ERBFEHLER UND LEISTUNGSZUCHT: EINE UNGLÜCKSELIGE BEZIEHUNG?

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1 ERBFEHLER UND LEISTUNGSZUCHT: EINE UNGLÜCKSELIGE BEZIEHUNG? Hermann Schwarzenbacher ZuchtData GmbH. (Friedrich Führer GENOSTAR) Fortbildungstag Eigenbestandsbesamer Bergland am 24. Oktober 2015

2 Erbfehler und Leistungszucht Eindruck in der Praxis: Vielzahl von neuen Erbfehlern bei allen Rinderrassen mit umfangreichen Genomdaten Viele Fragen und Verunsicherung Zusammenhang mit der Leistungszucht? Stichwort Überzüchtung Sind unsere Rinderrassen dadurch bedroht? Wie gehen wir mit dieser Situation in der Zucht um?

3 Inhalt Einige Grundlagen Begriff SNP, Haplotyp Vererbung von rezessiven Gendefekten Identifikation von Erbfehlern Phenotypen-basiert: Zwergwuchs Genotypen-basiert: Fleckvieh Haplotyp 2 Umgang im Zuchtprogramm GS HALVAR Schlussfolgerungen

4 Grundlagen der Genetik Im Zellkern jeder Zelle befindet sich die Bibliothek des Lebens: DNA (DNS) ~2.6 Milliarden Buchstaben (Nucleotide) beim Rind verteilt auf 30 Chromosomen Funktionale Einheiten: rund Gene Gene werden in Aminosäuren und Proteine übersetzt Nur rund 5% der DNA beherbergt Gene der Rest hat auch eine Funktion

5 Single Nucleotide Polymorphism (SNP, Snip ) Referenzsequenz...AGTCTAGGGACTAGATATGCAGATGCACGATGTAGCTTGAGTGT... Tier 1 (T/T)...AGTCTAGGGACTAGATATGCAGATGTACGATGTAGCTTGAGTGT......AGTCTAGGGACTAGATATGCAGATGTACGATGTAGCTTGAGTGT... Tier 2 (C/T)...AGTCTAGGGACTAGATATGCAGATGCACGATGTAGCTTGAGTGT......AGTCTAGGGACTAGATATGCAGATGTACGATGTAGCTTGAGTGT... Tier 3 (C/C)...AGTCTAGGGACTAGATATGCAGATGCACGATGTAGCTTGAGTGT......AGTCTAGGGACTAGATATGCAGATGCACGATGTAGCTTGAGTGT... Grafik Pausch, H.

6 Grundlagen der Genetik Vergleich zweier Genome in einer Population: rund 99,9% der DNA Bausteine identisch nur jeder Baustein ist unterschiedlich die häufigsten (>80%) dieser Unterschiede sind sogenannte SNP Marker gesamte DNA ist doppelt vorhanden je ein Allel vom Vater und Mutter DNA wird in Einheiten Haplotypen weitergegeben Rekombiantion kann diese Einheiten neu kombinieren

7 Mutationen Unterschiede in der DNA entstehen durch Mutationen nur wenige dieser Mutationen können sich halten meist nachteilig/letalnatürliche Selektion Zufallsdrift Rezessive Mutationen haben eine wesentlich höhere Wahrscheinlichkeit sich in der Population zu halten Beim Rind (alle Rassen) sind zur Zeit 475 Erbkrankheiten bekannt. 108 davon konnten in der DNA als Mutation lokalisiert werden

8 Erbkrankheiten bei Tieren M. Georges 2014, WCGALP Vancouver: Jedes Rind trägt rund 100 rezessive Defektmutationen lässt einen rigorosen Ausschluss von Trägertieren aus der Zucht zunehmend absurd erscheinen. Georges M. et al. (2014): NGS-based Reverse Genetic Screen Reveals Loss-of-Function Variants Compromising Fertility in Cattle. 10th WCGALP, Vancouver, Canada.

9 Rezessive Mutationen, Beispiel Zwergwuchs KOMMISSAR 69 BARONIN 63 POLZER 59 WAFERL 77 LEA 82 LEILA 84 LERCHE 89 LEONI 94 LEMONE 96 Erst wenn am Ort der Mutation Inzucht auf POLZER vorliegt, kommt der Erbfehler zum Vorschein! WIKI 84 LAVENT 91 BLECKI 98 gesund LIESEL 01 Wahrscheinlichkeit: weniger als 2 aus ! WILLE 06 ZWERGI 12 BLECKI 05 krank

10 Risiko für ein betroffenes Kalb Risiko Kalb = 1 aus 4; 25%

11 Risiko für ein betroffenes Kalb Risiko Kalb ~ 1 aus 8; 12,5%

12 Risiko für ein betroffenes Kalb Risiko Kalb ~ 1 aus 16; 6,3%

13 Wie können Erbfehler lokalisiert werden? Chip Genotypen sind hier sehr hilfreich! FV Genotypen BV Genotypen Technologie zur Hochdurchsatz-Genotypisierung viele Chip-Dichten: z.b , bzw SNP/Tier extrem zuverlässig (>99,9%) relativ niedrige Kosten Firmen: Illumina / Affymetrix

14 Wie können Erbfehler lokalisiert werden? Chip Genotypen sind hier sehr hilfreich! FV Genotypen BV Genotypen 2 Ansätze mit betroffenentieren ohne betroffene Tiere Phänotypen - basiert Genotypen- basiert Lokalisierung bedeutet, dass Haplotypen- bzw. Gentest verfügbar ist!

