Övningsuppgifter: Selektion och genetiskt framsteg

Question 1

Vilka faktorer påverkar hur stort genetiskt framsteg man får i en egenskap? (6 st)

Answer 1

Antalet egenskaper i avelsmålet; additiva genetiska variationen i egenskapen; säkerheten i avelsvärderingen; andel selekterade djur; hur de selekterade djuren används; generationsintervallets längd

Question 2

Vad betyder μsel och μp som ingår i en normalfördelningskurva?

Answer 2

μsel = medelvärdet för de djur som selekterats till avel

μp = medelvärdet för hela populationen

Question 3

Beskriv vad som menas med selektionsdifferens

Answer 3

Selektionsdifferens = Fenotypisk överlägsenhet hos de selekterade djuren, i förhållande till hela populationen; S = μsel - μp

Question 4

Hur kan selektionsdifferens beräknas?

Answer 4

S = μsel - μp

S = i x σp

Question 5

Beskriv vad som menas med selektionsintensitet.

Answer 5

Selektionsintensitet (kallas även urvalsintensitet) är en standardiserad selektionsdifferens. Beskriver alltså hur mycket bättre de djur som selekterats för avel är gentemot populationen i stort – men på en standardiserad skala, utan måttenheter.

Påverkas av andelen selekterade djur; selektionsintensiteten minskar när andelen selekterade djur ökar.

Question 6

Ett sätt att öka selektionsintensiteten är att selektera ett fåtal handjur för avel. Finns det några nackdelar med detta? Kan man öka selektionsintensiteten på andra sätt?

Answer 6

Man riskerar högre grad av inavel, med möjlig inavelsdepression som följd.

Man kan också öka selektionsintensiteten genom att öka antalet testade djur, dvs antalet djur man har att välja bland när man ska selektera. Till följd av ett större antal djur att välja bland så kommer andelen selekterade att minska selektionsintensiteten ökar.

Question 7

Definiera begreppet generationsintervall.

Answer 7

Föräldrarnas genomsnittliga ålder då de avkommor föds som ska bli föräldrar i nästa generation

Question 8

Det finns en population med 10 000 kor. Medelproduktionen (kg mjölk) för de 2000 bästa korna är 9 500 kg. Den fenotypiska standardavvikelsen för mjölkmängd är 1000 kg.

Vad är medelproduktionen (kg mjölk) för hela populationen?

Answer 8

Genomsnittlig mjölkavkastning för hela populationen = μ

Genomsnittlig mjölkavkastning för de 2 000 bästa korna = μs

S = μs - μ
μs = μ + S

S = i × σp

p = 2000 / 10000 = 0,2 -> i = 1,400

S = 1.4 × 1000 = 1400

μ = μs – S = 9 500 – 1 400 = 8100

Genomsnittlig mjölkavkastning för hela populationen = 8 100 kg

Question 9

Det finns en population med 10 000 kor. Medelproduktionen (kg mjölk) för de 2000 bästa korna är 9 500 kg. Den fenotypiska standardavvikelsen för mjölkmängd är 1000 kg.

Vad är medelproduktionen (kg mjölk) för de 4000 bästa korna?

Answer 9

p = 40 % → i = 0.966

S = i × σp = 0.966 × 1000 = 966

μs = 8 100 + 996 = 9 066 kg

Den genomsnittliga avkastningen för de 4000 bästa korna är 9 066 kg

Question 10

Det finns en population med 10 000 kor. Medelproduktionen (kg mjölk) för de 2000 bästa korna är 9 500 kg. Den fenotypiska standardavvikelsen för mjölkmängd är 1000 kg.

Vid vilken produktionsnivå finns den undre gränsen för de 4000 bästa korna?

Answer 10

p = 40% → X0 = 0.253 σ-enheter

Gränsen går vid 8 100 + (0,253 × 1000) = 8 353 kg

Question 11

7. För en specifik egenskap, i en specifik population, har följande parametrar skattats:
   Medel, μ = 105 enheter

Fenotypisk standardavvikelse, σp = 12 enheter

Additiv genetisk standardavvikelse, σA = 6 enheter

Hur stor andel av de bästa djuren måste vi selektera för avel om vi vill få ett genetiskt framsteg på 1% per år, under förutsättning att generationsintervallet är 4 år?

