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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Identifizierung des „Hornlos"(Polled)-Genotyps eines Nutztiers mittels der
Analyse mindestens eines mit dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden genetischen Markers
oder der Analyse einer Kombination von solchen Markern. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht
auf einer Analyse mittels molekulargenetischer und/oder theoretischer
Methoden. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die genetischen
Marker selber sowie Oligonukleotide zur Analyse dieser genetischen Marker.
Zuletzt betrifft die vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Züchtung eines
hornlosen Nutztiers auf Basis einer Analyse mindestens eines mit
dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden
genetischen Markers der vorliegenden Erfindung.
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Hornansätze sind bereits bei der Geburt
der Kälber
vorhanden. Falls diese Ansätze
nicht entfernt werden, was unter anderem durch das für die Tiere
quälende
und arbeitsintensive Ausbrennen geschehen kann, wachsen die Hörner während der
Lebenszeit der Tiere weiter. Die Form und Größe der Hörner variiert unter den Rassen
sehr stark, von sehr groß bei
u.a. Texas Longhorn gegenüber
den kurzhornigen Rassen, wie etwa Hereford oder anderen Kreuzungen.
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Hornlos („Polled") ist die Bezeichnung für das Fehlen
von Hörnern
in Nutzvieh, wie zum Beispiel Rindern, Schafen und Ziegen. "Smooth polled" bedeutet, daß das Tier
niemals jegliche Hörner
oder Hornansätze oder
sogenannte „Wackelhörner" („Scurs") aufwies. Einige
Landwirte verwenden die Bezeichnung „doppelt hornlos" ("double polled"), um anzuzeigen,
daß das
Tier der Nachkomme von zwei hornlosen Elterntieren ist, dies bedeutet
jedoch nicht eindeutig, daß das
Tier auch homozygot Polled ist, sondern nur, daß dieses homozygot hornlos
sein könnte.
Weil es so scheint, als ob der Verlust dieser Genfunktion keine
schädlichen
Nebenwirkungen hervorruft, und viele Landwirte aufgrund geringerer
Verletzungsgefahr der Tiere gegenseitig und der betreuenden Personen
hornlose Tiere bevorzugen, ist „polled" ein wünschenswertes Merkmal. Polled
ist als ein autosomaler, dominanter Marker in Rindern beschrieben.
Das Gen, das das Fehlen von Hörnern
verursacht, liegt zentromernah auf dem Rinder-Chromosom 1. Obwohl
eine Reihe von DNA Markern in der Nähe dieses Locus kartiert wurden,
ist der genaue Genort für
Polled bisher unbekannt.
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Bisher verwendete Standard-Züchtungsmethoden
benötigen
Jahre, um den echten genetischen Wert eines Zuchtrinds durch Tests
der Nachkommen jedes Bullen festzustellen.
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Daher besteht ein klarer Bedarf im
Stand der Technik an einem Verfahren zur genetischen Evaluierung von
Rindern und anderen Hörner-tragenden
Nutztieren, um es den Züchtern
zu ermöglichen,
genauer diejenigen Tiere zur Zucht auszuwählen, die nicht nur den gewünschten
Phänotyp
zeigen, sondern die wünschenswerte
genetische Polled-Information homozygot tragen.
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Die Möglichkeiten ein bestimmtes
genetisches Merkmal zu verfolgen umfassen die Identifizierung eines
molekularen DNA-Markers für
ein wesentliches Gen dieses Phänotyps.
Der Marker kann mit einem einzelnen Gen mit wesentlichem Effekt
oder mit einer Zahl von Genen gekoppelt sein (im Falle von multifaktoriellen
Merkmalen), die z.B. additive Effekte aufweisen. DNA-Marker weisen
verschiedene Vorteile auf, die eine Analyse erleichtern. So ist
eine Segregation einfach zu messen und eindeutig und DNA-Marker
sind ko-dominant, d.h. heterozygote und homozygote Tiere können unterscheidbar
identifiziert werden. Sobald ein Markersystem etabliert ist, können Selektionsentscheidungen
leicht getroffen werden, weil DNA-Marker zu jeder Zeit, nachdem
eine Blutprobe von dem Nachkommen entnommen wurde, getestet werden
können
oder sogar Embryonen in vitro oder in utero getestet werden können.
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Augenblicklich können ausgewählte Kühe superovuliert werden, die
Eier gesammelt werden, in vitro unter der Verwendung von Samen von
ausgesuchten Bullen befruchtet werden und in andere Kühe implantiert werden,
was die Verwendung der gewünschten
Genetik der Kuh und des Bullen ohne ein Warten auf die Geburt eines
Kalbs ermöglicht.
Dies wäre
die Modifikation eines Selektionsschemas, „Multiple Ovulation und Embryotransfer" (MOET) genannt und
kann mit genetischer Markertechnologie angewendet werden, wobei
die sich entwickelnde Blastomere im 4-8 Zellstadium mittels PCR
auf die Anwesenheit des/der Marker(s) getestet werden können und
eine entsprechende Auswahl getroffen werden kann.
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Die Marker-assistierte Selektion
könnte
daher die hohen Kosten der Nachkommentests, wie sie im Augenblick
verwendet werden, um geeignete Tiere nachzuweisen, erheblich verringern,
da junge Rinder, die durch genetische Tests als ungeeignet befunden
werden niemals Nachkommen erzeugen würden weil diese sofort nach
der Geburt auf die Anwesenheit/Abwesenheit der gewünschten
Marker getestet würden.
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Im allgemeinen schließt die Standard-Methodologie
die Extraktion von DNA, Verdau mit Restriktionsenzymen, Abtrennung
der resultierenden Fragmente, Hybridisierung an eine Radiomarkierte
Sonde und zuletzt die Korrelation der identifizierten Marker mit
Polled Markern ein, um so Marker zu identifizieren, die bei der
Auswahl helfen. Eine neuere Technologie unter der Verwendung der „Polymerase
Chain Reaction" (PCR), um
so das relevante Genfragment für
die weitere Analyse zu amplifizieren, ist ebenfalls erhältlich.
