Genomweite Assoziationsstudie für Langlebigkeit beim Rind

Die Lebensdauer einer Milchkuh ist ein Indikator ihrer Gesundheit und Fruchtbarkeit, ist aber auch essentiell für die Wirtschaftlichkeit des Betriebs ihres Halters. Die Schätzung von Zuchtwerten für die Lebensdauer von Kühen wird routinemäßig in vielen Staaten durchgeführt, wobei das infinitesimale genetische Modell mit additiver Wirkung sehr vieler Gene mit jeweils sehr kleiner Wirkung unterstellt wird und der Phänotyp eines Tieres und seiner Verwandten als Informationsquellen dienen. Die Heritabilitat für die funktionale Nutzungsdauer liegt bei 0.15, sodass die Suche nach Genen mit großer Wirkung durchaus Erfolg versprechend ist. Für die Kartierung von Genomregionen mit solchen Genen bei Fleckvieh und Braunvieh ist ein zweistufiges Verfahren geplant. In der ersten Stufe werden populationsweite Assoziationsanalysen für Nutzungsdauer und mit der Nutzungsdauer eine Reihe korrelierter Merkmale mit insgesamt 2500 Fleckvieh-Bullen und 1000 Braunvieh-Bullen durchgeführt. Genotypen für 54.000 SNP (single nucleotide polymorphism) Marker liegen bereits vor. Assoziationsanalysen werden sowohl für einzelne Marker als auch für Haplotypen durchgeführt, auch mit Einbeziehung der Verwandtschaftsinformation. In der Bestätigungsstudie der zweiten Phase werden Kühe mit extremen Phänotypen, jeweils 300 aus der Gruppe der ältesten lebenden 500 Kühe beider Rassen bei Populationsgrößen von 260.000 und 60.000 Tieren genotypisiert, die Daten werden mit Multi-SNP- und Haplotypen-Analysen ausgewertet. Weiters wird geprüft, ob Allelotypisierung mit DNA-Pooling der extremen Gruppen ähnliche Ergebnisse erbringt wie die Analyse nach individueller Genotypisierung. Dies ist wichtig für das zukünftige Mapping einer Reihe von Krankheiten, welche in Österreich im Rahmen des Gesundheitsmonitorings beim Rind für einen großen Teil der Population erhoben werden.

Die Lebensdauer einer Kuh ist ein Indikator für ihre Gesundheit und Fruchtbarkeit, ist aber auch essentiell für den wirtschaftlichen Erfolg eines Milchrinder haltenden Bauernhofs. In großen Rinderzucht-Nationen werden regelmäßig Zuchtwertschätzungen für die Nutzungsdauer von Milchkühen durchgeführt. Dabei wird das infinitesimale Modell der Vererbung angewandt, in dem additive Wirkung einer äußerst großen Anzahl von Genorten mit jeweils sehr kleiner Wirkung unterstellt wird. Der Effekt des Genotyps eines Tieres wird aus den Phänotypen des Tieres selbst sowie Verwandter abgeleitet. Die Heritabilität der funktionalen Nutzungsdauer beträgt in vielen Populationen rund 0.15 und macht die Suche nach Genen großer Wirkung sinnvoll.Im vorliegenden Projekt haben wir die Genotypen von rund 6.000 Bullen der deutschen und österreichischen Fleckvieh-Population untersucht, um Regionen des Genoms bzw. Gene mit Einfluss auf die Langlebigkeit von Kühen zu finden. Für jeden Bullen standen die Genotypen von rund 54.000 Single Nucleotide Polymorphismen (SNP) zur Verfügung, genom-weite Assoziations-Studien (GWAS) zur Schätzung des Effekts jedes einzelnen SNP wurden durchgeführt. Wir fanden recht wenige Marker mit großem Effekt und biologisch gut interpretierbaren Effekten von benachbarten Genen und somit keine klaren Kandidaten-Gene mit großem Effekt auf die Langlebigkeit von Kühen. Die besten Methoden für GWAS werden aktuell heiß diskutiert, im Projekt haben wir uns auch ausführlich mit Methoden beschäftigt und versucht, auch mit Simulationen einen Beitrag zur Klärung methodischer Fragen zu liefern. Die Ergebnisse zeigten, dass die Methode Elastic Net viel versprechend ist zur Balance zwischen wahren und falsch positiven Signalen.