Answer 11

ΔTper år = rTI x i x σA / L
L = 4
ΔTper år = 0,01 x 105 = 1,05
i = ΔTper år x L / rTI x σA = 1,05 x 4 / 0,5 x 6 = 4,2 / 3 = 1,4
-> vilket blir 20% selekterade

alternativ 2:

ΔTper år = h2 x S / L
ΔTper år = 0,01 x 105 = 1,05
1,05 = 0,25 x i x 12 / 4
i = 1,05 x 4 / 0,25 x 12 = 1,4 -> p = 20%

Question 12

8. Testning och selektion ska ske för en egenskap med en arvbarhet på 0,4 och en fenotypisk standardavvikelse på 10 kg. Djuren är uppfödda och testade på en teststation under standardiserade förhållanden. Teststationen har plats för totalt 2 000 djur. 100 djur ska selekteras.

Vad blir säkerheten (rTI) och selektionsintensiteten (i) om teststationen används för:

a) individprövning?

b) Avkommeprövning, baserat på 10 avkommor (inbördes halvsyskon) per testkandidat?

Answer 12

a) Individprövning?
rTI = (h2)0,5 = 0,40,5 = 0,63

p = 100 / 2000 = 0,05 -> i = 2,063

b) Avkommeprövning, baserat på 10 avkommor (inbördes halvsyskon) per testkandidat?

rTI = (nh2 / 4 + (n-1) h2)0,5 = (10 x 0,4 / 4 + (9 x 0,4))0,5 = (4 / 7,6)0,5 = 0,73

2000 djur, 10 avkommor / sire -> 2000/10 = 200 djur kan testas
100 / 200 = 50% -> i = 0,798

Question 13

8. Testning och selektion ska ske för en egenskap med en arvbarhet på 0,4 och en fenotypisk standardavvikelse på 10 kg. Djuren är uppfödda och testade på en teststation under standardiserade förhållanden. Teststationen har plats för totalt 2 000 djur. 100 djur ska selekteras.

c) Vad kommer det förväntade genetiska framsteget bli per generation för a) respektive b)?

d) Är individprövning eller avkommeprövning mest gynnsamt?

Answer 13

Vad kommer det förväntade genetiska framsteget bli per generation för a) respektive b)?

ΔTper generation = rTI x i x σA

σ2A = σ2P x h2
σA = h2^0,5 x σP = 0,4^0,5 x 10 = 6,3

a) ΔTper generation = 0,63 x 2,063 x 6,3 = 8,2 kg
b) ΔTper generation = 0,73 x 0,798 x 6,3 = 3,7 kg

Avkommeprövning kommer att öka generationsintervallet (L). Detta innebär att individprövningen blir jämförelsevis ännu mer gynnsam när man tar hänsyn till den årliga genetiska förändringen. Det kan dock diskuteras om rTI = 0,63 (som vi får här för individprövning) är tillräckligt.

Question 14

Beskriv med ord hur det förväntade genetiska framsteget, och dess komponenter, påverkas av att vi ändrar ett selektionsprogram från att baseras på avkommeprövning till att baseras på individprövning.

Answer 14

Selektionsintensiteten (i) ökar men säkerheten (rTI) minskar, om inte arvbarheten är mycket hög. Generationsintervallet (L) minskar. Den genetiska vinsten ökar om vinsten i i och L är större än förlusten av precision.

Question 15

11. Mastit är ett stort problem inom mjölkkosektorn och orsakar stora ekonomiska förluster för lantbrukaren såväl som lidande för de drabbade korna. Du vill därför undersöka hur selektion mot mastit skulle kunna förbättra situationen.