Solche PCR-Technologie
beschleunigt die Analyse erheblich, da (1) weniger genetisches Material
erforderlich ist (Blut oder Gewebeprobe); (2) der Hybridisierungsschritt
zum Nachweis spezifischer Genfragmente vermieden wird, (3) die Kosten
einiger Materialien (radioaktive Marker, Röntgenfilm) beseitigt werden,
was die Gesamtkosten verringert; und (4) die Analyseschritte sehr
schnell sind. Genetische Marker wurden gefunden, die z.B. Rinder-Leukozyten-Adhäsionsdefizienz
anzeigen; andere Marker wurden innerhalb des Rinder-Prolactingens identifiziert
und bei kappa-Casein, das mit der Milchproduktion gekoppelt ist.
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Einige ältere Literatur schlägt vor,
daß unterschiedliche
Gene für
die Hornentwicklung in Brahma oder Zebu Rindern (Bos indicus) vorhanden
wären.
Jedoch hat eine Studie an der Texas A & M das Gen für Hörner in Brahma-Rindern auch
auf dem zentromernahen Ende des Rinder-Chrmosoms 1 kartiert. Da
dieses Gen bisher nicht gefunden wurde, ist es unmöglich zu
sagen, ob es ein oder zwei Gene gibt, die nahe beieinander kartieren
und die Hornentwicklung in Bos indicus und Bos taurus kontrollieren.
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Weitere Literatur zur Hornlosigkeit
und der Bestimmung von deren Marker findet sich unter anderem in
Brenneman, R.A., S. K. Davis, J. O. Sanders, B. M. Burns, T.C. Wheeler,
J. W. Turner, and J.F. Taylor. 1996. The polled locus maps to BTA1
in Bos indicus X Bos taurus cross. J. Heredity 87: 156-161; Georges,
M., R. Drinkwater, T. King, A. Mishra, S.S. Moore, D. Nielsen, L.S.
Sargeant, A. Sorensen, M.R. Steele, X. Zhao, J.E. Womack and J.
Hetzel. 1993. Microsatellite mapping of a gene affecting horn development
in Bos taurus. Nat. Genet. 3: 206-210; Harlizius, B, I. Tammen,
K. Eichler, A. Eggen, and D.J.S. Hetzel. 1997. New markers on bovine
Chromosome 1 are closely linked to the polled gene in Simmental
and Pinzgauer cattle. Mamm. Genome 8: 225-227; Schmutz, S.M., F.L.S.
Marquess, T.G. Berryere, and J.S. Moker. 1995. DNA marker assisted selection
of the polled condition in Charolais cattle. Mamm. Genome 6: 710-713
und Stookey, J.M. and L.A. Goonewardene. 1996. A comparison of production
traits and welfare implications between horned and polled beef bulls.
Can. J. An. Sci. 76: 1-5.
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Im Augenblick ist das Gen für Polled
noch nicht identifiziert. Jedoch ist die Position des Gens als auf dem
zentromernahen Ende des Rinder-Chromosoms 1 lokalisiert bekannt.
Basierend auf dieser Information können verschiedene DNA Marker
in der Nähe,
sogenannte „gekoppelte" Marker dazu verwendet
werden, auf homozygot Polled in einem Individuum zu testen.
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Dabei bedeutet gekoppelt, daß die untersuchten
Markerloci und Gene so dicht nebeneinander auf dem Chromosom liegen,
daß sie
im Spermium oder Ei eines Elternteils als ein „Paket" vererbt werden. Manche DNA kodiert
für Proteine,
während
andere als Marker geeignet ist. Beide DNAs können für die Analyse verwendet werden,
jedoch ist im Stand der Technik die Mikrosatelliten-Technik bevorzugt.
Beschrieben sind bisher fünf DNA
Marker, die dicht genug zu liegen scheinen, um ausreichend genaue
Vorhersagen (∼90%)
des Polled oder gehörnten
Phänotyps
eines Kalbs zu ermöglichen.
Jedoch sind diese Marker immer noch mit ca. 10% Fehlerquote behaftet,
was in der Tierzucht in großem
Maßstab
nicht ausreichend ist.
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Von drei Markern ist beschrieben,
daß diese
so konstruiert wurden, daß sie
in einer Multiplex PCR überprüft werden
können.
Gekoppelte Markertests erfordern die gesamte Familie, so daß die Forscher
den Marker verfolgen können.
Die bisher identifizierten Marker wurden bisher in Charolais, Limousin,
und Simmental Rindern getestet und funktionieren in diesen Rassen
gut (d.h. ∼95%).
Weitere Literatur zu diesen Analysen kann in Marquess, F. L. S,
T. G. Berryere, S. M. Schmutz. Jan. 18, 1999. Marker Assisted Selection
for the polled trait in cattle. Plant and Animal Genome VII, San
Diego, CA; Marquess, F.L.S., R.A. Brenneman, S.M. Schmutz, J.F.
Taylor, S.K. Davis. 1997. A highly polymorphic bovine dinucleotide
repeat SODIMICR02. Anim. Genet. 28: 70 und Schmutz, S. M., T. G.
Berryere, F. L . S. Marquess, S. M. Kappes. 1996. Genetic markers linked
to the polled locus in cattle. Animal Genetics 27, Suppl. 2:64 gefunden
werden.
