Dissertation
Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Kerstin Aberle

 

Untersuchung der Verwandtschaftsverhältnisse, Inzucht und genetischen Distanzen bei den deutschen Kaltblutpferderassen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-87367

title (engl.)

Analysis of Relationships, Inbreeding, and Genetic Distances in German Draught Horse Breeds

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2003

text

/dissertations/aberlek_ws03.pdf

abstract (deutsch)

Ziel der vorliegenden Untersuchung war, die genetische Diversität von deutschen Kaltblutpferderassen in Relation zu einer Gruppe von Reit-, Primitiv- und Wildpferden, die das Hannoversche Warmblut, Arabische Vollblut, das Island, Przewalski und Sorraia Pferd sowie das Exmoor-Pony beinhaltete, zu untersuchen. Obwohl die Kaltblutpferde Mitte des 20. Jahrhunderts auf Grund der Motorisierung der Landwirtschaft und des Transportwesens in den Hintergrund der deutschen Pferdezucht gedrängt wurden, konnten vor allem durch das Traditionsbewusstsein einiger passionierter Kaltblutliebhaber, aber auch durch die Pferdefleisch-produktion die Populationen wieder auf einige hundert Zuchttiere ansteigen. Die größte deutsche Kaltblutpopulation wird heute durch das Süddeutsche Kaltblut vertreten. Weniger Tiere umfassen die Populationen des Rheinisch-Deutschen Kaltbluts, des Mecklenburger, Altmärkischen und Sächsisch-Thüringischen und des Schwarzwälder Kaltbluts. Die Rasse des Schleswiger Kaltbluts bildet heute die kleinste Kaltblutpopulation Deutschlands.

Für die Erzielung optimaler Ergebnisse in Distanzstudien sollten die dafür ausgewählten Tiere möglichst unverwandt sein und ihre Population weitgehend repräsentieren. Um in dieser Hinsicht geeignete Stichproben der Kaltblutrassen für die molekulargenetischen Untersuchungen auszuwählen, wurde für das Schwarzwälder, Schleswiger und Süddeutsche Kaltblut eine Analyse der Populationsstruktur in Hinblick auf Inzucht, Genbeiträge fremder Populationen und die Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb und auch zwischen den Rassen durchgeführt. Für das Rheinisch-Deutsche Kaltblut wurden die Ergebnisse von Biedermann et al. (2002) zugrundegelegt.

Am höchsten fielen die Inzucht- (F) und Verwandtschaftskoeffizienten (R) mit 6,5 bzw. 16 % in der Schwarzwälder Kaltblutpopulation aus. Für die Untersuchung wurden 699 (Ne = 81,43) in Baden-Württemberg registrierte Schwarzwälder Kaltblutpferde berücksichtigt, die acht verschiedenen Hengstlinien zugeordnet wurden. Bei einer Betrachtung von 5 Ahnengenerationen betrug die Pedigreevollständigkeit fast 80 %. Auf die Reinrassigkeit der Tiere wurde in der Zucht sehr viel Wert gelegt, so dass sich die Schwarzwälder Genanteile auf fast 70 % und unter der Annahme, dass Tiere unbekannten Ursprungs ebenfalls reinrassig sind sogar auf 90 % summierten. Den hohen Inzuchtraten von durchschnittlich 1,6 % pro Generation wurde bereits in den 1970er Jahren mit Hilfe von Einkreuzungen von Fremdrassen - vor allem Freibergern und Norikern - im Rahmen von Zuchtversuchen versucht entgegenzuwirken. In den neu etablierten Hengstlinien ist dabei tatsächlich ein deutlicher Inzuchtrückgang zu verzeichnen. Ein Problem stellen indes die gegenwärtigen ungleichen Verhältnisse von Hengsten zu Stuten und der einzelnen Hengstlinien zueinander dar. Darüber hinaus werden in der Zucht leider einige wenige Hengste bestimmter Linien mit überdurchschnittlich hoher Frequenz zur Zucht eingesetzt, so dass die Gefahr groß ist, dass die Inzucht weiterhin ansteigt und so auch die genetische Variabilität eingeschränkt wird.

