AfT-Symposium 2019: Wohin entwickeln sich Tierzucht und Tiergenetik? #AfT2019

Tagungsleiter Prof. Dr. Karl-Heinz Waldmann

Prof. Sven König (JLU Gießen) sprach in Montabaur über die genomische Zuchtwertschätzung, welche mittels rechenintensiver Mischmodellgleichungen die Verwandschaftsmatrix über genetische Marker, statt auf Basis von Abstammungsdaten aufbaut. Weitere züchterische Erfolge seien mit dieser Methode möglich, wenn eine bessere Merkmalserfassung und genauere Merkmalsdefinition erfolgt, das Instrumentarium der genomischen Selektion über große „Kuhlernstichproben“ effizient umgesetzt werde und konkrete Anpaarungen zur Vermeidung von Erbfehlern und Ausnutzung von Dominanzeffekten auf Basis von Herden-Genotypisierungen erfolgten.

Je niedriger die Erblichkeit eines Merkmals ist, umso größer muss die Zahl genotypisierter Kühe für die „Kuhlernstichprobe“ ausfallen. Das Gemeinschaftsprojet „Kuh-L von Uni Gießen, Uni Halle und vit Verden war darauf ausgelegt, basierend auf etwa 20.000 genotypisierten Kühen mit Phänotypen für eine breite funktionale Merkmalspalette erstmals genomische Zuchtwerte für Fruchtbarkeits- und Gesundheitsmerkmale zu schätzen.

Welche Bedeutung diese neuen Techniken in Zukunft haben können, zeigte Prof. König mit einem Blick auf die Erblichkeiten für Merkmale bei Milchrinder. Für Hornlosigkeit liegt diese bei 100%, für den Fettgehalt der Milch bei 60% und für die Milchleistung noch bei 45%. Für Zellzahl, Mastitis und Dermatitis Digitalis liegen die Werte zwischen 12% und 15%.

Über Stand und Perspektiven neuer Züchtungsmethoden bei Nutztieren berichtete Prof. Heiner Niemann (Med. Hochschule Hannover/TwinCore). Die Genome der landwirtschaftlichen Nutztiere seien mittlerweile sequenziert worden (2004: Geflügel, 2006: Biene, 2009: Pferd und Rind, 2012: Schwein, 2014: Schaf und 2017: Ziege). Damit lägen Genkarten vor, die es züchterisch zu nutzen gelte.

Die Anwendungsperspektiven seien dabei vielfältig, wie z. B.: Wachstum, Krankheitsresistenz, Reproduktion, aber auch diätetische und Umwelt-Verbesserungen. Im Labor könnten bereits Schweine mit Hilfe von CRISPR/Cas eine Resistenz gegen PRRS angezüchtet werden, Rindern eine solche gegen M. tuberculosis (nach Einsatz von gen-editing). Und sogar Sexing beim Schwein sei in Zukunft möglich und könnte zukünftig zur „Bucht ohne Eber“ führen. Allerdings gehöre die Kontrolle möglicher Off-Target-Mutationen immer zu den Risiken gentechnischer Eingriffe.

Übersteigt die Zucht auf Leistung die physiologischen Grenzen? fragte Prof. Gerhard Breves (TiHo). In den letzten 20 Jahren konnte mittels Selektion die Jahresmilchleistung der Rasse Deutsche Holstein Schwarzbunt von 7.000 auf fast 9.500 kg gesteigert werden. Allerdings blieben die Kühe im Durschnitt nur noch 2,8 Laktationen im Stall und könnten damit die maximale physiologische Kapazität zur Milchleistung in der 4. Bis5. Laktation nicht erreichen.

Vor allem Stoffwechselkrankheiten, Störungen im Mineralstoffhaushalt, Lahmheiten und Reproduktionsstörungen seien die Abgangsursachen. Vor allem die negative Energiebilanz im ersten Laktationsdrittel sei Ursache leistungsassoziierter Erkrankungen. Insofern müsse die eingangs gestellter Frage mit Ja beantwortet werden. Ein erheblicher Anteil der Tiere aber werde den metabolischen Anforderungen bei hohen Leistungen gerecht!

Ziel künftiger Forschung müsse deshalb sein, jene „robusten Phänotypen“ umfassend zu charakterisieren, welche den metabolischen Anforderungen hoher Leistung gerecht werden. Eine vollständige phänotypische Charakterisierung aller Merkmalsbereiche sei Voraussetzung für zukünftige Fortschritte und die intensive Kooperation genetisch und funktionell ausgerichteter Arbeitsgruppen dabei unbedingt nötig.

Die einseitige Zucht früherer Jahre auf Leistung, führte teilweise zu erheblichen Verschlechterungen bei Tiergesundheit und Funktionalität betonte auch Prof. Jens Tetens (Uni Göttingen). Deswegen sei in den letzten Jahren die Funktionalität in den Fokus der Züchtung gerückt. Merkmale also, die vorliegen müssen, damit ein Tier die eigentliche Leistung überhaupt erbringen kann, wie Gesundheit, Fruchtbarkeit, Verhalten oder auch Ressourceneffizienz. Funktionale Merkmale sind dabei in der Regel komplex und Resultat des Zusammenspiels verschiedener Faktoren aus Genetik, Umwelt und Management. Vor allem aber weisen sie meistens niedrigere Erblichkeiten auf als klassische Leistungsmerkmale.

Seit der Einführung der genomische Selektion bestünde die Möglichkeit Zuchtwerte anhand genomweiter Markerdaten für Tiere ohne Leistungsinformation mit ausreichender Sicherheit zu schätzen. Dies bedeute allerdings nicht, dass die Leistungsprüfung sich erübrigen würde, denn die genomische Selektion erfordere umfangreiche Lernstichproben, für die Genotyp- und Phänotyp-Date vorliegen müssten.

