Aufklärung aktueller tierzüchterischer und verbraucherrelevanter Fragestellungen durch molekulargenetische Strategien

Klauenerkrankungen sind die dritthäufigste Abgangsursache bei Milchkühen und 90 % aller Lahmheiten gehen auf verschiedene Erkrankungen der Klauen zurück. Im Rahmen des FUGATO-plus Forschungsprojektes GENE-FL wurden die genetischen Grundlagen der Fundamentstabilität beim Rind, Schwein, Pferd und Schaf untersucht. Für die Untersuchungen beim Rind wurde Probenmaterial von insgesamt 1.962 erstlaktierenden Kühen der Rasse Holstein Friesian gesammelt. Diese stammten von sieben großen Herden aus Mecklenburg-Vorpommern mit vergleichbarem Haltungssystem und TMR-Fütterung. Der Klauenstatus der Tiere wurde zum Zeitpunkt des Klauenschnitts erfasst. Als Grundlage der molekularbiologischen Untersuchungen wurden anhand von in silico Analysen positionell-funktionelle Kandidatengene mit den assoziierten biochemischen Reaktionswegen für Fundamentmerkmale beim Rind und anderen landwirtschaftlichen Nutztierspezies ausgewählt. Aus den mehr als 1.000 ermittelten Kandidatengenen wurde ein individuell gefertigter SNP-Chip (384 SNP; ein SNP/Gen) erstellt. Mit dem SNP-Chip wurden 1.183 der phänotypisierten Tiere untersucht. Die Schwellenwertmodell-Analyse ergab eine signifikante Assoziation des im IQGAP1 (BTA21) befindlichen intronischen SNP (rs29017173, A/G) mit dem Merkmal Sohlenhämorrhagien. Des Weiteren konnte dieser SNP mit Fundamentmerkmalen der klassischen linearen Exterieurbeurteilung an zusätzlichem Datenmaterial von 2.394 Besamungsbullen der Rasse Holstein Friesian assoziiert werden. Bei den robusten Fleischrindern White Galloway werden im Bezug auf die Fellfarbe der Tiere vier Phänotypen unterschieden. Neben den drei weißen Fellfarbschlägen, die unterteilt werden in sehr gut markiert (wsg), übermarkiert (wsü) und untermarkiert (wss), gibt es den vollkommen schwarzen Fellfarbtyp (wsch). Als bevorzugte Fellzeichnungen gelten wsg und wsü, während die unerwünschten Zeichnungen wss und wsch sind. Auch bei gezielten Anpaarungen der phänotypisch bevorzugten Tiere kommen die nicht preferierten Farbphänotypen vermehrt vor. Zur Aufklärung des genetischen Hintergrunds der verschiedenen Farbvarianten wurden zunächst vier für die Fellfarbe relevante Gene, mast/stem cell growth factor receptor (KIT, BTA6), KIT ligand (KITLG, BTA5), melanocortin 1 receptor (MC1R, BTA18) und Tyrosinase (TYR, BTA29) vergleichend sequenziert und auf kausale kodierende Sequenzvarianten untersucht. In den potentiellen Kandidatengenen konnten keine Polymorphismen detektiert werden, die die unterschiedlichen Fellzeichnungsvarianten erklären und somit wurde eine Beteiligung dieser Gene ausgeschlossen. Eine kürzlich beim Rind beschriebene KIT Gen Duplikation und Insertion auf BTA29 bzw. Re-Insertion auf BTA6 wurde deshalb mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH), Whole genome sequencing und Polymerasekettenreaktion (PCR)-basierter Genotypisierung der Insertionsbruchpunkte an 178 White Galloway und 64 White Park Tieren untersucht. In allen Fällen konnten die Fellfarb-Phänotypen auf die Duplikation und Insertion des KIT Gens auf BTA29 zurückgeführt werden. Lebensmittelskandale werden in regelmäßigen Abständen aus mehreren Ländern berichtet. Im Jahr 2013 wurden Fertigprodukte mit undeklarierten Pferdefleischbeimischungen entdeckt. Eine genaue Quantifizierung der zugesetzten undeklarierten Menge war bisher nicht verlässlich möglich. Mit der droplet digitalen PCR (ddPCR) wurden im Rahmen dieser Arbeit Testsysteme zum Nachweis entwickelt. Als Zielgene wurden das mitochondriale CYTB und das chromosomale F2 verwendet. Für die Etablierung des Verfahrens wurden als Gewebe zunächst Muskel, Fett, Sehne und Leber verwendet. Während sich in diesen Geweben die Anzahl der mtDNA-Kopien pro Zelle etwa um den Faktor 5 unterschied, war der Gehalt nukleärer DNA nahezu konstant. Ausgehend von den Spezies Rind, Schwein und Pferd wurden verschiedene DNA- und Fleischmischungen hergestellt, wobei der prozentuale Anteil der beigemischten Spezies zwischen 50 % bis 0,001 % variierte. Mit dem F2-basierten Testsystem wurde eine zuverlässige Quantifizierung (LOQ) bzw. Detektion (LOD) von Beimengungen von nur 0,01 % bzw. 0,001 % erreicht.