Abgeschlossene Projekte

PHÄNOMICS

Ein systembiologischer Ansatz zur Genotyp-Phänotyp-Abbildung im Kontext von Leistung, Gesundheit und Wohlbefinden bei den Nutztieren Rind und Schwein

FUGATO plus

In der nachfolgenden Förderrunde FUGATOplus ist der FBF an den Projekten RePoRi, FUGATOplus brain, MeGA-M, Gene-FL und GenoTrack beteiligt.

Im vorgelagerten Projekt IRAS wurde eine große Anzahl potentieller Kandidatengene entwickelt, die dazu beitragen, Genmarker für die Züchtung auf Resistenz gegen Infektionskrankheiten des Respirationstraktes beim Schwein zu etablieren. Zur Identifikation der am besten geeigneten Gene werden aus den F1-Kreuzungen der Rassen Hampshire (Ha) und Piétrain (Pi), die eine stark unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Atemwegserkrankungen haben, F2-Familien (Ha x Pi) aufgebaut. Es erfolgt sowohl eine Untersuchung der Genexpression der Lungenlymphknoten an der Versuchstieren (whole genome assay von Affimetrix ®), als auch eine genomweite Genotypisierung, um die in IRAS charakterisierten Kandidatengene zu kartieren, einzugrenzen und zu verifizieren. Die auf diese Weise bestätigten Kandidatengene werden anschließend zur Etablierung von SNPs differenziell sequenziert.

Ziel ist es, anhand dieser Untersuchungen einen DNA-basierten Test zu entwickeln, der eine frühzeitige Selektion von Schweinen mit erhöhter Resistenz gegenüber Atemwegserkrankungen ermöglicht.

Da aufgrund von Leistungssteigerungen bei Milchkühen Gesundheits- und Fruchtbarkeitsstörungen zunehmen, ist es Ziel dieses Projektes, mit Hilfe von genetischen und metabolomischen Untersuchungen Unterschiede in den Stoffwechselausstattung der Tiere zu identifizieren.

Dabei werden sog. Stoffwechselphänotypen identifiziert, die einen Rückschluss darauf erlauben ob eine Tier gut oder schlecht mit dem Stress der beginnenden Laktation umgehen kann. Ausgehend davon werden die genetischen Grundlagen dieser unterschiedlichen Typen untersucht und entsprechende Stoffwechselprodukte in der Milch identifiziert und in Zusammenhang gebracht. Durch die systematische Untersuchung der Stoffwechselprodukte in der Milch soll die Stoffwechsellage der Kühe entsprechend genau beschrieben werden können. Für diese Untersuchungen stellen die beteiligten Landeskontrollverbände entsprechende Milchproben zur Verfügung.

Zusätzlich sollen so besonders stoffwechselstabile und stoffwechsellabile Tiere identifiziert und zur weiteren Untersuchung gewonnen werden. Ergänzend dazu werden Kühe aus Versuchsherden untersucht, um die Ergebnisse entsprechend validieren bzw. konkretisieren zu können. Die genomischen Untersuchungen erfolgen an der TU München mit einer genome wide association (Illumina Bovine 50k BeadChip), die metabolomischen Untersuchungen erfolgen an der Uni Regensburg und die Hormonprofile der Herden in Karkendamm und der SegFam-Herde werden in den Arbeitsgruppen mit physiologischen Hintergrund bearbeitet.

Das Ziel des Projektes ist es, eine Liste von Kandidatengenen und –Regionen zu entwickeln und diese auf Kopplung, Assoziationen und Effekte auf die Fundamentstabilität bei verschiedenen Spezies zu untersuchen. Bei der Auswahl der Kandidatengene kommen zusätzlich Ansätze wie whole genome association und Expressionsanalysen zur Anwendung. Für alle Tierarten stehen Versuchspopulationen zur Verfügung. Des Weiteren wird eine umfassende Phänotypisierung der Zielmerkmale vorgenommen.

