Zuchtprogramm nach Genprofil: DNA-Analysen helfen, Tierkrankheiten zu verhindern

Die gescheckten Rinder werden für ihre Milchleistung und Fleischqualität auch in Afrika und Südamerika geschätzt. Die starke Sonneneinstrahlung in diesen Breiten kann den Tieren allerdings gefährlich werden. Denn ihr typisches weißes Kopffell bietet kaum Schutz vor UV-Strahlen. Bösartige Augentumoren sind bei Fleckvieh-Rindern deshalb häufig: Bis zu 50 Prozent der Tiere erkranken in sonnenreichen Ländern daran. Bayerische Wissenschaftler können dieses Krankheitsrisiko jetzt deutlich reduzieren – dazu setzen sie auf DNA-Analysen im großen Stil.

Prof. Ruedi Fries und Hubert Pausch von der Technischen Universität München (TUM) machen sich einen natürlichen Schutzmechanismus zunutze: Bei einem kleinen Teil der bayerischen Fleckvieh-Rinder treten nämlich dunkle Fellfärbungen um die Augen und am Augenlid auf. Diese schützen die Tiere, das zeigen frühere Untersuchungen, vor Augentumoren. „Die Suche nach den verantwortlichen Genabschnitten gleicht der Suche nach Nadeln in einem Heuhaufen“, sagt Tierwissenschaftler Ruedi Fries. Denn die Farbe und Größe der schützenden Augenringe wird von sehr vielen, vielleicht sogar mehreren Tausend DNA-Abschnitten bestimmt.

Was der „genetische Fingerabdruck“ verrät
Zwölf DNA-Abschnitte konnten die Forscher im Vererbungsmuster der Augenringe identifizieren, die bis zu 57 Prozent der Erblichkeit erklären. „Schon bei der Geburt eines Kalbes lässt sich so genauer als bisher vorhersagen, ob seine Nachkommen die schützenden Augenringe tragen“, sagt Prof. Fries. Dieses Wissen könnte Züchtern in sonnenreichen Ländern helfen: Von Zuchtbullen wird seit Jahren standardmäßig ein „genetischer Fingerabdruck“ erstellt. Er kann nun auch auf das Vererbungsmuster der schützenden Augenringe geprüft werden und liefert so früher als bisher die Grundlage, um geeignete Zuchttiere auszuwählen. „Die Zahl der von Augentumoren betroffenen Tiere kann so schnell reduziert werden“, ist sich Fries sicher.

Um das Vererbungsmuster der Augenringe zu entschlüsseln, haben die Wissenschaftler statistische Vorhersagemodelle mit modernsten DNA-Analyseverfahren kombiniert. Sie erstellen dafür zunächst „genetische Fingerabdrücke“ für einzelne Zuchtbullen. Das bedeutet, dass für jedes Tier mehrere Hunderttausend winziger Variationen im DNA-Strang erfasst werden, die in ihrer Gesamtheit ein einzigartiges Profil ergeben. Von rund 3.400 Bullen haben die Wissenschaftler solche Fingerabdrücke gesammelt.

Zuchterfolge werden vorhersagbar
Mithilfe von statistischen Verfahren verknüpfen die Wissenschaftler dann die DNA-Profile mit Informationen zum Aussehen der Nachkommen eines jeden Zuchtbullen, in diesem Fall zu den Augenflecken. Aus der Kombination beider Werte lassen sich Wahrscheinlichkeiten für die Vererbung der dunklen Flecken ableiten, und das auch für Jungtiere, die noch längst nicht geschlechtsreif sind.

Das von Ruedi Fries und Hubert Pausch verwendete Verfahren, die „genomische Selektion“, eignet sich aber nicht nur zur Auswahl von geeigneten Zuchtbullen. Es wird auch für Ertragssteigerungen in der Maiszüchtung oder in der Hühnerzucht angewendet. Dafür arbeiten die Tierwissenschaftler Fries und Pausch im Forschungscluster „Synbreed“ gemeinsam mit Pflanzenwissenschaftlern und Bioinformatikern. Ihr gemeinsames Ziel ist es auch hier, Zuchterfolge vorhersagbar zu machen. Prof. Fries: „Das Wissen um die Wirkung der Gene und ihrer Defekte ermöglicht ganz neue züchterische Freiheitsgrade.“

Weitere Informationen:
Für die Ausbildung dunkler Augenflecken (ambilateral circumocular pigmentation) sind DNA-Abschnitte in der Nähe dieser zwölf Gene besonders relevant: MCM6, PAX3, ERBB3, KITLG, LEF1, DKK2, KIT, CRIM1, ATRN, GSDMC, MITF und NBEAL
Der Innovationscluster Synergistische Pflanzen- und Tierzüchtung (Synbreed) macht die genomische Selektion für verschiedene Züchtungsziele bei Mais, Hühnern und Rindern anwendbar. Dafür nutzt das Forschungsnetzwerk nicht nur modernste Technik, sondern bündelt das Know-how von hochkarätigen Wissenschaftlern aus den Agrarwissenschaften, der Molekularbiologie, Bioinformatik und Humanmedizin. Beteiligt sind universitäre, außeruniversitäre und industrielle Kooperationspartner. Synbreed wird gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF im Rahmen der Initiative „Kompetenznetze der Agrar- und Ernährungsforschung“.

www.synbreed.tum.de

Publikation:
Hubert Pausch, Xiaolong Wang, Simone Jung, Dieter Krogmeier, Christian Edel, Reiner Emmerling, Kay-Uwe Götz, Ruedi Fries, 2012: Identification of QTL for UV-Protective Eye Area Pigmentation in Cattle by Progeny Phenotyping and Genome-Wide Association Analysis, doi:10.1371/journal.pone.0036346

http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0036346

Kontakt:
Technische Universität München
Lehrstuhl für Tierzucht
Prof. Ruedi Fries / M. Sc. Hubert Pausch
T: 08161 71 3228 / 08161 71 3743
E: Ruedi.Fries@tum.de / Hubert.Pausch@tz.agrar.tu-muenchen.de