Bevarandegenetisk status hos gotlandskanin en svensk lantras

Transkript

1 Examensarbete för kandidatexamen i biologi Zoologiska institutionen Avdelningen för populationsgenetik Stockholms universitet Bevarandegenetisk status hos gotlandskanin en svensk lantras Lovisa Wennerström Körsbärsdalens Timotej (G ), pälsfärg svart brokad. Foto: Frida Hardenberg Februari 2009 Handledare: Linda Laikre

2

3 EXAMENSARBETE ZOOLOGISKA INSTITUTIONEN Stockholms Universitet S Stockholm BEVARANDEGENETISK STATUS HOS GOTLANDSKANIN EN SVENSK LANTRAS Författare: Lovisa Wennerström Ämne: Populationsgenetik Löpnummer: 2009:4

4 Arbetets titel: Bevarandegenetisk status hos gotlandskanin en svensk lantras Författarens namn: Lovisa Wennerström Handledare: FD Linda Laikre Forskningsämne: Populationsgenetik Granskningskommitté: FD Lena Larsson och Professor Tommy Radesäter Examinator: Professor Nils Ryman Datum för seminarium: Antal poäng: 15hp Tryck: Hässleholms tryckshop AB

5 INNEHÅLL SAMMANFATTNING... 1 SUMMARY... 3 INLEDNING... 5 Bevarandegenetik...5 Husdjursgenetiska resurser... 5 Bevarandearbete internationellt... 5 Bevarandearbete i Sverige... 6 Lantraser... 6 Gotlandskaninen... 6 Bevarandeavel kontra förädlingsavel... 7 Små populationsstorlekar... 7 Genetisk variation från founderpopulationen... 8 Genetisk variation i den levande populationen... 8 Inavel... 8 Målsättning... 9 MATERIAL OCH METODER Stamboken Founders Födelse- och dödsdatum ID-nummer PM Effekter av inavel Beräkningar av effektiv populationsstorlek, N e Founderpopulationen Founderrepresentation Kvarvarande genetisk variation i dagens population Foundergenomekvivalenter, FGE Founder alleles surviving, FAS Förändring i genetisk variation över tiden Genetiskt viktiga individer Founders med få ättlingar Mean kinship Test av avelsstrategier Effekten av att ta bort äldre individer RESULTAT Populationstillväxt Inavel Effekter av inavel Kullstorlek Kroppsvikt Mean kinship, MK Effektiv populationsstorlek, N e Genetisk förlust från founderpopulationen FGE och FAS... 21

6 Förlust av genetisk variation över tiden Genetiskt viktiga individer Founders med få ättlingar Mean kinship, MK Test av avelsstrategier Effekten av att ta bort äldre individer Sammanställning av huvudresultat DISKUSSION Populationstillväxt Inavel Effekter av inavel Mean kinship, MK Effektiv populationsstorlek, N e Genetisk förlust från founderpopulationen Founders utan ättlingar i dagens population Ojämn founderrepresentation Minskning av kvarvarande founderalleler, FAS Foundergenomekvivalenter, FGE Uppskattningar av FAS och FGE över tiden jämfört med den verkliga populationen Genetiskt viktiga individer Founders med få ättlingar Mean kinship, MK Test av avelsstrategier Möjligheter till ökning av FGE i praktiken Effekten av att ta bort äldre individer Tidigare parningar av individer med högt och lågt MK REKOMMENDATIONER ORDLISTA ERKÄNNANDEN REFERENSER APPENDIX APPENDIX APPENDIX

7 SAMMANFATTNING Sverige är sedan 1994 anslutet till den internationella konventionen om biologisk mångfald och har därmed förbundit sig att bevara biologisk mångfald hos vilda såväl som domesticerade arter. Biologisk mångfald omfattar, enligt konventionen, biodiversitet på ekosystem-, art- och gennivå. Sveriges regering har i andra politiska beslut fastställt att det senast år 2010 ska finnas livskraftiga populationer av inhemska husdjursraser. Regeringen har även givit Jordbruksverket i uppdrag att ta fram en strategi för hur husdjursgenetiska resurser ska bevaras och nyttjas på ett hållbart sätt. Jordbruksverket har identifierat inhemska husdjursraser som Sverige har särskilt bevarandeansvar för. Dessa utgör äldre oförädlade husdjursraser som inte har utsatts för en omfattande förädlingsavel, utan de har utvecklats med naturlig selektion på en plats under lång tid. Dessa raser benämns ofta som lantraser. De utgör en genetisk resurs då de är anpassade till det lokala klimatet, dessutom utgör de ett levande kulturarv. Genetiska resurser, definierat som genetisk diversitet mellan och inom populationer, är en nödvändighet för fortsatt evolution både hos vilda och domesticerade arter. Bevarandegenetiken utgör ett viktigt verktyg i bevarandearbetet, där den genetiska dynamiken hos populationer studeras för att kunna utforma bevarandeprogram så effektivt som möjligt. Gotlandskaninen anses vara en av de minst förädlade lantraserna i Sverige. Länge trodde man att den gamla svenska tamkaninrasen, som var vanlig fram till förra sekelskiftet, hade dött ut. På 1970-talet återfanns dock en restpopulation på Gotland. Föreningen Gotlandskaninen, som verkar för bevarandet av rasen, bildades Sedan 1994 bedrivs aveln inom en sluten stambok. Avelsarbetet för lantraser bör fokusera på bevarande av genetisk variation (så kallad bevarandeavel). Bevarandeavel skiljer sig fundamentalt från förädlingsavel av produktionsraser som inriktas på att förändra en viss egenskap. Förädlingsavel leder till minskad genetisk variation genom att vissa individer med icke önskvärda egenskaper undanhålls avel. Bevarandeavel däremot syftar till att bevara så mycket som möjligt av den genetiska variationen i populationen. Den här rapporten ger en utvärdering av avelsarbetet av gotlandskanin mellan 1994 och Viktiga frågeställningar är: Hur många förmodat obesläktade individer (så kallade founders) härstammar totalpopulationen av gotlandskanin från, och hur ser den genetiska representationen av dessa founders ut i dagens population? Vilken är inavelsgraden i dagens population? Finns det några negativa effekter av inavel? Kan genetiskt värdefulla individer identifieras? Går det att ge några rekommendationer för den framtida bevarandeaveln? Utvärderingen baseras på stamboksdata (pedigree-information) avseende populationen av gotlandskanin under perioden Uppgifterna tillhandahölls av Föreningen Gotlandskaninen. Inom ramen för utvärderingen korrigerades och redigerades stamboken och en indatafil konstruerades för datorprogrammet PM2000 som användes för de genetiska analyserna. Med hjälp av PM2000 beräknades inavelskoefficienter och founderrepresentationen skattades med drop-simuleringar. PM2000 ger även ett värde på mean kinship för varje individ i den nu levande populationen. Mean kinship är ett mått på en individs genomsnittliga släktskap med alla andra individer i populationen. Ett lågt mean kinship innebär att en individ med stor sannolikhet bär på unika founderalleler och därmed är genetiskt värdefull. För att testa olika avelsstrategiers effekt på den genetiska variationen i populationen är det möjligt att skapa avkommor i PM2000. Jag har testat hur ett val av avelsdjur baserat på mean kinship påverkar den genetiska variationen. 1

