Qualität von tierischen Lebensmitteln Tropfsaftverluste beim Schweinefleisch

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1 Züchtungskunde, 82, (1) S , 2010, ISSN Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart Qualität von tierischen Lebensmitteln Tropfsaftverluste beim Schweinefleisch K. Schellander 1, Christine Große-Brinkhaus 1 und Ch. Phatsara 1 Zusammenfassung Tropfsaftverluste und damit einhergehendes verringertes Wasserbindungsvermögen stellen Qualitätseinschränkungen dar, die sowohl die Sensorik als auch die technologischen Eigenschaften von Schweinefleisch massiv negativ beeinflussen können. Nach der Sanierung der Populationen bezüglich des Ryr1-Locus sind die Tropfsaftverluste variabel geblieben, und neue Phänotypen wie rotes nasses oder blasses trockenes Fleisch sowie deren Übergangsformen treten auf. In diesem Artikel werden strukturelle, biochemische und genetische Hintergründe der Faktoren beleuchtet, die auf den Tropfsaftverlust einwirken. Die Geschwindigkeit und das Ausmaß des Rigor mortis sowie des post-mortalen ph-wert-abfalls spielen dabei eine entscheidende Rolle. Genetische Parameter spiegeln nach wie vor eine mittlere Heritabilität und die bekannten negativen Korrelationen zum Fleischanteil im Schlachtkörper wider. Mittels QTL-, Kandidatengen- und Transkriptomanalyse sind eine Reihe von Chromosomenregionen mit den dazugehörigen Genen identifiziert worden, die einen Teil der Varianz erklären können. In letzter Zeit haben genomweite Assoziationsanalysen verstärkt an Bedeutung gewonnen und stehen vor der Anwendung zur Analyse der Genetik der Fleischqualität. Schlüsselwörter: Schweinefleisch, Fleischqualität, Tropfsaftverlust, QTL, Kandidatengene Summary Quality of animal foods drip losses from pork meat High drip loss and its association with reduced water holding capacity set up main restrictions to the quality of meat, which influence negatively sensorial as well as technological characteristics of pork. After the sanitation of the different pig populations regarding the Ryr1-locus, the variability of drip loss remained still large and further phenotypes like reddish wet or pale dry meat and also transitional forms can be observed. In this article structural, biochemical and genetical backgrounds of the different factors affecting drip loss will be discussed. The rate and the intensity of the rigor mortis as well as ph decline post mortem play an important role for this trait. Genetical parameters, like a medium heritability and known negative correlations between meat quality and lean meat content, are still observed. By using QTL, candidate gene and transcriptom analysis several chromosomal regions with corresponding genes have been identified, which explain a portion of the phenotypic variance. Recently, genome wide association studies became popular and are going to be used to analyse the genetic background of meat quality. 1 Institut für Tierwissenschaften, Universität Bonn, Endenicher Allee 15, Bonn, ksch@itw.uni-bonn.de

2 58 K. Schellander, Christine Große-Brinkhaus und Ch. Phatsara Keywords: Pork meat, meat quality, drip loss, QTL, candidate genes 1 Bedeutung und Ausprägung der Tropfsaftverluste Das Wasserbindungsvermögen von Fleischprodukten ist ein wichtiger Qualitätsfaktor, der Einfluss auf den Ertrag des Produktes nimmt. Dies hat wiederum ökonomische Auswirkungen zur Folge. Des Weiteren spielt das Wasserbindungsvermögen eine wichtige Rolle bei der Genussqualität. Eine Anzahl von prä- und post-mortalen Faktoren beeinflusst das Wasserbindungsvermögen von Fleisch. Während des Wachstums und der Entwicklung der Muskulatur sind die Tiere selbst, deren Genotyp und ihre Fütterung wichtig, da diese Faktoren einen direkten Einfluss auf die Charakteristik des Fleisches nehmen. In der Zeit kurz vor dem Schlachten bedeutet Stress für die Tiere in vielen Fällen eine Veränderung des Wasserbindungsvermögens. In der Zeit nach dem Schlachten wirken eine Reihe von verschiedenen biochemischen wie auch technologischen Faktoren auf das Wasserbindungsvermögen ein, wie Koch- und Kühl-Vorgänge der Fleischprodukte (Hofmann, 1987). Die Schweinefleischqualität lässt sich in vier Klassen einteilen, basierend auf Farbe, Beschaffenheit