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„Scurs" sind kleine Horn-ähnliche Auswüchse auf
der Stirn an derselben Stelle, an der Hörner wachsen würden. Scurs
werden im Deutschen als "Wackelhörner" bezeichnet und sind
beweglich und nicht fest mit dem Schädel verwachsen. Scurs treten
typischerweise nicht vor einem Alter von vier Monaten auf und stellen das
Wachstum oft nach ein paar Zentimetern ein. Einige Scurs, auch "scab scurs" genannt, werden
niemals größer als
ein Daumennagel. Ein normales Hornwachstum würde das Auftreten von Scurs
nicht ermöglichen, jedoch
tragen auch gehörnte
Tiere das Gen für
Scurs.
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Herkömmlich wurde der Marker für Scurs
als geschlechts-beeinflußt
beschrieben. Männliche
Rinder benötigen
nur ein verändertes
Gen für
Scurs, um das Merkmal auszuprägen,
weibliche benötigen
zwei (Long und Gregory, 1978). Es wurde vorgeschlagen, daß homozygot
Polled den Scur-Phänotyp
maskiert, bis diese homozygot für
Scurs sind. Asai (2001) fand Hinweise darauf, daß dies auf dem DNA-Niveau stattfindet.
Ihre Daten lassen auch vermuten, daß homozygot Polled sogar auch
homozygot Scurs überdeckt.
Asai's Untersuchungen
belegen, daß das
Gen für
Scurs sich nicht auf dem Rinder Chromosom 1 befindet. Daher ist
dies ein völlig
unabhängiges
Gen. Asai, M, Schmutz, S. M. August 12, 2002. Interaction of the
scurred loci with the polled/horned loci and the influence of sex.
International Society of Animal Genetics, Goettingen, Germany; Asai,
M 2001. Mapping and characterisation of the scurred phenotype in
Bos taurus breeds. M.Sc. Thesis, University of Saskatchewan, Saskatoon,
Canada; Asai, M and S. M Schmutz. 2000. Studies in the inheritance
of scurs in Bos taurus breeds. poster at the International Society
of Animal Genetics meeting, Minneapolis, MN und Long, C. R. and
K. E. Gregory. 1978. Inheritance of the horned, scurred, and polled
condition in cattle. J. Heredity. 69:395-400.
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Im Hinblick auf das oben genannte
besteht immer noch ein Bedarf an rassenübergreifenden Markern für die schnelle
und zuverlässige
Analyse des Polled-Phänotyps.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese genetischen
Marker zur Verfügung
zu stellen, die rassenübergreifend
und zuverlässig
mit dem Polled-Phänotyp
gekoppelt sind. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Identifizierung des „Polled"-Genotyps
eines Rinds und der Anwesenheit dieser genetischen Marker zur Verfügung zu
stellen. Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Züchtung eines
hornlosen Rinds zur Verfügung
zu stellen.
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Andere Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden aus der genauen Beschreibung der Erfindung ersichtlich
werden, die folgt.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird die Aufgabe durch ein V erfahren zur Identifizierung
des „Polled"-Genotyps eines Rinds
gelöst,
wobei das Verfahren um faßt:
a) Erhalten einer Probe einer Nukleinsäure des Rinds, und b) Analyse
mindestens eines mit dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden
genetischen Markers, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus den Mikrosatellitenmarkern 59A3-A3r (SEQ
ID No. 1); 59A3-C5fa (SEQ ID No. 2); 59A3-C5fb (SEQ ID No. 3); 59A3-D3f
(SEQ ID No. 4); 59A3-D5f (SEQ ID No. 5); 59A3-D8f (SEQ ID No. 6)
und 59A3-F8r (SEQ ID No. 7).
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Eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäße Verfahren
zur Analyse besteht weiterhin darin, daß eine Kombination von oben
genannten Markern analysiert wird. Besonders bevorzugt sind dabei
die folgende Kombination:
- – 59A3-A3r, 59A3-D8f und 59A3-F8r.
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Es können jedoch auch andere Kombinationen
verwendet werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
bedeutet der Begriff „Kombination" eine Zusammenstellung von
Markern des jeweiligen Rinds oder einer spezifischen Rindergruppe.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die Analyse weiterhin den Vergleich von anderen
mit dem Polled-Genotyp in Zusammenhang stehenden Merkmalen und/oder
Markern umfaßt.
Solche Marker können
zum Beispiel die in 1 genannten
sein. Die Untersuchungen können
auch weitere genetische Analysen, wie z.B. Abstammungs-, Verwandtschafts-
und Familienanalysen umfassen, können
aber auch die Analyse weiterer Gene, insbesondere des Wackelhorn(„Scurs")-Genotyps umfassen.
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Eine „Analyse" von Mikrosatelliten in einem mit dem
genomischen „Polled" Lokus gekoppelten
Marker oder einem Fragment davon bedeutet im Sinne der vorliegenden
Erfindung zunächst
die Analyse eines der genannten spezifischen Mikrosatelliten, nämlich 59A3-A3r
(SEQ ID No. 1); 59A3-CSfa (SEQ ID No. 2); 59A3-CSfb (SEQ ID No.
3); 59A3-D3f (SEQ ID No. 4); 59A3-D5f (SEQ ID No. 5); 59A3-D8f (SEQ
ID No. 6) und 59A3-F8r (SEQ ID No. 7). Ersatzweise oder ergänzend kann
aber auch eine STS („sequence
tagged site"), ein SNP
oder ein weiterer Mikrosatellit analysiert werden, der mit einer
Frequenz von im wesentlichen 100% mit einem Mikrosatelliten der
genannten spezifischen Mikrosatelliten gekoppelt vorliegt. Dieser
gekoppelte SNP oder Mikrosatellit liefert somit dieselbe statistische
Information, wie der Mikrosatellit der genannten Marker (oder dem „Set"). Solche Marker
können
zum Beispiel die in 1 genannten
sein. Weiterhin schließt
der Begriff der Analyse auch die Untersuchung der oben genannten
Mikrosatelliten in verschiedenen Rinderrassen ein. Alle hier erwähnten Marker
können
aufgrund Ihrer bekannten Positionierung auf dem Chromosom zum „comparative
mapping" als Sonde
verwendet werden.
