ZAR-Kuhrier-Forschung

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1 RINDERZUCHT Sonderausgabe AUSTRIA ZAR ZAR Zentrale Arbeitsgemeinschaft österreichischer Rinderzüchter 22. Oktober, Sonderausgabe Forschung 1/2015 Forschen sichert unsere Zukunft! Themen in dieser Prognosen Ausgabe sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen so der Volkskomiker Karl Valentin. Diese Bemerkung passt auch für die Rinderzucht. Die Verantwortung der ZAR beinhaltet einen Blick in die Zukunft und über den Tellerrand hinaus. Kommende Herausforderungen sollen nach Möglichkeit durch aktive Forschung vorweg ge- Inhalt nommen werden. Das bedeutet oft Konfrontation mit unseren Mitgliedsorganisationen und natürlich mit den Züchtern selbst, deren Fokus häufig ein anderer ist. Forschen ist nie Selbstzweck. Ob Gesundheitsmonitoring, genomische Selektion, Efficient Cow, ADDA oder wie die Forschungsprojekte alle heißen, sie dienen letztendlich dazu, die Rinderzucht in Österreich in bäuerlicher Hand abzusichern und unseren Betrieben die modernsten züchterischen Methoden, in Augenhöhe mit großen Zuchtkonzernen, anzubieten. Unsere Verantwortung geht über das HEUTE hinaus. In dieser ersten Sonderausgabe Forschung stellen wir Ihnen das Forschungsprojekt OptiGene vor, dessen Erkenntnisse die Zuchtarbeit der kommenden Jahre begleiten wird. Inhalt OptiGene - großer Nutzen 1 für die Rinderzucht! Projektorganisation Zuchtziel 2 Gesamtzuchtwert/Opti- 3 mierung Zuchtprogramme Inzuchtmanagement 4 Umsetzung in die Praxis Publikationen/Resumee 5 Forschungsprojekte 6 FORSCHUNGSPROJEKT OPTIGENE - GROSSER NUTZEN FÜR DIE RINDERZUCHT! In den letzten 3½ Jahren wurden im Rahmen des Forschungsprojektes OptiGene Optimierung der langfristigen züchterischen Entwicklung der österreichischen Rinderrassen unter besonderer Berücksichtigung der Gesundheit und der genomischen Selektion in enger Zusammenarbeit von Praxis und Wissenschaft Möglichkeiten entwickelt, wie die österreichische Rinderzucht bestmöglich von den neuen technologischen Entwicklungen profitieren kann. Der vorliegende Artikel ist eine Zusammenfassung der durchgeführten Arbeiten und Ergebnisse und legt den Fokus auf den Nutzen dieses Forschungsprojektes für die praktische Rinderzucht. Warum war es notwendig Zuchtziele, Methoden der Zuchtwertschätzung und Zuchtprogramme zu überarbeiten? Technologische Entwicklungen mit Preisrückgängen bei DNA-Analysen bewirkten die sehr rasche Einführung der genomischen Selektion in der Rinderzucht weltweit. Durch die genomische Selektion eröffneten sich in den Jahren 2009/2010 neue Möglichkeiten in der Rinderzucht. In der Routine werden von den genetisch interessantesten Stierkälbern Gewebeproben gezogen, die DNA extrahiert, Single-Nucleotid-Polimorphismen (SNPs) bestimmt und mit diesen Informationen genomische Zuchtwerte geschätzt. Zudem erlauben technische Fortschritte den Einsatz neuer komplexer Zuchtwertschätzverfahren und genetische Analysen können heute mit besseren Methoden durchgeführt werden. Der Wunsch in der Gesellschaft nach gesunden Lebensmitteln von gesunden Tieren nimmt zu und neue Merkmale in der Zucht gewinnen zunehmend an Bedeutung. Durch das Projekt Gesundheitsmonitoring Rind stehen uns aus der Leistungsprüfung direkte Gesundheitsdaten zur Verfügung. Projektorganisation Partner des Projektes OptiGene waren die Rassenarbeitsgemeinschaften für Fleckvieh, Braunvieh, Holstein, Pinzgauer und Grauvieh, die Universität für Bodenkultur (PD Dr. Birgit Fürst-Waltl, Ass. Prof. Dr. Alfons Willam, DI Christina