Obwohl die Population des Schleswiger Kaltbluts, dessen Hauptursprung im dänischen Jütländer liegt, mit 220 (Ne = 88,64) im Jahr 2002 in Schleswig-Holstein registrierten Zuchtpferden ca. nur ein Drittel der Schwarzwälder Population umfasst, fielen die ermittelten Inzucht- und Verwandtschaftskoeffizienten geringer aus. Sie lagen bei einer Betrachtung von acht Ahnengenerationen und einer Pedigreevollständigkeit von fast 84 % bei 4,5 bzw. 13 %. Darüber hinaus wurde die Populationsentwicklung über 35 Jahre verfolgt, wobei ein Inzuchtrückgang am Ende der 1970er Jahre zu verzeichnen war, der auf das erneute Zurückgreifen auf Jütländische Pferde zurückzuführen ist. Die Entwicklung der Inzuchtrate, die durchschnittlich einen Zuwachs von ca. 0,8 % pro Generation aufwies, verhält sich ähnlich. Auch beim Schleswiger Kaltblut sind die reinrassigen Genanteile mit 62 % bzw. bei Berücksichtigung der jütischen Genanteile auf Grund des gleichen Ursprungs sogar mit fast 80 % relativ hoch. Weitere Genanteile lieferten vor allem französische Boulonnais, Bretonen und in den 1980er Jahren auch ein Süddeutscher Kaltbluthengst.

Da die Inzucht- und Verwandtschaftskoeffizienten stark mit der Populationsgröße korrelieren, ist es nicht verwunderlich, dass Deutschlands größte Kaltblutpopulation, das Süddeutsche Kaltblut, deutlich geringere Werte aufwies (F = 3 %; R = 6 %), die aber im Vergleich zu denen von Biedermann et al. (2002) für das Rheinisch-Deutsche Kaltblut geschätzten Werte immer noch hoch erscheinen (F = 1,73 %; R = 2,23 %; Pedigreevollständigkeit 74 %). Im Jahr 2003 wurden in Bayern 1918 aktive Zuchtstuten und -hengste registriert (Ne = 332). Berücksichtigt wurden in der Untersuchung acht Ahnengenerationen, über die eine Pedigreevollständigkeit von 76 % ermittelt wurde. Für die Inzuchtrate ergab sich ein durchschnittlicher Zuwachs pro Generation von ca. 0,43 %. Die Genanteile des Süddeutschen Kaltbluts in der Gesamtpopulation summieren sich auf nur 43 %, da das Süddeutsche Kaltblut bis 1948 mit dem Noriker unter einem Rassebegriff geführt wurde. Stellt man nun aber aufgrunddessen die Norikergenanteile denen des Süddeutschen Kaltbluts gleich, betragen die reinrassigen Genanteile mehr als 93 %. Weitere Einflüsse auf die Süddeutsche Kaltblutpopulation hatten vor allem die Rassen Suffolk Punch und englisches Vollblut, während die des Rheinisch-Deutschen und Schwarzwälder Kaltbluts sowie des Percheron zu vernachlässigen sind.

Die zukünftig zu erwartende Inzuchtrate liegt bei allen Kaltblutrassen unter 1 %, was den Anforderungen der DGfZ (1992) entspricht, um Inzuchtdepression zu vermeiden. Die meisten Einkreuzungen von unterschiedlichen Fremdrassen wurde von Biedermann et al. (2003) für das Rheinisch-Deutsche Kaltblut ermittelt, was wahrscheinlich in den unter den Kaltblutrassen niedrigsten Inzucht- und Verwandtschaftskoeffizienten resultierte. Sie stellten darüber hinaus fest, dass die ostdeutschen Schläge des Rheinisch-Deutschen Kaltbluts durch ihre 40-jährige Isolierung durch die DDR höhere Inzucht und Verwandtschaft aufweisen.

