Tien jaar genoomselectie bracht revolutie

‘Genoomselectie heeft de fokkerijwereld op z’n kop gezet.’ Sander de Roos, op dit moment eindverantwoordelijk voor de fokkerijactiviteiten van CRV in de hele wereld, stelt het onomwonden. De in Wageningen opgeleide geneticus promoveerde tien jaar geleden op onderzoek aan genoomselectie en zag hoe de introductie van de techniek in de praktijk leidde tot een revolutie in het fokprogramma. ‘De theorie achter genoomselectie werd in 2001 al beschreven door hoogleraar Theo Meuwissen’, vertelt De Roos.

‘Toen al zagen wetenschappers de enorme potentie van deze revolutionaire techniek en ook CRV pikte de ontwikkeling snel op. Laboratoriumtechniek en rekencapaciteit waren op dat moment echter nog lang niet zo ontwikkeld als nu’, herinnert hij zich. Ter illustratie: in de beginfase werden fokwaarden berekend op basis van 3000 merkers op het DNA, inmiddels zijn dat er al 80.000. Om betrouwbaar genoomfokwaarden te kunnen berekenen moest bovendien eerst een referentiepopulatie van redelijke omvang worden opgebouwd. Een grote stap voorwaarts hierin was de samenvoeging van de referentiepopulaties van diverse Europese landen in het kader van het samenwerkingsverband EuroGenomics. Deze database bevat inmiddels gegevens over de prestaties en het genoom van 1,6 miljoen dieren, waaronder 40.000 dochtergeteste stieren.

‘Al in 2006 berekenden we bij CRV genoomfokwaarden voor intern gebruik, maar pas twee jaar later vonden we de betrouwbaarheid hoog genoeg om ermee naar buiten te treden’, herinnert De Roos zich. ‘Daarbij waren we aanvankelijk nog voorzichtig in de vermarkting. Met het oog op risicospreiding boden we genoomstieren in pakketjes van zes aan.’ Stieren als Atlantic en G-Force brachten daar verandering in. Zij staken met hun genoomfokwaarden zo ver boven hun tijdgenoten uit, dat veehouders ze direct op grote schaal gingen gebruiken. Inmiddels is genoomselectie niet meer weg te denken uit de dagelijkse fokkerijpraktijk. Zo wordt op dit moment in Nederland en Vlaanderen ongeveer 72 procent van de holsteininseminaties uitgevoerd met sperma van genoomstieren. In het afgelopen boekjaar was van zes van de tien meestgebruikte zwartbonte stieren nog geen dochterinformatie bekend. In Vlaanderen was dat zelfs bij acht van de tien. En in beide landen was een genoomstier (Delta Mauro) het meest populair bij roodbontfokkers.

Als het gaat om de inzet van genoomstieren zijn melkveehouders in Nederland en Vlaanderen overigens relatief voorzichtig. In Duitsland ligt het gebruik van jonge genoomstieren in het holsteinras de laatste jaren constant rond de 80 procent van de inseminaties. In Scandinavische landen en Frankrijk is dat zelfs nog wat hoger. Ook in de Verenigde Staten, waar op grote bedrijven de fokkerij heel zakelijk wordt benaderd, is zeker 80 procent van de verkochte rietjes holsteinsperma afkomstig van een genoomstier.
Overigens wordt genoomselectie niet alleen toegepast bij holsteins. Ook voor rassen als brown swiss, fleckvieh, jersey, montbéliarde en Scandinavisch roodbont zijn grote referentiepopulaties opgebouwd. Voor het mrij-ras beschikt CRV over een referentiepopulatie van 600 dochtergeteste stieren en zo’n 4000 vrouwelijke dieren. ‘We gebruiken genoomfokwaarden intern al voorzichtig bij de selectie van jonge stieren’, vertelt Henk Verheij, die verantwoordelijk is voor het mrij-fokprogramma. ‘Waarschijnlijk zullen in de loop van dit jaar genoomfokwaarden voor mrij worden gepubliceerd, maar vanwege de kleinere referentiepopulatie zal de betrouwbaarheid daarvan nog wat lager zijn dan bij holsteins’, legt hij uit.