Du har redan skattat följande parametrar för mastit:
Arvbarhet mastit (h2mastit) = 0,02
Fenotypisk standardavvikelse (σp) = 30,5 %
Genetisk korrelation mellan mastit och celltal (rg) = 0,7

Skattningen av avelsvärden för mastit baseras på:
Förekomst av mastit under 1:a laktationen hos de kor som ska avelsvärderas (dvs. individprövning)
Medelvärdet för förekomsten av mastit mätt på 200 döttrar/tjur för de tjurar som ska avelsvärderas

50% av de testade korna och 5% av de testade tjurarna selekteras. Generationsintervallet för kor är 5 år och för tjurar 7 år.

Vilket genetiskt framsteg kan förväntas per år i mjölkkopopulationen? Observera att det genetiska framsteget kommer uttryckas i enheten procent (%) eftersom standardavvikelsen är uttryckt så.

Answer 15

pK = 50% -> i= 0,798
pT = 5% -> i = 2,063
rTI = (nh2 / 4 + (n-1) h2)0,5 = (200 x 0,02 / 4 + (199 x 0,02)0,5 = (4 / 7,98)0,5 = 0,71
rTI = (h2)0,5 = 0,020,5 = 0,14
σ2A = σ2P x h2 = 30,52 x 0,02 = 18,605
σA = 4,31

ΔTper år = (rTI x i x σA + rTI x i x σA ) / L handjur + Lhondjur = 0,71 x 2,063 x 4,31 + 0,14 x 0,798 x 4,31 / 5 + 7 = 6,2983 + 0,4804 / 12 = 0,565 % per år

Question 16

11. Mastit är ett stort problem inom mjölkkosektorn och orsakar stora ekonomiska förluster för lantbrukaren såväl som lidande för de drabbade korna. Du vill därför undersöka hur selektion mot mastit skulle kunna förbättra situationen.

Du har redan skattat följande parametrar för mastit:
Arvbarhet mastit (h2mastit) = 0,02
Fenotypisk standardavvikelse (σp) = 30,5 %
Genetisk korrelation mellan mastit och celltal (rg) = 0,7

Skattningen av avelsvärden för mastit baseras på:
Förekomst av mastit under 1:a laktationen hos de kor som ska avelsvärderas (dvs. individprövning)
Medelvärdet för förekomsten av mastit mätt på 200 döttrar/tjur för de tjurar som ska avelsvärderas

50% av de testade korna och 5% av de testade tjurarna selekteras. Generationsintervallet för kor är 5 år och för tjurar 7 år.

ΔTper år = (rTI x i x σA + rTI x i x σA ) / L handjur + Lhondjur = 0,71 x 2,063 x 4,31 + 0,14 x 0,798 x 4,31 / 5 + 7 = 6,2983 + 0,4804 / 12 = 0,565 % per år

Av det totala framsteget, hur stor % kommer från handjuren respektive hondjuren? Vad beror skillnaden mellan könen på, motivera! (Har du inte kunnat räkna ut %- satserna, så diskutera ändå omkring vilka skillnader du förväntar dig att det ska bli mellan könen, och varför.)

Answer 16

Tjurarnas del i framsteget (%): 6.2983/12 = 0.5248
(0.5248 / 0.565) * 100 = 92.9%

Kornas del i framsteget (%): 0.4804/12 = 0.04
(0.04 / 0.565) * 100 = 7.1%

Att tjurarnas framsteg blir så mycket större beror på den högre säkerheten i och med avkommeprövning med många avkommor samt den högre intensiteten pga den låga andelen selekterade tjurar (5% gentemot kornas 50%).

Question 17

Följande parametrar har skattats för viktökning (X1) och foderomvandling (X2) hos grisar:

Anta att enbart egenskapen viktökning mäts. Vad skulle det indirekta genetiska framsteget per generation bli i egenskapen foderomvandling? 20% av djuren selekteras för avel.