8 Huvudresultaten från studien är: Det har skett en omfattande förlust av genetisk variation från founders. Totalt har 67 procent av unika alleler från founderpopulationen gått förlorade. Inavelsgraden har hållits låg i populationen, den genomsnittliga inavelsgraden i dagens population är 0,039. Genetiskt viktiga individer har kunnat identifieras. Dessa bör användas i aveln för att minimera ytterligare förlust av genetisk variation. Den framtida aveln bör fokusera på att minimera ytterligare förlust av genetisk variation och utjämna founderrepresentationen. Totalpopulationen i stamboken består av 3901 individer. Dagens population, då stamboken sammanställdes vid årsskiftet , består av 473 individer. Förlusten av genetisk variation från founderpopulationen har varit omfattande. Av 114 potentiella founders fick endast 88 någon avkomma. Av dessa 88 verkliga founders till totalpopulationen finns endast 67 representerade i den nu levande populationen. Representationen från enskilda founders är ojämn, såväl för antalet ättlingar som för allele retention (sannolikheten att en founders alleler finns kvar i populationen). Den genetiska variationen i populationen kan beskrivas på flera sätt. Foundergenomekvivalenter anger hur många obesläktade founders som jämnt representerade och utan förlust av genetisk variation skulle besitta samma genetiska variation som i den studerade populationen. Antalet foundergenomekvivalenter i dagens population av gotlandskanin är 13,22. Det är endast 15 procent av det verkliga antalet founders, 88 stycken. Antalet unika kvarvarande founderalleler i dagens population är endast 33 procent av allelerna i founderpopulationen. Den totala ökningen i inavel har varit liten hos gotlandskaninen. Den genomsnittliga inavelskoefficienten för dagens population är endast 0,039. Den nuvarande strategin för att undvika inavel hos gotlandskanin är att inte para två individer som har en gemensam förfader de senaste två generationerna. Detta är uppenbarligen en effektiv metod för att bromsa inavel och kan fortsätta praktiseras. Med de data som finns i stamboken går det inte att upptäcka några negativa effekter av inavel, så kallad inavelsdepression, varken på kullstorlek eller kroppsvikt. Individer som härstammar från underrepresenterade founders bär med stor sannolikhet på unika founderalleler och är därmed genetiskt värdefulla. De individer med lägst mean kinship är de mest genetiskt värdefulla i populationen. Test av avelsstrategier i PM2000 visar att den genetiska variationen i dagens population går att öka om aveln bedrivs på individer med lågt mean kinship. Avlar man däremot på individer med högt mean kinship minskar den genetiska variationen. Generella rekommendationer för det fortsatta avelsarbetet är: Individer som utgör en av få levande ättlingar till en founder bör snarast användas i avel. Individer med lågt mean kinship bör prioriteras i avelsarbetet. Individer med högt mean kinship bör undanhållas avelsarbetet. Mean kinship för samtliga individer i den levande populationen bör uppdateras kontinuerligt. Den nuvarande strategin för att undvika inavel fungerar väl och kan fortsätta praktiseras. Genetiskt värdefulla individer som bör premieras i aveln finns listade i appendix 1. 2

9 SUMMARY Sweden has ratified the United Nation s Convention on Biological Diversity and has thereby agreed to conserve biological diversity in both wild and domesticated populations. This includes the genetic variation within and between populations. Worldwide, local breeds of domestic animals have declined as more highly productive breeds progressively take their place. Breeds that have developed in a certain area over a long time period are commonly referred to as land races. They have not been subjected to highly selective breeding, but evolve to adaptations to the local climate. Land races are often able to survive on food with little energy content and have higher resistance to local diseases and parasites compared to modern breeds. These local adaptations may lead to land races having traits that will prove to be important in the future evolution of domestic animals and they are therefore considered potentially valuable genetic resources. Genetic variation is the raw material for evolution. Conservation genetics concentrates on studying the genetic structure and dynamics of populations in order to develop more effective conservation strategies. Domestic rabbits have a longer history in Sweden than wild rabbits. A traditional land race was common all over Sweden in the beginning of the 20 th century, but later it declined as more productive breeds were imported. A remnant population of the traditional breed was found on the island Gotland in the mid 1970s and was named the Gotland rabbit. The Gotland rabbit has been identified as one of the domestic breeds for which Sweden is committed to conserve. The population was believed to be at risk of becoming extinct, and a breeding organization was formed in 1984 to secure the future existence of this breed. Breeding within a closed studbook has been practiced since Land races should be conserved using the methods of conservation breeding to preserve as much of the genetic variation as possible. Conservation breeding differs fundamentally from selective breeding which aims to change a certain trait in order to increase production, which depletes genetic variation as individuals with undesirable traits are kept from breeding. Conservation breeding, on the other hand, works to conserve as much as possible of the existing genetic variation. This project evaluates the conservation program of the Gotland rabbit between 1994 and Important questions are: From how many unrelated animals (so called founders) does the present population descend? What is the genetic representation of these founders in the current population? What is the average inbreeding coefficient in the current population? Is it possible to detect any negative effects of inbreeding (inbreeding depression)? Is it possible to identify genetically important individuals? What should the recommendations for future conservation breeding be? This study is based on the studbook of the Gotland rabbit from 1994 until 2007, that was provided by the breeding organization. To facilitate analysis of the studbook I made some corrections to it. I used the software program Population Management 2000 (PM2000) for the genetic analysis. PM2000 calculates the inbreeding coefficients of the total population and provides estimates of founder contribution by gene drop simulations. Furthermore, PM2000 calculates mean kinship for all individuals in the current population. Mean kinship gives a measurement of one individual s average kinship with all other individuals in the current population and it is a common tool for identifying genetically important individuals. An individual with low mean kinship has a high probability of carrying unique founder alleles and is therefore considered genetically important and should be used in breeding. It is possible to create offspring in PM2000 to test the effect of different breeding strategies on genetic variation. I tested whether genetic variation can be increased by breeding animals with low mean kinship. 3