Die Zuchtbücher der einzelnen Kaltblutrassen sind geschlossen, nur das Zuchtbuch des Rheinisch-Deutschen Kaltbluts ist derzeit offen für genealogisch verwandte Rassen, wobei das Zuchtziel aber trotzdem vornehmlich durch Reinzucht angestrebt werden sollte und mindestens ein Elternteil Rheinisch-Deutschen Ursprungs sein muss (Scharnhölz, 2002). Für die Aufnahme ins Zuchtbuch sind darüber hinaus wie bei den anderen Kaltblutrassen maximale Anteile an Fremdrassen definiert. Trotzdem wäre es vor allem in der Schwarzwälder Kaltblutpopulation dringend erforderlich, weitere Zuchtversuche mit Hilfe von Hengsten genealogisch ähnlicher Fremdrassen durchzuführen, um Inzuchtdepression zu vermeiden. Außerdem sollte, um die gleichmäßige Nutzung von Hengsten verschiedener Blutlinien besser verwirklichen zu können, über eine weitere Verbreitung der künstlichen Besamung nachgedacht werden, um auch überregionale Anpaarungen vornehmen zu können. Ferner sollte eine Beschränkung der Stutenbedeckungen pro Hengst eingeführt werden.

Darüber hinaus wurden die Verwandtschaftskoeffizienten zwischen den einzelnen Rassen anhand der Pedigreeinformationen ermittelt. Da diese Daten nur ca. 100 Jahre der Kaltblutzuchtgeschichte widerspiegeln, erscheint ein Vergleich mit den späteren molekulargenetischen Methoden interessant. Insgesamt fielen die Verwandtschaftskoeffizienten relativ gering aus. Der höchste Wert konnte mit 0,103 % zwischen dem Süddeutschen und Schleswiger Kaltblut ermittelt werden, während die geringste Verwandtschaft zwischen Rheinisch-Deutschem und Schwarzwälder Kaltblut gefunden wurde (0,001 %). Der größte Verwandtschaftskoeffizient des Rheinisch-Deutschen Kaltbluts wurde zum Schleswiger Kaltblut (0,096 %) ermittelt, während das Schwarzwälder Kaltblut wie erwartet mit dem Süddeutschen Kaltblut die höchste Verwandtschaft zeigte (0,06 %). Diese Ergebnisse verdeutlichen das Vorhandensein von nur wenigen gemeinsamen Vorfahren in allen Rassen. Als Hauptverantwortliche für den Genfluss zwischen den Rassen gelten Hengste, vor allem beim Rheinisch-Deutschen Kaltblut indes aber auch wenige Stuten.

 

Tab. 1:             Durchschnittliche Inzucht- () und Verwandtschaftskoeffizienten () der ausgewählten Tiere mit ihren Standardabweichungen (SD) in den untersuchten Kaltblutpopulationen (in %)      

 

 

        ±SD

Rasse

±SD

RDKB

STKB

MBKB

SDKB

SWKB

SLKB

RDKB

STKB

MBKB

1,53±2,00

2,14±1,74

2,63±3,11

6,01±8,56

0,18±0,45

8,84±8,76

 

0,17±0,41

5,58±4,47

6,86±8,75

0,01±0,02

-

-

0,00

-

-

0,03±0,30

-

-

SDKB

2,80±1,88

 

 

 

7,69±5,54

0,01±0,02

19,44±8,21

0,09±0,50

SWKB

5,76±2,43

 

 

 

 

<0,01±0,00

SLKB

4,84±2,87

 

 

 

 

 

14,40±7,64

RDKB: Rheinisch-Deutsches Kaltblut; STKB: Sächsisch-thüringisches Kaltblut; MBKB: Mecklenburger Kaltblut; SDKB: Süddeutsches Kaltblut; SWKB: Schwarzwälder Kaltblut; SLKB: Schleswiger Kaltblut

 

Auf der Basis dieser Ergebnisse wurden pro Kaltblutrasse repräsentative Tiere nach folgenden Kriterien für die Schätzung der genetischen Distanzen ausgewählt: sie sollten zu einem hohen Anteil reinrassigen Ursprungs und möglicht unverwandt sein. Dabei wurde beim Schwarzwälder und Süddeutschen Kaltblut vor allem auch darauf geachtet, dass die etablierten Hengstlinien entsprechend ihrer Größe gleichmäßig in der Stichprobe vorhanden sind. Da viele Rheinisch-Deutsche Kaltblutzüchter in den letzten Jahren auf Zuchtmaterial aus Ostdeutschland zurückgegriffen haben, wurden nur Tiere ausgewählt, die über mindestens vier Generationen in ihren Pedigrees keine ostdeutschen Schläge aufwiesen. Pro Kaltblutrasse wurden so 45 Tiere zur Genotypisierung mit Mikrosatellitenmarkern herangezogen, wobei das Sächsisch-Thüringische und Mecklenburger Kaltblut zu gleichen Teilen in einer Gruppe zusammengefasst wurden, während das Altmärkische Kaltblut auf Grund fehlender Kooperation des Zuchtverbandes in die Untersuchung nicht einbezogen werden konnte. Für die ausgewählten Tiere pro Rasse wurden nun erneut die Inzucht- und Verwandtschaftskoeffizienten ermittelt, um diese mit den Werten der Gesamtpopulation vergleichen zu können (Tab. 1).