Ziel des Projektes ist die Nutzung von SNP-Chip Genotypen zur genomischen Selektion. Die Idee der Schätzung von genomischen Zuchtwerten beruht darauf, die Effekte von jedem Haplotyp innerhalb eines jeden Chromosomensegments, die über das gesamte Genom verteilt sind, zu schätzen und diese Effekte zusammen zu fassen, die durch ein Tier dargestellt werden.

Im Rahmen des Projektes werden folgende Schwerpunkte bearbeitet:

• Genotypisierung von SNP von ausgewählten Tieren, Schätzung von Haplotypen der Tiere
• Entwicklung eines Werkzeugs zur Schätzung von Haplotypen, die von der Segmentlänge auf dem Chromosom abhängig sind
• Schätzung von genomischen Zuchtwerten für alle Merkmale
• Optimierung der Schätzungen, Entwicklung von Zuchtprogrammen, die auf genomischen Zuchtwerten beruhen
• Entwicklung von Methoden zur Ableitung von Kandidatengenen
• Genotypisierung von ausgewählten Kandidatengenen

FUGATO - Funktionelle Genomanalyse im tierischen Organismus (2005 bis 2008)

Der FBF hat sich als Wirtschaftspartner in die Verbundprojekte IRAS, HeDiPig, QuaLIPID, M.A.S.-Net und fertilink des nationalen Genomforschungsprogramms zur Funktionellen Genomanalyse im tierischen Organismus FUGATO, die während der Jahre 2005 bis 2008 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurden, eingebracht.

HeDiPig : Identifizierung der ursächlich an Erbdefekten beteiligten Gene beim Schwein durch Integration struktureller und funktioneller Genomik

Das Gesamtprojekt HeDiPig befasst sich mit drei Erbdefekten beim Schwein und ihrer Inzidenz in der aktuellen Zuchtpopulation. Ziel war es, Gene, Stoffwechsel- und Signaltransduktionswege aufzuzeigen, die an der Entstehung der Defekte beteiligt sind.

Aufgabe des Partners CAU Kiel war es, funktionelle positionelle Kandidatengene zu identifizieren, die an der Entstehung des angeborenen Spreizersyndroms beteiligt sind. Aufbauend auf frühere Untersuchungen wurde eine Feinkartierung auf drei procinen Chromosomen durchgeführt und anschließend Kandidatengene identifiziert. Zusätzlich wurden mit dem Partner MLU Halle Expressionsstudien durchgeführt, um differenziell exprimierte Gene zu identifizieren. Um geeignete Kandidaten für die Untersuchungen zu finden, wurden phänotypisch und genotypisch diskordante Tierstrukturen mit Hilfe der Praxis erstellt und beprobt. Es deutet sich an, dass der genetische Hintergrund des Spreizersyndroms weitaus komplexer zu sein scheint, als bisher angenommen. Anhand der Expressionsstudien sind zusätzliche positionelle Kandidatengene identifiziert worden. Allerdings konnte bei den Kandidatengenanalysen keine Merkmalsassoziation nachgewiesen werden.

Ziel der Arbeiten der RFWU Bonn war die Identifizierung von funktionellen positionellen Kandidatengenen für die Präposition zur Ausbildung von Stülpzitzen. In Abhängigkeit vom Genotyp wurden differenzielle Genexpression im Zitzengewebe untersucht. Des Weiteren führte ein Vergleich von unterschiedlichen Geweben von Tieren mit verschiedenen Phänotypen und in unterschiedlichen Entwicklungsstadien zur Identifizierung von unterschiedlich exprimierten Genen. Da die Ausprägung von Stülpzitzen polygen bedingt ist, konnten ursächliche Polymorphismen nur eingeschränkt bestimmt werden.

Aufgabenstellung im Teilprojekt der TU München war die Weiterentwicklung und Anwendung einer Software zur Identifizierung von neuen Kandidatengenen für den Merkmalskomplex der Afterlosigkeit beim Schwein sowie Expressions- und Kandidatengenanalysen. Durch die Weiterentwicklung der konnten neue Kandidatengene für den Merkmalskomplex Afterlosigkeit identifiziert werden, die in die weiteren Untersuchungen mit einbezogen wurden. In den Analysen zur Genexpression konnten Unterschiede aufgezeigt werden, jedoch ohne signifikante Ergebnisse. Des Weiteren konnten keine Hinweise auf Kopplung zwischen den identifizierten Polymorphismen und dem Merkmalskomplex gefunden werden.