10 My main results: There has been a substantial loss of genetic variation from the founder population; of the original founder alleles 67 percent have been lost. Inbreeding has been kept at a low level; the average inbreeding in the current population is I identified genetically important individuals that should be used in breeding. Future breeding should concentrate on minimizing further loss of founder alleles and on equalizing founder representation. The total studbook includes 3931 individuals, living and dead, which were born between 1988 and The current population, as of December 31, 2007, consists of 473 animals. The loss of genetic variation from the founder population has been large. A total of 114 founders have been identified and 88 of these founders were used in breeding. From the 88 real founders only 67 have any descendants in the current population. In total, 41 percent of the potential founders are not represented at all in the current population. It is crucial that further conservation breeding ensures that no more founders are lost from the population. The genetic contribution of the individual founders represented in the current population varies greatly. Both the number of living descendants and each founder s retention (the probability that the founder s alleles are still present in the living population) are skewed. Founder genome equivalents is a measurement of the genetic variation in the living population, which takes both loss of founder alleles and skewed founder contribution into account. Founder genome equivalents is defined as the number of equally contributing founders with no random loss of founder alleles in the descendants that would be expected to produce the same amount of genetic diversity as in the population being studied. The number of founder genome equivalents in the current population of Gotland rabbit is 13.22, only 15 percent of the original number of founders. It is clear that much of the genetic variation present in the founder population has been lost. In fact, only 33 percent of unique alleles in the founder population are still present in the current population. To avoid inbreeding, the breeding organization of the Gotland rabbit recommends that two individuals with a common ancestor in the last two generations should not be mated. As a consequence of this strategy the increase in inbreeding has been slow and the average inbreeding coefficient in the current population is low, only I could not detect any negative effects from inbreeding either on the litter size or on body weight. This, however, does not mean that the Gotland rabbit is unaffected by inbreeding, rather that the information given in the studbook is insufficient to detect any inbreeding depression. Mean kinship was used as a criterion to choose which individuals should be selected for breeding. I tested how the genetic diversity was affected when animals with low mean kinship or animals with high mean kinship were bred. The number of founder genome equivalents (the genetic variation of the population) increased when individuals with low mean kinship were selected for breeding. Breeding individuals with high mean kinship led to lower values of founder genome equivalents. My recommendations the future conservation breeding of the Gotland rabbit are as follows: An individual that is one of few living descendants of a founder should be prioritized for breeding. Use low mean kinship to identify genetically important individuals and prioritize these individuals in breeding. Individuals with high mean kinship should not be used for breeding. Calculations of mean kinship should be updated continuously. The current method for avoiding inbreeding has been successful and continued use in the future is advisable. The genetically important individuals that should be prioritized in breeding are listed in appendix 1. 4

11 INLEDNING Sverige har tillsammans med ett stort antal av världens nationer undertecknat konventionen om biologisk mångfald (CBD), ett FN-fördrag med 191 parter där de bidragande länderna förbinder sig att skydda biodiversitet på ekosystem-, art-, och gennivå. Det innebär att alla länder har ansvar för att bevara inhemska arter och populationer, vilda såväl som domesticerade (Utrikesdepartementet 1993; Convention on Biological Diversity 2008). Förutom CBD har Sveriges riksdag även antagit 16 miljömål, vilka beskriver det tillstånd eller den kvalitet som Sverige ska försöka uppnå när det gäller miljö- och naturresurser. Under det 13:e miljömålet, ett rikt odlingslandskap, återfinns delmål 4 som fastslår att Sverige senast år 2010 ska ha tillräckligt stora populationer av inhemska husdjursraser för att säkerställa långsiktigt bevarande (Lannek 2007; Miljömålsrådet 2008). Gamla inhemska husdjursraser som inte avlas kommersiellt benämns ofta lantraser (Lannek 2007). Bland de husdjursraser som Sverige har bevarandeansvar för finns gotlandskanin listad som en hotad ras (Jordbruksverket 2002). Bevarandegenetik Biologisk mångfald på gennivå, det vill säga genetisk variation mellan och inom populationer, utgör en nödvändig förutsättning för fortsatt evolution (Soulé et al. 1986). Genetisk variation är därmed även nödvändig för utvecklingen av domesticerade raser (Frankel 1974). Bevarandegenetiken syftar bland annat till att öka kunskapen om den genetiska strukturen och dynamiken hos populationer. Inom den bevarandegenetiska forskningen genereras rekommendationer för hur bevarandeprogram bör utformas för att minimera förlusten av genetisk variation (Frankham et al. 2002). Husdjursgenetiska resurser Ett av de tyngsta argumenten för bevarandet av biologisk mångfald hos husdjursraser är att dessa raser utgör genetiska resurser som kan vara viktiga i utvecklingen av produktionsraser (Frankel 1974; Jordbruksverket 2007). Raser som har utvecklats på en plats under lång tid och anpassat sig till den miljö de har vistats i kan ha utvecklat unika egenskaper som de moderna högförädlade produktionsraserna saknar. Vilda eller oförädlade raser kan därmed tjäna som en källa av anlag som resistens mot lokala sjukdomar eller tålighet mot klimatförändringar (Ruane 1999; Jordbruksverket 2002). De kan även bära på anlag som kan leda till ökad produktion i produktionsraser (Frankel 1974). Ingen vet vilka egenskaper som kommer att visa sig vara viktiga i framtidens jordbruk och därför bör en stor biologisk mångfald bland husdjur bevaras (FAO 2008). På grund av förändringar i jordbruket under de senaste 50 åren har dock många av världens husdjursraser försvunnit och 30 procent av raserna som fortfarnade finns kvar anses i dag vara utrotningshotade (Barker 2001). Ytterligare skäl för att bevara lantraser är att de utgör ett levande kulturarv. De visar hur livet i Sverige såg ut och hur jordbruket bedrevs för flera hundra år sedan, och är lika viktiga att bevara som gamla byggnader. Slutligen finns även etiska och estetiska värden i ett varierat djurliv. Alla typer av djur har rätt att leva vidare och bör förvaltas så att även kommande generationer kan uppleva dem (Jordbruksverket 2007). Bevarandearbete internationellt Det finns ett antal internationella konventioner och organ som syftar till att förhindra att husdjursgenetiska resurser försvinner hölls Förenta nationernas konferens om miljö och utveckling i Rio de Janeiro där världens regeringar undertecknade konventionen om biologisk mångfald (CBD), som utgör grunden för allt arbete med biologisk mångfald (Jordbruksverket 2003). FAO (Food and Agriculture Organization) är det FN-organ som ägnar sig åt jordbruks- och livsmedelsfrågor inom ramen för hållbar utveckling. FAO har 191 medlemsländer och Sverige har 5