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Gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung kann die Analyse mittels Fragmentlängenanalyse, Sequenzierung
der Allele, Hybridsierung oder MALDI-TOF erfolgen. Dabei kann die
Sequenzierung nur nach vorheriger Klonierung erfolgen. Normalerweise
werden Mikrosatelliten analysiert, in dem man eine PCR mit fluoreszenzmarkierten
Primern durchführt
und die Amplifikate mittels Polyacrylamidgelen (Sequencer) oder speziellen
Polymeren (Kapillar-Sequencer) nach ihrer Größe trennt (Fragmentlängenanalyse).
Alle diese Techniken sind im Augenblick dem Fachmann bekannt und
werden weiter unten genauer beschrieben.
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Die Nukleinsäure, die einen Teil des Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung bildet, kann genomische DNA sein.
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Für
einen bekannten Polymorphismus oder Mikrosatelliten ist normalerweise
die direkte Bestimmung des jeweiligen Genotyps das Verfahren der
Wahl. Ansätze
des Stands der Technik für
die industrielle „high-throughput" Genotypisierung
beruhen heute auf der Fragmentlängenanalyse.
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Andere Ansätze zum Nachweis von kleinen
Sequenzvariationen, die dem Fachmann bekannt sind, können ebenfalls
verwendet werden.
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Der Nachweis der Polymorphismen kann
mit einer Amplifikation erreicht werden, zum Beispiel durch PCR,
aus genomischer DNA und Sequenzierung der amplifizierten Nukleinsäure oder
durch Klonierung der Marker und Sequenzierung der Varianten unter
der Verwendung gut bekannter Techniken.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung ist das zu untersuchende Nutztier ein Rind.
Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter „Rind" oder „Rindern" ein Tier der Unterfamilie
Bovinae verstanden. Dieses kann insbesondere ausgewählt sein
aus den Rassen Schwarzbunte West, Schwarzbunte Ost, Rotbunte, Fleckvieh,
Rotvieh/Angler, Gelbvieh, Vorderwälder, Hinterwälder, Fleischfleckvieh,
Charolais, Galloway, Angus, Limousin, Highland-Cattle, Hereford,
Pinzgauer, Salers, Blonde d'Aquitaine,
Piemonteser, Brahman, Zebu, Braunvieh, Sahiwal, Chianina, Fleckvieh,
Simmentaler, Jersey, Pinzgauer, Santa Gertrudis, Ankole Longhorn,
Dahomey, Butana, Baoulé,
Fogera, Kenana, Nganda, Nguni, Nkone, Tuli, Watussi, Chour-gau,
Dhanni, Mahish, Hariana, Red Sindhi, Ongole (Nellore), Sahiwal,
Toda, Vechur, Yak, Banteng, Malay Banteng, Myanmar, Sapi-Bali, Mythum, Shwe
Ni, Seladang, Jiu Long, Aulie Ata, Tianzhu White Yak, Chino Santandereano,
Casanareno, Criollo Lechero Tropical, Costeño con Cuernos .Dominican
Criollo, Lucerna, San Martinero, Romosinuano und Vallecaucana.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Analyse
umfassen, die eine molekulargenetische und/oder theoretische Methode
umfaßt.
Theoretische Methoden sind insbesondere rechnergestützte Analysen,
wie etwa neuronale Netzwerke und statistische Berechnungen, wie
im Stand der Technik bekannt ist. Verfahren zur Auffindung von Beziehungen
zwischen den erfindungsgemäßen Markern
und dem Phänotyp
sind spezielle Verfahren zur Genotyp-Phänotyp-Analyse
und können
durchgeführt
werden mittels statistischer parametrischer Verfahren wie Korrelations-,
Regressions- Varianz- oder Kovarianzanalysen, mittels nichtparametrischer
Verfahren wie z.B. Kontingenztafelanalysen, Mann-Whitney U-Test
oder Kruskal-Wallis-Test,
mittels Klassifizierungsverfahren wie z.B. Clusteranalysen, Verfahren
der künstlichen
Intelligenz wie Neuronale Netze, genetische Algorithmen, algebraische
Methoden z.B. der Kombinatorik, grafische Methoden oder alle möglichen
anderen Methoden des Data-Mining,
insbesondere auch durch geeignete Kombination dieser Methoden.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird eine Aufgabe der Erfindung durch einen
mit dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden
genetischen Marker gelöst,
der eine Sequenz ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus den Mikrosatellitenmarkern 59A3-A3r (SEQ ID No. 1);
59A3-CSfa (SEQ ID No. 2); 59A3-CSfb (SEQ ID No. 3); 59A3-D3f (SEQ
ID No. 4); 59A3-D5f (SEQ ID No. 5); 59A3-D8f (SEQ ID No. 6) und
59A3-F8r (SEQ ID No. 7) umfaßt.
Die mittels der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellten Marker sind
für eine
gegenüber
dem Stand der Technik genauere und rassenübergreifende und damit schnellere
und billigere Analyse des Polled-Phänotyps geeignet.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft ein Oligonukleotid zur Analyse eines mit dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden
genetischen Markers der vorliegenden Erfindung, wobei die Sequenz des
Oligonukleotids im wesentlichen ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus SEQ ID Nr. 8 bis SEQ ID Nr. 21.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird ein Mikrosatellit nachgewiesen, indem der gesamte oder ein
Teil eines Markers in der Probe unter der Verwendung eines Sets
von konservierten Primern für
den zu analysierenden Marker einer PCR unterzogen wird, um amplifizierte
Marker-Nukleinsäure
herzustellen, anschließendem
Sequenzieren der amplifizierten Marker-Nukleinsäure und Nachweisen der Anwesenheit
der Nukleotidveränderung(en).
