Analyse von Schweine-Erbgut schafft Basis für präzisere Züchtung

Fettanteil, Größe, Fleischleistung – diese Merkmale stehen im Mittelpunkt der Schweinezüchtung. Beeinflusst werden sie vor allem durch die Gene der Tiere. Nun wollen Wissenschaftler der Universität Hohenheim herausfinden, welches Gen ursächlich für welche Wirkung verantwortlich ist.

Gemeinsam mit Kollegen der Universität Kiel analysieren sie dazu das Erbgut von 3.500 Schweinen. „Auf lange Sicht soll unsere Arbeit die Grundlage für wesentlich präzisere Schweinezüchtung bilden“, erklärt Prof. Dr. Jörn Bennewitz von der Universität Hohenheim.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt an der Universität Hohenheim mit rund 320.000 Euro. Es zählt damit zu den Schwergewichten der Forschung.

Früher hat man aus den Eigenschaften eines Tieres und seiner Nachkommen geschlossen, wie wertvoll ein Tier für die Zucht ist. Heute kann die sogenannte Genomische Selektion diesen Prozess beschleunigen: Bei der Methode schließt man aus den gesamten Erbanlagen eines Tieres auf seinen Zuchtwert, was bereits bei Ferkeln möglich ist.

Doch nun wollen es Forscher der Universität Hohenheim noch genauer wissen. Sie möchten herausfinden, welches Gen im Einzelnen für welche Eigenschaft verantwortlich ist und seine Position auf der DNA bestimmen.

Dieses Grundlagenwissen soll die Basis für eine noch präzisere Züchtung schaffen.

Gewebeproben von 3.500 Schweinen als Ausgangsmaterial

Dazu untersuchen sie zusammen mit Kollegen an der Universität Kiel nun das Erbgut von 3.500 Schweinen. Sie greifen auf Studien aus den 1990er-Jahren zurück. Damals hatten Wissenschaftler die Schweine nach umfangreichen Merkmalen wie Größe, Länge, Gewicht oder Fettanteil untersucht, Blutproben genommen und DNA isoliert.

Die alten Proben erneut zu untersuchen mache viel Sinn, erklärt Prof. Dr. Jörn Bennewitz, Leiter des Fachgebiets Genetik und Züchtung landwirtschaftlicher Nutztiere an der Universität Hohenheim. Denn mittlerweile sei nicht nur das Schweinegenom vollständig entschlüsselt.

„In der Zwischenzeit hat die Genomik, die den Aufbau des Erbguts erforscht, erhebliche Fortschritte gemacht. Man hört oft sogar das Schlagwort der genomischen Revolution.“

Verschiedene Schweinerassen im Visier

Bei den Untersuchungen in den 1990er-Jahren wurden unterschiedliche Schweinerassen ausgewählt, die sich möglichst stark unterscheiden sollten: Das Pietrain als typische Fleischrasse, die Landrasse als typische Mutterrasse, das chinesische Meishan-Schwein sowie das europäische Wildschwein.

Um schnell und effizient zu arbeiten, wenden die Forscher der Universität Hohenheim zwei unterschiedliche Analysemethoden an: „Das Erbgut von 20 Tieren, den Großeltern der restlichen Schweine, wollen wir komplett analysieren“, erläutert Prof. Dr. Bennewitz das Vorgehen im Detail.

Bei den über 3.000 Nachkommen wenden die Forscher ein schnelles und kostengünstiges Verfahren an: „Hier analysieren wir nur bestimmte charakteristische Stellen der DNA, die sogenannten Markierungspunkte. Aus diesen können wir dann Rückschlüsse auf das restliche Genom ziehen.

Etwa bis Mitte des Jahres soll diese Fleißarbeit noch dauern. Dann wollen die Forscher damit beginnen, die Analyseergebnisse mit konkreten Eigenschaften zu verbinden.

Neue Technologie erlaubt schnelle DNA-Sequenzierung

Hintergrund des modernen, vereinfachten Verfahrens sei die sogenannte Hochdurchsatz Genotypisierungs- und Sequenzierungstechnologie, die in Hohenheim etabliert sei, erklärt Prof. Dr. Bennewitz.

Auf der Suche nach Genen, die für bestimmte Merkmale verantwortlich sind, betrachtet man sogenannte Marker, also die Positionen im Genom, an denen sich die Individuen nicht gleichen.

„Früher kannte man nur rund 300 solcher genetischer Markierungspunkte“, weiß Laborleiter Dr. Siegfried Preuß und rechnet vor: Das Schweinegenom bestehe aus 2,8 Milliarden Basenpaaren.

Alle 500 Basenpaare finde sich im Schnitt beim Schwein eine Mutation, in der sich ein Einzeltier vom Durchschnittsgenom unterscheidet: „Das macht rund 5,5 Millionen Mutationen, die nun mit den neuen Techniken bei den 20 Großeltern erfasst werden können.

Bei allen anderen Tieren werden mit einem sogenannten SNP-Chip lediglich 60.000 Mutationen bestimmt. Die fehlenden Mutationen schätzen wir mithilfe eines statistischen Verfahrens.“

Wenn die Mutationen mit den Merkmalswerten verbunden sind, lässt das Rückschlüsse auf eine Verknüpfung mit einer bestimmten Eigenschaft zu. „Diese Differenzierung ist heute wesentlich präziser als vor gut 20 Jahren“, erklärt Prof. Dr. Bennewitz.

„Und das ist der Grund, weshalb wir uns geradezu verpflichtet sehen, die Proben von damals noch einmal zu untersuchen.“

Die Forscher können in ihrer Arbeit sowohl Gene identifizieren, die für Unterschiede zwischen den Rassen sorgen, als auch Gene, die innerhalb der Rassen differenzieren. Letztere sind von besonderem Interesse, da die Zucht innerhalb der Rassen stattfindet.