12 varit med sedan 1950 (FAO 2009). Varje land ansvarar för att till FAO rapportera status och åtgärder för de husdjursgenetiska resurser som landet har ansvar för. FAO ger ut en rapport, World Watch List, om tillståndet för världens husdjursgenetiska resurser, med avsikt att stoppa och om möjligt vända trenden att husdjursgenetiska resurser försvinner (FAO 2000). Den så kallade Interlakendeklarationen för djurgenetiska resurser antogs 2007 av 109 länder, däribland Sverige. Vid samma konferens antogs även en global handlingsplan som syftar till att stoppa förlusten av djurgenetiska resurser som pågår världen över, samt trygga tillgången till mat och hållbar utveckling. Handlingsplanen baseras på de nationella rapporterna om husdjursgenetiska resurser (FAO 2007). NordGen husdjur, eller som det tidigare hette Nordiska Genbanken för Husdjur, är ett samarbetsorgan under Nordiska Ministerrådet. Syftet är att stärka arbetet med husdjursgenetiska resurser i Norden (NordGen 2008). Bevarandearbete i Sverige I Sverige startade arbetet med att bevara lantraser redan 1972, då det hölls en internationell naturvårdskonferens i Stockholm där det beslutades att varje land skall ansvara för sina inhemska husdjursraser (Gustafsson & Thorén 2002) tog riksdagen ett beslut om en strategi för att bevara biologisk mångfald. Det har sedan flera gånger utarbetats aktionsplaner och genomförts inventeringar av befintliga lantraser (Lannek 2007). Jordbruksverket är den statliga myndighet som har ansvaret för jordbruks- och livsmedelspolitiska frågor, bland annat avelsfrågor. Jordbruksverket är nationell koordinator för arbetet med husdjursgenetiska resurser och ansvarar för att hålla kontakt med de rasbevarande föreningarna samt rapportera in Sveriges uppgifter till FAO:s databas DAD-IS (Jordbruksverket 2001). Även Naturvårdsverket har en viss betydelse genom att ansvara för genomförandet av CBD samt ett hållbart nyttjande av alla resurser, även genetiska (Jordbruksverket 2002). Bevarandet av lantraser finns befäst i många myndighetsbeslut, men ansvaret för att organisera aveln ligger ofta på en rasbevarande förening, i gotlandskaninens fall Föreningen Gotlandskaninen. Djurhållaren är sedan den som har det direkta ansvaret för avelsarbetet på besättningsnivå (Jordbruksverket 2007). Lantraser Den vanligaste definitionen på begreppet lantraser kommer från Håkan Hallanders bok Svenska lantraser (1989) och är i princip den definition som även Jordbruksverket använder sig av (Lannek 2007). Den lyder: Rasen skall ha funnits tillräckligt lång tid i ett område för att djuren skall ha hunnit anpassa sig till sin miljö. I miljön ingår påverkan från många faktorer, till exempel klimat, jordmån, landskapsstruktur, vidare betesväxter, sjukdomar, skötsel- och fodervanor, samt brukarens önskemål om produkten (Hallander 1989). Lantraser har inte utsatts för samma förädlingsarbete som andra husdjursraser och produktionsraser (Svenska naturskyddsföreningen 1999). Hos produktionsraser har man ofta avlat medvetet för att förändra en viss egenskap, till exempel ökad mjölkproduktion eller snabbare tillväxt hos köttdjur. Den typen av avel minskar den genetiska variationen hos populationen och ökar inaveln (Kristensen & Sorensen 2005). Många husdjursraser avlas även för att motsvara en viss exteriör standard. Detta har aldrig varit målet i aveln med lantraser, vilket kan yttra sig i att djuren utseendemässigt skiljer sig mycket från varandra (Olsson 2004; Anders Lekander, stamboksansvarig, personlig kontakt). Lantraser är visserligen inte lika högproducerande som moderna, förädlade raser, men de kräver ofta mycket mindre resurser. De är härdiga och kan överleva och producera på magrare foder och i hårdare miljöer (Hallander 1989). Gotlandskaninen Kaniner har funnits längre i Sverige som tamdjur än som vildkaniner. Det är svårt att säga exakt hur gammal kaninhållningen är, men indikationer finns att kaniner hölls redan på 1500-talet (Hallander 1989). Det anses klargjort att det har funnits kaniner på svenska gårdar sedan artonhundratalet, där de 6

