Fokkerij 2013-2014Dian van Limpt en Nina Leenders

Fokken

• De dierhouder bepaalt min of meer welke dieren er nakomelingen produceren.

• De mens selecteert en bepaald welke dieren paren, met als doel de eigenschappen van de volgende generatie te veranderen fokdoel

• Fokken is ten goede van de mens maar ook altijd voor het dier?

• Belangen? Belangen mensen- en dierenwelzijn, voedselvoorziening, economie?

Fokkerij lesopzet

2 hoorcolleges, 4 instructiecolleges* en een excursie.

Bereid je voor!Rekenmachine!!! Maak gebruik van de kennis die je in voorgaande colleges hebt opgedaan!

*IC1: PGO v2.0 opstart IC2: werken aan opgaven IC3: werken aan opgaven IC4: PGO v2.0 afronding

Inleiding

• In het begin was er nog geen theorie om de fokkerij te onderbouwen

• Lamarck was ervan overtuigd dat milieu-invloeden konden overerven, bv een litteken (een voorbeeld zoon, kleermaker/smit)

• Darwin voegde natuurlijke selectie toe: ‘survival of the fittest’. Dus dat het ene allel krachtiger is dan het andere (alleen Darwin sprak nog niet van allelen)

MENDEL, DARWIN, HARDY WEINBERG

• DARWIN => NATUURLIJKE SELECTIE

• MENDEL => KRUISINGSSCHEMAS

• HARDY-WEINBERG => THEORIE ONDERSTEUNT MENDEL DIE EEN SCHIJNBAAR GAT SCHOOT IN DARWIN ZIJN THEORIE

Uiteindelijk kwam er synthese; natuurlijke selectie heeftgenetische variatie nodig.

MENDELEerste generatie Tweede generatie

Kwalitatieve kenmerken (niet te meten/discreet) Haarkleur Hoornloosheid

Meestal bepaald door één of slechts enkele genen

?

MENDEL en kwantitatieve kenmerken?

Uhh?

Fisher

Kwantitatieve kenmerken (meetbaar/continue)

Hoogte Melkgift Worpgrootte

Meestal bepaald door een groot aantal genen

Fokkerij

• Gebruik maken van de genetische variatie tussen dieren

Algemeen genetica

• Cel• Celkern• Chromosoom• Gen (stukje DNA) • Allel (verschijningsvorm van een gen bv rode en

zwarte vachtkleur)• Locus plaats van het allel• Allelen bevatten specifieke codes voor het aanmaken

van enzymen, eiwitten en andere stoffen op bepaalde momenten van de ontwikkeling.

• Kwalitatieve kenmerken en kwantitatieve kenmerken

Albinisme

Phenylalanine = grondstof voor Melanine

tyrosine

3,4dihydroxyphenylalanine

Melanine is een van de basiskleurstoffen van huid en haar

Je hebt 3 genenparen nodig voor deze laatste stap. Elk genenpaar heeft een dominant allel nodig.

Als er 1 dominant allel mist, dan heb je een vorm van albinisme.

Gevolgen van selectie op een populatie1

• Stel: een populatie in HW-evenwicht. In de populatie zijn 4% honden met een recessief-verervende vorm van cataract (grijze staar, vertroebeling van de lens). • Gezonde honden: RR en Rr, honden met cataract: rr.

rrq2=0,2*0,2 = 0,04

Rrp*q= 0,8*0,2 = 0,16

r (q=0,2)

Rrp*q= 0,8*0,2= 0,16

RRP2= 0,8*0,8 = 0,64

R(p=0,8)

r (q=0,2)R (p =0,8)

96% (p2 en 2pq) gezonde honden, echter 32% (2pq) honden vererft cataract.

1. http://www.gencouns.nl/artikelen/2002%20Genetisch%20beheer.pdf

Gevolgen van selectie op een populatie2

• We fokken uitsluitend nog met de gezonde dieren (RR en Rr)• F1- generatie ziet er als volgt uit:

rrq2= 0,0278

Rrp*q= 0,1389

r (q=0,1667)

Rrp*q= 0,1389

RRP2= 0,6944

R(p=0,8333)

r (q=0,1667)R (p=0,8333)

Hoeveel % honden met cataract in de populatie?

