Inhalt des Vortrags. o genetische Grundlagen. o Wie findet man Erbfehler? o Zusammenfassung. Was ist ein Haplotyp?

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2 Inhalt des Vortrags o genetische Grundlagen Was ist ein Haplotyp? o Wie findet man Erbfehler? basierend auf Phänotypen: Zwergwuchs basierend auf Genotypen: Braunvieh Haplotyp II o Zusammenfassung

3 einige Grundlagen der Genetik o Im Zellkern jeder Zelle befindet sich die Bibliothek des Lebens: DNA (DNS) ~3 Milliarden Buchstaben beim Rind verteilt auf 30 Chromosomen o Funktionale Einheiten: ca Gene Gene in Aminosäuren und Proteine übersetzt

4 einige Grundlagen der Genetik o Im Zellkern jeder Zelle befindet sich die Bibliothek des Lebens: DNA (DNS) 3 Miliarden Buchstaben (Nucleotide) beim Rind verteilt auf 30 Chromosomen o Funktionale Einheiten: ca Gene Gene in Aminosäuren und Proteine übersetzt o nur ca. 5% der DNA ist in Genen organisiert restlichen 95% sind aber auch nicht nutzlos

5 einige Grundlagen der Genetik o rund 99,9% der DNA Bausteine sind bei allen Rindern gleich ungefähr nur jeder Baustein ist unterschiedlich! die häufigsten (>80%) dieser Unterschiede sind sogenannte SNP Marker o gesamte DNA ist doppelt vorhanden je ein Allel vom Vater und Mutter o DNA wird in Einheiten Haplotypen weitergegeben: Rekombiantion kann diese Einheiten neu kombinieren

6 Was verstehen wir unter Haplotyp? Stier Kuh Haplotyp vom Vater des Stieres Haplotyp von der Mutter des Stieres variable Position SNP Genotyp: mischerbig oder heterozygot Genotyp: reinerbig oder homozygot Rekombination

7 Mutationen o Unterschiede in DNA entstehen durch Mutationen o nur sehr wenige Mutationen bleiben dauerhaft in einer Population meist nachteilig Selektion Zufallsdrift o rezessive Mutationen haben bessere Chancen sich halten zu können

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

9 rezessive Mutationen o solange eines der beiden Allele gesund ist, bleibt ein mutiertes Allel ohne Folgen: mischerbige (heterozygote) Tiere sind gesund o beide Allele mutiert Funktion des Genes gestört Phänotyp kommt zur Ausprägung Am Defektgenort Inzucht auf Ahnen bei dem Mutation erstmals auftrat o rezessive Gendefekte bleiben lange verdeckt o Inzuchtvermeidung reduziert Risiko, dass Erbfehler zu Tage treten

10 rezessive Mutationen Gilt bei Zufallspaarung! Durch Inzuchtvermeidung ist das Verhältnis Defektallelfrequenz : Merkmalsträger noch weiter! Züchterstammtisch Erbfehler

11 Risiko für ein betroffenes Kalb Risiko Kalb = 1 aus 4; 0,25

12 Risiko für ein betroffenes Kalb Risiko Kalb ~ 1 aus 8; 0,125

13 Wie können Erbfehler lokalisiert werden? o 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? o Chip Genotypen sind hier sehr hilfreich! FV Genotypen BV Genotypen o 2 Ansätze angewendet Fälle liegen vor, konkrete Verdachtslage: phänotypengetrieben keine Fälle vorliegend, Suche ohne Verdacht genotypengetrieben o Lokalisierung Haplotypen bzw. Gentest verfügbar!

15 Phänotypengetriebener Ansatz Beispiel Zwergwuchs (DW) o 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

16 Zwergwuchs (DW) o Erscheinungsbild Geburtsgewichte zwischen kg, Zurückbleiben im Wachstum spitze Kopfform, gerade Nasenlinie, häufig Unterkieferverkürzung meist gesund

17 Zwergwuchs (DW) Zwergwuchs (DW) Schwarzenbacher, ZuchtData

18 Zwergwuchs (DW) Schwarzenbacher, ZuchtData 20

19 Phänotypengetriebener Ansatz Beispiel Zwergwuchs (DW) o 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 o Ansatz: suche Chromosomenstück in der DW Kälber reinerbig sind, aber kein gesundes Tier! o Treffer 06 13: 3. Chromosom, Haplotypenlänge ~5% des Chromosoms Veröffentlichung am

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

21 Genotypengetriebener Ansatz Beispiel Braunvieh Haplotyp 2 (BH2) o keine Fälle bekannt! o Suche nach Haplotypen die nicht homozygot vorkommen Annahme: homozygote Träger sterben aufgrund von rezessiven Erbfehlern