13 har använts för kött- och pälsproduktion i liten skala (Hallander 1989; Alskog 2000). Under kristider som första och andra världskriget har kaninhållningen kommit att utgöra en viktig resurs. Exakt hur utbredd traditionen att föda upp kaniner har varit är dock inte klarlagt. Brist på källor där kaniner omnämns som husdjur behöver inte betyda att det inte har funnits kaniner på svenska gårdar, men djuren kan ha ansetts så ekonomiskt oviktiga att de inte har redovisats. På vissa platser, bland annat på Gotland, finns dock en långvarig kaninhållning dokumenterad och det har funnits en svensk lantras, den svenska bondkaninen, vid sekelskiftet 1900 (Hallander, 1989). Den gamla lantrasen försvann dock under 1900-talet för att ge plats för mer högproducerande köttraser (Hallander 1989) I slutet av 1970-talet fann man på Gotland knappt tio besättningar av den gamla lantraskaninen, som då kom att kallas gotlandskanin. Antalet individer var få och rasen hotades av utdöende bildades Föreningen Gotlandskaninen, som verkar för att säkra rasens framtid (Hallander 1989; Föreningen Gotlandskaninen 2008a) genomfördes en inventering av alla kända besättningar och man fann då över 100 djur, både på Gotland och på fastlandet (Berggren & Olsson 1993). Samtliga individer registrerades och därefter, 1994, slöts stamboken. Sedan stamboken slutits får inga nya kaniner korsas in bland dem som redan finns registrerade. Endast i enstaka fall, när man kan anse sig vara helt säker på att kaninerna tillhör den gamla lantrasen, kan kaniner mönstras in i efterhand (Lannek 2007; Föreningen Gotlandskaninen 2008a). Före 1994 fördes ingen stambok över gotlandskaninen, men sedan stamboken slöts registreras alla individer samt vilka deras föräldrar är (Anders Lekander, stamboksansvarig, personlig kontakt). Gotlandskaninen anses i dag vara en av de mest opåverkade lantraserna i Sverige (Lannek 2007). Det finns i dagsläget ett hundratal genbanker som bedriver uppfödning av gotlandskanin (Föreningen Gotlandskaninen 2008d). Gotlandskaninen är en medelstor kanin på omkring 3,5 kg. Den har en ganska långsam tillväxt jämfört med produktionsraser, men kräver å andra sidan inte mycket resurser. Gotlandskaninen klarar sig bland annat på magert foder, något som är karaktäristiskt för en lantras (Hallander 1998; Föreningen Gotlandskaninen 2008b). Liksom hos andra lantraser är den utseendemässiga variationen stor mellan olika individer. Ett exempel på den stora variationen som gärna framhålls är det stora antalet färgteckningar som finns representerade. Ett sextiotal olika färgtyper finns registrerade och till och med inom samma kull kan alla ungar ha olika teckningar (Hallander 1989; Alskog 2000). Bevarandeavel kontra förädlingsavel Avelsarbetet på lantraser uppvisar stora likheter med bevarandeavel av utrotningshotade vilda djur i fångenskap (Jordbruksverket 2007) och skiljer sig fundamentalt från aveln på produktionsraser (Lannek 2007). Bevarandeavel och förädlingsavel kan sägas ha motsatta mål. Förädlingsavel inriktar sig på förändring av den genetiska sammansättningen, så att anlag för önskvärda egenskaper anrikas medan anlag för icke-önskvärda egenskaper minskar. Förädlingsavel leder till förlust av genetisk variation därför att individer med icke önskvärda egenskaper undanhålls avel (Laikre 2009). Bevarandeavel å andra sidan syftar till att bevara så mycket som möjligt av den genetiska variation som finns inom populationen (Ballou & Lacy 1995; Lacy 2000; Lannek 2007; Föreningen Gotlandskaninen 2008a). Små populationsstorlekar Lantraser finns ofta bara bevarade i små restpopulationer (Svenska naturskyddsföreningen 1999). Ett stort hot mot små populationers fortbestånd är ökad inavel och förlust av genetisk variation genom genetisk drift (Crow & Kimura 1970). Detta kan leda till inavelsdepression, förlust av genotypisk och fenotypisk variation samt förlust av evolutionär potential (Franklin 1980) och därigenom förlust av de genetiska resurser man vill bevara genom att skydda inhemska husdjursraser (Jordbruksverket 2003). En population som ska säkerställa långsiktigt bevarande måste vara tillräckligt stor för att dessa negativa effekter ska hållas på en låg nivå (Franklin 1980; Lacy 1987). I Sverige har Jordbruksverket satt målet för bevarande av lantraser till populationsstorlekar på minst 500 avelsdjur, 250 av vardera könet (Alskog 2000; Lannek 2007), vilket även är det mål som föreningen gotlandskaninen strävar mot (Föreningen Gotlandskaninen 2008a). 7

14 För långsiktigt bevarande av en population brukar det generellt anses krävas en effektiv populationsstorlek på 500 (Franklin 1980; Allendorf & Luikhart 2007). Den effektiva populationsstorleken är ofta betydligt mindre än den verkliga populationsstorleken (Franklin & Frankham 1998). Den påverkas av många olika faktorer såsom överlappande generationer, fluktuerande populationsstorlek samt att alla individer i populationen inte har samma chans att få avkomma (Allendorf & Rieman 2001; Nunney 2002). Jordbruksverkets rekommendation på populationsstorlekar på 500 avelsdjur resulterar därför inte automatiskt i en effektiv populationsstorlek om 500. Flera studier pekar på att den verkliga populationsstorleken måste vara så stor som flera tusen individer för att säkerställa långsiktigt bevarande (Bryant et al. 1998; Reed & Bryant 1999). Genetisk variation från founderpopulationen All genetisk variation i en population härstammar från de förmodat obesläktade djur som utgör founderpopulationen (Lacy 1989; 2000). I bevarandeavel av vilda djur består founderpopulationen ofta av ett antal djur som tagits in i fångenskap för att föröka sig. I de fallen utgör founderpopulationen ett stickprov av den vilda populationen (Ballou & Lacy 1995). För att founderpopulationens genetiska variation ska vara representativ för den vilda populationen bör antalet founders inte vara färre än djur (Lacy 1987; Allendorf & Luikhart 2007). Hos gotlandskaninen, liksom hos andra lantraser, består founderpopulationen av restpopulationer från en tidigare vanlig husdjursras och representerar därmed all den genetiska variation som finns att tillgå. Det innebär att den möjligheten saknas som finns hos vissa vilda arter, att ta in en ny founder utifrån för att använda i aveln om den genetiska variationen i populationen har blivit för låg eller inaveln för hög (Lacy 1987). I vissa fall kan det alltså vara ännu viktigare med välplanerad bevarandeavel av lantraser än av vilda djur. Man ska inte förvänta sig att en liten eller genetiskt dåligt skött population kan hålla sig frisk i mer än några få generationer (Lacy 2000). Genetisk variation i den levande populationen Idealet i bevarandeavel är att alla founders får många avkommor för att minimera förlusten av founderalleler (Lacy et al. 1995). Dessa avkommor bör även i sin tur få så många avkommor som möjligt så att populationsstorleken ökar snabbt (Lacy 1994). Alla founders bör vara representerade i samma utsträckning. En ojämn founderrepresentation leder till färre alleler per locus (Lacy 1989; Ballou & Lacy 1995), medan en jämn founderrepresentation, jämn könskvot samt att alla individer reproducerar sig maximerar den genetiska variationen (Montgomery et al. 1997). Den genetiska variationen kan mätas på flera olika sätt. I det här arbetet använder jag mig av allele retention och founder alleles surviving, mått som beskriver den totala förlusten av alleler från founders (Ballou & Lacy 1995). Jag använder mig även av termen foundergenomekvivalenter som är ett mått på hur ojämn founderrepresentation påverkar den genetiska variationen (Lacy 1989). Se ordlista för förklaring av begrepp. I dagsläget saknar Föreningen Gotlandskaninen metoder för att uppskatta den genetiska variationen eller founderrepresentationen i populationen. Inavel I små populationer är inavel, parning mellan besläktade individer (Wright 1922; Lacy 1995), ofrånkomligt (Lacy 1994). Inavel är ofta associerat med inavelsdepression, det vill säga minskad fitness till följd av inavel (Allendorf & Luikhart 2007). Exempel på inavelsdepression kan vara minskad kullstorlek, förändrad kroppsvikt, förkortad livslängd eller ökad frekvens av nedärvda sjukdomar (Laikre & Ryman 1991; Laikre 1999). I bevarandeprogram är det därför viktigt att undvika inavel i största möjliga mån, samt följa upp och kontrollera om eventuella effekter av inavel uppkommer (Laikre 1999). För att minimera inavel rekommenderar Föreningen Gotlandskaninen att inga individer som har någon gemensam förfader de senaste två generationerna bör paras med varandra (Föreningen Gotlandskaninen 2008a). 8