Hoeveel % cataract verervende honden in de populatie?

Gevolgen van selectie op een populatie3

• Door consequent te fokken met de gezonde dieren verandert de populatie als volgt:

gene-ratie

R(p) r (q) RR(p2) Rr (2pq) rr (q2)

1 0,8333 0,1667 0,6944 0,2778 0,0278

2 0,8571 0,1429 0,7347 0,2449 0,0204

3 0,8750 0,1250 0,7656 0,2188 0,0156

4 0,8889 0,1111 0,7901 0,1975 0,0123

5 0,9000 0,1000 0,8100 0,1800 0,0100

10 0,9333 0,0667 0,8711 0,1244 0,0044

20 0,9600 0,0400 0,9216 0,0768 0,0016

30 0,9714 0,0286 0,9437 0,0555 0,0008

40 0,9779 0,0222 0,9563 0,0435 0,0005

Conclusie bij selectie

• Fokprogramma moet zeer consequent worden uitgevoerd.

• Rekenen we per generatie 2 jaar (bij hondenpopulatie), dan pas na tientallen jaren is cataract een ‘verwaarloosbaar klein’ probleem.

• Erfelijke aandoeningen zullen altijd aanwezig blijven bij dragers, omdat zij niet als drager herkenbaar zijn (tenzij DNA-onderzoek…).

• Hele andere uitkomsten indien een erfelijk gebrek dominant overerft! Het gebrek is dan makkelijk herkenbaar (alle zieke dieren zijn ook drager).

Let op:• Hele andere uitkomsten indien een erfelijk gebrek intermediair overerft.

• Hele andere uitkomsten indien een erfelijk gebrek zowel erfelijk als door milieu wordt bepaald.

2. http://www.gencouns.nl/artikelen/2002%20Genetisch%20beheer.pdf

1.1 Fokkerij

• Fokdoel• Fokwaardeschattingen• Fokprogramma

2.1 Inteelt

• Collaterale verwantschap: kans 2 individuen dezelfde genen

• R=(½)n1+n2

• R =Verwantschapsgraad

• Grootouder/kleinkind dan …..

2.1 Inteeltcoëfficiënt

Fx = (½)n1+n2+1(1+Fa)

Fx = inteeltcoëfficiënt van dier x (Inteeltcoëfficiënt (F) is gelijk aan de helft van de

verwantschapsgraad (R) van beide ouders)Fa= inteeltcoëfficiënt gemeenschappelijke ouders

Stel dat halfbroer en halfzus nakomelingen krijgen. Wat is de inteeltcoëfficiënt van nakomeling W? (Fa is dus nul)Antwoord: Fw = (½)1+1+1 = Fw = (½)3 = 0,125

(ter controle: de inteeltcoefficient (0,125) is de helft van de verwantschapsgraad (0,25))

2.2 Kruising en 2.3 Paringssystemen

Kruising: heteroris-effect (heterozygoten)

• 1) paring volgens toeval

• 2) inteelt-paring van nauwe verwanten-stamvorming-lijnenfokkerij

• 3) uitteelt diverse kruisingen

2.3 Heterosiseffect

• H(%) = heterosiseffect

• H (%) = x100p

pF 1

2.4 Kleine populaties

Er kan fixatie optreden. Door toeval kan bijv. gen a verdwijnen. Alle individuen zijn dan AA.

De kans op fixatie per generatie is: F=1/2Ne

Kans op fixatie afhankelijk van grootte steekproef.

sp (= de spreiding) = n2

q*p

2.4 Effectieve populatie-omvang (NE)

•Genetische maat voor grootte populatie

•NE is omvang van een populatie gemeten aan snelheid inteelttoename.