Im Teilprojekt der GAU Göttingen stand die Entwicklung und Bewertung von markergestützten Ansätzen zur Populationssanierung in Kombination mit Selektion und Kontrolle genetischer Diversität im Fokus. Damit soll die züchterische Grundlage zur Umsetzung der Ergebnisse geschaffen werden. Anhand der Analysen lässt sich zeigen, dass der Einsatz einer genomischen Zuchtwertschätzung in der Schweinezucht durchaus positiv zu bewerten ist. Auf die anderen Teilprojekte bedeutet dies, das unerwünschte Defektgenallel mit einer konsequenten genomischen Selektion effizient fixiert werden kann.

Es zeigt sich, dass Kandidatengene für bestimmte Erbdefekte beim Schwein identifiziert und charakterisiert werden konnten. Um abschließend eine Verwendung in der Zuchtpraxis zu ermöglichen, muss die Evaluierung in der Praxis erfolgen. Zudem wird eine positive Prognose zur Anwendung von genomischer Zuchtwertschätzung beim Schwein abgeben. Dadurch kann die Möglichkeit bestehen, züchterische Erfolge bei den Merkmalskomplexen der Erbdefekte zu erzielen.

Ziel des Verbundprojektes ist eine umfassende Untersuchung der funktional genomischen Grundlagen des Lipidstoffwechsels bei Schwein und Rind im Hinblick auf qualitätsbestimmende Merkmale. Dabei wurde eine effiziente Erhebung von möglichst vielen Lipidparametern angestrebt, um nach gezielten Variationen in den Genen des Lipidstoffwechsels zu suchen. Dem folgend wurde nach Assoziationen von Genvariaten mit Lipidparametern gesucht und Genotyp-Umwelt-Interaktionen untersucht.

Im Mittelpunkt des ersten Arbeitspakets stand die Identifizierung der Gene des Fettstoffwechsels durch die Analyse der relevanten Stoffwechselpfade unter Einbeziehung von Genexpressionsdaten. Ziel des zweiten Arbeitspakets war die Klonierung von Genen, die für ratenlimitierende Komponenten des Lipidstoffwechsels kodieren, und die Untersuchung von Sequenzvarianten. Anhand eines Abgleichs von BAC-Endsequenzen des Schweins mit der humanen Gensequenz ermöglichte die Identifikation eines BACs, der mit großer Wahrscheinlichkeit das gesuchte Gen enthält. Darauf aufbauend wurden die Sequenzierung der ausgewählten Gene durchgeführt. Ähnlich verlief die Sequenzierung entsprechender Gene beim Rind. Im dritten Arbeitspaket wurde eine Polymorphismus-Analyse der kodierten Genbereiche durch Resequenzierung durchgeführt. Beim Rind wurden 316 Polymorphismen festgestellt, beim Schwein 412 SNPs.

Im vierten Arbeitspaket wurden die Assoziationsstudien durchgeführt. Dabei wurden ausgewählte Polymorphismen bei Rind und Schwein auf Assoziationen mit verschiedenen Merkmalen der quantitativen und qualitativen Fetteinlagerung untersucht. Um festzustellen, ob die beobachteten Assoziationen von mehreren gekoppelten Varianten beim Kandidatengen verursacht werden, wurden im fünften Arbeitspaket Genexpressionsstudien durchgeführt. Es wurden nur wenige potentiell regulatorische SNPs identifiziert. Bei der Untersuchung der Genotyp-Umwelt-Interaktion im sechsten Arbeitspaket konnte anhand von Versuchen an männlichen Fleckviehtiere gezeigt werden, dass der Umwelteffekt Kastration zu einer Erhöhung des IMF-Gehalts führt, da die beobachtete Allelfrequenz keinen Unterschied zwischen den untersuchten Gruppen gezeigt hat.

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