Sieben Kühe mit geschwollenen Sprunggelenken, ein Gen mit einem einzigen fehlenden Buchstaben im Code, und am Ende die Erklärung für ein Phänomen, das Züchtern schon lange Kopfzerbrechen bereitet: vorzeitig ausrangierte Tiere mit schlechtem Knochenbau und unsicherem Gang.
Ein Forschungsteam der Universität Bern, der ETH Zürich und der Qualitas AG in Zug hat einen rezessiven Erbfehler beim Holstein-Rind aufgespürt, der genau das auslöst – und der sich nun erstmals gezielt aus der Zucht herausfiltern lässt. Mitautor und Mitbetreuer der Studie ist Cord Drögemüller, Professor für Nutztiergenetik am Institut für Genetik der Universität Bern.
Die Ausgangslage: gesucht wird im Heuhaufen
Exterieurmerkmale wie Fundament, Fesselwinkel oder Bewegungsablauf werden bei jeder linearen Beschreibung erfasst und fliessen in die Zuchtwertschätzung ein. Bisher ist man davon ausgegangen, dass solche Merkmale polygen vererbt werden – das heisst, unzählige Gene mit jeweils winzigem Einfluss addieren sich zum sichtbaren Ergebnis. Die neue Studie, veröffentlicht im Fachjournal «Genetics Selection Evolution», bestätigt das grundsätzlich für die meisten untersuchten Merkmale bei Holstein und Braunvieh. Die Forschenden werteten dafür Erbgutdaten von über 87 000 Holstein- und 52 000 Braunvieh-Tieren aus der Schweiz aus, kombiniert mit den Beurteilungsnoten der Zuchtverbände Holstein Switzerland, Swissherdbook und Braunvieh Schweiz.
Doch neben dem erwarteten Sammelsurium kleiner Effekte fanden sich beim Merkmal Knochenbau bei Holstein-Rindern plötzlich Tiere, die massiv aus der Reihe tanzten – und zwar nur dann, wenn sie eine bestimmte Genvariante von beiden Elterntieren geerbt hatten. Ein klassisches Muster für einen rezessiven Erbfehler: Träger eines einzelnen defekten Gens bleiben unauffällig, erst wer die Mutation doppelt in sich trägt, wird krank.
Ein einziger Buchstabendreher mit grosser Wirkung
Der Übeltäter sitzt im Gen HYAL1 auf Chromosom 22. Dieses Gen liefert die Bauanleitung für ein Enzym, das Hyaluronsäure abbaut – eine Substanz, die als Gleitmittel und Stossdämpfer in der Gelenkflüssigkeit dient. Bei der gefundenen Mutation bricht die Bauanleitung vorzeitig ab, das Enzym fehlt praktisch komplett. Die Folge: Hyaluronsäure sammelt sich in den Gelenken an, es kommt zu Wasseransammlung und einer chronischen Gelenkentzündung, medizinisch Polysynovitis genannt.
Wie stark der Effekt ist, zeigte sich bei der klinischen Untersuchung von sieben lebenden, reinerbig betroffenen Kühen und Rindern auf Schweizer Betrieben. Alle sieben hatten beidseitig geschwollene, aber nicht warme Sprunggelenke mit deutlich eingeschränkter Beweglichkeit. Eine Kuh zeigte zusätzlich geschwollene Fesselgelenke und lahmte sichtbar. Die Ultraschalluntersuchung bestätigte bei allen Tieren Gelenkergüsse mit verdickter Gelenkinnenhaut.
Kürzeres Leben, weniger Milch
Damit blieb es nicht bei einer reinen Laborentdeckung. Anhand von über 1,1 Millionen Holstein-Kühen aus der französischen Nationaldatenbank liess sich zeigen, dass reinerbig betroffene Tiere ab dem dritten Lebensjahr eine deutlich verkürzte Nutzungsdauer aufweisen. Nach sechs Jahren waren von den betroffenen Kühen nur noch gut 35 Prozent am Leben, gegenüber gut 40 Prozent bei unbelasteten Tieren – ein Unterschied, der genau in die Zeit fällt, in der Kühe nach der ersten Laktation aussortiert werden. Vieles deutet darauf hin, dass Betriebe diese Tiere wegen ihrer schlechten Beinstellung und ihres unsicheren Gangs schlicht frühzeitig aus der Herde nehmen.