FNE

*2

1

2.4 Effectieve populatie-omvang (NE)

vrouwelijkaantalmannelijkaantal

vrouwelijkaantalmannelijkaantalNE

)(*)(*4

Nmnl = 250

Nvrl = 250

Npop = 250 + 250 = 500

NE = (4*Nmnl*Nvrl)/(Nmnl+Nvrl)

NE = (4*250*250)/(250+250)

NE = 250.000/500 = 500

Voorbeeld NE:50 geiten en 10 bokken

Npop = 50 + 10 = 60

NE =?

NE = (4*Nmnl*Nvrl)/(Nmnl+Nvrl)

NE = (4 * 10 * 50) / (10 + 50)

= 2.000 / 60 = 33,33 NE = 33

Voorbeeld NE:250 geiten en 10 bokken

Npop = 250 + 10 = 260

NE =?

NE = (4*Nmnl*Nvrl)/(Nmnl+Nvrl)

NE = (4 * 10 * 250) / (10 + 250)

= 10.000 / 260 = 38,46 NE = 38

Invloed Nmnl op NE

Vb kippenhouder

• 5 hanen en 100 hennen of 5 hanen en 200 hennen of 6 hanen en 100 hennen?

• 4x5x100 = 2000 5+100= 105 Ne= 2000/105= 19.05 F= 0.026• 4x5x200 = 4000 5+200=205 Ne= 19.5 F= 0.0256 toename

inteelt minder snel • 4x6x100= 2400 6+100= 106 Ne=22.64 F=0.022 toename het

kleinst

Hfd 4 Fokwaardeschatting

• Fokprogramma: een uitgedacht concept om de genetische vooruitgang van een ras of lijn te bewerkstellingen (in veehouderij veel gebruikt, in fokkerij van gezelschapsdieren niet of nauwelijks)

• Fokdoel: omschrijving van het door de fokker gewenste dier

• De individuele fokker bepaalt zijn fokdoel. Dit wordt beïnvloed door:– doel van het fokken – rasstandaard– economische belangen

• Fokwaardeschatting Veel gebruikt in vee- en paardenfokkerij, nauwelijks in gezelschapsdierenfokkerij = Schatting van erfelijke aanleg van een dier voor bepaalde eigenschap

Fokwaardeschatting bij Duitse Herdershond, Hovawart (Dld) en Labrador Retriever (NL)

• Fokwaarde wordt berekend voor HD.

• Iedere hond krijgt een fokwaardeschatting voor zijn of haar vererving van HD.

• Heeft een hond een FW van 100 dan wil dat zeggen dat hij vererft volgens het gemiddelde van het ras.

• Boven 100: vooruitzichten voor de nakomelingen op het kenmerk heupen wordt negatief beïnvloed.

• Onder 100: vooruitzichten voor nakomelingen op het kenmerk heupen wordt positief beïnvloed.

• Aangeraden wordt om niet te fokken met een combinatie die boven 200 uitkomt.

• Fokwaarden zijn geen statische gegevens, kan bijvoorbeeld elke 3 maanden opnieuw worden berekend.

Röntgenfoto's HD

Links: hond met zware HD (luxatie en misvormde heupkoppen)

Rechts: hond met zeer zware HD (luxatie en zware botwoekering aan heupkop en –kom)

Betekenis fokwaardeschatting

• Er is een ‘risico-profiel’ van de hond t.a.v. HD-vererving

• Van honden die niet zijn onderzocht op HD (middels röntgenfoto's) kan nu ook iets gezegd worden over de vererving van HD door dit dier

• Nieuwe selectiecriteria voor de fokkerij, waardoor:– Grotere keuze fokdieren– Betere selectieresultaten

1. www.gencouns.nl

Fenotypische waarde P= =P+A+E

• Fokwaarde en A voor het gemak gelijk gesteld.• Vb. gem 6000, erfelijke aanleg 1 locus AA=+100 Aa= 0

aa=-100, genotypen AA=1/4 Aa=1/2 aa=1/4, 4 milieufactoren elk +of-50

• 16 dieren AA dan 1x6300, 4x6200, 6x6100, 4x6000 en 1x5900• Bereken de rest zelf.

3.3 Erfelijkheidsgraad (h2)

• De erfelijkheidsgraad (h2) geeft informatie over de mate waarin een kenmerk erfelijk is.

