Genomische Zuchtwerte für die kongenitale sensorineurale Taubheit beim Dalmatiner

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1 Genomische Zuchtwerte für die kongenitale sensorineurale Taubheit beim Dalmatiner Prof. Dr. Ottmar Distl Institut für Tierzucht und Vererbungsforschung Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Bünteweg 17p Hannover Bei Dalmatinern des CDF wurde mit genomweiten (1) Markern die kongenitale sensorineurale Taubheit analysiert. Mit dieser Testreihe konnten Aufschlüsse über die mit kongenitaler sensorineuraler Taubheit assoziierten Genvarianten erbracht werden. Diese Untersuchungen bestätigten die Beteiligung einer größeren Anzahl von Genen an der Ausprägung des Hörverlusts beim Dalmatiner. Deswegen ist es nicht möglich, einfache Selektionsschemata nach dem Prinzip eines monogenen (2) Erbgangs und eines einzigen Gentests zu etablieren. Auf der Basis dieser Genvarianten wurden genomische Zuchtwerte entwickelt. Diese genomischen Zuchtwerte sind ein erster Schritt, um von der auf Phänotyp-Selektion (Auswahl beidseitig hörender Eltern für die Zucht) auf eine genetisch fundierte Selektion zu kommen. Diese Testreihe wurde vom CDF in Zusammenarbeit mit dem Institut für Tierzucht und Vererbungsforschung der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover durchgeführt. Die ersten Ergebnisse wurden im April 2010 in Bad Oeynhausen vorgestellt. Welche Aussagen kann der Test liefern? Der Test beruht auf einer großen Anzahl von genomweiten Markern und erfasst die mit kongenitaler sensorineuraler Taubheit assoziierten Genvarianten beim Dalmatiner. Um möglichst einen maximalen Anteil der Genvarianten für Hörverlust zu charakterisieren, wurden Stichproben von Dalmatinern mit einer Hochdurchsatzmethode für Marker (SNPs, single nucleotide polymorphisms) genotypisiert. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden genomische Zuchtwerte entwickelt, die eine Unterscheidung in beidseits hörende und ein-/beidseits nichthörende Dalmatiner mit einer Genauigkeit von 90 % zulassen. Der Test liefert damit Aussagen, welche Genvarianten bei den einzelnen Tieren vorliegen und in welcher Weise diese Genvarianten zur Ausprägung von Hörverlust beitragen. Das Ergebnis des Tests wird in dem genomischen Zuchtwert zusammengefasst, der als Relativzahl ausgedrückt wird. Die genomischen Zuchtwerte werden auf einer Skala von 100 ± 20 Punkten dargestellt. Der Mittelwert von 100 entspricht dem mittleren Wert der Genvarianten für beidseits hörende Dalmatiner. Tiere mit Werten über 100 haben Genvarianten mit einer größeren Beziehung zu kongenitaler sensorineuraler Taubheit als Tiere mit Werten unter 100. Tiere mit Werten unter 80 Punkten zeigen ein deutlich verringertes Risiko, Genvarianten für kongenitale sensorineurale Taubheit zu übertragen. 1

2 Wie hoch ist die Zuverlässigkeit des Tests? Der genomische Zuchtwert hat eine höhere Genauigkeit als ein konventioneller Zuchtwert. Für den konventionellen Zuchtwert liegt die Zuverlässigkeit bei ca %. Der genomische Zuchtwert hat eine Zuverlässigkeit bei ca %. Ebenso hat der genomische Zuchtwert eine höhere Genauigkeit als ein Gentest für eine monogene Mutation, da dieser Mutationstest nur einen kleinen Ausschnitt der Genvarianten erfasst, die zur kongenitalen sensorineuralen Taubheit beitragen. Zum weiteren Verständnis des genomischen Zuchtwertes und der Genauigkeit des Tests mag das Beispiel eines Markers beitragen, der vollständig mit beidseitigem Hören assoziiert ist. Für einen im Bereich des MITF-Gens (3) lokalisierten Marker konnten wir für einen bestimmten Genotyp (182/182) nur beidseits-hörende Dalmatiner finden. Bei den alternativen Genotypen (182/180 oder 180/180) waren jedoch nicht alle Tiere einoder beidseits nichthörend. Würde nur dieser Marker für die Zuchtwahl verwendet und bevorzugt Tiere mit den Genotypen 182/182 selektiert