und Wässrigkeit. Die erste Qualitätsgruppe wird als RFN (Reddish pink, Firm and Non-exudative; rötlich rosa, fest und nicht wässrig) bezeichnet, welches die Klassifikation für die beste Qualität von Schweinefleisch darstellt. RFN Fleisch hat die gewünschte Farbe, Festigkeit, ein normales Wasserbindungsvermögen und einen moderat absinkenden ph-wert, der ultimativ bei 5,8 5,6 liegt. Die zweite Qualitätsgruppe ist PSE (Pale pinkish grey, very Soft and Exsudative; bleich blassrosa-grau, sehr weich und wässrig), das sich auf Fleisch bezieht, welches ein unerwünschtes Aussehen hat und übermäßig bei technischer Weiterverarbeitung schrumpft. Die PSE Fleischklasse hat ein schlechtes Wasserbindungsvermögen und einen stark frühpostmortal absinkenden ph-wert (5,6 5,5). Die dritte Gruppe beinhaltet das DFD Fleisch (Dark purplish red, very Firm and Dry; dunkel, leicht violett-rot, sehr fest und trocken). DFD Fleisch hat eine feste und klebrige Oberfläche mit einem hohen Wasserbindungsvermögen und hohem ph-wert. Des Weiteren lassen sich Zwischenformen wie RSE (Reddisch Soft and Excudative) und PFN (Pale Soft and Non-exsudative) beobachten (Fischer et al., 2002). Das Ausmaß des Tropfsaftverlustes in dem post-rigor Stadium wird von einigen sehr wichtigen Faktoren beeinflusst, welche sich überschneiden können. Zum einen spielt bei Fleisch, dessen ph-wert mit normaler Geschwindigkeit abnimmt, die Fleischtemperatur vor der Totenstarre und anschließend die Länge der Sarkomere bei den ultimativen ph-werten eine entscheidende Rolle. Zum anderen wird der Tropfsaftverlust nach dem Tod durch die Geschwindigkeit und Höhe des ph-wert-abfalls in Zusammenhang mit den Bedingungen der Kühlung und schließlich dem Grad der Proteindegenerierung sowie der Auflösung der Zellstrukturen beeinflusst (Fischer, 2007). Tropfsaftverlust wird als rote, hauptsächlich aus Wasser und Proteinen bestehende Flüssigkeit beschrieben, die aus den Schneidflächen oder den Fleischstücken austreten kann, ohne Anwendung von anderen externen Kräften, ausgenommen der Schwerkraft (Offer et al., 1989). Der prozentuale Tropfsaftverlust wird von mehreren prä- und post- mortalen Faktoren beeinflusst (Borchers et al., 2007). Bei frischem Schweinefleisch ist der Tropfsaftverlust das Ergebnis des Schrumpfens der Muskelstrukturproteine, insbesondere von Aktin und Myosin, und dem daraus folgenden Austreten der Flüssigkeit aus dem Fleisch. Die Einschätzung des Tropfsaftverlustes wurde durch mehrere Methoden vollzogen, jedoch ist die Beutel-Methode (Honikel, 1987) eine der international anerkanntesten Methoden. Darüber hinaus werden eine Vielzahl von weiteren Methoden, wie die Filterpressmethode, Zentrifugal Methoden, EZ-DripLos-Methode und absorbierende Mate-

3 Qualität von tierischen Lebensmitteln Tropfsaftverluste beim Schweinefleisch 59 rialien verwendet (Borchers et al., 2007). Obwohl die Messtechniken jahrelang praktiziert wurden, ist eine international standardisierte Prozedur nicht verfügbar (Otto et al., 2004). Eine Studie, in der die Schweinerassen Duroc und Piétrain bezüglich Schlachtkörperzusammensetzung und Fleischqualität untersucht wurden, zeigte, dass Fleischqualitätsmerkmale, im Speziellen ph-wert und Tropfsaftverlust, zwischen den zwei Linien signifikant unterschiedlich sind (Edwards et al., 2003). Das Fleisch der Duroc-Nachkommen hatte einen höheren ultimativen ph-wert, verglichen zu den Piétrain-Nachkommen, während der Tropfsaftverlust bei den Duroc-Nachkommen niedriger ausfiel (p < 0,001). 2 Strukturelle Faktoren und biochemische Mechanismen Der Hauptbestandteil des Fleisches ist Wasser, welches etwa 75% des Gewichtes ausmacht. Während 90% des Wassers in den Muskelzellen in gebundener Form vorliegt, befindet sich der Rest im Interzellularraum (Lambert et al., 2001). Innerhalb der Muskelstrukturen sind verschiedene Regionen zu beobachten, in denen spezifisch Tropfsaft auftritt: zum einen zwischen den Myofibrillen, dem sogenannten Intrazellularbereich, als auch außerhalb der Myofibrillen, im Extrazellularraum. Aber auch zwischen den einzelnen Muskelfaserbündeln kann der Ursprung des Tropfsaftverlusts liegen. Der Verlust an Wasser aus jedem dieser Bereiche wird durch eine Reihe geringfügig