Dies ist jedoch nur möglich,
wenn die Amplifikate vor der Sequenzierung kloniert werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft somit eine Kombination (Set) von Oligonukleotiden,
umfassend mindestens zwei der Oligonukleotide nach SEQ ID Nr. 8
bis SEQ ID Nr. 21. Besonders bevorzugt sind die Kombinationen (Sets)
von Oligonukleotiden gemäß der Erfindung,
die eine Kombination, ausgewählt
aus der Gruppe der Kombinationen SEQ ID Nr. 8 und SEQ ID Nr. 9;
SEQ ID Nr. 10 und SEQ ID Nr. 11; SEQ ID Nr. 12 und SEQ ID Nr. 13;
SEQ ID Nr. 14 und SEQ ID Nr. 15; SEQ ID Nr. 16 und SEQ ID Nr. 17; SEQ
ID Nr. 18 und SEQ ID Nr. 19, und SEQ ID Nr. 20 und SEQ ID Nr. 21.umfassen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft isolierte Oligo- oder Polynukleotide, die im
wesentlichen aus den kontinuierlichen Nukleotiden jeder der SEQ
ID Nr. 1 bis SEQ ID Nr. 14 bestehen, und die für die Analyse des „Polled"-Genotyps in einem
Säuger
geeignet sind. Bevorzugterweise kann das isolierte Oligo- oder Polynukleotid
weiterhin einen nachweisbaren Marker, z.B. ein Radionuklid, Fluorophore,
z.B. FAM, HEX, TET, JOE, TAMRA, ROX, CY3, CY5, Peptid, Enzym, Antigen,
Antikörper,
Vitamin oder Steroid aufweisen. Für die verbesserte Genauigkeit
der Analyse ist eine Kombination von isolierten Polynukleotiden,
bestehend aus einzelnen isolierten Polynukleotiden möglich. Es
können
aber auch weitere Oligo- oder Polynukleotide für die Analyse verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Genotyp
kann auch durch Hinzunahme weiterer spezifischer Sequenzvarianten,
die in der Natur existieren, um diese neuen Varianten erweitert
werden, so daß durch
die Betrachtung dieser erweiterten Haplotypen bzw. Haplotypenpaare
die Qualität
der Diagnose und Analyse noch weiter gesteigert werden kann.
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Diese markierten Sonden lassen sich
dann z. B in einem der o.g. Verfahren zur Analyse eines mit dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden
genetischen Markers in einem Rind verwenden, wobei das Rind ausgewählt aus
den Rassen Schwarzbunte West, Schwarzbunte Ost, Rotbunte, Fleckvieh,
Rotvieh/Angler, Gelbvieh, Vorderwälder, Hinterwälder, Fleischfleckvieh,
Charolais, Galloway, Angus, Limousin, Highland-Cattle, Hereford,
Pinzgauer, Salers, Blonde d'Aquitaine,
Piemonteser, Brahman, Zebu, Braunvieh, Sahiwal, Chianina, Fleckvieh,
Simmentaler, Jersey, Pinzgauer, Santa Gertrudis, Ankole Longhorn,
Dahomey, Butana, Baoulé,
Fogera, Kenana, Nganda, Nguni, Nkone, Tuli, Watussi, Chour-gau,
Dhanni, Mahish, Hariana, Red Sindhi, Ongole (Nellore), Sahiwal,
Toda, Vechur, Yak, Banteng, Malay Banteng, Myanmar, Sapi-Bali, Mythum,
Shwe Ni, Seladang, Jiu Long, Aulie Ata, Tianzhu White Yak, Chino
Santandereano, Casanareno, Criollo Lechero Tropical, Costeño con
Cuernos .Dominican Criollo, Lucerna, San Martinero, Romosinuano
und Vallecaucana sein kann.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft ein Kit zur Analyse eines mit dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden
genetischen Markers gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Nutztier, wobei das Kit einen erfindungsgemäßen Marker
selber, ein erfindungsgemäßes Oligonukleotid
oder erfindungsgemäße Sets,
zusammen mit geeigneten Hilfsstoffen enthalten kann. Solche Hilfsstoffe
sind z.B. PCR Primer, die zwischen 12-30 durchgehende Basen auf
beiden Seiten der Polymorphismen bzw. Mikrosatelliten darstellen, um
ein Amplifikationssystem zur Verfügung zu stellen, daß den Nachweis
der Polymorphismen durch PCR und Fragmentlängenanalyse erlaubt.
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Der Kit kann außerdem noch andere Komponenten
und/oder Enzyme zur Durchführung
der Verfahren der vorliegenden Erfindung, z.B. wie oben angegeben,
enthalten. Bevorzugterweise enthält
der Kit die erfindungsgemäß Kombination
von Oligo- oder Polynukleotiden, zusammen mit weiteren Komponenten
und/oder Hilfsstoffen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Züchtung eines hornlosen Rinds.
Das Verfahren umfaßt
a) zur Verfügung
stellen von potentiell geeigneten Elterntieren und/oder eines Nachkommen,
b) Erhalten einer Nukleinsäureprobe
der Elterntiere und/oder des Nachkommen und c) Analyse mindestens
eines mit dem „Polled"-Genotyp zusammenhängenden
genetischen Markers der Elterntiere und/oder des Nachkommen, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus den Mikrosatellitenmarkern 59A3-A3r (SEQ
ID No. 1); 59A3-CSfa (SEQ ID No. 2); 59A3-CSfb (SEQ ID No. 3); 59A3-D3f
(SEQ ID No. 4); 59A3-D5f (SEQ
ID No. 5); 59A3-D8f (SEQ ID No. 6) und 59A3-F8r (SEQ ID No. 7) und
d) Auswahl geeigneter Elterntiere und/oder eines Nachkommen zur
Züchtung
eines hornlosen Rinds auf Basis des analysierten „Polled"-Genotyps.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des oben genannten Verfahrens wird eine Vielzahl von Markersequenzen
aus verschiedenen Nachkommen analysiert, wobei der Nachkomme ein
Embryo oder eine befruchtete Eizelle sein kann, durchgeführt und
basierend auf dem Ergebnis werden Nachkommen für die Zucht ausgewählt oder
ausgeschlossen. Ein ähnliches
Auswahlverfahren kann für
die Elternteile durchgeführt
werden.