Answer 17

Avelsvärde /Index = I1 = b1 X1 Avelsmål = T = T2
Selektion för X1
ΔT2/I1 = rg12 x i x rTI1 x 𝛔A2
p = 20% -> i = 1,400
rTI1 = (h2)0,5 = 0,350,5 = 0,5916
𝛔2A2 = σ2P2 x h22 = 0,2 x 0,4 = 0,08
σA = 0,080,5 = 0,28

ΔT2/I1 = -0,85 x 1,4 x 0,350.5 x 0,28 = -0,197 MJ/kg viktökning

Det förväntade genetiska framsteget per generation om vi selekterar för tillväxt

Svaret säger -> om jag selekterar djuren på tillväxt kan jag fortfarande förvänta mig att foderomvandlingen minskar

Question 18

12. Följande parametrar har skattats för viktökning (X1) och foderomvandling (X2) hos grisar

Hur effektiv är den indirekta selektionen jämfört med direkt selektion för foderomvandling? Selektionsintensiteten förväntas vara samma för direkt selektion och indirekt selektion.

ΔT2 : I1 = -0,197

Answer 18

Urval på foderförbrukning, I2 = X2
i = 1,400
rTI = 0,400,5 = 0,6325
σA = 0,28
ΔTper generation = rTI x i x σA = 0,40,5 x 1,4 x 0,28 = 0,248 MJ/kg viktökning

Eftersom målet är att minska foderförbrukningen antar vi att förändringen är negativ, dvs. ΔT2 = -0,248 MJ/kg viktökning.

ΔT2 : I1 / ΔT2 : I2 = -0,197 / -0,248 = 0,794

Indirekt selektion har cirka 80 % av effektiviteten hos direkt selektion för minskad foderförbrukning.

Question 19

13. Vid en fältundersökning inom en ko-population uppskattades följande parametrar från data för mjölkavkastning i första laktationen:

50% av de bästa korna valdes ut för att producera nya hondjur till nästa generation (detta gäller för alla egenskaper).

a) Beräkna, med hjälp av ovanstående information, den direkta effekten av urvalet på X1 och de indirekta effekterna av urvalet på X2 och X3 när endast kg fettkorrigerad mjölk (FCM) registreras.

b) Beräkna den direkta effekten av urvalet för fettavkastning (X2) och de indirekta effekterna av urvalet på X1 och X3 när endast fettavkastning registreras.

c) Beräkna den direkta effekten av selektion för proteinavkastning (X3) och de indirekta effekterna av selektion på X1 och X2 när endast proteinavkastning registreras.

Answer 19

h2 = 𝛔2A / 𝛔2P
𝛔A = (h2 x 𝛔p)0,5
𝛔A1 = (0,25 x 7382)^0,5 = 369
𝛔A2 = (0,25 x 31,02)^0,5 = 15,50
𝛔A3 = (0,25 x 24,52)^0,5 = 12,25
p = 50% -> i = 0,798

Den direkta selektionseffekten på egenskap 1 är för individuell selektion på I1 :
ΔT1 : I1 = rTI1 x i x 𝛔A1
rTI1 = (h2)0,5 = 0,25^0,5 = 0,5

Den korrelerade urvalseffekten för egenskap 2 är då:
ΔT2 : I1 = rg12 x i1 x rTI1 x 𝛔A2

a)
Direkt selektion för mjölkavkasning (X1) ger
ΔT1 : I1 = 0,5 x 0,798 x 369 = 147,231

Indirekt selektion för fetthalt (X2)
ΔT2 : I1 = 0,95 x 0,798 x 0,5 x 15,5 = 5,88

Indirekt selektion för proteinhalt (X3)
ΔT3 : I1 = 0,90 x 0,798 x 0,5 x 12,25 = 4,40

b)
Direkt selektion för X2:
ΔT2 : I2 = 6,18

Indirekt selektion för X1:
ΔT1 : I2 = 139,87

Indirekt selektion för X3:
ΔT3 : I2 = 4,01

c)
Direkt selektion för X3:
ΔT3 : I3 = 4,89

Indirekt selektion för X1:
ΔT1 : I3 = 132,51

Indirekt selektion för X2:
ΔT2 : I3 = 5,07

Question 20

13. Vid en fältundersökning inom en ko-population uppskattades följande parametrar från data för mjölkavkastning i första laktationen:

50% av de bästa korna valdes ut för att producera nya hondjur till nästa generation (detta gäller för alla egenskaper).

d) Jämför effekterna av selektion för direkt och indirekt selektion för alla egenskaper.