22 Genotypengetriebener Ansatz Beispiel Braunvieh Haplotyp 2 (BH2) Chromosom 19: 10,5 11,3 Mb, Frequenz ~6,4% 17 reinerbige Kälber erwartet, keines beobachtet P Wert: 5 aus 100 Mio.! -log 10 (P-Wert) Position in Mio. Basenpaare (Mb)

23 Genotypengetriebener Ansatz Beispiel Braunvieh Haplotyp 2 (BH2) o keine Fälle bekannt! o Suche nach Haplotypen die nicht homozygot vorkommen Annahme: homozygote Träger sterben aufgrund von rezessiven Erbfehlern o Bestätigung durch Phänotypendaten, Analyse von Risikoanpaarungen Kuhvater und Belegstier sind Träger: jedes achte Kalb reinerbig bzw. Merkmalsträger Analyse von Fruchtbarkeitsdaten, Totgeburtenraten und Aufzuchtverlusten Mittelwerte der Risikoanpaarungen mit Populationswerten verglichen

24 Genotypengetriebener Ansatz Beispiel Braunvieh Haplotyp 2 (BH2) Vater Nicht Anlageträger, MV Anlageträger Vater Anlageträger, MV Anlageträger Überlebensrate ~4.7% höhere Ausfallrate im ersten Jahr Ausfälle vor allem in ersten 20 Tagen Lebenstage

25 unvollständige Penetranz o es gibt inzwischen 2 ältere reinerbige BH2 Tiere (aus > genotypisierten Tieren) Eines (9 Monate) hat eine schwere Lungenentzündung knapp überstanden, ein zweites (12 Monate) war relativ unauffällig Unvollständige Penetranz in der Biologie oft kein 0 oder 1 Abbildung: Rossoni Abbildung: Birkenmeier

26 unvollständige Penetranz Beim Rind? Abbildung: Birkenmeier Abbildung: Schwarzenbacher, ZuchtData Abbildungen: Birkenmeier

27 Welche Erbkrankheiten wurden identifiziert? Zwergwuchs (DW) * Zinkdefizienz like Syndrom (ZDL) * Thrombopathie (TP) * Männliche Subfertilität (BMS) * Arachnomelie (A) * Minderwuchs (FH2) * Braunvieh Haplotyp 2 (BH2) * weitere Fleckvieh Haplotypen Phänotypgetrieben Genotypgetrieben * Mutation bekannt, direkter Gentest verfügbar

28 Gentest versus Haplotypen o Haplotypentest: Haplotyp ( Chromosomenstück) auf dem die Mutation sitzt wird identifiziert nicht zu 100% sicher! Mutation nicht zu 100% mit dem HT übereinstimmend Möglichkeiten von Rekombination Unsicherheit bei der Bestimmung der Haplotypen Validierung DW: 1 falsch positiver Hap. Test aus 904 Tests o Gentest: ursächliche Mutation direkt genotypisiert nahezu zu 100% sicheres Ergebnis

29 Zusammenfassung o Genotypendaten und Sequenzdaten sind abgesehen von der gzws auch für andere Dinge nützlich Erbfehler mit einfachem Erbgang kann innerhalb weniger Wochen identifiziert werden Erbfehler mit komplexem Erbgang /unvollständiger Penetranz bleibt weiter schwierig Stichprobengröße Beobachtung und Meldung von Missbildungen o Genotypengetriebenes Erbfehlermonitoring ist wichtig in Zeiten intensivierter Zuchtprogramme & verkürzter Generationsintervalle frühzeitig = geringerer Schaden Tierleid & Ökonomik ist eine Frage verantwortlichen Züchtens

30 Zusammenfassung o Genomdaten gepaart mit Leistungs und Gesundheitsdaten das letzte Jahr hat gezeigt, wie nützlich diese Daten sind o Erbfehler: langfristig eher positiver Effekt zu erwarten weniger böse Überraschungen in Zukunft Vitalität und Fitness (Fruchtbarkeit, Kälbersterblichkeit) gestärkt o Herausforderung Zucht wird immer komplexer! Wie schaffen wir es, die Züchter mit im Boot zu behalten?

31 Schlussbemerkung Diese Ergebnisse entstanden unter maßgeblicher Beteiligung und in intensiver Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Tierzucht der TU München Dr. Hubert Pausch, Prof. Dr. Ruedi Fries sowie der Arbeitsgruppe Erbfehler und genetische Besonderheiten des Beratenden Ausschusses: AUMANN, BIRKENMAIER, FRIES, GÖTZ, MIESENBERGER, PAUSCH, RÖHRMOSER, SCHWARZENBACHER, TANZLER, TISCHLER, WEIDELE, ZIEGLGÄNSBERGER