Bij genoomselectie, ook wel merkerselectie genoemd, wordt het erfelijk materiaal (DNA) van een dier in het laboratorium onderzocht. Dit gebeurt door het maken van een soort foto van het DNA, waarbij 80.000 puntjes (de zogenaamde merkers) in beeld worden gebracht. Ieder puntje is gekoppeld aan een bepaalde erfelijke eigenschap. Inmiddels is het merkerprofiel van 35.000 dochtergeteste stieren vastgelegd in het databestand van EuroGenomics. Van deze stieren is ook een betrouwbare fokwaarde bekend die aan dit specifieke merkerprofiel is gekoppeld. Daarnaast zijn in de database merkerprofielen, fokwaarden en prestaties geregistreerd van 1,6 miljoen koeien.
Voor de bepaling van de genoomfokwaarde van een kalf wordt het merkerprofiel van dit dier vergeleken met de merkerprofielen en de daaraan gekoppelde fokwaarden in de database. Omdat het hier om zeer grote aantallen gaat, kan met een hoge betrouwbaarheid op basis van het merkerprofiel worden voorspeld wat de fokwaarde van het kalf is.

‘Misschien wel de grootste winst van het gebruik van genoomfokwaarden is dat we nu effectief kunnen fokken op kenmerken met een relatief lage erfelijkheidsgraad, zoals levensduur, vruchtbaarheid en gezondheid’, denkt Sander de Roos. In de klassieke fokkerij waren metingen aan grote aantallen dochters nodig om voor deze kenmerken fokwaarden met een redelijke betrouwbaarheid te kunnen schatten. Ook effectief fokken op voerefficiëntie was volgens de geneticus zonder genoomselectie niet mogelijk geweest. De Roos wijst hierbij ook op de introductie van hoornloosheid. ‘Met genoomonderzoek kan direct na de geboorte met zekerheid worden bepaald of een kalf homozygoot of heterozygoot hoornloos is. Paren van hoornloze stieren met de hoogste donoren en paren van hoornloze donoren met de hoogste stieren en vervolgens alleen verder fokken met de dragers van het gen voor hoornloosheid leidde ertoe dat het kenmerk razendsnel in de top van de populatie werd gefokt’, legt hij uit. Hierdoor staan er circa tien jaar na het inbren-gen van hoornloosheid in het fokprogramma homozygoot hoornloze stieren met concurrerende fokwaarden op de stierenkaart.

‘Alle veehouders profiteren van de voordelen van genoomselectie, ook degene die uitsluitend dochtergeteste stieren met een hoge betrouwbaarheid gebruiken’, stelt De Roos. ‘Doordat genoomstieren bij inzet direct volop worden gebruikt, komen er drie jaar later grote aantallen dochters aan de melk. Hierdoor krijgen deze stieren direct fokwaarden met een zeer hoge betrouwbaarheid’, legt hij uit. In het klassieke proef-wacht-fokstiersysteem moest hier veel langer op worden gewacht. Ga maar na: eerst werden er proefstierinseminaties uitgevoerd, die na drie jaar tot een eerste fokwaarde leidden. Pas nog eens minstens drie jaar later kwamen dan de fokstierdochters aan de melk die voor de hoge betrouwbaarheid zorgden. ‘De eerste dochters van de genoomstieren van nu zijn vergelijkbaar met de “second crop” van de wachtstieren van destijds’, aldus De Roos.

Genoomselectie bracht niet alleen versnelling in de fokkerij, de techniek maakt het ook mogelijk om scherp en betrouwbaar te selecteren. Van de foktechnisch meest interessante donoren worden soms wel tientallen kalveren geboren, waarvan alleen de vaarsjes en stiertjes met de allerhoogste genoomfokwaarden weer instromen in het fokprogramma.