veränderter Mechanismen beeinflusst, wie z.b. der Zeit während der Lagerung (Huff-Lonergan and Lonergan, 2005). Nur ein kleiner Teil der Tropfsaftverluste im Fleisch lässt sich auf die Vorphase des Rigor mortis, während des eigentlichen Schlachtprozesses, zurückführen. Deutlich mehr Tropfsaftverluste werden nach der Schlachtung beobachtet, wenn der Schlachtkörper sich vollständig in der Totenstarre befindet (Jolley et al., 1981). Ein möglicher Grund ist die deutliche Verkürzung der Muskelfasern und die dadurch verringerten Kompartimente innerhalb der Myofibrillen, in denen Wasser eingelagert ist. Die Voraussetzung, um die Verkleinerung der Myofibrillen in ein Schrumpfen der ganzen Zelle zu überführen, ist ein intaktes Zellskelett (Offer and Cousins, 1992). Dieses stellt ein komplexes Netzwerk dar, bestehend aus einer Vielzahl von Verknüpfungen zwischen Myofibrillen, peripheren Myofibrillen und dem Sarkolemm. Der Grad des Proteinabbaus des Zellskeletts post-mortal könnte verantwortlich für das Ausmaß der Zellschrumpfung und des Wasserbindungsvermögens sein (Bee et al., 2004; Kristensen and Purslow, 2001; Rowe et al., 2001). Ein anderer Grund für das Phänomen ist die Veränderung des ph-wertes in diesem Gewebe, welcher sich in der Nähe des isoelektrischen Punktes vieler wichtiger Proteine einpendelt, vor allem von Myosin. Als Folge dieser Einflussfaktoren kann die Zunahme des Tropfsaftverlustes im Fleisch beobachtet werden (Offer et al., 1989). Während des Schlachtens kommt es zu einem abrupten Stopp der Sauerstoffzufuhr innerhalb der Gewebe des Schlachtkörpers, das zu einer generellen Hypoxie führt. Der Restsauerstoff wird hauptsächlich durch den Elektronentransport innerhalb der Oxidationsketten der Mitochondrialwand verbraucht, um Energie angereicherte Phosphatverbindungen (z.b. ATP, Phosphokreatin) für die Muskelkontraktion und die aktiven Zelltransportmechanismen zu erzeugen. Dadurch wird der Sauerstoffmangel weiter gesteigert, und das Gleichgewicht zwischen aeroben und anaeroben Stoffwechselprozessen verschiebt sich zu Gunsten der anaeroben Erzeugung von ATP und Phosphokreatin während der Glykolyse. Der bedeutendste Energielieferant im Muskelgewebe innerhalb dieses Prozesses ist Glykogen. Dieses wird bei der Glykolyse über Glucose zu Pyruvat abgebaut. Dabei wird NADH gebildet, welches für den Elektronentransport in den Mitochondrien benötigt wird. NADH (reduzierte Form von Nicotinamidadenindinukleotid) wird aus der LDH-(Laktatdehydrogenase)Reaktion generiert, das bei der Bildung von Laktat

4 60 K. Schellander, Christine Große-Brinkhaus und Ch. Phatsara entsteht. Die Anreicherung von Laktatprodukten verringert den ph-wert im Muskelgewebe auf ca. 5,6. Wenn der ph-wert sich dem isoelektischen Punkt von Myosin, dem wichtigsten Protein in der Muskelzelle, nähert, denaturiert dieses Protein zum Teil, und der Interfibrillarraum wird reduziert. Dadurch wird die Flüssigkeit, die nur locker gebunden ist, aus den Kompartimenten herausgetrieben. Die Reduktion des Wasserhaltevermögens hat somit den Verlust von Wasser aus Muskelgewebe zur Folge, das folglich als Tropfsaft bezeichnet wird (Huff-Lonergan and Lonergan, 2005). Mit dem vollständigen Abbau von Glykogen endet die Produktion von ATP, und die Totenstarre tritt ein. Dabei bilden die Proteine Myosin und Aktin einen festen Komplex, der auf Grund des fehlenden ATP nicht mehr aufgelöst werden kann, und das Sarkomer verkürzt sich (Honikel et al., 1986). Bedeutende Parameter in Bezug auf den Säuerungsgrad von Fleisch sind die Kalziumkonzentration, der ph-wert, die Temperatur und der oxidative Status des Muskelgewebes. Ein anderer wichtiger Punkt ist die gesteigerte oxidative Situation im post-mortalen Muskel, die die spezifische Aminosäurezusammensetzung in den Myofibrillen verändert und mit einer Veränderung der Funktionalität der Proteine und somit des Wasserhaltevermögens einhergeht. Zusätzlich zur veränderten Proteinstruktur im Muskel, die in direktem Zusammenhang mit dem Wasserhaltevermögen des Muskelgewebes steht, verändern sich die Enzymaktivitäten des Muskelmetabolismus und der aktive Zelltransport. Die meisten Enzyme sowie der aktive Transport durch die Zelle haben ein Aktivitätsoptimum im Muskelgewebe