15 Zwergwuchs (DW) Schwarzenbacher, Schwarzenbacher, ZuchtData ZuchtData

16 Zwergwuchs (DW) Schwarzenbacher, ZuchtData 16

17 Phänotypen basierter Ansatz Beispiel Zwergwuchs (DW) Rinderrunde 05-13: Hinweis auf DW bei Wille Kälbern 20 DW-Kälber von Wille im RDV registriert, 2 davon noch lebend 2 lebende Tiere seziert und genotypisiert Ansatz: suche Chromosomenstück für das DW-Kälber reinerbig sind, aber kein gesundes Tier! Treffer 06-13: 3. Chromosom, Haplotypenlänge ~5% des Chromosoms Veröffentlichung am

18 Phänotypen basierter Ansatz Beispiel Zwergwuchs (DW) Initiative der OÖ Besamung 100 für Meldung neuer Fälle, 18 Tiere nachtypisiert Region besser eingegrenzt genauerer Haplotypentest

19 FH2 - Überlebensrate Unbedenkliche Anpaarung Risikoanpaarung (N=8428) Überlebensrate Alter des Kalbes (Tage) Grafik Pausch, H.

20 Quelle: H. Schwarzenbacher, ZuchtData 20

21 ZAR Zuchtwertdatenbank (zar.at) mouse-over Effekt: Haplotypen oder Gentest

22 Neuer SNP Chip ( Custom Chip ) Seit 2015 verfügbar! direkte Gentests für wichtigsten Erbfehler bei FV und BV und genetische Besonderheiten (z.b. Hornlosigkeit) Zuverlässigkeit der Tests wurde geprüft Monitoring von verdächtigen Mutationen, die in Sequenzdaten gefunden wurden

23 Wichtigste Erbfehler in AT Fleckvieh: Spinnengliedrigkeit (Arachnomelie): A? Zwergwuchs: DW? Minderwuchs: FH2 x Zinkdefizienz-like Syndrom: ZDL x Thrombopathie: TP x Braunvieh-Haplotyp 2: BH2 x Bovine männl. Subfertilität: BMS x Fleckvieh Haplotyp 4: FH4 x Braunvieh: Spinnengliedrigkeit (Arachnomelie): A x Weaver: W x SMA: M x SDM: D x Braunvieh-Haplotyp 2: BH2 x x = custom chip

24 MINDERWUCHS: FH2 Wegen Fehlfunktion des Energiestoffwechsels Kälber sehen normal aus, bleiben im Wachstum aber deutlich zurück Kennzeichnung Anlageträger: FH2+-(von Fleckviehhaplotyp 2) FH2++: FREI von Minderwuchs Anlageträger: GS Rumgo, Waldbrand, GS Vogt, GS Veneziano,..

25 ZINKDEFIZIENZ ÄHNLICHES SYNDROM: ZDL ZDL führt dazu, dass Kälber gesund geboren werden, dann aber sofort unter wieder-kehrenden Durchfallund Atemwegserkrankungen leiden. Nach 6 bis 12 Wochen manifestieren sich charakteristische Hautveränderungen und die Kälber sind praktisch nicht überlebensfähig. Kennzeichnung Anlageträger: ZDL

26 THROMBOPATHIE: TP TP führt zu einer Störung der Blutgerinnung (Bluter) und tritt auch bei ausgewachsenen Tieren auf. Tiere haben in der Regel ungestörtes Allgemeinbefinden, leiden aber nach Verletzungen, Injektionen oder chirurgischen Eingriffen an massiven, lang anhaltenden Blutungen der Haut sowie Blutungen der Nase und Schleimhäute. Kennzeichnung Anlageträger: TP Allelfrequenz von etwa 6 Prozent

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28 Zuchtprogramm DEA Arbeitsgruppe: Erbfehler und genetische Besonderheiten Empfehlungen keine Träger einsetzen: A, ZDL, (DW: keine neuen Träger einsetzen) nur die besten Träger gezielt einsetzen: FH2, TP, BH2 nur moderat selektieren gegen: FH4, BMS Risikoanpaarungen vermeiden