Wegen ihrer unterschiedlichen Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte wurden sechs weitere Pferderassen in die Untersuchung aufgenommen – das Island (N = 45), Sorraia (N = 23) und Przewalski Pferd (N = 20), das Exmoor Pony (N = 20), das Arabische Vollblut (N = 26) und das Hannoversche Warmblut (N = 47). Insgesamt wurden 405 Pferde mit Hilfe von Mikrosatellitenmarkern typisiert. Das Markerset sollte alle Autosomen umfassen sowie möglichst polymorph sein. Deshalb wurden 31 Mikrosatellitenloci (AHT34, ASB17, COR007, COR017, COR018, COR022, COR024, COR045, COR056, COR058, COR069, COR070, COR071, COR082, HMS03, HMS07, HTG03, HTG06, LEX07, LEX33, LEX34, LEX63, LEX68, LEX73, SGCV16, SGCV28, TKY019, UCDEQ425, UM011, VHL20, VHL209) ausgewählt, die jeweils ein Autosom repräsentierten. Die PCR-Fragmente wurden mit Hilfe von automatischen Sequenziersystemen (LI-COR 4200/S2) aufgetrennt, woraufhin die visuelle Auswertung der Allele erfolgte. Zur weiteren Analyse wurden zunächst die durchschnittliche Anzahl der Allele und die Allelfrequenzen in den Populationen errechnet.

Mit Hilfe des Programms GENEPOP v3.3 (Raymond & Rousset, 1995) wurde getestet, ob sich die untersuchten Loci im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht (HWG) befinden. Dabei kam eine „Markov Chain“-Methode zur Schätzung unverzerrter exakter P-Werte zur Anwendung (Guo & Thompson, 1992). Zur Einhaltung des multiplen Testniveaus wurden die P-Werte einer einfachen Bonferroni-Holm-Korrektur (Holm, 1979) unterzogen. Wenn Markerloci in mehr als einer Population vom HWG abwichen, wurden sie von den weiteren Berechnungen ausgeschlossen. Daraufhin wurde überprüft, ob sich insbesondere das Rheinisch-Deutsche Kaltblut von seinen ostdeutschen Schlägen, dem Mecklenburger und Sächsisch-Thüringischen Kaltblut, genetisch differenzieren lässt. Zur Messung der genetischen Diversität in den jeweiligen Populationen wurden die durchschnittliche Anzahl der Allele sowie die beobachtete (Ho) und erwartete Heterozygotie (He) herangezogen. Nei’s Diversitätsparameter (HS, HT, GST) wurden mit Hilfe des Computerprogramms FSTAT v2.9.3 (Goudet, 1995) für die Kaltblut- und Referenzrassen getrennt berechnet. Die erhaltenen Heterozygotiewerte pro Individuum wurden mittels einer Pearson Korrelation mit den Inzuchtkoeffizienten pro Tier verglichen. Zur Abschätzung der genetischen Distanzen zwischen den Populationen wurden die Chord Distanz von Cavalli-Sforza (DC, Cavalli-Sforza, 1967) und die häufiger gebräuchliche Nei’s Standarddistanz (DS, Nei, 1972) verwendet. Basierend auf der DC Matrix wurden unter Verwendung der Neighbor-Joining Methode Distanzbäume erstellt, deren Stabilität mittels Bootstrap-Verfahren (1000 Wiederholungen, Felsenstein, 1989) geprüft wurde. Dafür wurde das Programmpaket PHYLIP v3.5 verwendet.

