RT Dissertation/Thesis
T1 Genomische und mikrobielle Analysen von Effizienzmerkmalen beim Schwein
A1 Weishaar,Ramona Ribanna
WP 2022/10/05
AB Die meisten Merkmale in der Tierzucht, einschließlich der Effizienzmerkmale bei Schweinen, werden von vielen Genen mit geringer Wirkung beeinflusst und haben eine mäßig hohe Heritabilität zwischen 0,1 und 0,5, was eine züchterische Bearbeitung ermöglicht. Diese Merkmale werden als quantitative Merkmale bezeichnet und werden durch genetische Faktoren und Umweltfaktoren beeinflusst. Die Nutzung von Next-Generation-Sequenzierungsmethoden, wie beispielsweise 16S-rRNA-Sequenzierung, ermöglicht die standardmäßige Erfassung und Analyse des Darmmikrobioms von Nutztieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Zusammensetzung der Mikrobiota im Magen-Darm-Trakt erblich ist und einen Einfluss auf Effizienzmerkmale hat. Somit beeinflusst das Tiergenom den Phänotyp nicht nur direkt durch die Veränderung von Stoffwechselwegen, sondern auch indirekt durch die Veränderung der Zusammensetzung der Mikrobiota. 
Das Potential, Nährstoffe effizient zu nutzen und aus dem Futter zu absorbieren, unterliegt einer tierindividuellen Variation. Die Unterschiede der Nährstoffabsorbtion sind abhängig von der Futteraufnahme, dem Aufschluss der Nahrungsbestandteile im Magen und Darm und der Aufnahme der verdauten Nährstoffe aus dem Gastrointestinaltrakt in Blut- und Lymphgefäße. Unverdauter Stickstoff wird als Harnstoff ausgeschieden und kann daher über den Blutharnstoffgehalt (BUN) festgestellt werden. Da der BUN mit Effizienzmerkmalen korreliert ist und Unterschiede zwischen verschiedenen Rassen bestehen, wäre der BUN als Hilfsmerkmal einer effizienteren Verwertung in der Schweinezucht denkbar.
Im ersten Kapitel dieser Studie wurde ein bestehender Datensatz des FG für Tiergenetik und Züchtung der Universität Hohenheim verwendet. Hierbei handelt es sich um einen Datensatz mit 207 phänotypisierten und genotypisierten Piétrain-Sauen. Es wird der Zusammenhang zwischen der mikrobiellen Zusammensetzung im Darm, Effizienzmerkmalen und dem Schweinegenom unter Anwendung von quantitativ-genetische Methoden untersucht. Die Heritabilitäten des gemischten genomischen Modells für die Merkmale FVW, RFI, TZ und FI lagen in einem Bereich von 0,11 bis 0,47. Die Microbiabilities des gemischten mikrobiellen Modells waren signifikant und lagen in einem Bereich von 0,16 bis 0,45. In einem weiteren Schritt wurden die zuvor generierten mikrobiellen Tiereffekt als Beobachtungsvektor für ein gemischtes genomisches Modell verwendet. Im Anschluss wurden Heritabilitäten für den mikrobiellen Tiereffekt geschätzt, diese erstreckten sich von 0,20 bis 0,61. Durch die ähnliche Höhe der berechneten Heritabilitäten und der Microbiabilities, lässt dies ein Rückschluss darauf zu, dass die Merkmale zu ähnlich hohen Anteilen, sowohl durch die Genetik als auch die mikrobielle Ausstattung im Darm beeinflusst wird und dass der mikrobielle Tiereffekt durch die Genetik determiniert wird. Die mikrobielle Architektur der Merkmale weist eine polymikrobielle Natur auf, da viele OTUs mit kleinen Effekten an der Variation der Merkmalsausprägung beteiligt sind. Zur Vorhersage der komplexen Merkmale wurden „Genomic Best Linear Unbiased Predictions“ (G-BLUP) und „Microbial Best Linear Unbiased Predictions“ (M-BLUP) durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Darmmikrobiota zur Schätzung von Leistungsmerkmalen oder als erklärende Variable in die bestehenden Modelle der Zuchtwertschätzung aufgenommen werden kann, um eine Steigerung der Genauigkeiten zu realisieren.
Im zweiten Kapitel handelt es sich um Daten eines Verbundprojekts namens „ProtiPig“ und bearbeitet den Teilbereich der Genetik dieses Projektes. Der Datensatz besteht aus 475 Sauen und Kastraten einer F1-Kreuzung aus Deutscher Landrasse x Piétrain und wurde auf die Protein- bzw. Stickstoffnutzungseffizienz und dessen Assoziation zum Blutharnstoffgehalt (BUN) untersucht. Für alle Merkmale konnten moderate bis mittlere Heritabilitäten geschätzt werden und lagen bei dem angewendeten gemischten linearen Modell zwischen 0,13 und 0,49. Die genomweiten Assoziationsstudien zeigten, dass es sich um polygene Merkmale handelt. Für zwei Merkmale des BUNs konnten SNPs detektiert werden, die über dem genomweiten Signifikanzniveau lagen. Zwischen einigen Merkmalen konnten signifikante genetische und phänotypische Korrelationen festgestellt werden. Durch die hier gezeigten Heritabilitäten und den signifikanten genetischen Korrelationen zwischen BUN und der Stickstoffnutzungseffizienz besteht die Möglichkeit den BUN zur Selektion auf eine verbesserte Effizienz zu nutzen. 
Bevor die hier generierten Forschungsergebnisse in der züchterischen Praxis umgesetzt werden können, müssen weitere Fragen geklärt werden. Zudem ist eine größere Tieranzahl zur Validierung der gezeigten Ergebnisse notwendig. Die hier dargestellten Ergebnisse demonstrieren das Potential einer mikrobiell-unterstützten Zuchtwertschätzung und der Verwendung von Blutharnstoffgehalten zu Identifizierung von Selektionskandidaten zur Zucht auf eine gesteigerte Nährstoffeffizienz.

K1 Tierzucht
K1 Genetik
K1 Schwein
K1 Mikroflora
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2022/2069