Auch auf die Leistung schlägt der Defekt durch: Bei reinerbig betroffenen Tieren waren neben der Bewegung und der Beinstellung hinten auch Milch-, Fett- und Eiweissmenge signifikant tiefer als bei unbelasteten Herdengenossinnen. Insgesamt fanden die Forschenden bei 14 von 34 untersuchten Merkmalen einen negativen Zusammenhang mit dem Erbfehler.
Wie verbreitet ist der Defekt?
Das schadhafte Allel – so nennt man eine Variante eines Gens – ist praktisch auf die Rasse Holstein beschränkt und kommt weltweit vor. In der Schweizer Holstein-Population tragen laut Studie rund 4,4 Prozent der untersuchten Genkopien die Mutation, in Frankreich sind es sogar 8,4 Prozent. Reinerbig betroffene Tiere selbst sind dabei selten, denn dafür müssen beide Elterntiere Träger sein. Bei anderen Rassen wie Simmental, Swiss Fleckvieh oder der französischen Vosgienne wurde die Variante nur vereinzelt gefunden.
Was das für die Praxis bedeutet
Der entscheidende Punkt für Schweizer Zuchtbetriebe: Der neu identifizierte Marker ist bereits seit Januar Teil des routinemässig eingesetzten Axiom-HD-Chips, mit dem hierzulande genomische Zuchtwerte berechnet werden. Wer sein Jungtier genotypisieren lässt, erhält damit automatisch auch Auskunft über den HYAL1-Status, ganz ohne zusätzlichen Test. Damit lässt sich gezielt verhindern, dass zwei Träger miteinander angepaart werden und in der Folge reinerbig betroffene Kälber fallen.
Offiziell im Herdebuch, dem zentralen Zuchtregister, auftauchen wird der Defekt allerdings erst noch. Laut Drögemüller läuft derzeit die internationale Vernehmlassung bei der WHFF, dem Weltverband der Holstein-Friesian-Zuchtverbände, der solche Erbfehler-Kürzel offiziell anerkennt. Wird der neue Erbfehler akzeptiert, soll er künftig unter dem Kürzel «HL» geführt werden – und damit automatisch auch in die kürzlich eingeführte Schweizer Erbfehlerampel einfliessen. Dieses Ampelsystem zeigt Züchtern auf einen Blick, ob ein Tier Träger eines bekannten Erbfehlers ist, ähnlich wie es heute bereits für die Defekte CDH und BLIRD gehandhabt wird.
Die Studie ist Teil des mehrjährigen Forschungsprojekts «SWISScow2.0», das vom Bundesamt für Landwirtschaft und der Arbeitsgemeinschaft Schweizerischer Rinderzüchter finanziert wird. Cord Drögemüller, der die Studie mitbetreut hat, sieht darin einen Ansatzpunkt für die Zukunft: Die Einbeziehung solcher nicht-additiver, also nicht einfach aufsummierender Analysen könne gezielt verborgene Einzelgenstörungen aufdecken und liefere damit eine Grundlage für genetische Screenings, mit denen sich Gesundheit und Lebensdauer von Rindern verbessern liessen.
Für Fragen zur praktischen Anwendung stehen die Zuchtverbände Holstein Switzerland und Swissherdbook zur Verfügung, für Fragen zur Studie selbst das Institut für Genetik der Universität Bern.
Die Entdeckung zeigt exemplarisch, wie viel in den Erbanlagen unserer Rinder noch im Verborgenen schlummert. Erst die Kombination aus feinmaschiger Genomanalyse und der konsequenten Suche nach rezessiven Effekten hat diesen Defekt ans Licht gebracht – einen Fehler, der unter der klassischen Zuchtwertschätzung, die nur mit der additiven, also sich stetig aufsummierenden Wirkung vieler Gene rechnet, schlicht unsichtbar geblieben wäre.
