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A comparative functional genomic approach to unravel the genetic and genomic architecture of tail length in pigs and sheep based on a unified selection experiment design

Subject Area Animal Breeding, Animal Nutrition, Animal Husbandry
Term from 2021 to 2024
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 450678943
 
Final Report Year 2025

Final Report Abstract

Das Ziel der Studie bestand darin, die genetischen und genomischen Mechanismen zur Vererbung der Schwanzlänge der Spezies Schwein und Schaf zu analysieren. Kenntnis darüber ist die Grundlage zur effizienten Züchtung auf Kurzschwänzigkeit vor dem Hintergrund, zum einen das Schwanzkupieren zu umgehen bzw. andererseits assoziierte Verletzungen und Erkrankungen von langen Schwänzen zu vermeiden. Für die Studien wurden die Ressourcenpopulationen für Schweine und Schafe der Lehr- und Forschungseinrichtung Oberer Hardthof in Gießen verwenden, um weiterführend auf Basis spezieller Anpaarungen und Selektionen (Selektionsexperiment) divergierende Sub-gruppen mit extremen Phänotypen für das Merkmal Schwanzlänge zu erzeugen. Diese Sub-gruppen dienten der detaillierten Phänotypisierung für Schwanzabnormalitäten, welche wiederum Ausgangspunkt für quantitativ genetische Studien und der Detektion von kausalen Mutationen auf Basis von Vollgenomsequenzierungen waren. Die Generierung von extremen Subgruppen in Bezug zur Schwanzlänge konnten somit explizit für einen „selective sequencing approach“ genutzt werden mit dem Ziel, deutliche Kontraste für genetische Effekte in weiterführenden genomischen Assoziationsstudien zu realisieren. Das Projekt in Kooperation der Veterinärmedizin (AG Reiner für Schweine, AG Wehrend für Schafe) mit der Tierzüchtung (AG König) war somit in 6 aufeinanderfolgenden Arbeitspaketen (AP) aufeinander abgestimmt. In AP1 wurden das Selektionsexperiment auf Basis routinemäßiger Zuchtwertschätzungen für das Merkmal Schwanzlänge (SL) implementiert, in AP 2 die Detailphänotypisierungen vorgenommen, in AP 3 genetisch-statistische Modelle zur Schätzung von Varianz- und Kovarianzkomponenten, genetischer Parameter und Strukturgleichungskoeffizienten entwickelt, in AP 4 die Vollgenomsequenzierungen mit entsprechender bioinformatischer Datenaufbereitung vorgenommen, in AP 5 genomische Assoziationsstudien mit der Detektierung potenzieller Kandidatengene vorgenommen und in AP 6 vergleichend genomische und physiologische Mechanismen zur Vererbung von SL und weiteren Schwanzcharakteristika studiert. Es bleibt festzuhalten, dass im Projektverlauf sehr gut die Inhalte der AP gemäß Projektantrag realisiert werden konnten. Im Selektionsexperiment konnten die divergierenden Sub-gruppen erzeugt werden, schon mit deutlichen Unterschieden in SL in der ersten Nachkommengeneration. Diese deutlichen SL-Kontraste wurden später in AP 3 mit hohen Erblichkeiten für SL mit 0,60 beim Schaf und mit 0,42 beim Schwein bestätigt. In den komparativen Modellierungsansätzen ergaben sich auch recht identisch maternale Heritabilitäten für SL von 0,03 bei den Schafen und 0,05 bei den Schweinen und moderate negative Korrelationen zwischen den direkt und maternal genetischen Effekten. Auch für die in AP 2 etablierten Phänotypisierungsmodelle für assoziierte Merkmale wurden moderate Erblichkeiten geschätzt (AP 3) und insgesamt 726 signifikante Varianten mit 38 annotierten Genen in genomischen AP 4 beim Schaf identifiziert. Beim Schwein ergab die GWAS auf Basis der Vollgenomsequenzen wesentliche Assoziationen mit SL auf den Chromosomen 1, 2, 6, 11 und 15. Die Genotypen, die mit kürzeren Schwänzen assoziiert waren, waren immer auch mit dem Auftreten von „Knicken“ assoziiert. In den komparativen genomischen Analysen bei Schafen und Schweinen in AP 6 wurden gemeinsame konservierende genetische Varianten für Schwanzcharakteristika detektiert, mit auffälligsten Effekten die beiden funktionalen Kandidatengene CUX2 und FBN2 betreffend. Über die Projektinhalte hinausgehend wurden aufgrund deutlicher Selektionssignaturen beim Schaf die Kandidatengene HOXB13 (Homeobox B13) und TBXT mit Eigenmitteln im eigenen molekulargenetischen Labor noch feiner mittels Sanger Technik sequenziert, um der Zuchtpraxis zukünftig einen Gentest anbieten zu können. Die Ergebnisse des Projekts wurden in verschiedenen Fachartikeln mit peer-review Prozess veröffentlicht und auf wissenschaftlichen Tagungen vorgestellt.

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