• Hoge erfelijkheidsgraad: kenmerk voor een groot deel erfelijk. Het andere deel wordt bepaald door milieu-invloeden.

• En dus… – als erfelijkheidsgraad laag is, dan…

• Erfelijkheidsgraad voor HD: in literatuur vinden we waarden tussen 0,25 en 0,4. Ander voorbeeld: erfelijkheidsgraad voor bouw bij Hollanders: 0,5 – 0,8

• De erfelijkheidsgraad is een maat voor het te verwachten succes van selectie.

3.4 Schatting erfelijkheidsgraad

• Afleidingen formules niet kennen.• Het is voldoende als je begrijpt dat de h2 aangeeft in hoeverre

een bepaald kenmerk in een bepaalde populatie d.m.v. selectie te veranderen is in de loop van de tijd.

Erfelijkheidsgraad is steeds een schatting van de hele populatie in bepaalde omstandigheden!

4.1 Fokwaarde vaststellen

• Fokwaarden kunnen worden vastgesteld op grond van:– Eigen fenotype– Afstamming– Gegevens van (half)broers en (half)zusters– Nakomelingen– Combinatie van bovenstaande

• Fokwaarden zijn geen statische gegevens, maar veranderen naarmate er meer gegevens beschikbaar zijn.

• Doel bereiken via fokwaardeschatting selectie paring

4.3 Nauwkeurigheid

• rAI nauwkeurigheid: kans volgende keer dezelfde fokwaarde vinden (afh van R en de correlatie fokwaarde infobron en fenotype infobron)

• Zuiverheid

• Betrouwbaarheid (rAI)²: kans geschatte fokwaarde overeenkomt met werkelijke fokwaarde

• r= correlatie-coefficient: herhaalde waarnemingen hetzelfde kenmerk hetzelfde dier = herhaalbaarheid (bovengrens erfelijkheidsgraad) r = h2 + c2

• (c2 =milieucorrelatie)

4.4 Fokwaardeschatting

Berekening fokwaardeschatting. Benodigde gegevens:– Fenotype– Gemiddelde van de populatie– Indien mogelijk: gegevens van verwanten

A = h2 * (P - Pgem ) (1 waarneming)

A = additief genotypische waarde t.o.v. Pgem (= fokwaarde)h2 = erfelijkheidsgraad (h= heritability)P = phaenotype (=fenotype)Pgem = gemiddeld fenotype van de populatie

Meerdere waarnemingen

Halfbroer/halfzus = ¼ x h2 X (P - Pgem )

Vb; we willen de fokwaarde van een haan weten voor eigewicht. De half zus van de haan produceert eieren die 8 gram zwaarder zijn dan het gemiddelde. De erfelijkheidsgraad voor eigewicht is 0,6.

Antw; ¼ x 0,6 x 8 = + 1,2 gram• Zie verder oefeningen werkcollege.

Nog een voorbeeld

Stel moeder produceert 1000 kg melk meer dan de populatie.De r (correlatiecoefficient tussen enerzijds de moeder en

anderzijds de nakomeling) = 0,35

Dan is de fokwaarde van de dochterA dochter = h² x 1/2 x performance moeder = 0.35 x ½ x 1000 = + 175 kg

Algemene formules

R1 = correlatie tussen dier waarvan  en infobron R2 = correlatie tussen infobronnenc² = milieucorrelatie

Geschatte fokwaarde:

Nauwkeurigheid van de fokwaardeschatting:

 = R1 * h² * n/ (1 + (n-1)(R2 * h² + c²) * (P – Pgem))

rai = R1 * (h² * n/ (1 + (n-1)(R2 * h² + c²))

Hfd. 5 Selectieresultaat (R)

 = h2 X (P - Pgem )

Stel een paard heeft een stokmaat van 10 cm boven het gemiddelde. De erfelijkheidsgraad is 0,6. Wat is de fokwaarde van dit paard betreffende stokmaat?

Antw; 0,6 x 10 = + 6 cmR= +6 cm

Op welke kenmerken selecteren?

