Methods for evaluating genotype-environment interactions illustrated by laying hens

The relative efficiency of several methods of studying genotype-environment interactions has been illustrated, considering some performance traits in laying hens as a model. The comparison involved methods of classifying, detecting the existence, and estimating the magnitude of genotype-environment interactions. The environments consisted of warm (32 °C) and temperate (20 °C) climatic conditions. Classification and qualitative description of interactions is useful when very few genotypes and environments are involved. The illustration with an example suggested that a classification based on comparison of relative magnitudes of average genotypic, environmental and interaction effects would be most meaningful. The interactions carry greater significance if they exceed the average genotypic effects. A factorial analysis of variance followed by an F-test can be useful in detecting the existence of interactions, but statistical significance should not be overemphasized for biological relevance. Invariably, the magnitude of interactions must be estimated to derive useful conclusions. The seven methods of estimating this correlation mainly involved principles of intraclass correlation, rank correlation and product-moment correlation. An analysis of data revealed that the intraclass correlation methods, in general, yielded higher estimates compared to the rest of the methods. Among them, the formula given by Dickerson (1962) was found more appropriate in mixed-model analysis with unbalanced data, while the method given by Yamada (1962) resulted in negative estimates when the interaction variance was large. The least reliable among the methods were estimations directly utilizing the mean squares from factorial analysis of variance as suggested by Robertson (1959). Rank correlations were similar for phenotypic as well as genetic rankings and also coincided to some extent with the correlation among the breeding values, revealing distinct changes in ranks of genotypes in those traits where the interactions were larger. Product-moment correlations between the breeding values of sires in the two environments should be the most reliable and suitable for predicting selection response when the sires are selected in one environment and their progeny is required to perform under different conditions. However, their expectations were lower than 1, depending upon the genetic foundation of the traits and effective progeny size. ZUSAMMENFASSUNG: Verschiedene Methoden der Untersuchung von Genotyp-Umwelt-Interaktionen hinsichtlich ihrer relativen Effizienz wurden verglichen. Dieser Vergleich erfolgte modellhaft an Leistungsmerkmalen von Legehennen. Die angewandten Methoden beinhalten solche des Nachweises, der Klassifizierung und der Schätzung des Ausmaßes von Genotyp-Umwelt-Interaktionen. An Umweltbedingungen wurden warme (32°) und gemäßigte (20°C) Stalltemperaturen einbezogen. Die Klassifizierung und qualitative Beschreibung von Interaktionen ist immer dann besonders geeignet, wenn nur sehr wenige Genotypen und Umwelten berücksichtigt werden müssen. Die Beispielsberechnungen ergaben, daß eine Klassifizierung aufgrund eines Vergleiches des relativen Ausmaßes der Durchschnittseffekte von Genotypen, Umwelten und der Interaktionseffekte am sinnvollsten ist. Die Interaktionen zeigten immer dann stärkere Ausprägung, wenn sie die Durchschnittseffekte der Genotypen übertrafen. Eine faktorielle Varianzanalyse ist in Verbindung mit einem F-Test geeignet, das Auftreten von Interaktionen nachzuweisen. Von der statistischen Signifikanz kann jedoch nicht direkt auf biologische Relevanz geschlossen werden. Um züchterische Konsequenzen ziehen zu können, muß das Ausmaß von Interaktionen geschätzt werden. Es wurden sieben Schätzmethoden auf der Basis der Berechnung von Intraklasskorrelationen, Rangkorrelationen und Produkt-Moment-Korrelationen angewandt. Mit den Intraklasskorrelationsmethoden wurden allgemein die höchsten Schätzwerte ermittelt. Dabei erwies sich die Formel von Dickerson (1962) als geeigneter für Analysen im gemischten Modell mit unbalanzierten Daten, während die Methode von Yamada (1962) immer dann zu negativen Schätzwerten führte, wenn die Interaktionsvarianz hoch war. Am wenigsten zuverlässig waren die Schätzwerte nach Robertson (1959), die direkt aus den Durchschnittsquadraten der faktoriellen Varianzanalyse ermittelt wurden. Bezüglich der Rangkorrelationen ergaben sich ähnliche Ergebnisse nach phänotypischer und genetischer Rangierung und eine annähernde Übereinstimmung mit den Korrelationen zwischen den Zuchtwerten. Es traten in all jenen Merkmalen deutliche Rangverschiebungen auf, für die höhere Interaktionen erwartet wurden. Produkt-Moment-Korrelationen zwischen den Zuchtwerten der Väter in den beiden Umwelten ergaben die zuverlässigsten Schätzwerte und ermöglichten die besten Voraussagen des Selektionserfolges für den Fall, daß die Väter in einer Umwelt selektiert werden, während ihre Nachkommen unter anderen Bedingungen produzieren müssen. Die Erwartungswerte dieser Korrelationen können jedoch kleiner als 1 sein und hängen sowohl von der genetischen Fundierung der Merkmale als auch von der Anzahl geprüfter Nachkommen ab.