Gilthead seabream (Sparus aurata) is one of the most important species of intensively reared fish in the Mediterranean region. Its short history of domestication, along with the need to develop markets, new products and efficiency in the production process, has resulted in an increased interest in the potential genetic improvement of this species. Little work has so far been directed at establishing the procedures for selective breeding in gilthead seabream at a commercial level, although genetic parameters calculated in other studies have indicated that there is a large potential for improvement in certain traits. Selective breeding of commercial gilthead seabream populations is constrained by aspects of the biology that complicate the production of genetic groups and the maintenance of same-age offspring populations. The aim of this thesis was to develop a protocol for the selective breeding of gilthead seabream, specifically to serve a commercial hatchery and on-growing unit in Cyprus, where the fieldwork was carried out. The hatchery broodstock was monitored over a three-year period to identify the rate of sex reversal in introduced fish and to quantify the sex ratio of the stock over time. The analysis of the egg production records was used to evaluate the success of photoperiod manipulation in each group. Size variation in the larval and juvenile stages is a common problem in the rearing of gilthead seabream, leading to cannibalism and labour-intensive sorting operations. Studies on larval populations, from first feeding through to metamorphosis, indicated the origin of size variation was the differences in early feeding ability. The size advantages could be maintained throughout the larval period. During the juvenile stage of the farm production system, a method to standardise the size sorting of populations by grading was developed in order to counter environmental effects of separating groups of fish. Using this method, grading would be suitable to form the first stage of a selection programme for growth rate. The potential gain of selection for growth rate during the on-growing stage was very high, using a simulated criterion and previous estimates of heritability. Other possible quality traits for selection were also examined and quantified in the hatchery populations. Existing and specifically developed microsatellite markers were used for the assignment of offspring to parents from mass spawning of the hatchery broodstock. The effective population size of single spawning events were found to be low and determined by a high variation in contribution to mass spawning. Contribution was found to be significantly linked to body size, which led to the formation of a replacement policy for the broodstock to maximise spawning performance. Survival of individual families through the larval period was also examined. Based on the results of the experimental work, a two-stage selection programme was designed, along with the presentation of specific procedures for each stage of the production system. This project makes recommendations on various strategies that can increase the effective population size within a selection programme and these are discussed as part of the genetic management of hatchery populations. Significant progress has also been made in the use of genetic markers in monitoring the rate of inbreeding and contribution of individual broodfish, which are considered essential in this species.

Ce travail de thèse a pour but de fournir les bases scientifiques et techniques nécessaires au développement d'un programme de sélection en milieu tropical appliqué à une race caprine locale de Guadeloupe. La chèvre Créole est une chèvre de petite taille, aux bonnes aptitudes maternelles, issue du métissage de chèvres d'Afrique et d'Europe de l'ouest. Cette chèvre rustique est bien adaptée au climat tropical et présente une certaine tolérance aux parasites internes. Les éleveurs guadeloupéens l'utilisent pour la production de viande. En 2008, un projet de programme de sélection pour la chèvre Créole a démarré, projet qui réunit la coopérative caprine Cabricoop, la chambre d'agriculture et l'INRA. Les différentes étapes nécessaires à la conception et à l'optimisation de ce programme sont présentées dans ce travail de thèse. En termes d'objectif de sélection, des enquêtes auprès des éleveurs de la Cabricoop ont montré l'importance que les éleveurs attribuent tant à la croissance de leurs animaux qu'aux qualités maternelles des femelles. Afin de quantifier cette importance sur des bases économiques explicites, la