15 Målsättning Min målsättning med den här rapporten har varit att utröna den bevarandegenetiska statusen för gotlandskanin. Framför allt är arbetet till för Föreningen Gotlandskaninen och jag hoppas att resultaten kan tjäna dels som en utvärdering av avelsarbetet mellan 1994 och 2007 och dels som en hjälp till att förbättra den framtida bevarandeaveln. Viktiga frågeställningar är: Hur många founders baseras populationen på och hur ser den genetiska representationen från dessa founders ut i dagens population? I vilken utsträckning finns det genetiska bidraget från olika founders bevarat i dagens population? Kan några genetiskt viktiga individer identifieras? Sådana individer bär på genetiskt material som löper hög risk att förloras om individerna inte används i aveln. Hur mycket har inaveln i populationen ökat? Kan några effekter av eventuell inavel upptäckas? Hur ser framtiden ut? Hur ska den fortsatta aveln bedrivas för att i största möjliga utsträckning bevara den genetiska variation som nu finns kvar i populationen? Finns det redskap som medlemmarna i Föreningen Gotlandskaninen kan använda sig av för att bedriva en så effektiv bevarandeavel som möjligt? Körsbärsdalens Blåklint (G ), pälsfärg järnblå. Foto: Frida Hardenberg 9

16 MATERIAL OCH METODER Stamboken Materialet till undersökningen, stamboken, tillhandahölls av Föreningen Gotlandskaninens stamboksansvarige, Anders Lekander. Stamboken, som föreligger i Excel-format, innehåller djur födda till och med sista december 2007, sammanlagt 3931 individer. För att stamboken skulle vara möjlig att analysera krävdes en del korrigering och redigering. Founders Founders definieras som individer vars enda släktingar i populationen är deras ättlingar (Lacy 1989). Då en individ har en känd och en okänd förälder betraktas den okända föräldern som en founder. Dessa okända föräldrar har jag lagt till som founders i den korrigerade stamboken. Födelse- och dödsdatum En del djur, samt de founders som har lagts till i populationen, saknar födelsedatum. Då datorprogrammet jag har använt mig av kräver både födelse- och dödsdatum för samtliga individer har jag i dessa fall satt födelsedatumet till den första januari Inga andra individer har ett tidigare registrerat födelsedatum. Dödsdatum finns ofta inte rapporterat i stamboken. Jag har generellt satt dödsdatum till elva år efter födelsedatum eftersom det vid den åldern är orimligt att en kanin lever, eller i alla fall kan reproducera sig (Anders Lekander, stamboksansvarig, personlig kontakt). De kaniner som är yngre än elva år, men inte har rapporterats finnas i en genbanksbesättning vid den årliga inrapporteringen som skedde i slutet av 2007, har definierats som döda. Endast de individer som 2007 rapporterats finnas i en genbanksbesättning antas vara levande och benämns i det här arbetet som den nuvarande populationen eller dagens population. Det totala antalet individer i stamboken, levande och döda, benämns som totalpopulationen. ID-nummer Analyserna i de datorprogram som jag använder mig av kräver att varje individ har ett unikt, numeriskt ID-nummer (Jansson 2008). Stambokens ID-nummer är inte numeriska, därför har alla kaniner fått ett nytt nummer, som i princip är ett löpnummer, där den äldsta kaninen har nummer 1, den näst äldsta 2 och så vidare. En förteckning över alla levande individer med nya nummer finns i appendix 1. PM2000 Population Management 2000 (PM2000) är ett Windowsbaserat mjukvaruprogram, tillgängligt på som används för att beräkna, eller genom simuleringar uppskatta en rad demografiska och genetiska parametrar (Lacy & Ballou 2002; Jansson 2008). I den här rapporten har endast genetisk data analyserats och därför har programmets defaultfiler använts för demografisk data. PM2000 kräver att släktskapsinformation, i form av stamboken, läses in i form av en dbase-fil. Jag har gjort om den ursprungliga Excelfilen med stamboken till en dbase-fil i Ms DOS med den struktur som krävs av PM2000 enligt Jansson (2008). PM2000 beräknar inavelsgraden för samtliga individer exakt, samt skattar founderrepresentation med hjälp av gene drop-simuleringar. Varje founder tillskrivs två unika alleler, fördelningen av dessa alleler och sannolikheten för att de finns kvar i den levande populationen skattas med Monte Carlo-simuleringar (MacCluer et al. 1986). Effekter av inavel Inavelsgraden räknas ut relativt till founderpopulationen (som antas ha en inavelsgrad på noll) som sannolikheten för att en individ i ett visst locus är homozygot för två alleler som är identical by descent. Det betyder att individen i fråga har två kopior av samma allel från en founder. Inavelsgraden anges med en inavelskoefficient (F) som sträcker sig mellan 0 och 1, där 0 betyder ingen inavel och 1 betyder helt inavlad, IBD i alla loci (Wright 1922). 10

