Spermiendefekt bei Ebern beruht auf ungewöhnlicher Mutation
ETH-Forschende finden eine Genmutation, welche die Spermien von Ebern verkümmern lässt
In der Schweinezucht ist der Natursprung – eine ganz natürliche Paarung zwischen Eber und Sau - selten geworden. Viel häufiger werden Sauen künstlich besamt. Das ist effizienter und erleichtert die Zucht von Schweinen mit erwünschten Eigenschaften.
Normale Spermien (l.) und solche mit gekrümmten Schwänzen, die sich nicht fortbewegen können.
zVg Hubert Pausch/ETH Zürich
Um Sauen künstlich zu besamen, müssen Veterinärinnen und Veterinäre erst das Ejakulat von Ebern gewinnen. Dieses wird dann eingehend untersucht, etwa auf die Spermienkonzentration, die Beweglichkeit der Spermien oder auf das Volumen des Ejakulats. Nach dem Einsetzen des Samens in ein weibliches Zuchttier registrieren die Veterinäre auch, ob die Besamung erfolgreich war.
Eber mit Spermiendefekten
Bei solchen Routinescreenings von Ejakulat wurden fünf Zuchteber der Rasse «Schweizer Edelschwein» auffällig: Das von ihnen gewonnene Sperma war unbrauchbar. Unter dem Mikroskop erkannten Tiermediziner, dass die Spermien nicht mobil waren, weil die Spermienschwänze verkürzt und gekrümmt waren. Solche Defekte treten vereinzelt bei Nutztieren aber auch beim Menschen auf. Und oft stehen Veränderungen von Genen dahinter.
Welche Genmutation bei diesen Ebern aber die Ursache für die verkrüppelten Spermien ist, war nicht bekannt.
Mutation aufgespürt
In Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Zürich bestimmten ETH-Forschende um den Nutztiergenomiker Hubert Pausch das gesamte Erbgut der fünf Eber und verglichen dieses mit dem von gesunden Tieren. So konnten die Forschenden schliesslich die Mutation aufspüren, die dem Spermiendefekt zugrunde liegt.
Die Mutation betrifft ein Gen, welches den Bauplan für ein Protein darstellt, das am Aufbau des Spermienschwanzes beteiligt ist. Aufgrund der Mutation ist die Produktion des fraglichen Proteins fehlerhaft; das resultierende Protein ist zu kurz und somit nicht funktional. Der Spermienschwanz kann nicht korrekt ausgebildet werden.
Ungewöhnlicher Ort für eine Mutation
«Aus genetischer Sicht ist diese Mutation ungewöhnlich», sagt Hubert Pausch. Sie betrifft einen Gen-Abschnitt, der nicht-kodierend ist, also keine Information für den Bau des Proteins beinhaltet. Dieser Abschnitt ist aber ein Steuerelement, das dazu gebraucht wird, um die RNA-Abschrift des Gens korrekt zu schneiden und die losen Enden wieder zu verknüpfen. Dadurch ist diese Abschrift fehlerhaft, was zur Produktion von dysfunktionalen Proteinen führt.
Weil die Mutation an einer ungewöhnlichen Stelle auftritt, war sie für die Forscher zu Beginn ihrer Suche nicht augenfällig. Es gebe lediglich eine Handvoll Studien weltweit, die ähnliche DNA-Veränderungen bei Nutztieren aufzeigten.
Dank den neuen Erkenntnissen können die Schweinezüchter nun die Zuchteber gezielt auf diese Mutation hin untersuchen lassen. Das klingt zwar nach einer überflüssigen Untersuchung, da deformierte Spermien eigentlich unter dem Mikroskop erkennbar sind.
Die Sache hat jedoch einen Haken. Wie Menschen auch haben Schweine einen doppelten Chromosomensatz, einen mütterlichen und einen väterlichen. Alle Gene liegen also in zweifacher Ausführung vor. Ist nun nur eine der Genkopien von der Mutation betroffen, wirkt sich dies nicht auf den Spermienschwanz aus. Man bemerkt den Gendefekt also nicht. Erst wenn beide Genkopien dieselbe Mutation aufweisen, dann wirkt sich dies negativ auf das entsprechende Merkmal aus. Genetiker nennen das einen rezessiven Erbgang.
Dank der genetischen Untersuchung können Züchter frühzeitig Eber und Sauen innerhalb des Bestands identifizieren, die mindestens eine «schlechte» Genkopie haben. Um zu verhindern, dass sich die Mutation weiterverbreitet, werden solche Tiere für die Weiterzucht nicht mehr verwendet.
Inzuchtprobleme reduzieren
Der Grund für die Häufung des Gendefekts ist die Inzucht. Sie führt dazu, dass rezessive Mutationen in einer Population häufiger phänotypisch sichtbar werden. Eines der Zuchtziele ist denn auch, diese Häufigkeit zu reduzieren. Alle rezessiv vererbten Defekte ganz zu eliminieren, ist jedoch nicht machbar: «Unsere Genomanalysen zeigen, dass es in Zuchtlinien hunderte von Mutationen in verschiedensten Genen gibt, die möglicherweise fatale Auswirkungen haben. Diese alle auf null herunterzubringen, ist unmöglich», sagt Pausch.
Die Studie entstand in Zusammenarbeit mit der Reproduktionsmedizin am Tierspital der Universität Zürich und Suisag, einem Dienstleistungsunternehmen der Schweizer Schweinebranche.
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