werden, dann würden viele Tiere ohne Hörverlust von der Zucht ausgeschlossen. Dies wäre sicherlich eine falsche Entscheidung. Es ist deshalb nicht ratsam nur auf diesen Genotyp zu züchten, da die beidseits hörenden Tiere mit diesem Marker allein nur ungenügend zu erfassen sind. Dies zeigt einmal mehr, dass mehrere Gene für die kongenitale sensorineurale Taubheit von Bedeutung sind und bei einer Selektion auch diese Genvarianten berücksichtigt werden müssen. Würde ein Gentest nur einen Marker oder nur sehr wenige Marker umfassen, würden viele Tiere nicht zur Zucht zu verwenden sein, da für einen Teil der Tiere ohne Hörverlust die günstigen Genvarianten an den Markern nicht erfasst werden. Der genomische Zuchtwert berücksichtigt eine Vielzahl von Genvarianten für die kongenitale sensorineurale Taubheit und kann somit positive und negative der Genvarianten entsprechend ihrer Bedeutung gewichten. Wann und wofür sollte der genomische Zuchtwert eingesetzt werden? Der genomische Zuchtwert ist ein Hilfsmittel, um die Zuchtwahl der künftigen Paarungspartner zu erleichtern. In diesem Wert werden die mit Taubheit assoziierten Genvarianten zusammengefasst und entsprechend ihrer Bedeutung gewichtet. Hierbei wird getrennt nach braunäugigen und blauäugigen Hunden vorgegangen. Wir filtern die Genvarianten für diese Merkmale separat heraus und kombinieren diese dann im genomischen Zuchtwert, d.h., dass die Merkmalsausprägung des Hörverlusts in Abhängigkeit der Augenfarbe in den genomischen Zuchtwert eingeht. Tiere mit der Anlage zu blauen Augen und Taubheit zeigen einige besondere Genvarianten und diese können nur herausgearbeitet, wenn wir bei diese Tiere zuerst getrennt von den Tieren mit braunen Augen analysieren. Dadurch können wir dann in Würfen, in denen blauäugige Tiere vorkommen, diese Tiere auch entsprechend ihrer Anlagen für das Hörvermögen einordnen. Dies wäre nicht möglich, wenn wir nur das Merkmal Hörverlust allein berücksichtigen würden. Diese Erkenntnis haben wir schon bei unseren früheren Analysen zur Erbgangsanalyse gewonnen, da der Erbgang nur unter Berücksichtigung der blauen Augenfarbe eindeutig zu klären war. In dem Testlauf waren auch Vollgeschwister mit braunen und blauen Augen und unterschiedlichem Hörvermögen vertreten. Obwohl hier ein blauäugiges Tier mit Hörverlust hörende Vollgeschwister mit braunen Augen hatte, konnte der genomische Zuchtwert diese Differenzierung erfassen, da die speziellen Genvarianten für Hörverlust bei blauer Augenfarbe bei diesem Tier im Vergleich zu seinen hörenden braunäugigen Vollgeschwistern zum Tragen kamen. Die 2

3 Plattenausbildung konnte noch nicht mitaufgenommen werden, da hierfür noch zu wenige Hunde genotypisiert wurden und die Ergebnisse noch nicht eindeutig sind. Dies soll bei weiteren Genotypisierungen erfolgen. Welche Höhe sollten die genomischen Zuchwerte der Paarungspartner aufweisen, um möglichst Würfe mit Welpen ohne Hörverlust zu bekommen? Welche Höhe der genomische Zuchwert aufweisen muss, dass bei der Anpaarung mit Sicherheit keine Nachkommen mit Hörverlust auftreten, wird von der Verbreitung der mit Taubheit assoziierten Genvarianten in der Population bestimmt. Bei einer Anpaarung erfolgt eine zufällige Vermischung der Genvarianten der Elterntiere und, je nach Kombination der elterlichen Genvarianten, kann ein verschieden großer Anteil von neuen Konstellationen von Genvarianten entstehen, die ein Auftreten von Hörverlust ermöglichen. Für die Paarungspartner muss deshalb anhand der festgestellten Genvarianten berechnet werden, welche Genotypen bei den Nachkommen auftreten können, und in welcher Häufigkeit Genotypen auftreten, die Hörverlust haben. Daraus kann vorhergesagt werden, wie risikoreich die Anpaarung hinsichtlich des Hörverlusts bei den Nachkommen sein wird und ob eine bestimmte Anpaarung mehr Risiko beinhaltet als eine weitere