Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Management support and early warning system for national biodiversity databases in a network of national, regional (EAAP) and international (FAO) structures

Duchev, Zhivko

Animal diversity has evolved over millions of years through the process of natural selection. In the last centuries the process of selection became more human driven, thus leading to acceleration of diversity development. The increasing effectiveness of the breeding techniques led to the use of restricted number of highly productive breeds, which raised concern about the loss of genetic diversity. Towards the end of the previous century the increasing erosion of biological diversity in livestock was recognized by the animal breeders as an area which needs monitoring and conservation measures. The Farm Animal Biodiversity Network (FABISnet) is a new biodiversity network for collecting domestic animal breeds data from the European countries. Data are collected on National, Regional and Global level and can be automatically transferred between the levels. As a successor of the Animal Genetic Data Bank of the European Association for Animal Production (EAAP-AGDB) and the Domestic Animal Diversity Information System (DAD-IS) of the Food and Agricultural Organization (FAO), it has taken their historic data and integrated them in a network of databases. With the new network the concept of data entry and management has changed, relying exclusively on the managers on national level to supply the upper levels with quality and complete data. The aim of this work was to analyse the information requirements of the data managers and develop tools to support them in their work. The other part of the study was intended to bring a cohesion and uniformity in the criteria for estimating the degree of endangerment of breed heading for extinction. Such criteria are suggested to be used in Europe as an early warning system for loss of biodiversity in animal genetic resources. The first part of this work was dedicated to the development of data synchronization protocol, which automatically keeps defined parts of two biodiversity databases in the network in synchronized state. An efficient synchronization procedure is the prerequisite to establishing National biodiversity websites while being integrated in the Global FABISnet. The protocol was already used to synchronize the content of the Polish National Biodiversity database and the regional European database. As an interesting byproduct the synchronization procedure has been also used to initialize newly created national databases. In the second part of this study a proposition for a uniform criterion for Europe for estimating the DE of a breed is described. The criterion is based on the trend in number of breeding females and the expected cumulative inbreeding. It takes also into account the status of transboundary populations (factor missing in the criteria applied currently in Europe). In this study a novel approach to the problem of transboundary and international breeds was used, allowing the user to define herself groups of genetically similar breeds. The criteria were applied to the European data from regional database and to 5 groups of pig breeds. The results show that the incompleteness of the data is still one of the biggest problems on the regional and global level. Therefore, the last part of the study was to develop a methodology and tools for filling gaps in data and improving the quality of data needed for research and monitoring. A set of 13 management support reports and a methodology for their application has been developed. The reports present summarized information about the degree of completeness of the breeds’ descriptions by country, missing or incomplete population records, reminders for updating data and the status of data translation. Various monitoring/reporting tasks of the National and Regional Coordinators for management of animal genetic resources can be organized in a systematic manner using these reports. Such an organizational scheme can reduce the time spent in completing data and improve the content of each database in the network.

