Single Step Genomics: Methods and Implementation in German Cattle Populations

Genomik und genomische Methoden haben entscheidend zum Züchtungsfortschritt vieler Pflanzen- und Nutztierpopulationen beigetragen. Der Einfluss auf die Fleischrinderpopulationen, insbesondere in Deutschland, war bisher jedoch begrenzt. Diese Dissertation konzentriert sich auf die Implementierung und Weiterentwicklung der Zuchtwertschätzung mittels der Single-Step Methode für deutsche Rinderpopulationen, wobei der Schwerpunkt auf den Fleischrinderrassen liegt. Kapitel 2 enthält beschreibt das Manuskript mit dem Titel „Single-step SNPBLUP Evaluation in Six German Beef Cattle Breeds“, veröffentlicht im Journal of Animal Breeding and Genetics. Dieses Kapitel beschreibt die erstmalige Anwendung der Single-Step-SNPBLUP-Genomzuchtwertschätzung für sechs deutsche Fleischrinderrassen. Ziel war es, die Vorteile der Integration von Pedigree- und Genominformationen in ein gemeinsames Zuchtwertschätzsystem aufzuzeigen, dass eine simultane Zuchtwertschätzung aller Tiere ermöglicht, unabhängig davon, ob genotypische Daten vorliegen oder nicht. Dies verbessert die Genauigkeit und Effizienz der Zuchtwertschätzung erheblich. Seit der Erstimplementierung wurde die Methode für die Rassen Hereford und Salers erweitert und ist nun Teil des nationalen Zuchtwertschätzsystem in Deutschland. Kapitel 3 untersucht die Integration internationaler Zuchtwerte in nationale genomische Zuchtwertschätzungen. Im Manuskript „Impact of Deregressed Foreign Breeding Values on the Single-Step Genomic Evaluation of German Beef Cattle Populations“ werden Methoden zur Integration der Interbeef-Zuchtwerte entwickelt und evaluiert. Interbeef bietet international geschätzte Zuchtwerte (EBVs), die die Sicherheit nationaler Zuchtwerte durch die Einbeziehung von Verwandtschaftsinformationen aus mehreren Ländern erhöhen. Dieses Kapitel entwickelt und validiert Ansätze zur Kombination nationaler und internationaler Zuchtwerte, einschließlich skalaren und matrixbasierten Deregressionsmethoden für direkte und maternale genetische Effekte anhand der Zuchtwertschätzung für das Merkmal 200-Tage Gewicht. Kapitel 4 widmet sich der Identifizierung von genomischen Loci, die für phänotypische Merkmale und deren genetische Architektur von Bedeutung sind. Traditionelle GWAS-Ansätze sind zwar für einfache Merkmale effektiv, stoßen jedoch bei komplexen Merkmalen aufgrund von Linkage disequilibrium, polygenicity, und unvollständigen Genotyp-Phänotyp-Daten an ihre Grenzen. Dieses Kapitel stellt eine neuartige Methode im Rahmen von ssSNPBLUP vor, um die Unsicherheit von SNP-Effekten zu schätzen und Signifikanzschwellen festzulegen. Mit Datensätzen von Limousin-Fleischrindern und Holstein-Milchkühen aus Deutschland wird der Einfluss der Referenzpopulationsgröße auf die Signifikanz der SNPs untersucht und mit konventionellen GWAS-Methoden verglichen. Die Ergebnisse erweitern das Verständnis der SNP-Effekte in genomischen Zuchtwertschätzungen und verbessern die Anwendbarkeit von ssSNPBLUP auf kleine und große Datensätze. Kapitel 5 analysiert die genetische Diversität deutscher und irischer Fleischrinderpopulationen im Kontext der genomischen Selektion. Während die genomische Selektion den Zuchtfortschritt beschleunigt, birgt sie das Risiko einer erhöhten Inzucht und einer Verringerung der genetischen Vielfalt, was eine nachhaltige Tierzucht gefährden kann. Dieses Kapitel bewertet die genomische Vielfalt von sechs Rassen – Angus, Blonde d’Aquitane, Charolais, Simmental, Limousin und Uckermärker – und liefert grundlegende Kennzahlen zur Überwachung der genetischen Diversität. Ziel ist es, Strategien zu entwickeln, die den genetischen Fortschritt mit dem Management von Inzucht in Einklang bringen. Mit der Entwicklung und Anwendung von Single-Step-Genomik-Methoden leistet diese Dissertation einen bedeutenden Beitrag zur Verbesserung der Genauigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit der Zuchtwertschätzung in deutschen Fleischrinderpopulationen