17 Jag undersökte eventuella effekter av inavel genom att testa inavelsgradens effekt på reproduktion och kroppsvikt hos gotlandskanin med linjär regression. Jag testade först inavelsgradens effekt på kroppsvikt för alla individer i populationen som har vikt angiven. Kaninerna vägs en gång om året, vid årsskiftet då årsrapporten lämnas in till Föreningen Gotlandskaninens stamboksansvarige. Då en Gotlandskanin beräknas vara fullvuxen först vid 6-8 månaders ålder finns det stor risk att många kroppsvikter som anges i stamboken gäller ungdjur (Anders Lekander, stamboksansvarig, personlig kontakt). Därför testade jag även inavelsgradens effekt på kroppsvikten endast på de individer som fötts tidigare än 2007 för att undvika att ta med icke fullvuxna djur i analysen. Som mått på reproduktionen testade jag kullstorleken per reproduktionstillfälle som en respons på moderns inavelsgrad, samt på föräldrarnas kinship (=kullens inavelsgrad). Beräkningar av effektiv populationsstorlek, N e Den effektiva populationsstorleken definieras som storleken hos en ideal population där inaveln ökar lika snabbt och den genetiska driften är lika stor som i den studerade populationen (Crow & Kimura 1970; Allendorf & Luikhart 2007). PM2000 beräknar N e på två sätt. Dels genom den genomsnittliga ökningen i inavel över generationerna vilket är samma sak som förlusten av heterozygositet som ett genomsnitt över generationerna. Dels uppskattas N e genom en uträkning på antalet reproducerande hanar och honor i populationen. Reproducerande individer definieras som de individer som har fått minst en avkomma. PM2000 anger även en kvot N e /N, som står för andelen reproducerande individer i den levande populationen (Ballou & Lacy 2002; Jansson 2008). Founderpopulationen Jag identifierade alla potentiella founders, individer som inte har några andra släktingar i populationen än eventuella ättlingar. Bland dessa potentiella founders kontrollerade jag vilka som har fått minst en avkomma och alltså är populationens verkliga founders. PM2000 anger vilka founders som har levande ättlingar i dagens population. Founderrepresentation Founderrepresentationen uppskattas med en så kallad gene drop-simulering. Simuleringen utgår från att varje founder är unikt heterozygot för två alleler (MacCluer et al. 1986; Ballou & Lacy 2002). För varje enskild founder uppskattas allele retention, med vilken sannolikhet dessa alleler finns kvar i den nuvarande populationen, genom ett stort antal simuleringar. Hög retention innebär att en founders alleler med stor sannolikhet finns kvar i populationen. Låg retention innebär att founderns alleler löper stor risk att försvinna ur populationen. Jag har även använt mig av antal levande ättlingar som varje founder har för att uppskatta vilka founders som är över- respektive underrepresenterade. Kvarvarande genetisk variation i dagens population Foundergenomekvivalenter, FGE Ett sätt att kvantifiera den kvarvarande genetiska variationen i den levande populationen i relation till utgångsvariationen hos founders är i termer av så kallade foundergenomekvivalenter (FGE). FGE beskriver hur många obesläktade founders som utan någon förlust av genetisk variation och med ett helt jämnt genetiskt bidrag från alla founders skulle ge samma mängd genetisk variation som den som finns i den studerade populationen (Lacy 1989; Ballou & Lacy 1995). FGE tar således hänsyn både till variation som förlorats på grund av genetisk drift och minskad variation på grund av ojämn founderrepresentation (Ballou & Lacy 1995). Om ingen genetisk variation har förlorats är FGE för en population detsamma som antalet founders. Målet för bevarandeavel bör därför vara att FGE ska ligga så nära antalet founders som möjligt. Viss förlust av genetisk variation kommer dock alltid att ske eftersom antalet möjlig avkomma per individ i praktiken är begränsat. För att ingen förlust ska ske krävs ett oändligt antal avkommor per individ i varje generation. 11