Pfeiffer) und die ZuchtData (Dr. Christa Egger- Danner, Dr. Christian Fürst, Dr. Hermann Schwarzenbacher, DI Franz Steininger). Projektträger war die Zentrale Arbeitsgemeinschaft österreichischer Rinderzüchter. Die Projektleitung lag bei Dr. Christa Egger- Danner. Gemäß dem Ablauf in der Zucht (Abbildung 1) von Zuchtziel, über Leistungsprüfung, Zuchtwertschätzung und Zuchtprogramm wurde die Erarbeitung des Themas in verschiedene Arbeitspakete gegliedert. Für die Steigerung des Zuchtfortschrittes in den gewünschten Merkmalen, die über das Zuchtziel definiert und im Gesamtzuchtwert dargestellt sind, sind Verbesserungsmaßnahmen in den einzelnen Bereichen zu setzen. Im Projekt standen die Evaluierung und Neugestaltung der Zuchtziele, die methodische Berechnung des Gesamtzuchtwertes, die Schätzung der Erblichkeiten und der genetischen Korrelationen der Merkmale, die Optimierung der Zuchtprogramme der verschiedenen Rassen und die Erarbeitung von Zuchtstrategien zum Inzuchtmanagement im Fokus. ZAR-Kuhrier-Sonderausgabe Forschung 1/2015 1

2 RINDERZUCHT AUSTRIA Abbildung 1: Grundkonzept eines Zuchtprogramms. Grafik: ZAR Abbildung 2: Rangierung der wichtigsten Merkmale im persönlichen Zuchtziel über alle Rassen hinweg im Vergleich Österreich und Deutschland (Steininger et al., 2013) Zuchtziel Mit Hilfe einer Züchterbefragung sollte ein repräsentatives Stimmungsbild zur Bedeutung der verschiedenen Merkmale und Merkmalskomplexe erhoben werden. Die durchgeführte Züchterbefragung zeigt klar, dass die österreichischen (und deutschen) Milchrinderzüchter vermehrt auf Fitnessmerkmale achten und neue zusätzliche Merkmale im Bereich der Tiergesundheit fordern (Abbildung 2). Die Kenntnis genetischer Beziehungen zwischen den Merkmalen und deren relative Bedeutung ist nötig, um die einzelnen Merkmale in einem Gesamtzuchtwert kombinieren zu können. Daher wurden wirtschaftliche Gewichte für derzeitige Zuchtzielmerkmale, aber auch für in Frage kommende neue Zuchtzielmerkmale unter Bedacht auf die zu erwartenden wirtschaftlichen Rahmenbedingungen (keine Milchquote,...) abgeleitet. Im derzeitigen Zuchtziel beträgt die relative prozentuelle Gewichtung der Merkmalsblöcke Milch:Fleisch:Fitness beim Fleckvieh 38:16:46 und beim Braunvieh 48:5:47. Ohne Berücksichtigung neuer Merkmale wäre die rein ökonomische Gewichtung 41:14:45 (Fleckvieh) bzw. 42:15:43 (Braunvieh). Mit diesen neuen Gewichten wäre weiterhin der Großteil des Zuchtfortschritts in der Milch zu erzielen (ca. 80% bei beiden Rassen). Für die Merkmale Handelsklasse und Fruchtbarkeit wäre ein negativer Trend zu erwarten, der nur durch höhere Gewichte im Gesamtzuchtwert verhindert werden kann. Auch das neue Merkmal Aufzuchtverluste sollte in einem neuen Gesamtzuchtwert berücksichtigt werden. In den nächsten Monaten werden die zuständigen Zuchtorganisationen in Österreich und Deutschland gemeinsam die Gewichtung der einzelnen Merkmale im GZW diskutieren und ausgewogen festlegen. 2 ZAR-Kuhrier-Sonderausgabe Forschung 1/2015

3 RINDERZUCHT AUSTRIA ZAR-Kuhrier-Forschung Gesamtzuchtwert Der Schwerpunkt in diesem Arbeitspaket unter der Leitung von Dr. Christian Fürst bestand in der Erarbeitung von methodischen Verbesserungen zur Berechnung des Selektionsindexes und der Schätzung der genetischen Korrelationen der im Gesamtzuchtwert (GZW) zu berücksichtigenden Merkmale. Aktuell erfolgt die Berechnung des GZW in der gemeinsamen deutsch-österreichischen Zuchtwertschätzung mit einer Selektionsindexmethode basierend auf Miesenberger (1997). Diese Methode führt zu überhöhten Streuungen der Gesamtzuchtwerte speziell im niedrigen bis mittleren Sicherheitsbereich. Das kann zu einer selektionsrelevanten Verzerrung der Gesamtzuchtwerte führen. Als alternative Methode wurde von Ducrocq (2001) ein zweistufiges Verfahren empfohlen. In Zusammenarbeit mit Prof. Ducrocq von der französischen Forschungsanstalt IN- RA (Institut nationale de la recherche agronomique) wurde im Rahmen des Projektes an dieser neuen Methode gearbeitet. Mit Hilfe der Methode Ducrocq konnten die genetischen Zusammenhänge zwischen allen Merkmalen im Gesamtzuchtwert basierend auf aktuellen Daten neu geschätzt werden. Auch die Beziehungen zu neuen Merkmalen wie Gesundheits-Merkmale oder Aufzuchtverluste wurden berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass einige Zusammenhänge deutlich stärker ausgeprägt sind, als bisher angenommen. Es wird auch offensichtlich, dass der genetische Zusammenhang zwischen Milch und Fleisch sowie Milch und Fitness tendenziell stärker negativ ist als bisher angenommen. Für die Gewichtung von Merkmalen im GZW ist auch die Anzahl der verfügbaren Leistungsdaten für die speziellen Merkmale zu berücksichtigen (Zuchtwert- Sicherheit). Auch wenn mit höherer ZAR-Kuhrier-Sonderausgabe Forschung 1/2015 Gewichtung von Gesundheitsmerkmalen (zb. Diagnosen) im Gesamtzuchtwert effektiver auf verbesserte Tiergesundheit, bei gleichzeitig höherem Zuchtfortschritt in der Milchleistung, gezüchtet werden könnte, so können diese erst dann entsprechend stark gewichtet werden, wenn diese Merkmale in der Routine in der Breite erfassbar sind. Daher ist es unabhängig von methodischen Optimierungen bei der Berechnung des Gesamtzuchtwertes in der Praxis unabdingbar, dass Merkmale, die züchterisch verbessert werden sollen, im Rahmen der Leistungsprüfung erfasst werden. In einer Zuchtzielarbeitsgruppe bestehend aus Vertretern aus Österreich, Deutschland und Tschechien werden aktuell für die Rassen Fleckvieh und Braunvieh die wissenschaftlichen Grundlagen für die Diskussion über einen neuen Gesamtzuchtwert mit den Entscheidungsträgern erarbeitet. Optimierung Zuchtprogramme Im Rahmen des Arbeitspaketes Optimierung der Zuchtprogramme wurden in Zusammenarbeit von ZuchtData und BOKU für die Rassen Fleckvieh, Braunvieh und Holstein genomische Zuchtprogramme entwickelt. Für die Rassen Pinzgauer und Grauvieh wurden die bestehenden Zuchtprogramme evaluiert und es wurde untersucht, in wie weit die Möglichkeiten der genomischen Selektion auch für diese Rassen genutzt werden könnten. Zur optimalen Ausrichtung der genomischen Zuchtprogramme wurden für verschiedene Das Foto zeigt einen SNP-Chip für die Genotypisierung von jeweils 12 DNA-Proben, wie er in der Routine der genomischen Selektion verwendet wird. Foto: Genecontrol Abbildung 3: Zuchtprogramm FLECKVIEH AUSTRIA vor und nach Einführung der genomischen Selektion (unten: genomisches Zuchtprogramm, das im Rahmen von OptiGene ausgearbeitet wurde). 3

4 RINDERZUCHT AUSTRIA Funktionäre des Tiroler Grauviehzuchtverbandes sowie Wissenschafter der BOKU und der ZuchtData diskutierten im April 2015 über die Weiterentwicklung des Zuchtprogrammes GRAUVIEH AUSTRIA. Foto: ZuchtData V.l.: Dr. Hermann Schwarzenbacher (ZuchtData), Ing. Thomas Sendlhofer, Hermann Esterbauer, Ing. Christian Dullnigg, DI Mathias Kinberger, Ing. Bruno Deutinger und Dr. Alfons Willam (BOKU) diskutierten im April 2015 über die Weiterentwicklung des Zuchtprogramms der ARGE Pinzgauer. Foto: ZuchtData/Steininger Im Dezember 2012 fand eine Sitzung mit