modélisation des différentes composantes de la marge brute d'un atelier caprin a permis de déterminer les pondérations économiques des différents caractères à inclure dans l'objectif de sélection de la race. L'objectif de sélection intègre des caractères de production (poids et rendement carcasse à 11 mois), de reproduction (fertilité) et de résistance (OPG = nombre d'oeufs de strongles par gramme de fèces) et résilience (hématocrite) au parasitisme. Quel que soit le scénario envisagé en termes de quantité ou coût des intrants, le poids et la fertilité sont les deux composantes pour lesquelles une amélioration d'un écart type génétique de caractère amène le bénéfice escompté le plus grand. Les pondérations standardisées et cumulées de ces deux caractères expliquent entre 70 et 90% du total des pondérations économiques standardisées des caractères inclus dans l'objectif. A l'exception du rendement carcasse, les paramètres phénotypiques et génétiques des différents caractères inclus dans l'objectif de sélection ont été estimés pour la chèvre Créole à partir des données recueillies à l'unité expérimentale de Gardel. L'héritabilité est modérée pour le poids (0,32), faible pour la fertilité (0,11) et intermédiaire pour l'hématocrite (0,13) et l'OPG (0,18). Les corrélations génétiques estimées entre les caractères sont soit très faibles ou plutôt favorables. Les simulations de réponses à la sélection pour un noyau de sélection de 300 mères Créoles ont montré qu'il était possible d'améliorer à la fois le poids, le rendement carcasse, la fertilité, l'hématocrite et l'OPG. Améliorer résistance et résilience au parasitisme ne diminue que très légèrement la réponse à la sélection espérée sur les caractères de production. Il est donc possible de concilier des objectifs de production, de reproduction et d'adaptation au milieu pour la chèvre Créole en Guadeloupe. Ce travail de thèse a donc fourni les bases pour le développement d'un programme de sélection durable, pour une race locale, en milieu tropical. / This thesis aims at providing the scientific and technical basis needed for the settingup of a breeding programme applied to an indigenous guadeloupean breed of goat in the tropics.The local Creole breed of goat in Guadeloupe is a small-sized breed with good maternal qualities. This hardy breed comes from the natural mixing of breeds from Africa and Europe. It is well adapted to tropical climates and tolerates internal parasites. Guadeloupean farmers use Creole breed for meat production. Since 2008, the breeder's association Cabricoop, extension services and INRA collaborate to implement a breeding programme for Creole goat. This thesis presents the different steps needed for the design and optimisation of this programme. Concerning the breeding objective, a survey of Cabricoop farmers has shown the importance given to growth and maternal qualities in goats. In order to quantify this importance on sound economic basis, we modelled the components of the goat farm profit and derive the economic values of the different traits included in the breeding objective. We derived the economic values for production (body weight and dressing percentage at 11 months of age) and reproduction traits (fertility) as well as parasites resistance and resilience traits (FEC= number of worm eggs in the faeces and PCV= packed cell volume). Whatever the quantity or cost of input, the increase of one genetic standard deviation of body weight or fertility traits generated the highest profit. The standardised economic values of these traits explained 70 to 90% of the sum of the standardised economic values of all traits in the breeding objective. Genetic parameters of all traits except dressing percentage were derived for Creole goat. Heritability was moderate for body weight (0.32), low for fertility (0.11) and intermediate for PCV (0.13) and OPG (0.18). Genetic correlations were either low or favourable. Simulations of selection responses for a closed nucleus herd of 300 Creole does show that it is possible to improve weight, dressing percentage, fertility, PCV, and FEC simultaneously. Improving resistance and resilience to parasites decreases slightly the expected selection response on production traits without much trade-off. It is therefore possible to conciliate production, reproduction, and adaptation objectives for Creole goat in Guadeloupe. This thesis has provided the basis for the implementation of a sustainable breeding programme for a local breed in a tropical environment.