bei einem ph-wert um 7,4. Daraus kann geschlossen werden, dass bei rapidem Absinken des ph-wertes alle Stoffwechselprozesse deutlich schneller beeinflusst werden. Kurz vor der Schlachtung stellt Stress für die Tiere einen wichtigen Faktor dar, der das Wasserhaltevermögen von Fleisch stark beeinflusst. Es konnte gezeigt werden, dass die Einhaltung der chronologischen Reihenfolge der verschiedenen Schritte vor und während der Schlachtung von Mastschweinen die Fleischqualität positiv beeinflusst und Tropfsaft- und Kochverluste reduziert werden können. Ein möglicher Grund ist die Reduktion des glykolytischen Potentials im Muskelgewebe der Mastschweine, begleitet von einer geringeren Laktat-Anreichung und einem höheren ph-wert (Leheska et al., 2002). Allerdings können die Tiere bei einem kurzen Transport den Stress durch den Verladevorgang nicht kompensieren, wohingegen eine Verlängerung der Ruhezeit sich positiv auf die Fleischqualität auswirkt. Somit lässt sich schließen, dass die Fleischqualität nicht alleine durch ein geringeres glykolytisches Potential und eine geringere Lactatanreicherung beeinflusst wird. Erreichen die Schweine den Schlachthof, sollte eine Ruhezeit eingehalten werden, um den Transportstress zu kompensieren (Guardia et al., 2004). Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Behandlung der Tiere vor der Betäubung. Je nach Schlachtungsart, wie z.b. mit Hilfe der Elektrobetäubung, wird die Fleischqualität negativ beeinflusst (Kuechenmeister et al., 2005). Die stärksten Tropfsaftverluste werden bei PSE Fleisch beobachtet. Dieses Fleisch stammt oftmals von Schweinen, die über eine Mutation am Ryanodin 1 Rezeptor verfügen. Die Mutation tritt in hetero- und homozygoter Form auf (Fujii et al., 1991). RYR ist ein Bestandteil eines Kalziumionenkanals im Sarkoplasmatischen Retikulum. Die übermäßige Freigabe von Kalzium und der damit verbundene Konzentrationsanstieg führt neben der Kontraktion des Muskels zu einem überstürzten Abfall des ph-wertes. Dies kann das Maligne Hyperthermie Syndrom (MHS) auslösen. Negative Allelvarianten werden bei den Rassen Piétrain, Poland China und bei der Landrasse beobachtet. Schweine, die Träger dieser Mutation in homozygoter Form sind, zeichnen sich durch erhöhte Tropfsaftverluste und sehr helles Fleisch aus, Tiere mit heterozygotem Genotyp lassen sich in Bezug auf die Fleischqualitätsparameter zwischen den homozygoten Varianten einordnen (Fernandez et al., 2002).

5 Qualität von tierischen Lebensmitteln Tropfsaftverluste beim Schweinefleisch 61 3 Heritabilitäten und Korrelationen Die Heritabilität ist für Merkmale gering, die mit dem Wasserhaltevermögen in Beziehung stehen. In einer Studie von van Wijk et al. (2006) wurden die Heritablilität, die phänotypischen und genetischen Korrelationen an 1855 kommerziellen Kreuzungstieren für 14 Fleischqualitätsmerkmale geschätzt. Für Tropfsaftverluste wurde eine Heritabilität von 0,08 für EZ-DripLoss und von 0,11 für die Beutelmethode geschätzt. Des Weiteren lag h 2 für den ultimativen ph-wert bei 0,11. Die phänotypischen Korrelationen zwischen diesen Merkmalen war wie zu erwarten sehr hoch, und der negative Zusammenhang zwischen dem ultimativen ph-wert und Tropfsaft wurde bestätigt (r g 0,86 und 0,92). Die genetischen Korrelationen lagen in mittleren Größenordnungen. Tholen et al. (2005) untersuchten verschiedene Kreuzungszuchtpopulationen auf die genetischen Parameter von Fleischqualitätsmerkmalen. Dabei zeigte sich, dass die Anoder Abwesenheit der Mutation am Ryr1-Locus die Schätzung der Heritabilität für diese Merkmale beeinflusst. Am Ryr1 lassen sich folgende drei Genotypen mit entsprechendem Phänotyp beobachten: NN ohne Mutation, stressstabil, normale Fleischqualität; PP mit Mutation, stressanfällig, schlechte Fleischqualität, oft PSE-Fleisch und NP-Anlagenträger durch P-Allel, heterozygot, Phänotyp zwischen NN und PP. Gerade Populationen der Rasse Piétrain und die daraus hervorgehenden Kreuzungstiere zeichnen sich durch eine verschlechterte Fleischqualität aus, wenn die Tiere Anlagenträger waren. Die Heritabilität für Fleischqualität lag in reinerbig PP Populationen höher als in P-freien Populationen wie Landrasse, Large White oder Piétrain PP. In der