Eine zweidimensionale Abbildung der Distanzmatrix wurde mit Hilfe eines modifizierten Algorithmus von Medjugorac (1995) konstruiert. Nach der Berechnung der Standardabweichung mittels Bootstrapping (1000 Wiederholungen und Stichprobenumfang, der dem der tatsächlich untersuchten Tieren entsprach) wurde eine zweidimensionale Abbildung in Form von Kreisen konstruiert. Die Kreise entsprachen einem Vertrauensbereich von 95 %, d.h. je kleiner die Kreise waren, desto höher war die Stabilität der untersuchten Stichproben. Darüber hinaus wurde mit Hilfe des Programms GeneClass (Cornuet et al., 1999) getestet, ob und in welchem Maße sich die untersuchten Tiere und einige nachtypisierte Kaltblutpferde unbekannten Ursprungs den untersuchten Rassen zuordnen lassen. Dabei wurden zwei verschiedene Methoden angewandt - der direkte Test und der Ausschluss-Simulationstest.

Signifikant (P < 0,05) vom HWG wich nach einer Bonferroni-Holm Korrektur nur der Mikrosatellitenlocus HMS03 auf Chromosom 9 ab. Die genetische Variabilität innerhalb der Kaltblutrassen ist trotz der kürzlich erfolgten Populationsreduktion und der teilweise sehr hohen Inzuchtkoeffizienten relativ hoch (Ho zwischen 63,5 und 71 %; 5,4 bis 6,3 Allele pro Locus). Trotzdem wurde bereits eine signifikante (P < 0,05) negative Korrelation zwischen dem individuellen Inzuchtkoeffizienten und dem beobachteten Heterozygotiegrad ermittelt, was wie schon von Nei (1975) beschrieben verdeutlicht, dass mit Erhöhung der Inzucht die genetische Vielfalt sinkt.

Fast 12 % der gefundenen Variabilität ist auf eine Differenzierung zwischen den Rassen zurückzuführen (GST), während folglich 88 % der Variabilität innerhalb der Rassen zu finden war. Überraschenderweise ließen sich das Mecklenburger und Sächsisch Thüringische Kaltblut zwar nicht untereinander genetisch differenzieren, zeigten aber signifikante genetische Unterschiede zum Rheinisch-Deutschen Kaltblut, von dem sie nur über die Zeit des Bestehens der DDR isoliert waren. Es erstaunt, dass 40 Jahre getrennte Zuchtgeschichte ausreichen, um zwei unter genetischen Gesichtspunkten voneinander abgrenzbare Populationen entstehen zu lassen, was bedeutet, dass die Definition eines eigenständigen Rassenbegriffs für die ostdeutschen Populationen unabhängig vom Rheinisch-Deutschen Kaltblut durchaus möglich wäre.

Sowohl im Neighbor-Joining Baum als auch in der zweidimensionalen Darstellung war eine deutliche Gruppierung der Kaltblutrassen abgesetzt von den Referenzrassen erkennbar. Die Anordnung der Rassen spiegelte die Zuchtgeschichte relativ gut wieder. Einzig die Distanz zwischen Süddeutschem und Schwarzwälder Kaltblut, die etwa der zwischen Rheinisch-Deutschem und diesen beiden Rassen entspricht, erscheint erstaunlich groß, wenn man bedenkt, dass sowohl das Schwarzwälder als auch das Süddeutsche Kaltblut sehr stark von Noriker Einflüssen geprägt wurde. Am weitesten entfernt von den übrigen Kaltblutrassen lag das Schleswiger Kaltblut.

Die genetische Variabilität der Referenzrassen war zu ca. 21 % auf die Diversität zwischen den Rassen zurückzuführen. Das Hannoversche Warmblut zeigte mit Abstand die höchste Variabilität unter allen untersuchten Rassen (Ho = 74 %; 6,7 Allele pro Locus), während die Diversität der übrigen Referenzpopulationen deutlich unter den Werten der Kaltblutrassen lag. Am geringsten war sie beim Przewalski Pferd (Ho = 47 %; 3,8 Allele pro Locus), gefolgt vom Sorraia Pferd (Ho = 53 %; 3,4 Allele pro Locus). Diese Beobachtung zeigt, dass die Regenerationszucht aus sehr kleinen Restbeständen und die weitere Zucht in kleinen, streng isolierten Herden zum Verlust der genetischen Vielfalt und zum Entstehen großer genetischer Distanzen zu anderen Rassen führt. In den graphischen Darstellungen der Distanzmatrix ist das Przewalski Pferd daher wie erwartet am weitesten entfernt von allen anderen Populationen zu finden. Das Exmoor Pony entspringt mit dem Sorraia Pferd ebenso wie das Arabische Vollblut mit dem Hannoverschen Warmblut aus einem Ast im Neighbor-Joining Baum, was für nahe Verwandtschaften spricht.