alternative Anpaarung. Aus der bloßen Mittelwertbildung der genomischen Zuchtwerte der beiden Paarungspartner kann nur ein Näherungswert abgeleitet werden, da auch die Verteilung der Genvarianten nach Genombereichen eine Rolle spielt. Diese Berechnungen werden von uns durchgeführt und können auf Anfrage geliefert werden. Zukünftige Nachkommen mit Werten unter 100 haben signifikant mehr Genvarianten, die eine vollständige Ausbildung des Gehörs garantieren. Tiere mit Werten unter Punkten prägen keine Taubheit aus und haben ein deutlich verringertes Risiko, Genvarianten für kongenitale sensorineurale Taubheit zu tragen. Ergeben sich bei den Berechnungen Tiere mit genomischen Zuchtwerten von , so gehen wir davon aus, dass diese Tiere noch kein Risiko für die phänotypische Ausprägung von Taubheit haben, jedoch tragen diese Tiere bereits einige Genvarianten, die Hörverlust begünstigen. Bei zukünftigen Tieren mit genomischen Zuchtwerten über 120 erhöht sich das Risko für Hörverlust und ab Punkten ist mit hoher Sicherheit Hörverlust zu erwarten. Wenn bei einer Anpaarungsplanung alle zukünftigen Tiere Zuchtwerte unter 100 aufweisen, ist das Risiko für Hörverlust bei dieser Anpaarung nur mehr sehr gering. Aus der erwarteten Verteilung der möglichen zukünftigen Nachkommen ergibt sich das Risiko für Hörverlust für die geplante Anpaarung. Da niemand vorhersagen kann, welche exakten Genotypen die Nachkommen haben werden, wird über diese Berechnungen das Risiko für Hörverlust abgeschätzt. Zudem muss in Betracht gezogen werden, dass eine 100%ige Sicherheit nicht garantiert werden kann, da bei einem komplexen Merkmal seltene Genvarianten oder Konstellationen von Genvarianten auftreten können, die vorher nicht bekannt waren, und die Verteilung der Genotypen in dem Wurf von der Erwartung abweichen kann. Nach den bisherigen Ergebnissen ist zu erwarten, dass alle wesentlichen Genvarianten in der genotypisierten Stichprobe erfasst wurden, da sonst eine Trennung in hörende und ein-/beidseits nichthörende Hunde nicht möglich gewesen wäre. Der Effekt der Plattenausbildung war in der Stichprobe noch zu gering abgebildet und aus diesem Grund kann bei der Zucht mit Hunden dieser Farbausprägung noch keine Bewertung über den genomischen Zuchtwert erfolgen. Dies sollte in weiteren Genotypisierungen nachgeholt werden, wenn vermehrt derartige Tiere zur Untersuchung kommen. 3

4 Wurde ein Patent für den Test angemeldet? Das Testprinzip wurde zum Patent angemeldet sowie die früher entwickelten Marker für 24 Kandidatengene. Da wir den Test für Kandidatengene nicht kommerziell anbieten, hatte ich der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover empfohlen, den Test über die Kandidatengene nicht weiter als Patent zu halten. Einige Firmen wollten diesen Test uns abkaufen, was wir jedoch abgelehnt hatten. Der Test ist für einzelne Zuchtlinien aufschlussreich, würde jedoch an Grenzen stoßen, wenn die gesamte Dalmatinerpopulation damit getestet würde. Da das Verfahren über die SNPs inzwischen möglich ist und dieser Ansatz weit mehr Möglichkeiten bietet, haben wir diese früheren Tests fallen gelassen. Die Kosten für die Gesamtheit dieser früher entwickelten Marker würden zudem um einiges höher sein als die Hochdurchsatzmethode mit den SNPs. Haben Sie mit anderen Universitäten in Kooperation gearbeitet? Diese Arbeiten finden in Kooperation mit Kollegen u.a. aus den USA, Norwegen und Australien statt, so dass auf jeden Fall mehr Erkenntnisse zur Aufklärung der kongenitalen sensorineuralen Taubheit zusammengetragen werden. Ziel dieser Arbeiten wird es sein, die Gene für kongenitale sensorineurale Taubheit aufzuklären und deren Wirkung auf die Entstehung von Hörverlust zu verstehen. Wie schätzen Sie die Wichtigkeit des genomischen Zuchtwertes für die zukünftige Zucht ein? Der Einstieg in die genomischen Zuchtwerte ermöglicht die Zucht