Zwei Bullen – 9 Millionen Kühe

In den USA gibt es nur zwei Y-Chromosomen bei einer Bevölkerung von 9 Millionen Holsteins. Die Forscher wollen wissen, welche Eigenschaften im Laufe der Zeit verloren gegangen sind.

 Veröffentlicht am 19.06.2019 von Maureen O’Hagan; Maureen O’Hagan ist eine in Portland, Oregon lebende Journalistin, die in der Washington Post und der Seattle Times tätig war, wo sie zahlreiche nationale Journalistenpreise gewann. 

In den Vereinigten Staaten gibt es mehr als 9 Millionen Milchkühe, und die überwiegende Mehrheit von ihnen sind Holsteins, große Rinder mit markanten schwarz-weißen (manchmal rot-weißen) Markierungen. Die Menge an Milch, die sie produzieren, ist erstaunlich. Das gilt auch für ihre Abstammung. Als Forscher der Pennsylvania State University vor einigen Jahren die männlichen Linien genau unter die Lupe genommen haben, entdeckten sie, dass mehr als 99 Prozent von ihnen auf einen von zwei Bullen zurückgeführt werden können, die beide in den 1960er Jahren geboren wurden. Das heißt, unter allen Holsteinbullen im Land gibt es nur zwei Y-Chromosomen.

Wären Holsteins Wildtiere, würden sie in die Kategorie der stark gefährdeten Arten fallen.

„Was wir getan haben, ist wirklich den genetischen Pool zu verengen“, sagt Chad Dechow, einer der Forscher. 

Den Kühen geht es nicht viel besser. Tatsächlich sagen Dechow – ein herausragender Professor für Milchviehgenetik – und andere, dass es so viel genetische Ähnlichkeit unter den Holsteinkühen gibt, dass die effektive Populationsgröße weniger als 50 beträgt. Wären Holstein-Frisian Wildtiere, würden sie in die Kategorie der stark gefährdeten Arten ein zu ordnen sein. 

 „Es ist eine ziemlich große Inzuchtfamilie“, sagt Leslie B. Hansen, Holstein-Experte und Professor an der University of Minnesota. 

Jeder Grundschüler weiß, dass genetische Homogenität auf Dauer nicht gut ist. Es erhöht das Risiko von erblichen Störungen und verringert gleichzeitig die Fähigkeit einer Bevölkerung, sich angesichts einer sich verändernden Umwelt zu entwickeln. Milchbauern, die heute auf die Bezahlung von Rechnungen konzentrieren, konzentrieren sich nicht unbedingt auf die evolutionären Perspektiven ihrer Tiere, aber Dechow und seine Kollegen waren so besorgt, dass sie genauer hinsehen wollten, welche Eigenschaften verlorengegangen waren.

Als Antwort darauf haben die Forscher begonnen, eine kleine Gruppe neuer Kühe zu züchten, die zum Teil aus demerhaltenen Samen längst verstorbener Bullen gezüchtet wurden, um eine Vielzahl von Merkmalen zu messen: Größe, Gewicht, Milchproduktion, allgemeine Gesundheit, Fruchtbarkeit und Eutergesundheit -unter andere Eigenschaften- und vergleichen Sie diese mit den modernen Holsteins, die wir geschaffen haben. Die Hoffnung ist, dass sie eines Tages in der Lage sein könnten, diesem Eckpfeiler der Viehzucht eine dringend benötigte genetische Vielfalt wieder zu verleihen und möglicherweise Merkmale wiederzubeleben, die durch unerbittliche Inzucht verlorengegangen sind.

Mit anderen Worten, wir könnten einen Punkt erreichen, an dem wir dort festsitzen, wo wir uns befinden. DieMilchproduktion wird sich nicht mehr verbessern. Die Fruchtbarkeit wird sich nicht verbessern. Und wenn eine neue Krankheit kommt, könnten große Teile der Population anfällig sein, da so viele von ihnen die gleichen Gene haben.