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Zuchtprogrammen. Zum einen wurde eine neue Methode zur Berücksichtigung der mittleren Inzucht in Zuchtplanungsrechnungen entwickelt. Zum anderen werden zwei gänzlich unterschiedliche Zuchtprogramme modelliert und aktuelle Optimierungsansätze validiert. Dabei werden sowohl der naturale als auch der monetäre Zuchtfortschritt und der diskontierte Züchtungsgewinn berücksichtigt. Im Projekt FUGATO+brain wurde die Zuchtplanungssoftware ZPLAN neu programmiert und mit weiteren zuchtplanerischen Werkzeugen versehen. Als Ergebnis des Projektes entstand die Software ZPLAN+. Diese ermöglicht die Modellierung von komplexen Zuchtprogrammen und kann zur Optimierung von Zuchtprogrammen genutzt werden. Die Software ist anwenderfreundlich und umfasst alle Bereiche der Zuchtplanung. Zur Berechnung der mittleren Inzucht wurde eine neue Methode für die Implementierung in der Zuchtplanung entwickelt. Die Methode basiert auf der mittleren Kinship in einer Zuchtpopulation. Die Kinship ist definiert als die Wahr-scheinlichkeit, dass innerhalb einer Gruppe am gleichen Locus zwei zufällig gewählte Allele herkunftsgleich sind. Die Berechnung der Kinship erfolgt auf Grundlage der Genflussmethode. Zur Validierung der Methode wurde eine früher beschriebene Schafpopulation verwandt, die in unterschiedlichen Weisen modifiziert wurde. Insgesamt wurden drei verschiedene Szenarien modelliert, wovon das erste von einem Populationswachstum ausging. Im zweiten Szenario wurde angenommen, dass die Populationsgröße durch einen Flaschenhals verringert wird und sich dann wieder erhöht. Für die dritte Modellierung wurde die Population über einen Zeitraum getrennt und dann wieder zusammengeführt. Es konnte gezeigt werden, dass sich mit der vorgeschlagenen Methode in sämtlichen komplexen Populationsstrukturen die mittlere Inzucht und die effektive Populationsgröße berechnet lässt. In einer Zuchtplanungsrechnung für Reitpferde sollte der gezielte Einsatz von Embryotransfer in einem Pferdezuchtprogramm validiert werden. Hierfür wurde ein Zuchtprogramm in ZPLAN+ modelliert, welches das aktuelle Zuchtprogramm des Hannoveraner Verbandes e.V. näherungsweise abbildet. In verschiedenen Szenarien wurde eine schärfere Selektion auf der Stutenseite modelliert, wobei die besten Stuten des Zuchtprogramms als Spenderstuten für den Embryotransfer eingesetzt wurden. Es wurde davon ausgegangen, dass die zur Selektion zur Verfügung stehenden Stuten sowohl Ergebnisse in der Eintragung, als auch Ergebnisse einer Leistungsprüfung haben. Die Anzahl der zur Selektion verfügbaren Stuten wurde ebenso variiert wie die Anzahl der selektierten Stuten und die Anzahl der geborenen Fohlen je Spenderstute. Deutlich wurde, dass der Embryotransfer die Möglichkeit bietet den Zuchtfortschritt in einem Pferdezuchtprogramm stark zu steigern, wobei dies mit einer Steigerung der Kosten für die Züchter einhergeht. Mit dem vorgeschlagenen Ansatz zur Inzuchtberechnung konnte gezeigt werden, dass die scharfe Selektion und der starke Einsatz der Spenderstuten eine Erhöhung der mittleren Inzucht und daraus folgend eine geringere effektive Populationsgröße nach sich zieht. Im dritten Abschnitt der Arbeit sollten die Auswirkungen der Einbeziehung von genomischen Informationen in ein Legehennenzuchtprogramm gezeigt werden. Dafür wurde in enger Kooperation mit der Lohmann Tierzucht GmbH ein Zuchtprogramm zur Produktion von 500 Mio. Legehennen in ZPLAN+ nachgebildet. Die Produktion der Elterntiere basiert auf einer Kreuzung von vier Nukleuslinien, die konventionelle Selektion stützt sich vor allem auf die Leistungsprüfung von Hennen in den einzelnen Linien. Zur Nutzung der genomischen Informationen wurde von unterschiedlich großen Kalibrierungsstichproben ausgegangen. In einem ersten Schritt wurden die genomischen Informationen der Hähne zusätzlich zu allen konventionellen Selektionskriterien genutzt. Dabei wurde die Anzahl der getesteten Hähne variiert und in einem weiteren Schritt wurde davon ausgegangen, dass die Hennen ebenfalls genotypisiert sind. In einem weiteren Szenario basierte die Selektion nur auf Pedigreedaten und genomischen Informationen. Deutlich wurde, dass in der zweiten Variante das Generationsintervall massiv gesenkt werden konnte. Der Zuchtfortschritt konnte in allen modellierten Varianten erhöht werden, wobei es Unterschiede in den Einzelmerkmalen gab. Die Einführung der genomischen Informationen in die Legehennenzucht ist verbunden mit einem massiven Kostenanstieg. Inwieweit der gesteigerte Zuchtfortschritt den Kostenanstieg rechtfertigt bedarf einer Marktanalyse seitens der Zuchtunternehmen.

