Springende Gene bei Rindern entdeckt

(02.02.2012) Kühe mit einem speziellen braun-weissen Fellmuster verdanken ihr Aussehen «springenden» Genen: Genen, die das Chromosom wechseln. Dieses Phänomen wurde nun von einer internationalen Forschungsgruppe mit Berner Beteiligung entdeckt.

Schweizer Braunvieh mit der typischen Blüem-/Ryf-Zeichnung; Bildquelle: Institut für Genetik, Universität Bern
Schweizer Braunvieh mit der typischen Blüem-/Ryf-Zeichnung
Sie sind auffällig gefleckt mit weissen Streifen auf Rücken und Bauch und verdanken ihren Namen einem «geblümten» Muster auf der Stirn: Die Blüem- oder Ryf-Kühe, die in manchen Regionen der Schweiz als Glücksbringer für Stall und Hof gelten.

Auf vielen Betrieben werden heute noch gezielt einzelne Kühe mit dieser besonderen Zeichnung gehalten, auch wenn sie ein paar Liter weniger Milch geben als ihre einfarbig braunen Stallgefährtinnen.

Prof. Tosso Leeb und Prof. Cord Drögemüller vom Institut für Genetik der Vetsuisse-Fakultät haben nun mit belgischen Kolleginnen und Kollegen herausgefunden, wie die auffällige Fellfarbe zustande kommt: durch Genmutationen und das «Springen» von Genen von einem Chromosom zum anderen. Damit gelang erstmals der Nachweis, dass Gene bei Säugetieren springen und sich dabei über ringförmige Zwischenstufen neu formieren können. Die Ergebnisse der Studie erscheinen nun im Wissenschaftsjournal «Nature».

Belgier waren gleichem Phänomen auf der Spur

Die Entdeckung war spannend wie ein Krimi: Während die Berner Genetiker Tosso Leeb und Cord Drögemüller zusammen mit Wissenschaftlern von der Schweizerischen Hochschule für Landwirtschaft in Zollikofen die Vererbung der Blüem-/Ryf-Zeichnung beim Schweizer Braunvieh studierten, untersuchte gleichzeitig eine belgische Arbeitsgruppe den Farbschlag «Color-sided» bei der Rinderrasse «Weissblaue Belgier».

Obwohl die beiden Farbvarianten sehr ähnlich aussehen, stellten die Forschungsteams in der Schweiz und in Belgien schnell fest, dass bei Schweizer Blüem-/Ryf-Tieren eine Mutation auf dem Chromosom 6 und bei Weissblauen Belgiern eine Mutation auf Chromosom 29 vorliegt.

Die fragliche Region auf Chromosom 6 enthält das sogenannte KIT-Gen, das eine wichtige Rolle in der Entwicklung von pigmentbildenden Zellen spielt. Die Region auf Chromosom 29 stand bisher in keinem bekannten Zusammenhang mit der Fellfarbe.

Es zeigte sich, dass sowohl bei Schweizer als auch bei belgischen Rindern mit der auffälligen Fellfarbe DNA-Sequenzen im Bereich des KIT-Gens verdoppelt waren. Dies überraschte die Forschenden bei den belgischen Rindern, denn dort liegt die veränderte DNA auf dem Chromosom 29, während das KIT-Gen beim Rind normalerweise auf Chromosom 6 liegt.

Ein Gen springt hin und zurück

Mit Hilfe modernster DNA-Sequenzierungstechnologien wurden schliesslich die vollständigen Genome einer belgischen und einer Schweizer Kuh sequenziert. Dieses Experiment förderte die Lösung zu Tage: Bei den belgischen Rindern hatte sich ein grosses Stück DNA von Chromosom 6 verdoppelt.

Diese DNA-Kopie muss laut der Forschungsgruppe anschliessend in der Zelle einen Ring gebildet haben, der sich dann in das Chromosom 29 integriert hat. Das heisst: Belgische Rinder mit dieser besonderen Fellzeichnung haben eine zusätzliche Kopie des KIT-Gens auf dem Chromosom 29.

Bei der Schweizer Blüem-/Ryf-Kuh fand sich die Verdoppelung auf Chromosom 6, wo das KIT-Gen üblicherweise liegt. Die Sequenz der zusätzlichen Kopie zeigt aber charakteristische Gemeinsamkeiten mit dem Einschub auf dem «belgischen» Chromosom 29. Dies bedeutet, dass die Gen-Kopie bei den Schweizer Kühen sozusagen vom Chromosom 6 zum Chromosom 29 und wieder zurückgesprungen ist – und die «belgische Mutation» somit älter ist als die «schweizerische».

Diese beiden neu entdeckten DNA-Varianten fanden sich dann auch bei mehreren regionalen europäischen und afrikanischen Rinderrassen und erklären die auffällige Fellfarbe bei allen untersuchten Rindern. «Die Aufklärung dieser Mutationen hat erstmals gezeigt, dass Gene auch bei Säugetieren innerhalb des Genoms springen und ringförmige Zwischenstufen bilden können», sagt Tosso Leeb.

«Wir können zwar noch nicht quantifizieren, ob diese Kühe den einzelnen Bauern Glück bringen – aber für die Wissenschaft haben sie jedenfalls ihren Wert jetzt eindrücklich unter Beweis gestellt», freut sich Leeb.

Quellenangabe

Keith Durkin, Wouter Coppieters, Cord Drögemüller, Naima Ahariz, Nadine Cambisano, Tom Druet, Corinne Fasquelle, Aynalem Haile, Petr Horin, Lusheng Huang, Yohichiro Kamatani, Latifa Karim, Mark Lathrop, Simon Moser, Kor Oldenbroek, Stefan Rieder, Arnaud Sartelet, Johann Sölkner, Hans Stålhammar, Diana Zelenika, Zhyan Zhang, Tosso Leeb, Michel Georges, Carole Charlier: Serial translocation via circular intermediates underlies color-sidedness in cattle, Nature, 01. Februar 2012, doi: 10.1038/nature10757

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