Studie von Tholen et al. (2005) wurde die Fleischqualität durch die Merkmale Leitfähigkeit, früh- und spätpostmortaler ph-wert sowie Fleischhelligkeit charakterisiert. Die Erfassung des Tropfsaftverlustes wurde nur an Untergruppen mit Hilfe der EZ-DripLoss Methode durchgeführt. Es konnte aber gezeigt werden, dass eine mittlere negative phänotypische Korrelation zwischen frühpostmortalem ph-wert und Tropfsaft vorlag. In einer vergleichbaren Untersuchung von Borchers et al. (2007) wurden die genetischen Parameter direkt für Tropfsaftverluste bei reinrassigen Piétrain geschätzt, sowohl bei Tieren mit Genotyp NN als auch mit Genotyp PP. Die Heritabilität beim Einfluss der Mutation des Ryr1-Locus lag bei 0,34, wohingegen h 2 sich bei NN Genotypen auf 0,14 reduzierte. Genetische Korrelationen zwischen Tropfsaftverlusten und frühpostmortalem ph-wert lagen in dieser Studie bei 0,91 für den Genotyp NN und bei 0,66 für den Genotyp PP und entsprechen den Untersuchungen von Tholen et al. (2005). Die aus der Mutation am Ryr1-Locus resultierenden Fleischqualitätsmängel wie PSE Fleisch konnten züchterisch bearbeitet werden. Problematisch stellen sich allerdings die genetisch antagonistischen Beziehungen zwischen dem Magerfleischanteil und der Fleischqualität dar. Außerdem haben sich beim Vergleich verschiedener Studien die phänotypischen Unterschiede zwischen Tieren mit und ohne Mutation erheblich verringert. Dennoch bleibt die Beziehung zwischen direkten Fleischqualitätsmerkmalen wie zum Beispiel sensorischen Merkmalen und dem Tropfsaftverlust fraglich. Vorläufige Ergebnisse unserer Studie deuten auf eine hohe Korrelation (0,6) zwischen dem ph-wert 1 h post mortem im Kotelett und der Leitfähigkeit nach 24 h post mortem im Kotelett und dem EZ Tropfsaftverlust hin. 4 Ansätze der molekulargenetischen Analyse Die genetische Manifestierung quantitativer Merkmale wie Tropfsaftverluste kann durch eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden untersucht werden. Quantitative Merkmale

6 62 K. Schellander, Christine Große-Brinkhaus und Ch. Phatsara werden nicht nur durch einen Genort beeinflusst, sondern lassen sich durch eine Reihe verschiedener Genorte im gesamten Genom charakterisieren. Die Identifikation dieser QTL (Quantitative Trait Loci) wird mittels Segregationsanalyse durchgeführt. Grundlage für diese Untersuchungen ist die Verfügbarkeit von DNA-Markern, die genetisch oder physikalisch kartiert wurden und somit zusammen eine dichte Markerkarte bilden. Dies konnte in vielen landwirtschaftlichen Nutztieren mit Hilfe einer Vielzahl von hoch polymorphen Mikrosatelliten erreicht werden. In den letzten Jahrzehnten wurden so mit großem Aufwand eine Reihe von QTL identifiziert und lokalisiert, die sich mit den meisten wichtigen ökonomischen Merkmalen beim Schwein assoziieren ließen. In vielen Studien wurden dazu experimentelle F 2 Populationen aus Kreuzungen aus kommerziellen Linien mit zum Teil exotischen Rassen, z.b. Wildschwein mit Large White (Andersson-Eklund et al., 1998) oder die chinesische Rasse Meishan mit verschiedenen kommerziellen Rassen, genutzt (De Koning et al., 2001; Sato et al., 2003). Allerdings wurden in einer Reihe von QTL Studien auch Kreuzungen aus zwei oder mehreren kommerziellen Rassen eingesetzt, z.b. Berkshire mit Yorkshire (Dekkers et al., 2003; Malek et al., 2001; Thomsen et al., 2004). Als Ergebnis dieser Untersuchungen konnten QTL auf allen Chromosomen des Schweins identifiziert werden (Hu et al., 2005). Hinsichtlich Fleischqualität und Schlachtkörperzusammensetzung führte Liu et al. (2007) einen genomweiten QTL-Scan in einer Duroc Piétrain-F 2 Population durch und konnte 24 signifikante und 47 suggestive QTL identifizieren. Des Weiteren konnten auf Chromosom 1 (SSC1) mehrere QTL für den ph-wert 24 h nach der Schlachtung für Kotelett und Schinken nachgewiesen werden. Diese erklärten 11,84% und 9,08% der phänotypischen Varianz. Für Tropfsaft wurden QTL-Regionen auf SSC2, SSC3, SSC5 und SSC18 identifiziert. In einer vergleichbaren Studie von Edwards et al. (2008) konnten 94 QTL im Zusammenhang zur Fleischqualität identifiziert werden. Ebenfalls wurde in dieser Studie ein QTL für den ph-wert auf Chromosom 1 beobachtet, der vergleichbare