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Wie oben für das erste Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung bereits beschreiben, kann auch bei diesem Aspekt eine
Kombination von Markern analysiert werden. Besonders bevorzugt ist
auch hier die Analyse der folgenden Kombinationen 59A3-A3r, 59A3-CSfb,
59A3-D3f und 59A3-D5f, 59A3-CSfa und 59A3-D8f und 59A3-A3r; und
59A3-D8f und 59A3-F8r. Es können
aber auch andere Kombinationen analysiert werden, die aus 2, 3,
4, 5, 6 oder 7 der Marker bestehen. Weiterhin kann die Analyse den
Vergleich von anderen mit dem Polled-Genotyp in Zusammenhang stehenden
Merkmalen und/oder Markern umfassen, insbesondere dem Wackelhorn(„Scurs")-Genotyp.
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Bevorzugt ist ein Verfahren zur Züchtung eines
hornlosen Rinds, wobei die Analyse mittels Fragmentlängenanalyse,
Hybridsierung, oder MALDI-TOF erfolgt. Weitere Einzelheiten sind
bereits oben genannt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Züchtung eines
hornlosen Nutztiers kann bei Rindern angewandt werden. Im Falle
von Rindern erlauben die erfindungsgemäßen Macker die rassenübergreifende
Analyse insbesondere bei den Rassen Schwarzbunte West, Schwarzbunte
Ost, Rotbunte, Fleckvieh, Rotvieh/Angler, Gelbvieh, Vorderwälder, Hinterwälder, Fleischfleckvieh,
Charolais, Galloway, Angus, Limousin, Highland-Cattle, Hereford,
Pinzgauer, Salers, Blonde d'Aquitaine,
Piemonteser, Brahman, Zebu, Braunvieh, Sahiwal, Chianina, Fleckvieh,
Simmentaler, Jersey, Pinzgauer, Santa Gertrudis, Ankole Longhorn,
Dahomey, Butana, Baoulé,
Fogera, Kenana, Nganda, Nguni, Nkone, Tuli, Watussi, Chour-gau,
Dhanni, Mahish, Hariana, Red Sindhi, Ongole (Nellore), Sahiwal,
Toda, Vechur, Yak, Banteng, Malay Banteng, Myanmar, Sapi-Bali, Mythum,
Shwe Ni, Seladang, Jiu Long, Aulie Ata, Tianzhu White Yak, Chino
Santandereano, Casanareno, Criollo Lechero Tropical, Costeño con
Cuernos .Dominican Criollo, Lucerna, San Martinero, Romosinuano
und Vallecaucana. Dabei können
die optional untersuchten Elterntiere sogar aus derselben oder verschiedenen
Nutztierrassen stammen. Bevorzugterweise stammen diese Elterntiere
aus derselben Familie.
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Ein letzter Aspekt betrifft dann
ein mittels eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung gezüchtetes hornloses
Nutztier, ein Embryo oder eine befruchtete Eizelle davon, wobei
das Nutztier ein Rind ist. Bevorzugt ist das Rind ausgewählt ist
aus den Rassen Schwarzbunte West, Schwarzbunte Ost, Rotbunte, Fleckvieh,
Rotvieh/Angler, Gelbvieh, Vorderwälder, Hinterwälder, Fleischfleckvieh,
Charolais, Galloway, Angus, Limousin, Highland-Cattle, Hereford,
Pinzgauer, Salers, Blonde d'Aquitaine,
Piemonteser, Brahman, Zebu, Braunvieh, Sahiwal, Chianina, Fleckvieh,
Simmentaler, Jersey, Pinzgauer, Santa Gertrudis, Ankole Longhorn,
Dahomey, Butana, Baoulé,
Fogera, Kenana, Nganda, Nguni, Nkone, Tuli, Watussi, Chour-gau,
Dhanni, Mahish, Hariana, Red Sindhi, Ongole (Nellore), Sahiwal,
Toda, Vechur, Yak, Banteng, Malay Banteng, Myanmar, Sapi-Bali, Mythum,
Shwe Ni, Seladang, Jiu Long, Aulie Ata, Tianzhu White Yak, Chino
Santandereano, Casanareno, Criollo Lechero Tropical, Costeño con
Cuernos, Dominican Criollo, Lucerna, San Martinero, Romosinuano
und Vallecaucana.
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Die Erfindung soll anhand der folgenden
Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur und das Amplifikationsprotokoll
näher erläutert werden.
Dabei zeigt
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1:
Stammbaum einer Haplotypen-Untersuchung mittels der Marker der vorliegenden
Erfindung. Es wurden sowohl erfindungsgemäße als auch bereits publizierte
Marker verwendet. Anhand der Marker können die väterlichen Chromosomen (V1/V2)
unterschieden werden, wobei V2 mit dem Polled-Phänotyp segregiert. Dieser Stammbaum
dient als Beispiel für
eine Familien-interne-Analyse.