Holsteins sind heute verantwortlich für den überwiegenden Teil der Milch, die wir trinken und einen Großteil unseresKäses und Eises. Zumindest seit dem vergangenen Jahrhundert werden diese Tiere für ihre voluminöse Leistunggeschätzt. In den letzten 70 Jahren haben die Menschen eine Vielzahl von Methoden eingeführt, um die Produktion noch weiter anzukurbeln. 1950 beispielsweise produzierte eine einzige Milchkuh etwa 2.400kg Milch pro Jahr. Heuteproduziert die durchschnittliche Holstein mehr als 10.000kg. Im Jahr 2017 kurbelte eine preisgekrönte Kuh namens Selz-Pralle Aftershock 3918 35.460kg Milch aus – mehr als 90kg pro Tag. „Diese Kühe sind echte Sportler“, sagt Hansen. Dies kommt den Verbrauchern zugute, da die Lebensmittelpreise niedrig gehalten werden. Sie kommt den Landwirten zugute, weil sie Kosten sparen, wenn weniger Kühe die gleiche Menge Milch produzieren. Es kommt auch der Umwelt zugute, denn das Verdauungssystem einer Kuh produziert erhebliche Mengen an Methan und Abfällen. (Obwohl hoch produzierende Holsteiner mehr Energie verbrauchen und mehr Abfall pro Kuh erzeugen,schätzen die Forscher, dass die Effizienzgewinne insgesamt zu deutlich reduzierten Umweltauswirkungen führen.)

Ein Teil dieser Erfolgsgeschichte hat damit zu tun, die Art und Weise zu ändern, wie Holsteins aufgezogen undgemanagt werden. Die größte Veränderung hat sich jedoch in der Art und Weise ergeben, wie Kühe gezüchtet werden. Vor langer Zeit haben Landwirte Bullen aus anderen Betrieben geholt, um ihre Kühe tragend zu bekommen – eine Möglichkeit, die genetische Vielfalt zu gewährleisten oder „den Topf durch zu rühren“, wie Hansen sagt. In den 1940er Jahren begannen sie mit der künstlichen Befruchtung. Auf diese Weise konnte ein einzelnes Ejakulateines Bullen verwendet werden, um eine ganze Herde trächtig zu bekommen. Bald erlaubte die Technologie, denSamen ein zu frieren, was bedeutete, dass ein Bulle jahrzehntelang Kälber zeugen konnte, auch lange nachdem er tot war. In der Zwischenzeit führte die Milchwelt sehr detaillierte Aufzeichnungen, so dass die Bullenstationen, die den Samen verkauften, sagen konnten, welcher Bulle den besten Nachwuchs hervorbrachte – und mit den besten Nachkommen meinten sie die Töchter, die die meiste Milch produzierten.

Zu diesem Zeitpunkt wurde ein sehr begehrter Bulle tausendfach eingesetzt. Carlin-M Ivanhoe Bell, ein in 1974geborener Bulle, hatte mehr als 80.000 Nachkommen. Die meisten anderen Bullen hatten weniger, obwohl ihreNachkommen immer noch in den Tausendern waren. In den 80er Jahren war klar, dass die Inzucht deutlich zunahm.

In den Anfängen der künstlichen Besamung müssten Bullen ihr Verdienst im wirklichen Leben unter Beweis stellen.Das heißt, sie zeugten 100 Töchter, die dann, als sie kalbten und Milch produzierten, in ihrer Produktion gemessen wurden. Je besser die Produktion, desto marktfähiger der Bulle. Diese „Nachkommenprüfung“ war ein wertvoller Prozess, aber es dauerte mehrere Jahre, um festzustellen, ob ein Bulle etwas Gutes hatte.

2009 kam eine neue Technologie: Big Data und Genomauswahl. Heute wird die Marktfähigkeit eines Bullen von einem Computer bestimmt. Ein komplexer Algorithmus analysiert die genetische Zusammensetzung des Bullens unter Berücksichtigung der Gesundheit seiner Nachkommen, ihrer Milchproduktion, des Fetts und Proteins in der Milch und anderer Eigenschaften, um Zahlen zu erarbeiten, die ihn gegen andere Bullen einstufen. Die Schlüsselfigur wirdals lebenslanges Nettoverdienst bezeichnet. Es stellt die durchschnittliche Menge an Geld dar, die ein Landwirt imLaufe des Lebens des Nachwuchses verdienen kann, indem er diesen Bullen über einen anderen wählt. Dies ermöglichte es den Landwirten, Tiere in vielen wesentlichen Merkmalen effizienter zu bewerten, aber der Prozessführte auch zu noch höheren Inzuchtraten.

Der Inzuchtkoeffizient nimmt bei den Holsteins jährlich um 0,3 bis 0,4 zu!

