaard, J., Buch, L. H., Sørensen, A. C. 2012: enomic selection strategies in dairy cattle breeding programmes: Sexed semen cannot replace multiple ovulation and embryo transfer as superior reproductive technology. J. Anim. Breed. Genet. 129:152– 163 Reich, D., Cargill, M., Bolk, S., Ireland, J., Sabeti, P. C., Richter, D. J., Lavery, T., Kouyoumjian, R., Farhadian, S. F., Ward, R., Lander, E. S. 2001: Linkage disequilibrium in the human genome. Nature 411:199-204. Sahana, G., Nielsen, U. S., Aamand, G. P., Lund, M. S., Guldbrandtsen, B. 2013: Novel Harmful Recessive Haplotypes Identified for Fertility Traits in Nordic Holstein Cattle. Plos One. 8. 12. e82909. Shaeffer, L. R. 2006: Strategy for applying genome-wide selection in dairy cattle. J. Anim. Breed. Genet. 123:218-223. Shaeffer, L. R. 2008: Bull selection strategies using genomic estimated breeding values. Proc. Interbull Meeting. Niagara Falls, Canada. Technical Series 13:319-324. Su, Z., Zeng, Y., Gu, X., 2010: A preliminary analysis of gene pleiotropy estimated from protein sequences. J. Exp. Zool. 314B:115–122. Templeton, A. R. 2006: Population genetics and microevolutionary theory. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey. Thallman, R. M., Keele, J.W., Bennett, G.L. 2009: Proposed strategy for selection against recessive genetic defects through a combination of inbreeding and DNA Markers. Proc. Beef improvement Federation 41st Annual Research Symposium, Sacramento, California, USA. 131144. VanRaden , P. M., Olson, K. M., Null, D. J., & Hutchison, J. L.: 2011. Harmful recessive effects on fertility detected by absence of homozygous haplotypes. J. Dairy Sci. 94:6153-6161. VanRaden, P. M., Van Tassel, C. P., Wiggans, G. R., Sonstegard, T. S., Schnabel, R. D., Taylor, J. F., Schenkel, F. 2009: Invited review: Reliability of genomic predictions for North American Holstein bulls. J. Dairy Sci. 92:16-24. 23 af 23
© Copyright 2024