Signifikanzniveaus aufwies wie in der Studie von Liu et al. (2007). Ebenfalls bestätigt wurde der QTL für Tropfsaftverluste auf SSC5 durch eine Studie von Thomsen et al. (2004). Wimmers et al. (2006) führte eine QTL-Studie für Muskelfaserarten und -zusammensetzung sowie für Fleischqualität in einer Duroc Berliner-Miniaturschwein-Kreuzung durch. Dabei zeigte sich, dass sich die QTL für Fleischqualität zum Großteil mit den mikrostrukturellen Eigenschaften der Muskulatur des Schweins vereinbaren ließen. Folglich kann geschlossen werden, dass Pleiotropie eine bedeutende Rolle bei komplexen Merkmalen wie Muskelfaser und Fleischqualität spielt. Eine Reihe von potentiellen Kandidatengenen wurden spezifisch für diese Regionen und im Bezug zur Fleischqualität von Jennen et al. (2007) vorgeschlagen. Die Identifikation von Kandidatengenen basiert auf den Informationen der physikalischen Kartierung für die Region, in denen der oder die QTL gefunden wurden. Auf Grund mangelnder Informationen in Bezug auf gefundene oder auch nicht gefundene Gene innerhalb der lokalisierten QTL besteht das Risiko falsch-positiver QTL; dies limitiert in einigen Teilen die Untersuchung. Um dieses Risiko zu minimieren, ist es zusätzlich hilfreich, das Expressionsniveau der ausgewählten Gene mit in die Analysen aufzunehmen. Bedeutende biologische Eigenschaften der Merkmale werden oftmals direkt durch die Transkriptionsmuster abgebildet. Daher sind die Variationen von quantitativen Merkmalen für gewöhnlich die Konsequenz aus genetischen Regulationsnetzwerken und einzelnen Faktoren, die die Dynamik dieser Netzwerke kontrollieren (Frank, 2003). Transkriptionsanalysen werden als funktionelle Kandidatengenanalysen durchgeführt, in denen ein mögliches Kandidatengen aus einer Reihe von Genen wegen signifikanter Unterschiede zwischen den Expressionsniveaus im Gewebe (Zhu and Zhao, 2007) statistisch identifiziert wird. Weitergeführt wurde diese Form der Untersuchung mittels Microarray-Techniken (Burt and Hocking, 2002; Rothschild, 2004). Microarrays bieten die Möglichkeit, die Expression vieler Gene in Kombination

7 Qualität von tierischen Lebensmitteln Tropfsaftverluste beim Schweinefleisch 63 mit einer großen Anzahl an Individuen zu untersuchen, so dass Gene identifiziert werden können, die eine sehr große Variation innerhalb einer Population aufweisen. Das Expressionsniveau von hochvariablen Genen in einem Individuum kann dann als Phänotyp angesehen werden, das möglicherweise auch durch andere genetische Determinanten beeinflusst wird. In der Studie von Ponsuksili et al. (2008b) konnten anhand der Ergebnisse einer Transkriptionsanalyse erfolgreich Kandidatengene für das Wasserhaltevermögen identifiziert werden. Für die Analyse wurden Tiere mit divergentem Phänotyp sowohl für Tropfsaftverlust als auch für ph-wert ausgewählt und die Transkriptionsprofile der einzelnen Tiere miteinander verglichen. Die unterschiedlich stark exprimierten Gene konnten mittels Korrelationsanalyse auf ihre Assoziation mit den Phänotypen überprüft werden. Die Validierung dieser Gene erfolgte nun mit Hilfe von eqtl-(expressions QTL)-Studien. Durch die Integration des Expressionsniveaus in die QTL Analyse ist es möglich, die Beziehungen zwischen dem eigentlichen Genort und anderen genomischen Regionen näher zu beschreiben (Ponsuksili et al., 2008a). Weiterführende statistische Auswertungen dieser Studie lassen darauf schließen, dass die Regulierung der Häufigkeiten von Transkripten in den biologischen Netzwerken die post-mortalen Prozesse im Schweinefleisch sowie die Fleischreifung beeinflusst. Dieses Wissen über die funktionalen Verknüpfungen ist hilfreich für die eindeutige Klärung der biologischen Zusammenhänge und letztlich für die Verbesserung der Fleischqualität. 