Genomische, molekulargenetische und phänotypische Analysen zu Robustheit und Resistenz am Beispiel endoparasitärer Infektionen bei Milchkühen

Abstract

In den letzten Jahrzehnten fokussierte die Milchrinderzucht vordergründig auf eine Verbesserung in den Leistungsmerkmalen, wohingegen einer Selektion auf funktionale Merkmale und Robustheit weniger Beachtung geschenkt wurde. Eine gute Robustheit und verbesserte Resistenz gegen wirtschaftlich bedeutende Erkrankungen erlangen seit einigen Jahren jedoch einen zunehmenden Stellenwert in der Milchrinderzucht. Robustheit reflektiert die gute Anpassung der Milchkuh an eine weite Bandbreite von Umweltfaktoren bei einer gleichzeitig guten Widerstandsfähigkeit gegen pathogene Erreger oder metabolische Imbalancen. Gesundheitsmerkmale auf Basis von Dokumentationen der Landwirte zu Euter- oder Klauenerkrankungen werden inzwischen in vielen Ländern in den Selektionsindex integriert. Zudem werden Hilfsmerkmale wie die somatische Zellzahl als Indikator für Eutererkrankungen genutzt. Zunehmend beschäftigt sich die Forschung mit den zugrunde liegenden genetischen Mechanismen für neue innovative Merkmale wie z.B. den Milchketonkörpern ß-Hydroxybutyrat (BHB) und Aceton oder Milchfettsäuren als Indikatoren für Stoffwechselerkrankungen, um diese zukünftig in der Zuchtwertschätzung zu berücksichtigen. Genetische Studien zu infektiösen Erkrankungen, welche durch bakterielle, virale, fungale oder parasitäre Erreger induziert sind, liegen bis dato nicht ausreichend vor. Die notwendige Erfassung aussagekräftiger Phänotypen, der starke Einfluss durch äußere Umwelteinflüsse (z.B. Klima) sowie individuelle Wirt-Pathogen-Interaktionen erschweren genetische Analysen auf diesem Gebiet. Dennoch ist die züchterische Bearbeitung einer genetischen Resistenz gegen infektiöse Erkrankungen beim Milchrind von zentraler Bedeutung, da Zunahmen in der Erregerresistenz gegen derzeit verfügbare Wirkstoffe (z.B. Antibiotika, Anthelminthika) global zu beobachten sind und die Therapiemöglichkeiten damit erschweren.Der erste Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit Phänotypisierungsstrategien und mit der Schätzung quantitativ-genetischer Parameter zu konventionell in der Zucht genutzten und innovativen neuen Merkmalen beim Milchrind. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Merkmalen, die mit Robustheit und insbesondere mit einer verbesserten Krankheitsresistenz gegen bakterielle und parasitäre Erreger bei der Milchkuh assoziiert sind. Am Beispiel endoparasitärer Infektionen als innovative Merkmale der Krankheitsresistenz und Robustheit beim Milchrind wurden im weiteren Verlauf der vorliegenden Arbeit Studien auf genomischer, molekulargenetischer und phänotypischer Ebene durchgeführt. Die Arbeit gliedert sich in 6 Kapitel, wobei die Kapitel 3, 4 und 5 statistische Analysen zu Endoparasiteninfektionen beim Milchrind unter Einbezug verschiedener Datensätze und verschiedener Selektionslinien schwarzbunter Milchkühe (Deutsches Schwarzbuntes Niederungsrind (DSN), Holstein Friesian (HF), HF-Kreuzungen) beinhalten. Over the last few decades, dairy cattle breeding has focussed on improving performance, while paying less attention to functional traits and robustness. However, improved robustness and resistance to economically significant diseases gained increasing importance in dairy cattle breeding for several years. Robustness reflects best adaptation to a broad range of environments by a simultaneous high resilience against pathogenic agents or metabolic imbalances. In many countries, producer-recorded health data (e.g., mastitis diagnosis, claw disorders) are included in the selection index. Furthermore, indicator traits such as the somatic cell score are used as a diagnostic parameter for udder health. Increasingly, research is looking at the underlying genetic mechanisms for novel innovative traits (e.g., milk ketone bodies Betahydroxybutyrate (BHB) and acetone or milk fatty acids) as indicators for metabolic disease, and for the inclusion in genetic evaluation. Genetic studies addressing infectious diseases induced by bacterial, viral, fungal or parasite pathogens are limited. Limitations are given by the lack of large phenotype datasets, the strong impact of environmental factors (e.g., climatic factors) as well as host-pathogen interactions. However, increased resistance of pathogens against actually approved anthelmintics and antibiotics was observed globally, resulting in complications for treatment options. Hence, genetic studies addressing resistance to infectious diseases in dairy cows are of great importance.The first part of this thesis deals with phenotyping strategies and with the estimation of quantitative-genetic parameters for conventional and innovative novel traits in dairy cattle breeding. The main focus is on traits being associated with robustness and improved disease resistance against bacterial and parasitic agents in dairy cows. Using the example of endoparasite infections as innovative traits associated with disease resistance and robustness in dairy cattle, genomic, molecular-genetic and phenotypic studies were carried out in the course of the work. The thesis is divided into 6 chapters, with chapter 3, 4 and 5 containing statistical analyses for endoparasite infections in dairy cattle by including different datasets with different genetic lines of Black and White dairy cattle (Black and White dual-purpose cattle (DSN), Holstein Frisian (HF), HF crossbreds).