29 Genfrequenz Fleckvieh KB-Stiere Grafik Fürst

30 Genfrequenz Fleckvieh weiblich Grafik Fürst

31 FV Besamungen in AT in den letzten 3 Jahren Anteil Besamungen mit Trägerstieren genomische Jungstiere nachkommengepr. Stiere Besamungen mit Trägern der Erbfehler FH2, TP, ZDL, DW, A, BH2 in den Jahren 2013, 2014, 2015;

32 Der Online-Anpaarungsplaner

33 Berücksichtigung der Erbfehler in OptiBull Kalb Stier BIRKE VV VM WINNIPE G FH2 MM VVV VVM VMV VMM MVV MVM MMV MMM VVVV VVVM VVMV VVMM VMVV VMVM VMMV VMMM MVVV MVVM MVMV MVMM MMVV MMVM RENAX TP MMMM Rot: Risiko von mind. 6,25% (mind. jedes 16. Kalb) Gelb: Risiko 3,125 bis <6,25% (mind. jedes 32. Kalb) (Dr. Fürst, 2014)

34 Praktische Erfahrungen Besamungsstationen und Zuchtorganisationen reagieren unterschiedlich ZDL, A bzw. DW: keine Träger selektiert FH2, TP, BH2: unterschiedliche Strategien BMS: Selektion nur gegen reinerbige Träger FH4: moderate Selektion Erbfehler im ZP wohl nicht optimal berücksichtigt gezielter Einsatz der besten Träger in gezielter Paarung langsame Reduktion der Allelfrequenz wäre vorteilhaft! ZF, Inzucht Einstellen auf neue Situation

35 DERFALLGS HALVAR

36 GS HALVAR FV Fleisch Stier

37 GS HALVAR Dr. Windisch Dr. Windisch

38 GS HALVAR Sektion Dr. Windisch Dr. Windisch

39 Osteogenesis imperfecta Glasknochenkrankheit bezeichnet, da der Knochen zum einen ähnlich leicht wie Glas bricht und zum anderen im Röntgenbild eine glasige Struktur aufweist. Die OI ist eine seltene Erbkrankheit, für die überwiegend autosomaldominante, seltener auch autosomal-rezessive Erbgänge beschrieben sind. Hauptmerkmal der OI ist das veränderte Kollagen vom Typ I, was zu einer abnorm hohen Knochenbrüchigkeit mit unterschiedlichen Krankheitsbildern führt. Dr. Windisch Dr. Windisch

40 derzeitige Einschätzung Stier selbst ist gesund ~30 % der Kälber sind betroffen (199 Kalbungen) Erklärungsmodell: Spontanmutation bei GS HALVAR dominanter Erbgang in Verbindung mit Keimzellenmosaik

41 Keimzellenmosaik Eine besondere Form ist das so genannte Keimzellen-Mosaik, wenn eine Mutation in der Embryonalphase während der Keimzellenbildung in nur einer Embryonalzelle auftritt. Diese Erbgutveränderung ist in anderen Geweben, z.b. Blutzellen nicht vorhanden. Blut- und (einige) Keimzellen haben also unterschiedliches Erbgut.

42 derzeitige Einschätzung Trägerstatus von GS HALVAR war im Vorfeld nicht absehbar Besamungsstation hat Verantwortung zu 100% wahrgenommen und schnell gehandelt Problem dürfte auf diesen Stier beschränkt sein An der wissenschaftlichen Aufklärung wird derzeit gearbeitet erste vielversprechende Ergebnisse liegen bereits vor

43 Schlussfolgerungen Erbfehler und Leistungszucht Zusammenhang mit der Leistungszucht? Stichwort Überzüchtung Die Mutationensrate in einer Population ist unabhängig vom Zuchtprogramm. Je stärker ingezüchtet wird, umso eher treten Erbfehler zutage. Inzucht erleichtert frühzeitige Entdeckung neuer Erbfehler Anpaarungsplanung hilft dann Risikopaarungen effizient zu vermeiden Heute sind gute Programme für den Züchter verfügbar: OptiBull, AIO

44 Schlussfolgerungen Erbfehler und Leistungszucht Sind unsere Rinderrassen dadurch bedroht? Nein, nie zuvor gab es ein derartig gutes Monitoring Genomdaten (SNP Chips, Sequenzdaten) Phänotypen Gesundheitsmonitoring, Meldemoral in der Praxis Wie gehen wir mit dieser Situation in der Zucht um? möglichst unaufgeregt der Umgang mit genetische Defekte gehört zur Tierzucht vermeiden von Risikopaarungen frühzeitig verhindern dass die Frequenzen zu stark ansteigen

45 wichtige Kooperationspartner Lehrstuhl für Tierzucht, TU München DR. PAUSCH, PROF. FRIES DEA Arbeitsgruppe genetische Besonderheiten : AUMANN, BIRKENMAIER, FRIES, GÖTZ, MIESENBERGER, PAUSCH, RÖHRMOSER, SCHWARZENBACHER, TANZLER, TISCHLER, WEIDELE, ZIEGLGÄNSBERGER

46 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Foto: Winter