auf hörende Dalmatiner voranzubringen und zunehmend mehr Zuchttiere mit den erwünschten Genvarianten zu züchten. Es ist ein wichtiges Mittel, um die Frequenz von Hunden mit Hörverlust zu senken. Allerdings ist nicht zu erwarten, dass dies innerhalb einer oder zwei Generationen möglich ist, da mehrere Gene die Ausprägung der Hörfunktion beeinflussen. Wie zeitnah sind genomische Zuchtwerte zu bekommen, wenn eine EDTA-Blut eingesandt wird bzw. ein Untersuchungsauftrag gegeben wird und welche Kosten sind zu entrichten? Für weitere Tests sind EDTA-Blutproben einschließlich einer Kopie einer Ahnentafel sowie des Audiometriebefundes des Zuchttieres direkt an Prof. Dr. Ottmar Distl, Institut für Tierzucht und Vererbungsforschung, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, zu senden. Falls eine Blutprobe bei uns schon eingelagert ist, ist nur das Formblatt uns zuzusenden. Der Einsender erhält dann eine Bestätigung des Eingangs der Probe bzw. Untersuchungsauftrages und zur Kontrolle die Daten des Tieres, für das die Untersuchung beantragt wird. Die Kosten der Untersuchung betragen pro Tier 330,-. Die Ergebnisse stehen nach ca. 6-8 Wochen zur Verfügung. Sollte eine Verzögerung eintreten, wird der Einsender frühzeitig informiert. 4

5 Wie wird die von Frau Riesenberg durchgeführte Umfrage der Forschung weiterhelfen? In den weiteren Arbeiten spielt auch die Frage der Intensität der Pigmentierung des Fells bei den Welpen und erwachsenen Hunden eine große Rolle. Ebenso soll dem Effekt der Blaufärbung der Augen auf die Taubheit detaillierter als bisher nachgegangen werden. Da wir eine große Anzahl von Markern für die Hunde genotypisiert haben, sollen auch weitere Merkmale an diesen Daten analysiert werden. Dies ist auch in der Hinsicht wichtig, dass ein Genomprofil für weitere Eigenschaften erstellt werden kann und mögliche Wechselwirkungen mit der Taubheit zu erkennen sind und die Zuchtwahl nach den gewünschten Eigenschaften ausbalanziert werden kann. Der Fragebogen zu weiteren Angaben zu Ihren Hunden ist deshalb eine wichtige Datenquelle für weitere Auswertungen in dem gemeinsamen Projekt mit Kollegen aus dem Ausland. Da die Dalmatinerzuchtvereine aus Deutschland einen wesentlich zur Datensammlung beigetragen haben, sind die Ergebnisse für die deutschen Züchter vorrangig verwertbar. An dieser Stelle sei allen Züchtern und Zuchtverantwortlichen für die große Unterstützung der Forschung in den letzten Jahren sehr herzlich gedankt. Welche Rolle spielen die Plattenausbildung und die Ausbildung von blauen Augen hinsichtlich Inzidenz für Hörverlust und in der Zuchtlinie für die Nachkommen? Die Kopplung von blauer Augenfarbe und Hörverlust ist offensichtlich. Andererseits zeigen Hunde mit Plattenausbildung deutlich weniger Hörverlust. Dies wurde in mehreren voneinander unabhängigen Studien festgestellt. Die aktuelle Auswertung der Daten aus Deutschland ergab folgendes Bild. Bei blauer Augenfarbe sind 66,3 % der Dalmatiner hörend und bei brauner Augenfarbe 86,6%. Hunde mit Platten sind zu 96,5% hörend und ohne Platten zu 83,1%. (1) Als Genom oder auch Erbgut eines Lebewesens wird die Gesamtheit der vererbbaren Informationen einer Zelle bezeichnet, die als Desoxyribonukleinsäure (DNA) vorliegt (2) Monogenie bezeichnet in der Genetik die Ausbildung eines Merkmals aufgrund eines einzelnen Gens (3) MITF (Mikrophthalmie-assoziierter Transkriptionsfaktor) ist ein Protein in Wirbeltieren, es ist der mit Tyrosinase und TRP-1 assoziierte Transkriptionsfaktor. MITF bindet spezifisch an die DNA-Sequenz 5'-CACGTG-3', den Tyrosinase- Promoter. Beim Mensch sind zehn paraloge Isoformen von MITF bekannt, die in verschiedenen Gewebetypen lokalisiert sind. MITF spielt eine entscheidende Rolle bei der Differenzierung mehrerer Gewebe. Mutationen des MITF-Gens können zu verschiedenen Formen des Leuzismus und der Scheckung führen 5