De effecten van genoomselectie zijn tien jaar na de introductie duidelijk zichtbaar. Figuur 1 toont de trend in de genetische aanleg voor NVI van de Nederlandse zwartbonte holsteinkoeien per geboortejaar. ‘Tot 2007 was de genetische winst constant gemiddeld rond de tien punten NVI per jaar’, vertelt Gerben de Jong van de Animal Evaluation Unit (AEU) van de Coöperatie CRV. ‘Daarna wordt een versnelling ingezet en inmiddels gaat het niveau per geboortejaar met ruim twintig punten NVI omhoog, een verdubbeling van de genetische vooruitgang dus.’

Maken jonge stieren hun hoge genoomfokwaarden waar? Dat was de vraag die in de praktijk sterk leefde bij de introductie van genoomselectie. Om deze vraag te beantwoorden analyseerde Gerben de Jong de cijfers van de 738 stieren die de afgelopen vijf jaar een fokwaarde kregen op basis van de prestaties van hun dochters. Hij vergeleek deze met de laatste genoomfokwaarde van deze stieren. De resultaten van deze analyse zijn weergegeven in tabel 1.
‘Gemiddeld leveren stieren 6 punten NVI in als hun dochters aan de melk komen’, stelt De Jong vast. ‘Dit is een relatief klein verschil en dat geldt ook voor de onderliggende fokwaarden voor productie, exterieur, levensduur en gezondheid. Gemiddeld genomen geven genoomfokwaarden dus een goede inschatting van de erfelijke aanleg van stieren’, concludeert hij. ‘De fokwaarde van genoomstieren ligt gemiddeld 100 punten NVI boven die van dochtergeteste stieren. Met een verlies van zes punten is er nog steeds een groot verschil. Dit betekent dat veehouders het genetische niveau van hun veestapel sneller verbeteren als ze gebruikmaken van genoomstieren.’

Belangrijker dan gemiddelden zijn echter de afwijkingen voor individuele stieren. ‘Niemand zit natuurlijk te wachten op een hoge genoomstier die de verwachtingen niet waarmaakt. Maar ook het omgekeerd geldt: het is jammer als een topstier pas ontdekt wordt als zijn dochters aan de melk zijn’, legt De Jong uit. Om meer inzicht te krijgen in de afwijkingen voor individuele stieren verdeelde hij dezelfde 738 stieren in vijf groepen op basis van de hoogte van hun genoomfokwaarde voor NVI. Vervolgens maakte hij dezelfde verdeling op basis van de hoogte van de fokwaarde gebaseerd op dochterinformatie. De resultaten van deze analyse zijn weergegeven in tabel 2. Van de 148 stieren die met hun genoomfokwaarde tot de hoogste 20 procent behoorden, behoorden er 88 (59%) ook tot de beste 20 procent met hun dochterfokwaarde en nog eens 47 (32%) kwamen in de categorie daar net onder terecht. Omgekeerd werd voor 70 procent van de laagst scorende stieren hun beperkte waarde voor de fokkerij op basis van genoomfokwaarden juist ingeschat.

De cijfers maken duidelijk dat genoomfokwaarden tien jaar na de introductie in de praktijk een goede inschatting geven van de erfelijke aanleg van stieren. Maar dezelfde cijfers laten ook zien dat genoomfokwaarden nog geen absolute waarheid zijn en dat een aantal stieren zal mee- of tegenvallen. ‘Het advies aan veehouders om te spreiden in gebruik van genoomstieren geldt dan ook nog steeds’, stelt De Jong.
De afweging waar veehouders voor staan, maken ook de foktechnici die verantwoordelijk zijn voor het fokprogramma. ‘Wij gebruiken ook nog steeds dochtergeteste stieren als stiervader’, vertelt Jaap Veldhuisen, hoofd productontwikkeling genetica bij CRV. ‘Het is de afweging tussen betrouwbaarheid en niveau. De fokwaarden van genoomstieren zijn hoger, maar de fokwaarden van dochtergeteste stieren zijn stabieler’, legt hij uit.