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- SEQ ID No. 1: Die DNA Sequenz für Marker
59A3-A3r; 207 bp;
- SEQ ID No. 2: Die DNA Sequenz für Marker 59A3-CSfa; 170 bp;
- SEQ ID No. 3: Die DNA Sequenz für Marker 59A3-CSfb; 200 bp;
- SEQ ID No. 4: Die DNA Sequenz für Marker 59A3-D3f 237 bp;
- SEQ ID No. 5: Die DNA Sequenz für Marker 59A3-D5f 208 bp;
- SEQ ID No. 6: Die DNA Sequenz für Marker 59A3-D8f 96 bp;
- SEQ ID No. 7: Die DNA Sequenz für Marker 59A3-F8r; 124 bp;
- SEQ ID No. 8: Primer-Sequenz 1 für Marker 59A3-A3r; 5'-gga cat cag gga
gcg tgg gag-3';
- SEQ ID No. 9: Primer-Sequenz 2 für Marker 59A3-A3r; 5'-ccc ttg caa cgc
cat taa act cc-3 ';
- SEQ ID No. 10: Primer-Sequenz 1 für Marker 59A3-C5fa; 5'-gca aag agt tgg
aca gga ctg-3';
- SEQ ID No. 11: Primer-Sequenz 2 für Marker 59A3-CSfa; 5'-gtg gtc cag tgg
cta aga tc-3';
- SEQ ID No. 12: Primer-Sequenz 1 für Marker 59A3-CSfb; 5'-acc tgg gat cga
acc cag g-3';
- SEQ ID No. 13: Primer-Sequenz 2 für Marker 59A3-CSfb; 5'-cag gac tgg cta
gga gtg c-3';
- SEQ ID No. 14: Primer-Sequenz 1 für Marker 59A3-D3f 5'-aga ctg cgt acc
act cat atg-3';
- SEQ ID No. 15: Primer-Sequenz 2 für Marker 59A3-D3f 5'-cta gag ctc aca
ttc tag tgg-3';
- SEQ ID No. 16: Primer-Sequenz 1 für Marker 59A3-D5f 5'-aac agc aga gat
gca tag tcc-3';
- SEQ ID No. 17: Primer-Sequenz 2 für Marker 59A3-D5f 5'-cag ggt aga gtt
tat ggt att tc-3';
- SEQ ID No. 18: Primer-Sequenz 1 für Marker 59A3-D8f 5'-cac tcg gac atg
act gag cac g-3';
- SEQ ID No. 19: Primer-Sequenz 2 für Marker 59A3-D8f 5'-gaa gct gcc acc
att tcc agt gg-3';
- SEQ ID No. 20: Primer-Sequenz 1 für Marker 59A3-F8r; 5'-cga atg agc gac
tga act gaa c-3';
und
- SEQ ID No. 21: Primer-Sequenz 2 für Marker 59A3-F8r; 5'-cta gtt gaa acc
taa atg ccc ac-3';
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Beispiele
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In der folgenden Tabelle sind die
Eigenschaften der gefundenen erfindungsgemäßen Marker und deren zur Analyse
und Isolierung benötigten
Primer nochmals zusammengefaßt: Tabelle
1: Eigenschaften der gefundenen erfindungsgemäßen Marker
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Es ist dem Fachmann bekannt, daß die hier
angegebenen Längen
der Marker den auf dem BAC-Klon (siehe Beispiel 1) aufgefundenen
Sequenzen entsprechen und daher nur beispielhaft sind, da es gerade
die Eigenschaft von Mikrosatelliten-Markern ist, daß sich die
verschiedenen Allele in ihrer Länge
unterscheiden. Dabei können
insbesondere die oben in der Sequenz angegebenen „Repeats" von z.B. „CA"-Sequenzen in ihrer
Länge variieren.
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Beispiel 1 Isolierung
genomischer Rinder-DNA aus der Polled-Region
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Genomische Rinder-DNA wurde kloniert
und einer Analyse unterzogen. Dazu wurde eine BAC-Bank mit einer
Sonde (Sonde für
EST 1413, Zugangsnummer GenBank AW289292) durchsucht, die aus der Polled-Region
zwischen TGLA 49 und BM 6438 stammt (siehe 1). Aufgrund der Lage dieses bekannten Markers
wurde angenommen, daß eventuell
auf dem Klon vorhandene weitere Marker mit dem Polled-Phänotyp gekoppelt
sind.
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Der isolierte Klon wurde dann anschließend nach
Mikrosatelliten-Markern wie folgt untersucht: Zunächst erfolgte
eine Hinfl-Restriktion. Anschließend wurden die Fragmente mit
einer CA-Sonde gescreent. Diejenigen Fragment, die mit der CA-Sonde
hybridisierten, wurden isoliert, kloniert und sequenziert.
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Bei der Analyse wurde die sequenzierte
DNA nach für
Mikrosatelliten-Marker charakteristischen Sequenzrepeats („CA", siehe oben) durchsucht.
Potentiell polymorphe Bereiche der Sequenz wurden mittels PCR amplifiziert
und auf variable Länge
der Sequenzen hin in verschiedenen Tieren untersucht. Längen-Polymorphismen
wurden für
alle in Tabelle 1 aufgelisteten Marker gefunden. Diese Marker wurden
dann weiteren Analysen unterzogen, um deren Segregation mit dem
Polled-Marker zu bestätigen.
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Beispiel 2 PCR Amplifikationstest
und Multiplex-PCR
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Die Analyse des BAC-Klons und die
Sequenzdaten ermöglichen
die Erstellung eines in vitro Amplifikationssystems, das zum Nachweis
der Marker mittels PCR verwendet werden kann. Mit den dann amplifizierten
Mikrosatelliten kann eine schnelle Analyse des Polled Genotyps durchgeführt werden.
Weiterhin dienen diese Satelliten als Hilfsmittel zur Auffindung
der Gene/des Gens, der/die für
den Polled-Phänotyp
verantwortlich ist/sind.
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Ein Verfahren unter Verwendung von
PCR-Amplifikation wurde entwickelt, um schnell Tiere auf die Marker
untersuchen zu können,
so daß der
genetische Status im Hinblick auf die Marker für Polled genau und schnell
bestimmt werden kann.