The research assessed the potential of developing a selective breeding programme for the UK rainbow trout industry. Levels of genetic variation at 12 microsatellite loci were first compared in seven different commercial strains. The Observed heterozygosity ranged from Ho = 48.1% in a gold rainbow trout strain (GTR) to Ho = 66.4% in a newly derived broodstock population constructed from a number of different sources (GIT). The Expected Heterozygosity (He) was highest in GIM1 (He= 79.5%) and lowest in the GTR strain (He = 56.9%). The Effective number of alleles (Mae) showed that the GIM1, GIM2, GIM3, and GIT strain (5.4; 5.2; 4.8; 4.2) were significantly more variable than the other strains and that GTR strain had the lowest value (2.5). There appears to be substantial genetic variability within the commercial United Kingdom rainbow trout strains surveyed in this study. This appears to be the case despite very different management histories and levels of record keeping. The strains appear to be genetically distinct (based on population genetic analyses), though the reasons for this remain unclear (and possibly unanswerable given the poor records kept by the different companies). The Glenwyllin farm strains (GIM) were chosen to form the base population for the project because of their high genetic variability, disease free status and because the farm produced around 20 million ova per year, so any genetic gains would have a widespread impact. The farm has an early (Strain A) and a late spawning (Strain B) and these were mated in a partial factorial design, 20 females and 20 neomales per strain (A & B) were chosen on the basis of maturity and gamete quality in November 2002 so that each male was crossed to 4 females (2 in the same strain and 2 in the other), a total of 160 families were created. All broodstock were biopsied to enable them to be genotyped. The families were reared separately up to the eyed stage at which point the eggs from each family were divided into three to generate three communal replicate populations. One of these was sent to a fingerling producer (Iwerne Spring) for ongrowing to fingerling size and formed the basis of a commercial production trial at Test Valley Trout farm (TVT) in Hampshire. When the fish reached an average weight of 5 g they were transferred from Iwerne Spring to TVT and 1500 were randomly selected, PIT tagged and biopsied to enable them to be assigned to their family using 11 multiplexed microsatellite loci. Parental assignment was based on exclusion (FAP) but the results were compared with another parental assignment based on likelihood (PAPA). Of the 1500 offspring (OIM) PIT tagged 1242 82.8% could be assigned to a single family utilizing different combinations of more than 6 loci (6 to 11). The growth of the 1500 OIM fish was tracked throughout the grow out period before they were finally harvested and fully processed. The results of OIM strain at the end of the trial period were mean weight of 415.5 g, and a mean length of 314.5 mm. The visual measurement of colour gave a mean flesh colour values of 26.01 on the 20-34 scale (SalmoFan™), and 11.0 with the colotimetry evaluation of colour (a*). The heritability results for the IOM strain were 43 ± 9% for weight, 42 ± 9% for gutted, and 28 ± 8% for length. The heritability estimates for the visual colour variables were 19 ± 7% and when using the colorimeter, the red chromaticity (a*) heritability was 14 ± 6%. Therefore, the heritability results of the IOM strain indicate that there are opportunities of substantial and rapid improvement of the growth rate and flesh colour traits. Also no line effects were observed or indications of non-additive genetic variation. In contrast to these last results, the overall survival of the GIM strain from the time of the physical tagging with PIT until harvest was 52.8%, and survival heritability was extremely low, 3 ± 2%, hardly significant.