FARBgen 2: Untersuchungen zur genetischen Tiergesundheit und Farbgenetik beim Lipizzaner und Noriker mit Fokus auf Melanom, Vitiligo und Roan

Dieser Projektantrag beinhaltet genetische Analysen in Bezug auf die Förderung der Tiergesundheit beim Pferd, insbesondere beim Lipizzaner, und die Identifizierung von genetischen Faktoren die Melanom und Vitiligo hervorrufen und eine genauere Charakterisierung der KIT Region in Hinblick auf den Roan Locus. Das Ziel des Projekts ist es 1. Phänotyp Daten für Melanom und Vitiligo zu erheben, zu klassifizieren und statistisch auszuwerten und Umwelteffekte zu bestimmen, 2. eine genomweite Assoziationsanalyse mit den Phänotyp Daten durchzuführen, um spezifische Marker bzw. putative Kandidatengenregionen zu bestimmen und 3. den beim Noriker verifizierten und mit der Mohrenkopffarbe assoziierten SNP bei weiteren Rassen zu bestätigen und mittels vergleichender Sequenzanalysen weitere populationsspezifische Marker bzw. die kausative Mutation zu identifizieren.

1. Prävalenz und genetischer Hintergrund von Melanomen und Vitiligo beim Lipizzaner
Erkrankungen der Haut, wie das Melanom oder die Weißfleckenkrankheit (Vitiligo), wurden beim Lipizzaner intensiv untersucht und es konnte eine Beziehung zum Allelstatus am STX17 Gen, welches sich für die Schimmelfarbe beim Pferd verantwortlich zeigt, nachgewiesen werden (Pielberg et al., 2008; Curik et al., 2013). Der Genotyp am Grau-Locus ist besonders bei Pferderassen mit hoher Prävalenz für das Melanom bedeutsam, das bei reinerbigen Schimmeln verstärkt auftritt (Pielberg et al., 2008). Ebenfalls gehäuft tritt bei homozygoten Lipizzaner Schimmeln Vitiligo auf, eine mit dem Alter fortschreitende Depigmentierung der Haut, die vor allem im Kopf und Anal- und Geschlechtsbereich zu sehen ist. Die zugrundeliegende genetische Ursache konnte noch nicht identifiziert werden, es wird vermutet, dass es sich um einen Einzelgeneffekt handelt, der eventuell mit dem Grau-Gen gekoppelt ist. Die Häufigkeit von Melanomen liegt bei Lipizzanern über 15 Jahren bei 80% (Seltenhammer et al., 2003; Curik et al., 2013). Da beim Schimmel vor allem gutartige Tumore vorherrschen (Seltenhammer et al., 2004), geht man davon aus, bzw. zeigen genomweite Signaturstudien, dass mehrere Suppressor Gene an der Erkrankung beteiligt sind (Grilz-Seger et al. 2019). In Bezug auf Vitiligo, eine Pigmentstörung, die beim Lipizzaner ab dem mittleren Alter sichtbar wird, liegen Varianzkomponentenschätzungen vor, aber es konnten bislang keine Loci mit dieser Krankheit beim Pferd assoziiert werden. Durch eine Assoziation von Phänotypdaten mit Genotypdaten wäre es erstmals möglich, potentielle genetische Marker beim Lipizzaner zu identifizieren. Die dafür notwendigen SNP Daten liegen aus den Vorprojekten bereits vor, die Phänotyp Daten müssten vor Ort erhoben werden. Im Zuge der wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit dem STX17 Gen eröffneten sich weitere Fragestellungen, deren vertiefende Erforschung Erkenntnisse von wichtiger wissenschaftlicher und praktischer Relevanz erwarten lassen. Es gibt Hinweise für einen Zusammenhang zwischen der Fuchsfarbe (MC1R), der Schimmelfarbe (STX17) und dem UVSSA Gen beim Pferd (Grilz-Seger et al., 2019a; Grilz-Seger et al., 2019d). UVSSA spielt eine wichtige Rolle im Reparaturmechanismus von UV induzierten DNA Schäden (Higa et. al, 2016). Unterschiede in der Melanin Produktion haben weitreichende Auswirkungen auf die Schutzwirkung gegen UV-Strahlung und dieser Gegenstand ist ein wichtiger Forschungsschwerpunkt der Humangenetik, der beim Pferd noch nicht hinreichend untersucht wurde. Die vorhandenen SNP Daten ermöglichen eine weiterführende Untersuchungen über den Zusammenhanges zwischen dem Allel Status der STX17 Mutation und den UVSSA Gen.

2. Das MC1R Gen steht durch seine Bedeutung in der Pigmentsynthese im Mittelpunkt der Farbgenetischen Forschung bei Mensch und Tier (Garcia-Borron et al., 2015). Es wurden mehrere Haplotypen festgestellt, die als Selektionssignaturen interpretiert werden. Bislang ist eine genauere Charakterisierung dieser Haplotypen beim Pferd noch ausständig. Reissmann et al. konnte eine zweite MC1R Allel-Variante identifizieren, die hohe phänotypische Variabilität kann durch die beiden bekannten Fuchs-Allele noch nicht erklärt werden.

3.Identifizierung der gentischen Grundlagen der Mohrenkopffarbe
Der genetische Hintergrund der beim Noriker gezüchteten Fellfarben (Braun, Fuchs, Rappe, Mohrenkopf, Schecke, Tiger) ist bis auf Ausnahme der Mohrenkopf Färbung (engl. blue roan) bekannt. Marklund et al. haben 1999 gezeigt, dass der roan Faktor auf dem equinen Chromosom 3 in die Nähe der KIT Region lokalisiert ist. Gleichzeitig wurde von Forschergruppen (Hintz and VanVleck, 1979; Marklund et al., 1999) postuliert, dass Homozygotie am roan Locus zur Frühresorption des Embryos führt. Diese Hypothese wurde jedoch in weiterer Folge in Frage gestellt (Sponenberg und Bellone, 2009), es ist aber bislang noch nicht gelungen, die kausale Mutation für diese für den Noriker typische Fellfärbung zu finden. Im Rahmen des BMNT Projektes FARBgen 101332 konnte von der Antragstellerin ein mit der Mohrenkopffarbe beim Noriker assoziierter SNP auf Chromosom 3 identifiziert werden Grilz-Seger et al. (2019). In weiterer Folge gelang die Verifizierung des mit der Mohrenkopffarbe assoziierten SNP beim Noriker, dieser genetische Marker kann nun als genetischer Marker beim Noriker genutzt werden. Mit den in einer weiterführenden Studie mit den Kooperationspartnern (Barbara Wallner, Simone Reiter) gefunden roan spezifischen Haplotypen im KIT Gen steht eine umfassende Datenlage zu Verfügung, die zur Vertiefung des genetischen Hintergrunds bzw. dem Auffinden der kausalen Mutation/en führen könnte.

In Hinsicht auf die Tiergesundheit der beiden gefährdeten österreichischen Nutztierrassen Lipizzaner und Noriker stellen die Projektinhalte konkrete tierzüchterische Lösungen dar, die in der Praxis benötigt werden. Die genauere genomische Charakterisierung von Roan und Fuchsfarbe ist durch den hohen Stellenwert, den Haflinger und Noriker in der österreichischen Pferdezucht haben, von hoher zuchtpraktischer Relevanz.