Genoomselectie heeft de inrichting van de fokprogramma’s van ki-organisaties flink op de kop gezet. Zo zet CRV op dit moment op jaarbasis nog zo’n zestig rood- en zwartbonte holsteinstieren in. In 2015 waren dat er nog 140 en in 2011 nog 165. Tegelijkertijd is de productie van embryo’s en het aantal kalveren dat getest wordt, flink opgevoerd. Daarnaast heeft genoomselectie ertoe geleid dat veel meer gebruikgemaakt wordt van jonge stiervaders en stiermoeders. ‘In 2010 was rond de helft van de stiervaders bij zwart- en roodbont dochtergetest, nu is dat nog maar zo’n 10 procent’, vertelt Veldhuisen. Een nog grotere ontwikkeling ziet hij aan de vrouwelijke kant van het fokprogramma. ‘Tien jaar geleden kwam het gros van de stieren nog uit afgekalfde donoren, nu is 95 procent van de circa 12.000 embryo’s die we jaarlijks inzetten, afkomstig uit pinken’, geeft hij aan.
De stijgende populariteit van genoomstieren heeft grote consequenties voor fokkerijorganisaties, bijvoorbeeld de kostbare ontwikkeling van nieuwe kenmerken zoals voer- en methaanefficiëntie. Om te blijven concurreren zijn grote investeringen in fokprogramma en gegevensverzameling noodzakelijk. En om deze op te kunnen brengen moet een hoge spermaomzet worden gerealiseerd.

Een tweede revolutie, waar we op dit moment eigenlijk middenin zitten, is de toepassing van genoomselectie door veehouders op hun eigen veestapel. In het najaar van 2010 bood CRV veehouders een test aan waarmee ze aan de hand van een haarmonster een genoomfokwaarde van een individueel dier konden laten bepalen. Zo’n test kostte destijds 55 euro en het duurde vier weken voor de veehouder de uitslag in huis had. Twee jaar later werd een project opgezet waarin veehouders, in ruil voor data, tegen gereduceerd tarief hun hele veestapel konden laten typeren, FokkerijData Plus, inmiddels omgedoopt tot Fokken op Maat Data Plus. En nog eens vier jaar later kwam genoomonderzoek beschikbaar voor de bredere praktijk met een service waarbij standaard van alle geboren vaarskalveren een genoomfokwaarde wordt bepaald: Fokken op Maat.
Op dit moment maken ruim 2500 melkveehouders in Nederland en Vlaanderen hiervan gebruik. Dit betekent dat jaarlijks rond de 100.000 kalveren worden getypeerd. In Duitsland laten zo’n 1900 melkveehouders genoomfokwaarden van hun kalveren bepalen, wat neerkomt op 18 procent van de holsteinpopulatie. Van de vier miljoen vaarskalveren die vorig jaar in de Verenigde Staten werden geboren, werden er zo’n 600.000 genoomgetest.

‘Genoomonderzoek zal steeds breder ingang vinden in de praktijk’, voorspelt ook Sander de Roos. ‘Het wordt uiteindelijk net zo gewoon als stamboekregistratie’, denkt hij. ‘Met genoominformatie kunnen veehouders veel sneller genetische vooruitgang realiseren in hun eigen veestapel en op hun eigen fokdoel. Genoominformatie maakt het mogelijk om betrouwbaar te selecteren in de dieren die worden ingezet voor de fokkerij. In combinatie met het gebruik van gesekst sperma op de hoogste dieren en vleesstiersperma op het ondereind, zal dit zorgen voor een volgende versnelling van de genetische vooruitgang.’
Genetici uit binnen- en buitenland zien nog ongekende mogelijkheden voor nieuwe toepassingen. ‘Denk bijvoorbeeld aan precisievoeding: dieren op basis van genoominformatie een passend rantsoen aanbieden. Of koppeling van genoominformatie aan zuivel- en vleesconcepten, waardoor niet alleen de herkomst van het eindproduct tot op het individuele dier kan worden herleid, maar ook hard kan worden gemaakt dat de dieren de genetische aanleg hebben voor een efficiënte productie met een lage milieu-impact’, filosofeert De Roos.
Het lijken nu nog futuristische voorspellingen, maar dat leek genoomselectie in 2001 ook. De revolutie die tien jaar geleden werd ingezet, is nog lang niet ten einde…