Answer 20

Direkt selektion är alltid med effektivt än indirekt selektion

Vilka siffror syftar man på?
- Mjölkmängd är det 3 siffror som jämförs, 147,23 är högst (direkt selektion)

• Fetthalt är det 3 siffror som jämförs, 6,18 är högst (direkt selektion)
• Proteinhalt är det 3 siffror som jämförs, 4,89 är högst (direkt selektion)
• Alla fall med direkt selektion är högre jämfört med de korrelerade fallen med indirekt selektion

Question 21

14. Följande information erhålls i ett avelsprogram, där urval för mjölkavkastning utförs med hjälp av ett urvalsindex. (Se uppg)

h^2 = 0,25
𝛔p = 800 kg
populationsmedelvärde, ⲙ = 9000 kg

Beräkna den förväntade genetiska vinsten per år, både i absolut värde och i % av medelvärdet.

Answer 21

𝛔A = (h2)^0,5 x 𝛔P = (0,25)^0,5 x 800 = 400
ⲙ = 9000 kg
ΔT = rTI x i x 𝛔A

F-S:
rTI = 0,877
P = 5% -> i = 2,063
𝛔A = 400
L = 8
ΔT = rTI x i x 𝛔A = 0,877 x 2,063 x 400 = 723,7

F-D:
rTI = 0,877
P = 20% -> i = 1,400
𝛔A = 400
L = 6
ΔT = rTI x i x 𝛔A = 0,877 x 1,400 x 400 = 491,1

M-S:
rTI = 0,598
P = 10% -> i = 1,755
𝛔A = 400
L = 7
ΔT = rTI x i x 𝛔A = 0,598 x 1,755 x 400 = 419,8

M-D:
rTI = 0,500
P = 80% -> i = 0,350
𝛔A = 400
L = 7
ΔT = rTI x i x 𝛔A = 0,500 x 0,350 x 400 = 70,0

𝛔AY = ∑ΔT / ∑L = 723,7 + 491,1 + 419,8 + 70,0 / 8 + 6 + 7 + 7 = 1704,6 / 28 = 60,88 kg/år

𝛔AY = (60,88 / 9000) x 100 = 0,7 % per år

Question 22

15. I en besättning finns 100 tackor, vilka producerar 1,8 lamm per år (könsfördelning 1:1). Beräkna selektionsdifferensen för avvänjningsvikt (vid 120 dagar) om vi har en 20% rekryteringsgrad varje år. Arvbarheten för avvänjningsvikt är 0,3 och den additiva genetiska variansen, σ2A = 4,8 kg.

Answer 22

100 tackor -> 1,8 lamm per år
h2 = 0,3
𝛔2A = 4,8 kg

Antal lamm som valts ut för avel: 0,20 × 100 = 20 tacklamm
Antal tacklamm att välja mellan: 100 × 1,8 × 0,5 = 90 tacklamm

P = (20 / 90)x100 = 22,22 % -> i = 1,346

Korrigering för populationer med mindre än 500 individer
i`= i - (0,25 / antal selekterade djur) = 1,346 - (0,25 / 20) = 1,33

𝛔p = (𝛔2A / h2)^0,5 = (4,8 / 0,3)^0,5 = 4

S = i`x 𝛔p = 1,33 x 4 = 5,334 kg avänjningsvikt

Question 23

Vilka är de två huvudskälen för korsningsavel?

Answer 23

Kombinera egenskaper och utnyttja heterosis

Question 24

Tänk dig en tre-raskorsning, där raserna A och B används för att få fram modersuggor som paras med galtar från ras C för att ge avkomma som används som slaktsvin. Beskriv vilka egenskaper de olika raserna (A, B och C) bör ha för att vara lämpliga att använda i en sådan korsning.