Vertretern der Braunviehzuchtverbände über die Weiterentwicklung des Zuchtprogrammes von BRAUNVIEH AUSTRIA statt. Foto: ZuchtData/Steininger Maßnahmen die Auswirkungen auf den Zuchtfortschritt wissenschaftlich analysiert und gemeinsam mit den Vertretern der Zuchtorganisationen genomische Zuchtprogramme ausgearbeitet. Durch die höheren Sicherheiten von Jungstieren durch genomische Informationen werden diese vorab streng selektiert. Der Verkürzung des Generationsintervalls kommt eine besondere Bedeutung zu. Durch die höheren Sicherheiten bei Jungkühen rückt das weibliche Tier stärker in den Fokus. Damit gewinnt auch der Einsatz von Reproduktionstechnologien verstärkt an Bedeutung. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität von Aarhus wurden dazu verschiedene Strategien analysiert. Im Projekt wurden auch Fragestellungen zur Kuhgenotypisierung in Bezug auf Zuchtfortschritt und Züchtungsgewinn wissenschaftlich untersucht. Die Auswirkung der Berücksichtigung von direkten Gesundheitsmerkmalen wie Diagnosen im Gesamtzuchtwert auf den Zuchtfortschritt wurde ebenfalls evaluiert. Die Genominformationen werden genutzt, um Erbfehler zu erkennen. Strategien zum Umgang mit Erbfehlern im Zuchtprogramm wurden erarbeitet. Die im Rahmen des Projektes ausgearbeiteten neuen genomischen Zuchtprogramme lassen eine Steigerung des monetären Zuchtfortschrittes pro Jahr (bis zu ca. 40%) mit leichter Stärkung der Fitness erwarten. Wie viel Zuchtfortschritt dann tatsächlich realisiert werden kann, hängt von der konsequenten Umsetzung der Zuchtprogramme und zusätzlichen strategischen Entscheidungen, ob beispielsweise gegen Erbfehlerträger oder auf genetisch hornlose Erbträger stärker selektiert wird, ab. Optimierung Inzuchtmanagement Je strenger selektiert wird, desto stärker stellt sich die Frage der Optimierung des Inzuchtmanagements. Auch wenn die Inzuchtraten der österreichischen Milchviehrassen derzeit auf niedrigem Niveau liegen (Fleckvieh ca. 2%), so sind diese Aspekte auch in Hinblick auf das Erbfehlermanagement zu beachten. Dr. Schwarzenbacher verglich verschiedene Programme zum Inzuchtmanagement über den Ansatz der optimierten Genbeiträge. Mit dem gewählten Programm wurden für die Rassen Fleckvieh, Braunvieh, Pinzgauer und Grauvieh ein Verfahren zum Inzuchtmanagement implementiert und auf die aktuellen Populationen angewendet. Bei den Rassen Fleckvieh und Braunvieh wurde bei der Implementierung speziell auf genomische Zuchtprogramme Rücksicht genommen. So wurde für genotypisierte Kandidaten ein approximiertes Verfahren entwickelt, welches die Berechnung eines Rangs für jedes Tier erlaubt. Dieser Rang könnte in Zukunft eine maßgebliche Information bei der Ankaufsentscheidung von Besamungsstationen werden. Diskussionen zur Umsetzung in die Praxis sind bereits im Laufen. Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis Durch die enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Praxis im Zuge des Projektes konnten die Verantwortlichen der Rinderzucht bereits begleitend erste Erkenntnisse aus dem Projekt in die Routine übernehmen. Die genomischen Zuchtprogramme für die Rassen Fleckvieh, Braunvieh und Holstein sind inzwischen in der Praxis etabliert. An der Umsetzung der im Projekt ausgearbeiteten methodischen Verbesserungen im Gesamtzuchtwert und der Optimum Contribution Ansätze wird noch gearbeitet. Das Zuchtziel wird in Zusammenarbeit mit den deutschen Partnern aktuell angepasst. Als ambitionierte Vor- 4 ZAR-Kuhrier-Sonderausgabe Forschung 1/2015