5Ausblick Zurzeit werden Methoden eingeführt, die die schnelle Genotypisierung mit Hilfe von Markern beinhalten. Diese genetischen Marker sind gleichmäßig über das gesamte Genom verteilt. Die Grundlage dieser Form der genomweiten Assoziationsstudie bilden SNP (Single Nucleotide Polymorphismen)-Arrays. SNP bilden umfangreich die genetische Variation im Genom ab und ermöglichen so eine gezielte und schnelle Identifizierung von Kandidatengenen für komplexe Merkmale. Mit Hilfe der genomweiten Assoziationsstudie ist es möglich, durch den SNP-Chip ( high throughput technology ) Assoziationsanalysen in großem Umfang durchzuführen. Zusätzlich bieten diese neuen molekularen Informationen die Chance für die Tierzucht im Rahmen einer verbesserten Marker-assistierten Selektion oder Schätzung von genomischen Zuchtwerten die Fleischqualität genetisch zu verbessern. Des Weiteren könnten alle vorgestellten Methoden von QTL- über Transkriptom- und genomweite Assoziationsanalysen in Kombination dazu beitragen, die Suche nach und präzise Identifikation von Kandidatengenen zu verbessern. Literatur Andersson-Eklund, L., L. Marklund, K. Lundstrom, C.S. Haley, K. Andersson, I. Hansson, M. Moller and I. Andersson, (1998): Mapping quantitative trait loci for carcass and meat quality traits in a wild boar Large White intercross. J.Anim. Sci. 76, Bee, G., S.M. Lonergan and E. Huff-Lonergan, (2004): Early postmortem ph influences proteolysis of cytoskeletal proteins during aging in porcine longissimus muscle. J. Anim. Sci. 82, Borchers, N., G. Otto and E. Kalm, (2007): Genetic relationship of drip loss to further meat quality traits in purebred Pietrains. Arch. Tierz. 50, Burt, D.W. and P.M. Hocking, (2002): Mapping quantitative trait loci and identification of genes that control fatness in poultry. Proc. Nutr. Soc

8 64 K. Schellander, Christine Große-Brinkhaus und Ch. Phatsara De Koning, D.J., B. Harlizius, A.P. Rattink, M.A.M. Groenen, E.W. Brascamp and J.A.M. van Arendonk, (2001): Detection and characterization of quantitative trait loci for meat quality traits in pigs. J. Anim. Sci. 79, Dekkers, J.C.M., H. Thomsen, H. Lee, M. Malek and M.F. Rothschild, (2003): Detection of imprinted QTL in the Berkshire Yorkshire cross, pp. in Proc. 28th Nat. Swine Imp. Fed. Conf. and Ann. Mtg., De Moines, Iowa. Edwards, D.B., R.O. Bates and W.N. Osburn, (2003): Evaluation of Duroc- vs. Pietrainsired pigs for carcass and meat quality measures. J. Anim. Sci. 81, Edwards, D.B., C.W. Ernst, N.E. Raney, M.E. Doumit, M.D. Hoge and R.O. Bates, (2008): Quantitative trait locus mapping in a F2 Duroc Pietrain resource population: II. Carcass and meat quality traits. J. Anim. Sci. 86, Fernandez, X., E. Neyraud, T. Astruc and V. Santes, (2002): Effects of halothane genotype and pre-slaughter treatment on pig meat quality. Part 1. Post mortem metabolism, meat quality indicators and sensory traits of m. Longissimus lumborum. Meat Sci. 62, Fischer, K., (2007): Drip loss in pork: influencing factors and relation to further meat quality traits. J. Anim. Breed. Genet. 124, Fischer, K., J.P. Linder and A. Dobrowolski, (2002): Variation der Qualität von Schweinefleisch bei unauffälligen End-pH-Werten. Fleischwirtschaft 82, Frank, S.A., (2003): Genetic variation of polygenic characters and the evolution of genetic degeneracy. J. Evol. Biol. 16, Fujii, J., K. Otsu, F. Zorzato, S. Deleon, V.K. Khanna, J.E. Weiler, P.J. Obrien and D.H. MacLennan, (1991): Identification of a mutation in porcine ryanodine receptor associated with malignant hyperthermia. Science 253, Guardia, M.D., J. Estany, S. Balasch, M.A. Oliver, M. Gispert and A. Diestre, (2004): Risk assessment of PSE condition due to pre-slaughter conditions and RYR1 gene in pigs. Meat Sci. 67, Hofmann, K., (1987): Der Begriff Fleischqualität Definition und Anwendung. Fleischwirtschaft 67, Honikel, K.O., (1987): Water Binding-Capacity of Meat. Fleischwirtschaft 67, 418-&. Honikel, K.O., C.J. Kim, R. Hamm and P. Roncales, (1986): Sarcomere shortening of prerigor muscles and its influence on drip loss. Meat Sci. 16, Hu, Z.L., S. Dracheva, W.H. Jang, D. Maglott, J. Bastiaansen, M.F. Rothschild and J.M. Reecy, (2005): A QTL resource and comparison tool for pigs: PigQTLDB. Mamm. Genome 16, Huff-Lonergan, E. and S.M. Lonergan, (2005): Mechanisms of water-holding capacity of meat: The role of postmortem biochemical and structural changes. Meat Sci. 71, Jennen, D.G.J., A.D. Brings, G. Liu, H. Juengst, E. Tholen, E. Jonas, D. Tesfaye, K. Schellander and C. Phatsara, (2007): Genetic aspects concerning drip loss and water-holding capacity of porcine meat. J. Anim. Breed. Genet. 