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Das Verfahren beinhaltet die Amplifikation
der DNA unter der Verwendung von Nukleotidprimern, die spezifisch
für Regionen
auf beiden Seiten der Marker sind. Die ausgewählten Primer sind in SEQ ID
NO: 8 bis 21 dargestellt und schließen Sequenzen auf beiden Seiten
der Marker ein. Nukleotid Primer, so wie die explizit Beschriebenen
können
jedoch auch von den anderen hier als Marker beschriebenen Sequenzen
(SEQ ID No. 1 bis 7) in der Nähe
der Mikrosatelliten-Marker abgeleitet werden.
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Die durchgeführten Multiplex-PCR Reaktionen
waren wie folgt:
- 1) Amplifikation von Marker
59A3-A3r (SEQ ID No. 1), 59A3-CSfb (SEQ ID No. 3), 59A3-D3f (SEQ ID No. 4)
und 59A3-D5f (SEQ ID No. 5);
- 2) 59A3-CSfa (SEQ ID No. 2) und 59A3-D8f (SEQ ID No. 6), und
- 3) 59A3-A3r (SEQ ID No. 1), 59A3-D8f (SEQ ID No. 6) und 59A3-F8r
(SEQ ID No. 7).
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Das entwickelte PCR-Protokoll unter
der Verwendung der Marker war wie folgt. Zuerst wurde genomische
DNA aus Blut durch allgemein im Stand der Technik bekannte Verfahren
isoliert. Als nächstes
wurde die Konzentration der DNA durch Verdünnung von DNA in Wasser und
Messen der Absorption bei 260 nm Wellenlänge in einem UV-Vis Spektrophotometer
bestimmt und geeignet eingestellt. Dann wurden die folgenden Ansätze in einem
PCR-Gefäß hergestellt:
- Multiplex- PCR 1)
3 μl 10×PCR-Puffer (gemäß Hersteller)
2 μl MgCl2 (25 mM)
3,2 μl dNTP's (1,25mM)
0,7 μl C5fb (10 pmol/μl) (SEQ ID
No. 12 und 13)
1,5 μl
D3f (10 pmol/μl)
(SEQ ID No. 14 und 15)
0,1 μl
D5f (10 pmol/μl)
(SEQ ID No. 16 und 17)
0,05 μl
A3r (10 pmol/μl)
(SEQ ID No. 8 und 9)
0,2 μl
Thermo-Start Taq (5 U/μl)
7,25 μl H2O
+je 2 μl DNA (ca. 20ng/μl)
- Multiplex-PCR 2)
3 μl
10× Puffer
(gemäß Hersteller)
2 μl MgCl2 (25 mM)
3,2 μl dNTP's (1,25mM)
0,1 μl C5fa (10 pmol/μl) (SEQ ID
No. 10 und 11)
0,05 μl
D8f (10 pmol/μl)
(SEQ ID No. 18 und 19)
0,2 μl
Thermo-Start Taq (5U/μl)
9,45 μl H2O
- Multiplex-PCR 3)
3 μl
10×Puffer
2 μl MgCl2 (25 mM)
3,2 μl dNTP's (1,25mM)
0,1 μl A3r (10 pmol/μl) (SEQ ID
No. 8 und 9)
0,05 μl
D8f (10 pmol/μl)
(SEQ ID No. 18 und 19)
0,1 μl
F8r (10 pmol/μl)
(SEQ ID No. 20 und 21)
0,2 μl
Thermo-Start Taq (SU/μl)
9,35 μl H2O
Anschließend wurden die PCR-Reaktionen
gemäß dem folgenden
Programm durchgeführt.
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PCR-Programm
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95°C
15 min.
94°C
1 min.
60°C
1 min. 30 Zyklen (Multiplex 1)
65°C 1 min. 27 Zyklen (Multiplex
2)
65°C
1 min. 27 Zyklen (Multiplex 3)
72°C 1 min.
72°C 10 min.
(Elongation)
15°C
1 min.
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Zur weiteren Analyse wurden 1 μl unverdünntes PCR-Produkt
auf einen Sequencer aufgetragen.
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Beispiel 3
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Kopplung der erfindungsgemäßen Marker
mit dem Polled-Phänotyp
in Rindern Um die Kopplung der Marker der vorliegenden Erfindung
mit dem Polled-Genotyp zu bestätigen,
wurde die gemeinsame Vererbung bestimmter Marker-Allele mit dem
Polled-Phänotyp
in einer Familie bestimmt (Ein Beispiel ist in 1 dargestellt). Hier wurden die Nachkommen
eines Bullen mit drei verschiedenen Kühen getestet. Es konnte gezeigt werden,
daß die
in diesem Beispiel getesteten Marker (D8f F8r und A3r) eindeutig
mit dem Polled- Phänotyp segregierten.
Die bisher bekannten Marker wurden als interne Kontrollen verwendet.
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Ähnliche
Experimente wurden mit den anderen Markern der vorliegenden Erfindung
durchgeführt. Auch
hier zeigte sich, daß diese
Marker eindeutig mit dem Polled-Phänotyp segregierten.
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Die Rinder wurden künstlich
nach herkömmlichen
Verfahren befruchtet, und die Mikrosatelliten wurden unter der Verwendung
von Standardtechniken identifiziert (Sambrook, et al. (1989) Molecular
Cloning-A Laboratory Manual. 2nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory
Press, Cold Spring Harbor, N.Y.).
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Zur Analyse wurden Proben der genomischen
DNA der Rinder erhalten und gereinigt. Die Marker wurden mittels
PCR amplifiziert, dabei fluoreszenzmarkiert und gemäß der Fragmentlängen auf
einem Polyacrylamidgel getrennt. Anhand der Ergebnisse wurden dann
die Haplotypen ermittelt (siehe
1)
und Stammbäume
aufgestellt. SEQUENCE
LISTING