Answer 24

A och B bör ha bra fruktsamhet, många överlevande smågrisar, C bör ha bra tillväxt

Question 25

17. Inom ramen för det nordiska samarbetet för genomisk avelsvärdering inom mjölkkoraser har säkerheten för genomiska avelsvärden skattats för de tre rasgrupper som finns i Danmark, Finland och Sverige: Holstein, Jersey och de Nordiska röda raserna (Röd Dansk M, Svensk Röd Boskap & Finsk Ayrshire). Resultaten visar att säkerheten är högst för Holstein, lägst för Jersey och att de nordiska röda raserna ligger däremellan.

a) Avelsorganisationer i Norden har ett brett definierat avelsmål (den s.k. nordiska avelsprofilen) som innehåller många funktionella egenskaper utöver mjölkavkastning. Varför är genomisk avelsvärdering särskilt intressant för sådana avelsmål?

Answer 25

Nivån på säkerheten för genomiska avelsvärden är ganska lika för de olika egenskaperna. Det gör att det är lättare att uppnå genetiskt framsteg för lågarvbarhetsegenskaper, och att framsteg för mjölkavkastning och funktionella egenskaper kan vara detsamma.

Question 26

17. Inom ramen för det nordiska samarbetet för genomisk avelsvärdering inom mjölkkoraser har säkerheten för genomiska avelsvärden skattats för de tre rasgrupper som finns i Danmark, Finland och Sverige: Holstein, Jersey och de Nordiska röda raserna (Röd Dansk M, Svensk Röd Boskap & Finsk Ayrshire). Resultaten visar att säkerheten är högst för Holstein, lägst för Jersey och att de nordiska röda raserna ligger däremellan.

b) I ett vanligt mjölkkoavelsprogram selekteras tjurar efter avkommeprövning. Hur påverkas de faktorer som styr det genetiska framsteget av genomiska avelsvärden?

Answer 26

Intensiteten kan ökas eftersom det är billigare med genomiskt test än med avkommeprövning.

Säkerheten för genomiska avelsvärden är något lägre än vid avkommeprövning.

Generationsintervallet är väldigt mycket kortare.

Summan är att det genetiska framsteget ökar

Question 27

17. Inom ramen för det nordiska samarbetet för genomisk avelsvärdering inom mjölkkoraser har säkerheten för genomiska avelsvärden skattats för de tre rasgrupper som finns i Danmark, Finland och Sverige: Holstein, Jersey och de Nordiska röda raserna (Röd Dansk M, Svensk Röd Boskap & Finsk Ayrshire). Resultaten visar att säkerheten är högst för Holstein, lägst för Jersey och att de nordiska röda raserna ligger däremellan.

c) Säkerheten för genomiska avelsvärden kommer från en valideringsstudie. Beskriv kort hur en valideringsstudie går till, och varför man gör en sådan.

4 st

Answer 27

1. Dela upp data i tränings- och testuppsättning.
2. Uppskatta markörernas effekter i träningsuppsättningen.
3. Tillämpa uppskattade marköreffekter på djur i testuppsättningen och jämför genomiska avelsvärden med fenotyper för att verifiera att utvärderingsmodellen är korrekt.
4. Detta är nödvändigt eftersom antalet parametrar i modellen är mycket större än antalet observationer.

Question 28

17. Inom ramen för det nordiska samarbetet för genomisk avelsvärdering inom mjölkkoraser har säkerheten för genomiska avelsvärden skattats för de tre rasgrupper som finns i Danmark, Finland och Sverige: Holstein, Jersey och de Nordiska röda raserna (Röd Dansk M, Svensk Röd Boskap & Finsk Ayrshire). Resultaten visar att säkerheten är högst för Holstein, lägst för Jersey och att de nordiska röda raserna ligger däremellan.

d) Vilka faktorer påverkar säkerheten för genomisk avelsvärdering, och hur förklarar dessa faktorer skillnaden mellan säkerheten för de genomiska avelsvärdena för Holstein, Jersey och de Nordiska röda raserna?

Answer 28

Effektiv populationsstorlek, referenspopulationsstorlek, arvbarhet och genomlängd.

Jersey har den minsta referenspopulationen. Nordic Red har en större referenspopulation än Holstein, men också en mycket högre effektiv populationsstorlek.