Aus wissenschaftlichen Untersuchungen stünden heute viele hochdimensionale Datensätze zur Verfügung, die genutzt werden könnten sog. Endophänotypen auszumachen, welche als Hilfsmerkmale bzw. Biomarker Eingang in die Zucht finden könnten. Eine der zentralen Herausforderungen in der Tierzucht sei daher, der enormen Datenmengen aus Labor und Stall (Sensoren) Herr zu werden und sie im Sinne nachhaltiger Züchtung zu nutzen.

Prof. Gerald Reiner (JLU Gießen) widmete sich der „Zucht auf Krankheitsresistenz“. Wenige ökonomisch bedeutsame Erkrankungen würden heute mit Hilfe phänotypischer Selektion auf Resistenz kontrolliert, z. B. Magen-Darm-Nematoden beim Schaf (in Australien und Neuseeland etwa sind alle Würmer resistent gegen Anthelmintika) oder die Resistenz gegen Zecken beim Rind und Mastitis bei beiden Tierarten. Beim Schwein spiele die phänotypische Selektion auf Krankheitsresistenz bisher keine Rolle, weil aufwendig und ungenau. Deshalb sei es wichtig den ungenauen Phänotyp langfristig durch Genmarker zu ersetzen.

Doch nur wenige Resistenzen werden durch Hauptgene bestimmt, was nicht nur die Identifikation beteiligter Gene erschwere, sondern auch ihre Zuverlässigkeit relativiere. Dennoch würde mit Hochdruck nach Resistenzgenen gesucht, z. B. gegen PRRSV, Influenza A, ASP, APP und andere Schweinekrankheiten. Ebenso nach zahlreichen Kandidatengenen bei Rind und Schaf.

Gene-Editing erlebe derzeit zwar eine rasante Entwicklung, an deren Ende ein „Genbaukasten-System“ zur Verfügung stünde. Allerdings seien die Folgen nur schwer auszumalen. Denn Gene zu editieren sei einfacher als die Erfassung aller damit einhergehenden Wirkungen und Nebenwirkungen.

Bei der Biene kommen alle Krankheiten von außen, sagte Prof. Elke Genersch (FU Berlin) zu Beginn ihres Vortrags, „Herz-/Kreislauf-Erkrankungen gibt es nicht“. Weil den Bienen ein adaptives Immunsystem fehle und nur eine angeborene Immunabwehr existiere, spiele auf Ebene des Bienenvolkes die soziale Immunabwehr die entscheidende Rolle. Hier insbesondere das Hygieneverhalten gegenüber geschädigter Brut, die von den Arbeiterinnen erkannt und aus dem Stock entfernt werden müssten, z. B. bei Amerikanischer Faulbrut oder auch Varoa-Befall.

In freier Wildbahn sei jedoch eine Kontrolle der Anpaarung einer Königin schwierig, da sie bestimmte Drohnen-Sammelplätze aufsucht und sich dort mit einer unbekannten Zahl männlicher Bienen paart. Doch auch in der Bienenzucht gibt es mittlerweile die künstliche Befruchtung.

Bei den Erbkrankheiten gebe es monogene Varianten (die sich nach mendelschen regeln vererben) und genetische Dispositionen, die in der Regel durch mehrere oder viele Genvarianten bedingt seien, erklärte Prof. Gesine Lühken (JLU Gießen). Ein Gentest mache die Identifizierung von Anlageträgern für eine Erbkrankheit einfacher und sicherer, die Entwicklung eines direkten Gentests zum Nachweis von Defekt-Allelen setze jedoch die Identifizierung der kausalen Genvariante voraus. Sequenzierungsverfahren der 3. Generation seien nicht nur dramatisch billiger als frühere Verfahren (€800,- bis € 1.000, -), sondern könnten auch komplexere genetische Varianten sichtbar machen.

Dass aber auch modernste Methoden ihre Tücken haben können, zeigte Prof. Lühken am Beispiel der Ziege. Schaltet man bei ihr die Hornentwicklung genetisch ab, werden zwar 100% hornlose Nachkommen geboren, 25% sind allerdings Zwitter.

Von genetisch maßgeschneiderten Schweinen berichtete Prof. Eckhard Wolf (LMU). Bei der Erforschung von Krankheitsmechanismen und der Suche nach neue Therapieansätzen, seien geeignete Tiermodelle unverzichtbar. Ergebnisse aus Versuchen mit Mäusen seien aber nicht in ausreichendem Maße auf den Menschen übertragbar und deshalb würden zur Ergänzung Großtiermodelle benötigt, die dem Menschen anatomisch und physiologisch oft ähnlicher sind.

Heute sei es möglich durch gezielte genetische Modifikationen in Schweinen humane Krankheitsmechanismen auf molekularer und funktionaler Ebene in diesen Tieren zu rekapitulieren. Transgene Schweine würden z. B. in der Diabetes- oder Adipositas-Forschung genutzt

Genetisch modifizierte Schweine kämen sogar als Spender von Zellen, Geweben und sogar ganzen Organen für die Xenotransplantation (von Spezies zu Spezies) in Frage. Hier wurden erfolgreiche Versuche mit Pavianen durchgeführt, denen dreifach modifizierte Schweineherzen transplantiert wurden, Die Affen überlebten die Organspende um sechs Monate, was einen Meilenstein auf dem Weg zur klinischen Entwicklung „xenogener Herztransplantationen“ darstelle, führte der Münchner Forscher aus.

Zu den Referaten von Prof. Achim Spiller und Prof. Rudolf Preisinger sind ausführlichere Berichte hier und hier zu finden.

Die Abstracts aller Vorträge stellt die Akademie für Tiergesundheit auch zum Download bereit.

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