• Hangt af van de spreiding van de eigenschap (variatie of afwijking v/h gemiddelde) in een normale verdeling.

• Hangt af van erfelijkheidsgraad (h2 ) of correlatie met andere eigenschappen.

• Hangt af van de economische waarde van de eigenschap

Geen selectie SelectieR= Selectieresultaat

Nakomelingen

Ouders

oudersP

oudersP

nakPnakP

populatieP

Selectie ouders op basis geschatte fokwaarde Â

Hfd. 5 Selectieresultaat

**R AAI ir

spreiding genetische additief

tintensitei selectie

broninformatie en waarde genetische additief geschatte tussen correlatie

A

i

AIr

222

21

**11**

chRn

nhRrAI

chattingfokwaardes van heidnauwkeurigAIr

rAI

i = Selectieintensiteit

-6 -4 -2 0 2 4 6

normale verdeling gemiddelde geselecteerde groep

geselecteerde groep

bv 80 % selecteren

μ = 0σ = 1Fractie geselecteerd = 0.80Ondergrens fractie = -0.85Gemiddelde geselecteerde fractie = i = 0.35

spreiding genetische additiefA

PA

PA

P

A

P

A

hh

h

h

**

222

2

2

2

2

22

variantie heFenotypisc ) sche(Phenotypi

variantie genetische Additief

idsgraaderfelijkhe

Dus berekenen uit h2 en gemeten spreidingA

σA

Afhankelijk van • Evolutie, natuurlijke selectie• Kunstmatige selectie• Inteelt • Uitkruising

R=Selectieresultaat per generatie

gσ*i*r

R AAIJ

Rj = Selectieresultaat per jaar

5.2 t/m 5.5

• Selectiescherpte of selectie-intensiteit = i percentage onderzochte dieren dat wordt benut. Alle dieren nodig, dan geen selectieresultaat.

• Genetische variatie: geeft verschillen in fokwaarde weer. Fokwaarde= 0 dan geen selectieresultaat

• Generatieinterval (g): gem leeftijd ouders als nakomelingen worden geboren.

Hfd. 6 Selectie op meerdere kenmerken

• Selectie-index : goed – slecht• Correlatie tussen kenmerken• Bv. vet- en eiwitgehalte melk zou je kunnen berekenen met de

volgende formule (hoef je niet te kennen):• Rx + Ry = h² * Sx + byx * h² * Sx = h² * Sx (1 + byx)

6.4 Selectie-index

• Economische fokwaarde dier weergevenNauwkeurigheidSpreidingenCorrelatie tussen kenmerkenEconomische waarde

Indexwaarde = ILet op bij vergelijken I over de jaren heen. Gemiddelde op

100 stellen. Waarom?

Berekening selectie-index

• I = b1 * X1 + b2 * X2 + ...+ bn * Xn = bi * Xi

• bi-waarden: vermenigvuldigingsfactor = wegingsfactor• Wegingsfactoren zo gekozen dat tussen indexwaarde (I)

en de economische fokwaarde een zo hoog mogelijke correlatie bestaat.

Voorbeeld varken

Activiteiten Fokkerij

Fokdoel opstellen

Eigenschappen uitsplitsen

Te schatten fokwaarden vaststellen

Selectiemethode: wie meten?

Meetmethode : wat meten? Meting kenmerken

Verzamelen en verwerken gegevens

Fokwaardeschatting

Inwegen eigenschappen

Selectie en paring

Nakomelingen

Fokprogramma opzetten Fokprogramma uitvoeren

Bijstellen

Hfd. 7 Nieuwe voortplantingstechnieken

• Algemene termen:• Foetus= Zoogdier in wording met duidelijke soortspecifieke kenmerken

