Identifizierung genomischer und phänotypischer Marker für eine verbesserte Milchproduktion
Schätzungen zufolge wird die Weltbevölkerung bis 2050 auf fast zehn Milliarden Menschen wachsen. Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen geht davon aus, dass die Produktion und der Vertrieb von 70 % mehr Lebensmitteln erforderlich sein werden, um diese vielen Menschen mit ihren zunehmend verwestlichten Essgewohnheiten (u. a. mehr Milchprodukte) zu ernähren. Zur Befriedigung dieser Nachfrage nach Milchprodukten müssen die Landwirte die Produktion nachhaltig ausbauen, um zu vermeiden, dass sich ihr CO2-Fußabdruck erhöht und der Klimawandel weiter beschleunigt wird. Damit dieses Ziel gewinnbringend erreicht werden kann, ist die Steigerung der Milchleistung, Gesundheit, Langlebigkeit und Fruchtbarkeit von Kühen, die Verbesserung der Effizienz bei der Futtermittelzufuhr sowie die Senkung der Treibhausgasemissionen unabdingbar. Der Beitrag des EU-finanzierten Projekts GplusE bestand darin, die genomische Selektion geeigneter Milchkühe durch die Ermittlung der Genotypen für biologische Variation und die Untersuchung des Einflusses der Umwelt und Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Betriebe auf diese Variation zu erleichtern. GplusE hat das Rindergenom mit Informationen versehen, die Phänotypen mit genomischen Variationen in Beziehung setzen. Darüber hinaus wurden auch Strategien für die Milchviehwirtschaft entwickelt, welche die Ermittlung von elf Risikofaktoren und sieben kritischen Kontrollpunkten zur Verbesserung von Gesundheit, Wohlbefinden und Produktivität von laktierenden Milchkühen beinhalteten. Verbesserte Selektion Im Rahmen des Projekts wurden Experimente zu Genotyp-Phänotyp-Beziehungen bei Milchkühen durchgeführt. Zunächst entwickelte das Team leicht messbare Biomarker, die mit wichtigen Merkmalen in Bezug auf Gesundheit, Fruchtbarkeit, physiologischen Zustand, Wohlbefinden, Produktion und Umwelt korrelieren. Unter Verwendung dieser Merkmale wurden genomweite Assoziationsstudien mit rund 30 000 Milchkühen in verschiedenen Produktionsumgebungen in Europa und China durchgeführt. Das Team ermittelte zahlreiche phänotypische Marker in Milch wie Marker auf der Basis von MIR-Spektren (mittlerer Infrarotbereich) und metabolische Marker für Fruchtbarkeit (z. B. IGF-I), einen unausgewogenen Energiestatus (Milchmarker und Biomarker auf der Basis von MIR-Spektren), Gesundheit und einen ökologischen Fußabdruck einschließlich Stickstoffeffizienz. Bei einigen der Biomarker auf Basis von MIR-Spektren für „Widerstandsfähigkeit“ führte die Arbeit zu geschätzten Zuchtwerten (dem Risiko, dass ein Tier eine Krankheit erbt), die bei der Selektion besonders hitzeresistenter Milchkühe helfen könnten. „Die genomischen Marker aus dem Projekt sollten zur Verbesserung der genomischen Selektion und Zuchtwerte für Merkmale wie einen verringerten CO2-Fußabdruck und eine bessere allgemeine Gesundheit verwendet werden“, so Projektkoordinator Prof. Mark Crowe. „Ich bin besonders stolz auf unsere Entwicklung starker Merkmale für die Vorhersage der Fruchtbarkeit, die wir überzeugend validiert haben.“ Zudem wurden auch epigenomische Studien durchgeführt, um spezifische Muster der Genexpression und deren Anordnung in verschiedenen Geweben (Leukozyten im Vollblut, periphere Monozyten im Blut, Leber- und somatische Milchzellen) zu zeigen. Es wurden nun neue genetische Signalwege identifiziert, die den Stoffwechselstatus mit Fruchtbarkeit und Mastitis (Entzündung der Brustdrüse oder des Euters) in Verbindung bringen. Außerdem erweiterte die Studie das Verständnis der Beziehung zwischen dem Immunstatus und der Gesundheit von Kühen nach der Geburt. Förderung einer nachhaltigen Lebensmittelproduktion Die Ergebnisse von GplusE versprechen, die Vorhersage von Gesundheitsmerkmalen aus MIR-Spektren – die von Landwirten standardmäßig verwendete Technik – zu verbessern, das Wohlbefinden der Tiere zu steigern und gleichzeitig die Effizienz der Lebensmittelproduktion zu erhöhen. Da das Projekt Milcherzeugern eine effektivere Verwaltung und Entscheidungsfindung bietet, unterstützt es zudem eine stärkere Nachhaltigkeit der Landwirtschaft und trägt dazu bei, dass die Verbraucher letztendlich Zugang zu qualitativ hochwertigen Produkten erhalten. „Unsere Arbeit im Genombereich wird auch anderen Projekten mit Fokus auf Säugetieren zugute kommen, in denen mögliche Beziehungen zwischen Genotyp und Phänotyp untersucht werden, und so ebenfalls einen Beitrag zur Gesundheit anderer Säugetiere, einschließlich des Menschen, leisten. In diesem Sinne haben wir erhebliche Anstrengungen unternommen, um Forschern, die vor Ort arbeiten, Schulungsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen“, sagt Prof. Crowe. Das Team prüft derzeit weitere Finanzierungsmöglichkeiten zur Verfeinerung der Projektergebnisse, so dass diese von der Industrie übernommen werden können.
Schlüsselbegriffe
GplusE, Genomik, Phänotyp, Genotyp, Merkmale, CO2-Fußabdruck, Milchprodukte, Kühe, epigenomisch, Fruchtbarkeit, Zuchtwerte