Die Artenvielfalt bei Tieren hat sich über Millionen von Jahren durch den Prozeß der natürlichen Selektion entwickelt. Die verstärkte menschliche Einflußnahme auf diesen Prozeß während der letzten Jahrhunderte beschleunigte die Entwicklung im Bereich der biologischen Vielfalt. Die zunehmende Effektivität der eingesetzten Züchtungsverfahren führte zum Einsatz einer eingeschränkten Anzahl hochproduktiver Rassen, was andererseits Anlass zur Sorge  um die  genetische Vielfalt mit sich brachte. Gegen Ende des letzten Jahrhunderts wurde die Erosion biologischer Vielfalt bei Nutztieren von Tierzüchtern als ein Bereich erkannt, der Überwachung und Maßnahmen zur ihrem Erhalt notwendig macht. Das Netzwerk zur Biodiversität bei Nutztieren (Farm Animal Biodiversity Network -- FABISnet) ist ein neuartiger Ansatz zur Sammlung von Informationen über Nutztierrassen in europäischen Ländern. Die Daten werden auf nationaler, regionaler und globaler Ebene gesammelt und ausgetauscht. Als Nachfolger der Tiergenetischen Datenbank der Europäischen Vereinigung für Tierproduktion (EVT/EAAP) und des Informationssystems zur Diversität bei Nutztieren (DAD-IS) der UN-Organisation für Ernährung und Landwirtschaft (Food and Agricultural Organization -- FAO) hat FABISnet deren historische Daten aufgenommen und sie in ein Netzwerk von Datenbanken integriert. Mit diesem Schritt wurde auch das Konzept zur Dateneingabe und Verantwortlichkeit aktualisiert. Es basiert nun ausschließlich auf der Verantwortung der nationalen Koordinatoren, die höheren Ebenen mit qualitativ hochwertigen und vollständigen Informationen aus ihrem Arbeitsbereich zu versorgen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Analyse der Anforderungen von Seiten der nationalen Koordinatoren an das Informationssystem und die Entwicklung von Hilfsmitteln zur Unterstützung ihrer Arbeit. Ein weiterer Teil dieser Arbeit soll eine Zusammenführung und Vereinheitlichung derjenigen Kriterien herbeiführen, die eine Abschätzung des Gefährdungsgrades einer Rasse bezüglich ihres Aussterbens ermöglichen. Diese Kriterien sollen die Grundlage eines europäischen Frühwarnsystems zum Biodiversitätsverlust bei tiergenetischen Ressourcen bilden. Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Entwicklung eines Datensynchronisationsprotokolls, mit dem automatisch definierte Teile zweier Biodiversitätsdatenbanken über ein Netzwerk gegeneinander abgeglichen werden. Effektive Synchronisation ist eine notwendige Voraussetzung zur Einrichtung nationaler Biodiversitäts-Internetseiten auf Grundlage des globalen FABISnet. Das entwickelte Protokoll wurde bereits erfolgreich bei der Synchronisation der nationalen polnischen Biodiversitätsdatenbank mit dem regionalen europäischen Gegenpart eingesetzt.  Als interessanter Nebenaspekt konnte die Synchronisationsprozedur ebenfalls zur Initialisierung frisch angelegter nationaler Datenbanken genutzt werden. Im zweiten Teil dieser Studie wird ein Vorschlag für ein einheitliches Kriterium zur Bestimmung der Bestandsgefährdung einer Rasse erarbeitet. Dieser Maßstab basiert auf dem Trend in der Anzahl der weiblichen Zuchttiere und der erwarteten kumulativen Inzucht. Ebenso berücksichtigt wird der Status grenzüberschreitender Populationen, ein Faktor der in Europa gegenwärtig noch unberücksichtigt ist. Diese Studie propagiert einen neuen Ansatz bezüglich trans- und internationaler Rassen und erlaubt dem Anwender, Gruppen genetisch ähnlicher Rassen zu definieren. Angewandt wurde dies bereits bei europäischen Daten (auf Grundlage der regionalen Datenbank) bei fünf Gruppen von Schweinerassen. Die Ergebnisse belegen erneut, daß die Unvollständigkeit der Daten nach wie vor eines der größten Probleme auf regionaler und globaler Ebene ist. Daran ansetzend beschäftigt sich der dritte Teil der Arbeit mit der Entwicklung von Methodik und Werkzeugen zum Schließen der Datenlücken und zur Verbesserung der Datenqualität als Grundlage jeglicher Forschung und Überwachung. Es liegt ein Fundus von 13 Berichten zur Unterstützung des Datenmanagements zusammen mit methodischen Richtlinien für ihren Einsatz vor. Mit ihnen werden Übersichten bezüglich der Vollständigkeit der Rassenbeschreibungen auf Länderebene, fehlende oder unvollständige Einträge für einzelne Rassen, Hinweise zum Herunterladen aktualisierter externer Daten sowie des Status der  Übersetzungen erstellt. Eine Vielzahl von Überwachungs- und Berichtsanforderungen an die nationalen und regionalen Koordinatoren können auf Grundlage dieser standardisierten Berichte systematisch organisiert werden. Der Aufwand zur Überprüfung und Vervollständigung des Inhalts jeder nationalen Datenbank im Netzwerk kann durch diesen dargestellten Rahmen signifikant reduziert werden.

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Duchev, Zhivko: Management support and early warning system for national biodiversity databases in a network of national, regional (EAAP) and international (FAO) structures. Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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