124, Jolley, P.D., K.O. Honikel and R. Hamm, (1981): Influence of temperature on the rate of postmortem metabolism and water-holding capacity of bovine neck muscles. Meat Sci. 5, Kristensen, L. and P.P. Purslow, (2001): The effect of ageing on the water-holding capacity of pork: role of cytoskeletal proteins. Meat Sci. 58, Kuechenmeister, U., G. Kuhn and K. Ender, (2005): Preslaughter handling of pigs and the effect on heart rate, meat quality, including tenderness, and sarcoplasmic reticulum Ca2+ transport. Meat Sci. 71, Lambert, I.H., J.H. Nielsen, H.J. Andersen and N. Ortenblad, (2001): Cellular model for induction of drip loss in meat. J. Agric. Food Chem. 49,

9 Qualität von tierischen Lebensmitteln Tropfsaftverluste beim Schweinefleisch 65 Leheska, J.M., D.M. Wulf and R.J. Maddock, (2002): Effects of fasting and transportation on pork quality development and extent of postmortem metabolism. J. Anim. Sci. 80, Liu, G.S., D.G.J. Jennen, E. Tholen, H. Juengst, T. Kleinwaechter, M. Hoelker, D. Tesfaye, C. Un, H.J. Schreinemachers, E. Murani, S. Ponsuksili, J.J. Kim, K. Schellander and K. Wimmers, (2007): A genome scan reveals QTL for growth, fatness, leanness and meat quality in a Duroc-Pietrain resource population. Anim. Genet. 38, Malek, M., J.C.M. Dekkers, H.K. Lee, T.J. Baas, K. Prusa, E. Huff-Lonergan and M.F. Rothschild, (2001): A molecuar genome scan analysis to identify chromosomal regions influencing economic traits in the pig. II. Meat and muscle composition. Mamm. Genome 12, Offer, G. and T. Cousins, (1992): The mechanism of drip production Formation of 2 compartments of extracellular-space in muscle postmortem. J. Sci. Food Agric. 58, Offer, G., P. Knight, R. Jeachocke, R. Alamond and T. Cousins, (1989): The structural basis of the water-holding, appearance and toughness of meat and meat products. Food Microstructure 8, Otto, G., R. Roehe, H. Looft, L. Thoelking and E. Kalm, (2004): Comparison of different methods for determination of drip loss and their relationships to meat quality and carcass characteristics in pigs. Meat Sci. 68, Ponsuksili, S., E. Jonas, E. Murani, C. Phatsara, T. Srikanchai, C. Walz, M. Schwerin, K. Schellander and K. Wimmers, (2008a): Trait correlated expression combined with expression QTL analysis reveals biological pathways and candidate genes affecting water holding capacity of muscle. BMC Genomics 9, 367. Ponsuksili, S., E. Murani, C. Phatsara, E. Jonas, C. Walz, M. Schwerin, K. Schellander and K. Wimmers, (2008b): Expression profiling of muscle reveals transcripts differentially expressed in muscle that affect water-holding capacity of pork. J. Agric. Food Chemistry 56, Rothschild, M.F., (2004): Porcine genomics delivers new tools and results: This little piggy did more than just go to market. Gen. Res. 83, 1-6. Rowe, L.J., E.J. Huff-Lonergan and S.M. Lonergan, (2001): Desmin degradation influences water-holding capacity and tenderness of fresh pork. J. Anim. Sci. (Suppl. 1) 79, 20. Sato, S., Y. Oyamada, K. Atsuji, T. Nade, S. Sato, E. Kobayashi, T. Mitsuhashi, K. Nirasawa, A. Komatsuda, Y. Saito, S. Terai, T. Hayashi and Y. Sugimoto, (2003): Quantitative trait loci analysis for growth and carcass traits in a Meishan Duroc F2 resource population. J. Anim. Sci. 81, Tholen, E., H. Jüngst, C. Schulze-Langenhorst and K. Schellander, (2005): Genetic foundation of meat quality traits of station tested slaughter pigs in North Rhine-Westphalia (Germany). Arch. Tierz. 48, Thomsen, H., H.K. Lee, M.F. Rothschild, M. Malek and J.C.M. Dekkers, (2004): Characterization of quantitative trait loci for growth and meat quality in a cross between commercial breeds of swine. J. Anim. Sci, 82, van Wijk, H.J., B. Dibbity, E.E. Baron, A.D. Brings, B. Harlizius, M.A.M. Groenen, E.F. Knol and H. Bovenhuis, (2006): Identification of quantitative trait loci for carcass composition and pork quality traits in a commercial finishing cross. J. Anim. Sci. 84, Wimmers, K., I. Fiedler, T. Hardge, E. Murani, K. Schellander and S. Ponsuksili, (2006): QTL for microstructural and biophysical muscle properties and body composition in pigs. BMC Genetics 7, 15. Zhu, M. and S. Zhao, (2007): Candidate gene identification approach: progress and challanges. Int. J. Biolog. Sci. 3,