• Embryo= jonge vrucht met geensoortspecifieke kenmerken

• Placenta: pars foetalis en pars maternalis moeder effecten

• Aantal nakomelingen

Tweelingen

• 1 eiige tweeling: 1 eicel en 1 spermacel, gelijke sexenNormaal gezien 2 gelijke individuen, maar waarom bij kalfje toch

ander patroon op de huid?• 2 eiige tweeling: 2 eicellen en 2 spermacellen, gelijke sexen of

verschillende sexen

Vb. paard en tweeling

• Vaak abortus omdat 1 van de 2 in voedingsnood komt

• Stel man en vrouwelijke pas late uitwisseling hormonen = geen probleem

• Koe: vroege uitwisseling van hormonen vaak een kween (Chimeer: eigen cellen + andere cellen)

DNA

• Meeste DNA in de kern• Klein deel in mitochondriën (via eicel doorgegeven)• Moederstam aandoening mitochondriën

• Hengst x ezelin = ezelmitochondriën

Mitochondriën

• 1 eicel veel mitochondriën (vrouwelijke overerving)• En elke mitochondrie veel mtDNA• mtDNA * circulair en dubbelstrengig• 1 lichaamscel ong. 1000 kopieën• Eigenschap mtDNA veel meer mutaties dan in normaal DNA

waarom dan toch relatief weinig afwijkingen?..................

• V.b. stofwisselingsziekten

Ieder mens anders

• Invloed milieu (voeding, sporten, enz.)• Imprenting (1 actief, via ouders)• Maternale effect genen• Mutaties tijdens…………• Invloed overkruisingen• 23 chromosomen man en 23 chrom. Vrouw combinaties• Niet alle genen in alle cellen actief

Scala van fertiliteitsstoornissen

Psyche

Seksuologisch

Fysiek

Obstructie: postinfectieus, iatrogeen, aangeboren

Testis: spermatogenese

Psychogeen/neurogeen:ejaculatiestoornis

Obstructie:Postinfectieus, aangeboren, iatrogeen

Seminaalvocht

Ovarieel: ovulatie, eicel

Cervix/Uterus: antistoffen, implantatie

Kunstmatige inseminatie

• Voordelen:Overdracht van geslachtsziekten hierdoorverminderdMeer nakomelingen van 1 dierSnellere vooruitgang (selectie)

Een hele industrie kan hier op draaienVoor veel dieren toepasbaar

Seksen van sperma

Embyotransplantatie

Embryoproductie in vitro

- Winning onrijpe eicellen- Eicelrijping in vitro en spermarijping in vitro- Bevruchting eicel- Ontwikkeling implanteren

In vitro fertilisatie

Fase I: hormonale hyperstimulatie

Ovarieel hyperstimulatiesyndroom

Fase II: follikelpunctie, ovum pick-up

Transvaginaal, echogeleid, Infectie/ bloeding

Fase III: laboratoriumfase

Fertilisatie, embryoselectie Fase VI: embryo-transfer

Manipulatie van embryo’s

- Klieven- Klonen - Geslachtsbepaling

Klieven

Reproductief klonen

• Nieuw individu

• Veel tegenstand• Meningen……….

Schaap Dolly

• 1997 eerst gekloonde schaap• 1 volwassen cel 1 dier• Celkerntransplantatie = lege eicel met kern van een volwassen

cel.• 270 eicellen waren hiervoor nodig• Slaagkans heel minimaal, veel schapen nodig, allen in gelijke

cyclus.

Niet-reproductief klonen

• Therapeutisch klonen: nieuwe organen, weefsels, cellen• Transplantatie toepassen • Afstotingsverschijnselen minimaliseren nu eigen DNA dus

“eigen materiaal”• Niet menseigen = xeno• Menseigen = antilichamen

De toekomst?

Problemen klonen

• Genomische imprenting• Afwijkende X-inactivatie• Telomeer-verkorting van oudere cellen• Ophoping van DNA-mutaties• Spontane abortussen• Transmissie van infectie ziekten via donorcel

Geslachtsbepaling

• Door middel van;• Karyotypering: delende cel nodig• Enzymactiviteit verschil tussen mannelijk en vrouwelijk

antigeen op mannelijke cellen antistof hecht man• DNA-probes PCR electroforese

Markergenen

• QTL• Quantitative trait loci: een locus dat een kwantitatief kenmerk

direct beïnvloedt.

RFLP