Der „Inzuchtkoeffizient“ für Holsteins liegt derzeit bei rund 8 Prozent, was bedeutet, dass ein durchschnittliches Kalbidentische Kopien von 8 Prozent seiner Gene von seiner Mutter und seinem Vater erhält. Diese Zahl steht im Vergleich zu einem Ausgangswert von 1960 — und nimmt jedes Jahr um 0,3 oder 0,4 zu.

Dechow: „Inzucht häuft sich schneller als je zuvor“

Aber ist 8 Prozent zu viel? Milchexperten diskutieren weiter darüber. Einige argumentieren, dass Die Holsteins ihre Arbeit machen und viel Milch produzieren und dass sie ein relativ gesunder Haufen sind. Hansen stellt jedoch fest, dass, wenn man einer Tochter mit seinem Vater belegt, dass dann der Inzuchtkoeffizient nur 25 Prozent beträgt; indiesem Licht erscheint 8% viel größer. Er und andere sagen:

Die Fruchtbarkeitsraten sind von Inzucht betroffen, und bereits jetzt ist die Fruchtbarkeit der Holsteins deutlichzurückgegangen. Die Trächtigkeitsraten lagen in den 1960er Jahren bei 35 bis 40 Prozent, bis 2000 waren sie auf 24 Prozent gesunken. Auch, wenn nahe Verwandte mit einander verpaart werden, ist es wahrscheinlicher, dass Kühe zwei Kopien von unerwünschten rezessiven Genen erhalten, wo ernste gesundheitliche Probleme lauern könnten.

Hansen: „Irgendetwas muss sich ändern!“

Für Dechow geht es um die steigende Inzuchtrate und was das für die Zukunft der Rasse bedeutet. „Stellen Siesich vor, Sie haben eine Kuh, die 100 wirklich gute Gene und 10 wirklich schreckliche Gene hat. Du eliminierst diese Kuh aus deinem Zuchtprogramm, weil sie 10 schreckliche Gene hat“, sagt er, und „du hast auch ihre 100 guten verloren. Sie verlieren langfristiges genetisches Potenzial.“

Dechow wuchs auf einem Milchviehbetrieb auf, schon lange bevor er die Ins-and-Outs des Genoms der Kuh kannte,konnte er einiges von dem sehen, was passierte.

Holsteins sehen ganz anders aus als vor 50 Jahren. Zum einen wurden sie gezüchtet, um längere und breitere Euterzu haben, anstatt tiefe. Ein tiefes Euter kann den Boden berühren, so dass es viel anfälliger für Infektionen oder andere Probleme wäre, so dass das eine Veränderung zum Besseren ist. Aber andere Änderungen könnten problematisch sein. Zum Beispiel werden moderne Holsteins gezüchtet, um groß und dünn zu sein, bis hin zurKnöchigkeit. Diese ist ein Nebenprodukt der Milchproduktion, denn „die Energie, die sie verbrauchen, leitet sie durch die Milch aus“, sagt Dechow.

Aber es ist auch so etwas wie eine ästhetische Wahl. Die ideale Holsteiner Kuh ist – zumindest aus Sicht derMenschen, die das beurteilen – „weiblich und fein“. Das bedeutet dünn und eckig. Das Problem ist, dass eine große, dünne Kuh nicht unbedingt die gesündeste Kuh ist und kürzere und rundere Rinder eher tragend werden.

„Wenn wir die langfristige genetische Vielfalt der Rasse einschränken“, sagt Dechow, „begrenzen wir, wie viel genetische Veränderung im Laufe der Zeit vorgenommen werden kann.“

Vor ein paar Jahren begannen sich Dechow und andere zu fragen, wie bedeutend die Inzucht und der Verlust derVielfalt waren. In den frühen 50er Jahren waren die Gene von etwa 1.800 Bullen in der Population vertreten. Siewussten, dass es heute weniger wären, aber sie hatten keine Ahnung, wie wenige.

Dechow und seine Kollegen Wansheng Liu und Xiang-Peng Yue analysierten die väterlichen Stammbaum-Informationen von fast 63.000 Holstein-Bullen, die seit den 1950er Jahren in Nordamerika geboren wurden.