18 Lacy (1989) hävdar att rekommendationen att en population ska grundas av 20 founders bör omvärderas till att en population bör ha 20 FGE. Ingen population i ett bevarandeprojekt bör ha mindre genetisk variation än 20 obesläktade founders. Founder alleles surviving, FAS Ett annat mått på genetisk variation är founder alleles surviving (FAS), eller kvarvarande founderalleler. I de gene drop-simuleringar som används för att skatta mängden kvarvarande genetisk variation från founders antas varje founder bära två unika alleler. FAS beskriver hur många av dessa unika alleler man kan förvänta sig att finna i den nuvarande populationen. FAS är detsamma som retention summerat över alla founders multiplicerat med två (Geyer & Thompson 1988; Jansson 2008; Linda Laikre personlig kontakt). Om alla founderalleler som finns kvar i populationen är representerade i samma frekvens beror förlusten av genetisk variation endast på förlorade founderalleler och inte alls på ojämn founderrepresentation. Om så är fallet antar FGE det högsta värdet som det teoretiskt sett kan nå. Det är samma sak som alla founders summerade retention (Lacy 1995). PM2000 anger detta värde antingen som potentiella foundergenomekvivalenter eller founder genomes surviving (Ballou & Lacy 2002; Jansson 2008). FAS kan alltså även beräknas som potentiella FGE multiplicerat med två. Förändring i genetisk variation över tiden Dödsdatum anges inte för samtliga individer i stamboken och därför är det inte möjligt att beräkna populationsstorleken vid ett givet tillfälle i historien. Det är därmed omöjligt att säga exakt vid vilken tidpunkt genetisk variation försvann ur populationen. I ett försök att uppskatta förändring i genetisk variation över tiden skattades FGE och FAS på djur födda under en period av två år. Det vill säga kaniner födda , och så vidare till Genetiskt viktiga individer Founders med få ättlingar En individ är genetiskt viktig om den utgör en av få levande ättlingar till en founder. Den bär då med stor sannolikhet på unika alleler som riskerar att försvinna ur populationen om individen inte används i avel (Thompson 1995). Då en founder har mycket få ättlingar i populationen bör alla dess ättlingar användas i avel för att minimera den genetiska förlusten från foundern. Jag har identifierat ett antal sådana individer som utgör ättlingar till underrepresenterade founders. Mean kinship Ett vanligt och effektivt sätt att identifiera genetiskt viktiga individer är att använda mean kinship, MK (Ballou & Lacy 1995; Montgomery et al. 1997). Släktskapet mellan två individer (kinship) kan definieras som inavelsgraden för en hypotetisk avkomma (Ballou & Lacy 1995). Mean kinship beräknas som en individs genomsnittliga släktskap till alla andra individer i den levande populationen, inklusive sig själv och individer av samma kön (Ballou & Lacy 1995; Lacy 1995). En individ med lågt MK bär med stor sannolikhet på unika founderalleler. Avel på dessa genetiskt värdefulla individer ökar den genetiska variationen i populationen genom att founderrepresentationen jämnas ut (Ballou & Lacy 1995; Miller 1995). Den genetiska variationen i populationen minskar om individer med högt MK används i avel (Montgomery et al. 1997). Man bör undvika att para en individ med lågt MK med en individ med högt MK. De vanliga och ovanliga founderallelerna kopplas då samman i avkomman och det blir då omöjligt att bedriva avel för att gynna ovanliga founderalleler utan att även sprida alleler från överrepresenterade founders (Ballou & Lacy 1995). Test av avelsstrategier Det är möjligt att i PM2000 skapa hypotetiska avkommor och på så sätt kontrollera hur olika avelsstrategier påverkar den genetiska variationen i populationen. Jag har testat hur tre olika scenarier påverkar foundergenomekvivalenter och founder alleles surviving. 12

19 Mean kinship för varje enskild individ räknas ut i förhållande till alla andra levande individer i populationen. Därför ändras MK för alla individer i populationen då en ny individ föds eller dör. Det snabbaste sättet FGE kan öka på, och därmed den ideala avelsstrategin, är att den hane och hona med lägst MK i populationen reproducerar sig. Ju fler avkommor de får desto mer stiger deras MK och två andra individer kommer till slut att ha lägre MK. Dessa får då i sin tur reproducera sig tills ännu ett annat par har lägst MK. När endast ett begränsat antal avkommor föds innebär den ideala avelsstrategin att endast ett fåtal individer får reproducera sig. Den är inte genomförbar i praktiken, men ger dock en fingervisning om hur snabbt den genetiska variationen i populationen teoretiskt sett kan öka (Lacy 1995). För att testa hur snabbt den genetiska variationen, mätt som FGE, teoretiskt sett kan öka använde jag den ideala avelsstrategin, där en hypotetisk avkomma skapas från den hane och hona som för tillfället hade lägst MK. Detta upprepades 100 gånger och sammanlagt reproducerade sig då 19 individer. Ett mer realistiskt scenario är att ett antal individer med lågt MK väljs ut för avel och att alla dessa individer får reproducera sig. Jag lät de 50 hanar och 50 honor med lägst MK få två avkommor var, sammanlagt 100 avkommor. Slutligen lät jag även de 50 hanar och 50 honor med högst MK få två avkommor var, sammanlagt 100 avkommor, för att studera hur den genetiska variationen påverkas om individer med högst MK tillåts reproducera sig. Effekten av att ta bort äldre individer Individer som är för gamla för att reproducera sig räknas som genetiskt döda. Jag har kontrollerat hur den genetiska variationen i populationen påverkas då de individer som är sex år eller äldre utesluts ur analysen. Oskarsgårdens Allis med H-kullen Foto: Ewa Carlefred 13

20 RESULTAT Populationstillväxt Dagens population av gotlandskanin, som den såg ut vid årsskiftet , består av 473 individer. Populationsstorleken, nedan angiven som antalet födda och inregistrerade individer, har stadigt ökat sedan Exakt hur stor populationen har varit vid en viss tidpunkt går inte att svara på eftersom dödsdatum ofta inte anges i stamboken. Alla ungar som föds registreras inte. De senaste åren har det inom genbankerna fötts ungefär 1000 individer om året, varav cirka 400 har registrerats i stamboken. Av dessa 400 används runt 100 i avelsarbetet (Anders Lekander, stamboksansvarig, personlig kontakt). Figur 1 visar antalet individer som har fötts och även registrerats. Totalt finns 3901 individer registrerade i stamboken. Det tycks ha skett ett trendbrott 2007, då färre ungar har fötts och registrerats än tidigare år. Detta beror med stor sannolikhet på en eftersläpningseffekt. Många kaniner registreras inte förrän året efter födelseåret, kaniner födda under 2007 redovisas alltså först Antal födda och inregistrerade individer Antal kaniner Totalt Honor Hanar Årtal Figur 1. Antalet individer som har fötts och registrerats in i stamboken. Antalet inregistrerade kaniner har ökat under avelsarbetet med ett trendbrott 2007, beroende på en eftersläpningseffekt i registreringen. Inavel Den genomsnittliga inavelsgraden, F, i den nuvarande populationen (2007) är 0,039. Hos enskilda individer sträcker sig F mellan 0,00 och 0,21, de flesta individer har en låg inavelsgrad (figur 2). Den genomsnittliga inavelsgraden för totalpopulationen (alla levande och döda individer i stamboken) är 0,033 och sträcker sig hos enskilda individer mellan 0,00 och 0,31 (figur 3). Inavelsgraden i populationen har ökat under avelsarbetets gång (linjär regression, p<0,001; r 2 =0,01). Ökningen har dock varit långsam och inavelsgraden hos kullar födda 2007 är inte mycket högre än hos kullar födda 1994 (figur 4). Redan 1994 finns det en viss dokumenterad inavel i populationen trots att ingen stambok har förts, beroende på att uppfödarna hade viss kännedom om individernas släktskap. 14