Schätzung der Heritabilität in Pflanzenzüchtungsprogrammen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Peter Piepho
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289816975

Heritabilität ist definiert als der Quotient von genetischer und phänotypischer Varianz. Sie ist eine wichtige Kenngröße zur Bewertung von Pflanzenzüchtungsprogrammen. So kann sie beispielsweise zur Berechnung des Selektionserfolges herangezogen werden. Aus diesem Grunde wird die Heritabilität routinemäßig in der Analyse pflanzenzüchterischer Versuche erfasst. Standardgleichungen, wie die zur Berechnung des Selektionserfolges, die in der Pflanzenzüchtung verwendet werden, nehmen eine einfache Datenstruktur an. Insbesondere wird angenommen, dass die Daten einem einfachen gemischten Modell folgen mit normalverteilten zufälligen Effekten und dass die Daten balanciert sind. Diese einfachen Annahmen sind realen Pflanzenzuchtprogrammen meist nicht erfüllt. Typischerweise sind solche Daten unbalanciert. Zum Beispiel ist es häufig der Fall, dass nicht alle Genotypen in allen Umwelten geprüft wurden. Außerdem wird in den einzelnen Versuchen fast immer eine Versuchsanlage mit unvollständigen Blöcken verwendet. Hinzu kommt, dass geostatistische Auswertungsverfahren zunehmend populär werden. In diesen Fällen ist der Phänotyp in der Regel ein adjustierter Mittelwert, der nicht die Annahmen für die übliche Definition der Heritabilität erfüllen, weil diese Mittelwerte korreliert sind und ihre Varianzen nicht konstant sind. Desweiteren wird der Phänotyp häufig mit dem Verfahren des Best Linear Unbiased Prediction berechnet, zum Beispiel um Pedigree-Information auszunutzen. Dies macht die Erfassung der Heritabilität zusätzlich kompliziert.Zwei weitere Probleme bestehen darin, dass viele Merkmale als Zähldaten oder Bonituren erfasst werden, welche die Normalverteilungsannahme verletzen, und dass häufig Messwiederholungen an der selben Beobachtungseinheit (Parzelle, Pflanze usw.) vorliegen, so dass eine serielle Korrelation berücksichtigt werden muss. In solchen Fällen ist nicht unmittelbar klar, wie die Heritabilität am besten erfasst werden sollte.Das Ziel dieses Vorhabens ist es, neue Methoden zur Schätzung der Heritabilität vorzuschlagen, die speziell für unbalancierte Versuche geeignet sind, wie sie in der Pflanzenzüchtung die Regel sind. Diese Methoden sollen mit bestehenden Vorschlägen verglichen werden, zum einen empirisch mit realen Datensätzen, und zum anderen durch Monte Carlo Simulation. Desweiteren sollen bestehende Ansätze, die auf normalverteilte Daten beschränkt sind, erweitert werden (i) für nicht-normalverteilte Daten, vor allem für Zähldaten, die mittels generalisierter linearer gemischter Modelle (GLMM) ausgewertet werden können, und (ii) für Messwiederholungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen