Y_CHR_Pferd

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Genetische Charakterisierung der Hengststämme österreichischer Pferderassen mit Y-chromosomalen DNA Markern

Titel (englisch)

Characterisation of stallion lines in Austrian horse breeds with Y-chromosomal markers

Abstract (deutsch)

Hengststämme spielen in der Pferdezucht eine überragende Rolle. Fast alle heute registrierten Pferderassen leiten sich väterlicherseits von wenigen Gründertieren her. Genetische Untersuchungen am Y-Chromosom, dem männlichen Geschlechtschromosom, ermöglichen erstmals die objektive und eindeutige Aufklärung der Ursprünge und verwandtschaftlichen Beziehungen von Hengsten. Dafür fehlen für die Gründerhengste und –linien jedoch noch eindeutige Y-chromosomale Marker. In dem geplanten Forschungsprojekt sollen genetische Marker für die Hengstlinien der österreichischen Pferderassen (Lipizzaner, Haflinger, Noriker, Shagya Araber und Österreichisches Warmblut) entwickelt werden. Dafür werden große Bereiche des Y-Chromosoms von allen Hengstlinien dieser Rassen mit \"Next Generation Sequencing\" sequenziert und basierend auf diesen Daten für jede Hengstlinie ein Y-chromosomaler genetischer Fingerabdruck ermittelt werden. Das ermöglicht die Untersuchung der Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Hengstlinien und liefert Rückschlüsse zur Herkunft der Hengststämme. Die in diesem Projekt ermittelten Daten liefern wertvolle Informationen für züchterische Entscheidungen zum Erhalt von Hengstlinien.

Abstract (englisch)

Genetic markers on the male sex chromosome, the Y-chromosome, provide useful information for tracing male genealogies. Stallion lines play an important role in horse breeding, and most horse breeds origin paternally from few male founders. In this project we aim to establish Y-chromosomal markers specific for the stallion lines of Austrian horse breeds (Lipizzan, Noriker, Haflinger, Shagya Arab and Austrian Warmblood) by screening large regions of the Y-chromosome with Next Generation Sequencing technology. The data from this project will enable insight into the paternal relationship and the origin of founder stallions. Further the data should deliver fundamental information for breeding decisions concerning the preservation of stallion lines.

Projektleitung

Barbara Wallner

Forschungseinrichtung

Veterinärmedizinische Universität Wien

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft
Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus

Projektnummer

101184

Projektlaufzeit

09.12.2016 - 11.04.2019

Projektziele

Eine vergleichende Sequenzierung großer Regionen des Y-Chromosoms soll die eindeutige genetische Charakterisierung von Hengstlinien österreichischer Pferdrassen ermöglichen. Im beantragten Projekt möchten wir durch Kombination aus gezieltem Anreichern bestimmter, gut sequenzierbarer Regionen des Y-Chromosoms mittels „target enrichment“ und NGS Sequenziertechnologie polymorphe Y-chromosomale DNA Marker identifizieren die eine individuelle Charakterisierung der Hengststämmen der österreichischen Pferderassen ermöglichen.

Die einzelnen Ziele des beantragten Projektes sind:
Z1: Eindeutige Charakterisierung der Hengststämme österreichischer Pferderassen (Lipizzaner, Noriker, Haflinger, Shagya Araber, Österreichisches Warmblut und Altösterreichisches Warmblut) mit Y-chromosomalen DNA Markern.
Z2: Entschlüsselung der Herkunft der Gründerhengste und Untersuchung der Verwandtschaftsbeziehungen zwischen den Hengststämmen
Z3: Untersuchung der Verbreitung der identifizierten Y-chromosomalen Haplotypen in der österreichischen Pferdepopulation.

Um die Ziele zu erreichen werden im ersten Arbeitsschritt (Z1) von 192 Hengsten Y-chromosomale Regionen aus DNA Proben, in Summe etwa 1,7 MB mittels \"target-enrichment\" angereichert (Gnirke et al. 2009). Diese Art der Anreicherung stellt bereits eine Standardtechnik zur Sequenzierung von ausschließlich proteinkodierenden Regionen („Exome Sequencing“) dar (Bamshad et al. 2011). Für das Projekt werden eigens dafür synthetisierte „Capture-baits“ hergestellt, die eine Anreicherung von Y-chromosomalen Sequenzen vor dem Sequenzierschritt ermöglichen. Der Anreicherungsschritt reduziert die Komplexität der DNA-Probe und somit die Sequenzierkosten. Das Anreicherungsprodukt wird dann mit NGS Technologie sequenziert. Nach Auswertung der Sequenzdaten und Identifikation von Haplotypen, werden die phylogenetischen Beziehungen zwischen den Hengststämmen rekonstruiert (Z2). Um die Herkunft der Hengststämme abzuklären werden auch die Y-chromosomalen Haplotypen von etwa 60 Hengsten anderer Rassen ermittelt. Dieser Vergleich liefert wichtige Informationen zur Einschätzung der genetischen Wurzeln der österreichischen Wurzeln. (Z3) Zuletzt werden für die NRY Polymorphismen SNP-Assays generiert, mit denen die Verteilung der ermittelten Haplotypen in einer für die Gesamtpopulation repräsentativen Stichprobe überprüft wird.
Bamshad MJ, Ng SB, Bigham AW, Tabor HK, Emond MJ, et al. (2011) Exome sequencing as a tool for Mendelian disease gene discovery. Nat Rev Genet 12: 745-755.
Gnirke A, Melnikov A, Maguire J, Rogov P, LeProust EM, et al. (2009) Solution hybrid selection with ultra-long oligonucleotides for massively parallel targeted sequencing. Nat Biotechnol 27: 182-189
Hallast P, Batini C, Zadik D, Maisano Delser P, Wetton JH, et al. (2015) The Y-Chromosome Tree Bursts into Leaf: 13,000 High-Confidence SNPs Covering the Majority of Known Clades. Mol Biol Evol 32: 661-673.

Praxisrelevanz

Bislang konnten nur Stutenfamilien über mitochondriale DNA-Sequenzen charakterisiert werden. Weil aber gerade Hengste in der Pferdezucht als die Säulen des Zuchtfortschrittes anzusehen sind, stellt die molekulargenetische Beschreibung der Hengststämme eine wichtige Ergänzung, komplementär zu den Untersuchungen von Stutenlinien, dar. Gute Pedigreeaufzeichnungen lassen zwar den Einfluss und die Herkunft einzelner Gründerhengste in vielen Rassen oft bis in das 18. Jahrhundert zurückverfolgen, genetische Daten ermöglichen aber eine Rekonstruktion der heute existierenden Hengststämme wenn Zuchtbuchaufzeichnungen nicht ausreichen oder fehlerhaft sind. Die erhobenen Daten werden als Grundlage für züchterische Maßnahmen zur Erhaltung einzelner Hengstlinien dienen. Auch zukünftige Arbeiten werden von den Resultaten profitieren, da die Analyse von Y-Chromosomenvarianten vor allem bei Rassen mit unklarer Vergangenheit wichtige Informationen über die Zuchtgeschichte liefern kann - diese aber nur durch Abgleich mit fundierten Linien interpretierbar macht. Generell können die ermittelten Marker auch wirtschaftlich eingesetzt werden, um in forensischen Fragestellungen weit zurückreichende, väterliche Stammbäume zu überprüfen.

Berichte

Abschlussbericht

MÄNNLICHE TIERE VERERBEN IHR Y-CHROMOSOM beinah unverändert an ihre Söhne weiter. Das ermöglicht eine genetische Rekonstruktion der männlichen Abstammungslinie, was die schriftlichen Aufzeichnungen in Zuchtbüchern komplementieren kann. Beim Pferd ist die Variabilität am Y-Chromosom jedoch so gering, sodass väterliche Abstammungen bislang schwer nachvollziehbar waren. Im Rahmen dieses Projektes wurden Methoden etabliert mit denen unter Einsatz von Hochdurchsatz-Sequenziertechniken die Verwandtschaftsbeziehungen der Hengststämme der Rassen Lipizzaner, Noriker und Haflinger genetisch entschlüsselt werden konnten. Waren in früheren Arbeiten bereits arabische und englische Vollblutlinien im Fokus kann nun auch die historische Entwicklung der Hengststämme von Lipizzaner, Noriker und Haflinger unabhängig von Zuchtbucheintragungen nachvollzogen werden. Die Lipizzanerhengststämme spiegeln eindeutig die bewegte Geschichte der Rasse wider. Der Einfluss von spanischen, zentraleuropäischen und arabischen Zuchten wird in den Hengststämmen des Lipizzaners sichtbar. Sogar ein englischer Vollbluthengst dürfte sich in einem Hengststamm des Lipizzaners verewigt haben. Die Hengstlinien von Noriker und Haflinger gehen auf ganz andere Y-chromosomale Ursprungslinien zurück als die Hengststämme des Lipizzaners. Die Noriker und Haflingerlinien gruppierten gemeinsam zentraleuropäischen Kaltblutpferden und iberischen Linien. Weder beim Noriker noch beim Haflinger konnte ein nennenswerter Einfluss von arabischen Linien beobachtet werden. Die Ergebnisse deuten somit darauf hin, dass sich die Hengstlinien von Noriker und Haflinger aus regionalen Pferdepopulationen des Alpenraumes entwickelt haben. Weiters waren die Y-Linien von Noriker und Haflinger trotz ihrer genetischen Ähnlichkeit klar unterscheidbar, was gegen eine kurz zurückliegende Vermischung der Rassen auf väterlicher Seite spricht. Die gewonnenen Erkenntnisse aus diesem Projekt ermöglichen weitere detaillierte Studien zum väterlichen Ursprung von Pferden und anderen Haustieren. Die ermittelten genetischen Marker können für forensische Zwecke genutzt werden.

Anhänge

Dateiname

Enbericht_BW_20190401_barrierefrei.docx

Beschreibung

Genetische Charakterisierung der Hengststämme österreichischer Pferderassen mit Y-chromosomalen DNA Markern

Autor/innen

Dr. med. vet. Barbara Wallner

Publikationen

Alle Publikationen wurden vom Projektverantwortlichen eingetragen und liegen in dessen Verantwortung.

Felkel, S., Wallner, B., Chuluunbat, B., Yadamsuren, A., Faye, B., Brem, G., Walzer, C., & Burger, P. A. (2019). A First Y-Chromosomal Haplotype Network to Investigate Male-Driven Population Dynamics in Domestic and Wild Bactrian Camels (Frontiers in genetics, 10, 423). .

Gaunitz, C., Fages, A., Hanghøj, K., Albrechtsen, A., Khan, N., Schubert, M., Seguin-Orlando, A., Owens, I. J., Felkel, S., Bignon-Lau, O., de Barros Damgaard, P., Mittnik, A., Mohaseb, A. F., Davoudi, H., Alquraishi, S., Alfarhan, A. H., Al-Rasheid, K. A. S., Crubézy, E., Benecke, N., Olsen, S., … Orlando, L. (2018). Ancient genomes revisit the ancestry of domestic and Przewalski’s horses (Science (New York, N.Y.), 360(6384), 111–114). .

Felkel, S., Vogl, C., Rigler, D., Jagannathan, V., Leeb, T., Fries, R., Neuditschko, M., Rieder, S., Velie, B., Lindgren, G., Rubin, C. J., Schlötterer, C., Rattei, T., Brem, G., & Wallner, B. (2018). Asian horses deepen the MSY phylogeny (Animal genetics, 49(1), 90–93). .

Felkel, S., Vogl, C., Rigler, D., Dobretsberger, V., Chowdhary, B. P., Distl, O., Fries, R., Jagannathan, V., Janečka, J. E., Leeb, T., Lindgren, G., McCue, M., Metzger, J., Neuditschko, M., Rattei, T., Raudsepp, T., Rieder, S., Rubin, C. J., Schaefer, R., Schlötterer, C., … Wallner, B. (2019). The horse Y chromosome as an informative marker for tracing sire lines (Scientific reports, 9(1), 6095). .

Remer, V., Bozlak, E., Felkel, S., Radovic, L., Rigler, D., Grilz-Seger, G., Stefaniuk-Szmukier, M., Bugno-Poniewierska, M., Brooks, S., Miller, D. C., Antczak, D. F., Sadeghi, R., Cothran, G., Juras, R., Khanshour, A. M., Rieder, S., Penedo, M. C., Waiditschka, G., Kalinkova, L., Kalashnikov, V. V., … Wallner, B. (2022). Y-Chromosomal Insights into Breeding History and Sire Line Genealogies of Arabian Horses Genes, 13(2), 229.