5 RINDERZUCHT AUSTRIA ZAR-Kuhrier-Forschung gabe soll die Umsetzung der neuen Gesamtzuchtwerte für Fleckvieh und Braunvieh im April 2016 abgeschlossen sein. In den nächsten Jahren ist mit weiteren praktischen Erfahrungen bezüglich der genomischen Selektion zu rechnen. Ergebnisse zu neuen Merkmalen, wie etwa zur Effizienz aus dem Projekt Efficient Cow oder neue Erkenntnisse zur Nutzung von Genominformationen aus dem Projekt Gene2Farm, werden vorliegen. Basierend auf diesen neuen Erkenntnissen werden die Methoden in der Zucht auch in Zukunft weiter optimiert werden. Als Orientierung für alle diesbezüglichen Entscheidungen gilt die stetige Weiterentwicklung zur Aufrechterhaltung der österreichischen Rinderzucht in bäuerlicher Hand. Publikationen Genauere Informationen zu den Ergebnissen sind aus den Publikationen zum Projekt, auf der Homepage der ZAR und jener des Bundesministeriums für Land-, Forst-, Umwelt und Wasserwirtschaft land-bbf/forschung/ergebnispubli kation nachzulesen. Resümee Die Zucht ist ein komplexer, langsamer und nachhaltiger Prozess, dem mit dem Zuchtziel die Richtung vorgegeben wird. Die Effektivität und das Tempo der Umsetzung wird durch die Qualität der Zuchtwertschätzung und die Gestaltung und Umsetzung der Zuchtprogramme beeinflusst. Die Zucht kann sich heute nicht mehr nur an biologischen, ökonomischen und technischen Rahmenbedingungen orientieren, sondern muss sich immer stärker auch auf die Bedürfnisse und Anforderungen der Konsumenten ausrichten. Soll die Wettbewerbsfähigkeit erhalten werden, so sind laufende Weiterentwicklungen notwendig. Das Projekt OptiGene ist ein sehr gutes Beispiel, wie es gelingen kann, dass praxisangewandte Forschung mit der Umsetzung in die Praxis Hand in Hand geht und somit die Rinderzucht in Österreich gestärkt wird. Die Aufgeschlossenheit zu Innovationen und Weiterentwicklungen ist wichtig, damit auch in Zukunft die Wettbewerbsfähigkeit und das gute Image der österreichischen Rinderzucht erhalten werden. Der Projektträger ZAR dankt allen Projektpartnern aus Wissenschaft und Praxis aus Österreich und den Partnern aus Deutschland im Rahmen der gemeinsamen Zuchtwertschätzung sowie den wissenschaftlichen Partnern aus Frankreich (INRA) und Dänemark (Universität Aarhus) für die sehr gute Zusammenarbeit sowie dem Bundesministerium für Land-, Forst-, Umwelt und Wasserwirtschaft für die finanzielle Unterstützung. Im Rahmen des Zuchtplanungsworkshops wurden im Oktober 2013 Grundlagen für die Optimierung des Zuchtprogrammes von HOLSTEIN AUSTRIA erarbeitet, v.l. die Referenten: GF Hans Terler, DI Christina Pfeiffer, Obmann Hermann Gruber, Dr. Josef Lederer, DI Franz Steininger, Dr. Christa Egger-Danner und Dr. Alfons Willam. Foto: ZuchtData/Steininger Aus einer DNA-Probe werden bei der Genotypisierung mit dem 50K-Chip von Illumina ca SNP-Informationen (Marker) bestimmt. Am Computer ist das Ergebnis grafisch dargestellt. Foto: GeneControl Dokumentation der tierärztlichen Diagnose am Arzneimittelbeleg. Foto: ZAR Pipettierroboter übernehmen die DNA-Extraktion im AIT-Tulln. Foto: AIT ZAR-Kuhrier-Sonderausgabe Forschung 1/2015 5

6 RINDERZUCHT AUSTRIA FORSCHUNGSPROJEKTE RINDERZUCHT AUSTRIA OptiGene Efficient Cow Gene2Farm Projektpartner: ZuchtData Elektronisches Stallbuch ADDA (Advancement of Dairying in Austria) Projektträger: VetMedUni Wien Effizienz-Rechner IMPRESSUM Zentrale Arbeitsgemeinschaft österreichischer Rinderzüchter (ZAR) 1200 Wien, Dresdner Straße 89/19 Tel.: Fax: info@zar.at Internet: Fotodatenbank: 6 ZAR-Kuhrier-Sonderausgabe Forschung 1/2015