„Wir waren ein wenig überrascht, als wir die Linien verfolgten und es ging zurück zu zwei Bullen“, sagt er. Sie heißen Round Oak Rag Apple Elevation und Pawnee Farm Arlinda Chief. Jeder ist mit etwa der Hälfte der Bullen verwandt, die heute leben. Im Wesentlichen übertrifft Elevation und Chief jeden anderen Bullen auf dem Markt. SelbstSelect Sires, ein Unternehmen, das im Geschäft mit dem Verkauf von Bullensamen ist, war von den Ergebnissenüberrascht. Charles Sattler, ein Vizepräsident des Unternehmens, sieht in den Nachrichten einen Realitätscheck, aber keinen Grund zur Sorge. „Wahrscheinlich ist die größte Sorge, ob es wirklich wertvolle Gene gab, die wirauf dem Weg verloren haben könnten, den wir heute nutzen wollen würden?“, fragt er sich.

Vor nicht allzu langer Zeit war ein weiteres Y- Chromosom vertreten, das von Penstate Ivanhoe Star, geboren in den1960er Jahren. Sein Niedergang zeigt ein Problem mit all dieser Inzucht. In den 1990er Jahren bemerktenMilchbauern auf der ganzen Welt, dass Kälber mit solch schweren Wirbelproblemen geboren wurden, dass sie nicht außerhalb der Gebärmutter überleben konnten. Etwa zur gleichen Zeit wurden Kälber mit einem Zustand namens Bovine Leukozytenadhäsionsdefizienz (BLAD) totgeboren. Es stellt sich heraus, dass Star, und sein populärer Sohn, Carlin-M Ivanhoe Bell, diese problematische rezessive Gene in sich trugen, die erst nach ein paar Generationen derInzucht ans Licht kamen.

Nach dieser Entdeckung hörten die Bauern auf, Kühe mit Stars Nachkommen zu züchten, und dieses Problem wurde gelöst. Aber könnten in den Chromosomen unserer verbliebenen Holsteins andere Probleme lauern? Was war mit all dieser Inzucht verloren gegangen? Diese Fragen beunruhigte Dechow so sehr, dass er begann, einigedieser alten Gene zu erforschen.

Das erforderte ein Eingraben in die Archive des National Animal Germplasm Program in Fort Collins, Colorado. Es istwie eine Samenbank, die außerdem noch Eierstockgewebe, Blut und Sperma von domestizierten Tieren sammelt, und auch etwa 7.000 Samenproben von Holstein-Bullen enthält.

Dechows Team fand zwei, die nicht mit Chief oder Elevation verwandt waren, also nahmen sie diese Proben, bekamenEizellen von erstklassigen Kühen und schufen Embryonen, die in Trägertiere des Penn State implantiert wurden. Die Idee war, die ein halbes Jahrhundert alte Y-Genetik mit DNA von Kühen zu kombinieren, die zu den besten Beispielen der modernen Milchproduktion gehören. Im Laufe des Jahres 2017 gebärten die Tiere 15 Kälber, davonsieben männlich. Die ältesten dieser Tiere sind etwa zwei und zwei haben jetzt eigene Kälber.

Jeder Parameter in der Entwicklung dieser Rinder wird gemessen, und ihre DNA wird analysiert und mit der allgemeinen Population verglichen. Es stellt sich heraus, dass nicht viel über das Y-Chromosom bekannt ist, also ist dies eine Gelegenheit, diese neu eingeführte Variante zu nutzen, um es besser zu verstehen. Samenproben wurden auch von den Bullen entnommen und an das Germplasm Program in Colorado geschickt.

Dechow kann bereits einen Unterschied vor Ort in der Art und Weise sehen, wie diese Rinder aussehen. Sie sindetwas kürzer als die meisten Holsteins und auch schwerer. Sie sind auch etwas temperamentvoller als der Durchschnitt.

Select Sires hat Samenproben von den Bullen gesammelt und durch deren Einstufungsprogramm geführt; siekamen in der Mitte des Population heraus. Sie haben einige dieser Proben für Milchbauern zum Verkauf angeboten, aber die Verkäufe waren bisher minimal. Milchbauern kämpfen heute bereits finanziell, und es ist nichteinfach, sie davon zu überzeugen, dass es einen Vorteil hat, DNA von durchschnittlichen Bullen zu bekommen.

Dechow ist immer noch zuversichtlich, dass es mehr mit dieser Forschung zu gewinnen gibt, sobald die Rinder ältersind.

„Mein Traum“, sagt Dechow, „ist, dass wir zeigen können, dass diese alten Genetiken noch etwas zubieten haben.“

Quelle: https://undark.org/article/cows-holstein-diversity/

Link zu den Inzuchtdaten USA: The Council of Dairy Cattle Breeding (uscdcb.com)