Im Populationszugehörigkeitstest wurden mit der direkten Methode basierend auf den Satz von Bayes 99,5 % der Tiere korrekt zu ihrer Ursprungspopulation zugeordnet, während nur zwei Tiere der falschen Population zugeordnet wurden. Im Ausschluss-Simulations-Test, für den vor der Zuordnung der gewünschte P-Wert definiert werden kann, wurden bei einer Signifikanz von P < 0,05 über 85,5 % der Pferde ausschließlich zu ihrer Ursprungspopulation zugeordnet, während 11,6 % darüber hinaus noch weiteren Populationen und die verbleibenden Tiere gar keiner Population zugeordnet werden konnten. Bei den nachtypisierten Kaltblutpferden war die Zuordnung des Rheinisch-Deutschen Kaltbluts schwierig, da sich nach Pedigreevergleichen herausstellte, dass jeweils ein Elternteil ostdeutschen Ursprungs war. Im direkten Test wurden ansonsten die nachtypisierten Kaltblutpferden ihrer Ursprungspopulation zugeordnet, nur ein Schleswiger Kaltblut, das eine reinrassige Süddeutsche Kaltblutstute zur Mutter hatte, wurde zum Süddeutschen Kaltblut sortiert. Eine Kombination beider Tests könnte somit hilfreich sein, um bei Tieren unbekannten Ursprungs die wahrscheinlichste Ursprungspopulation zu ermitteln, oder auch um Hybriden zu detektieren. Die Tests bieten darüber hinaus die Möglichkeit, für Kreuzungsversuche genealogisch ähnliche Rassen auszusuchen.

Um die genetische Variabilität der Rassen in einem phylogenetisch weiteren Kontext zu untersuchen, wurde ein 664 bp großes Fragment der D-loop Region der mitochondrialen DNA von drei bis sechs Pferden pro Population sequenziert. Hinzugefügt wurden 16 Sequenzen aus der GenBank, die die untersuchten Rassen repräsentierten sowie von drei weiteren Pferderassen, dem Suffolk, Belgier und Shire, so dass sich die Gesamtzahl auf 65 sequenzierte Tiere summierte. Die Fragmente wurden mit Hilfe des Programms Sequencher v4.1.4 (Gene Codes Corporation, Ann Arbor, MI, USA) zusammengeführt. Die durchschnittlichen Nucleotiddifferenzen pro Rasse sowie die Kimura-2P (Kimura, 1980) Distanzen zwischen den Rassen wurde mit dem Programm Arlequin 2.0 (Schneider, 2000) ermittelt. Daraufhin wurde ein phylogenetischer Baum der unterschiedlichen Haplotypen mit der Neighbor-Joining Methode aus dem PHYLIP Programmpaket gezeichnet (Felsenstein, 1989). Auch hier wurde mittels Bootstrap (1000 Wiederholungen) die Stabilität des Baums getestet und nur Stabilitäten von 50 % und mehr gleichen Abzweigungen wurden in den Baum eingetragen.

Von den insgesamt 47 gefundenen Haplotypen entfielen 24 auf die Kaltblutrassen. Gemeinsame Haplotypen traten zwischen Hannoverschem Warmblut und Island Pferd sowie Rheinisch-Deutschem Kaltblut auf. Außerdem teilten sich ein Belgisches Pferd und ein Süddeutsches Kaltblut einen Haplotypen. Beim Przewalski Pferd wurden vier Haplotypen gefunden, obwohl nach Untersuchungen von Oakenfull & Ryder (1998) und Jansen et al. (2002) nur zwei bzw. drei existieren dürften. Da sich die Haplotypen nur in einem Nucleotid unterschieden, kann dies eine Folge von fixierter Heteroplasmie in vorangegangenen Generationen sein. Beim Sorraia Pferd wurde anders als bei Luís et al. (2002) beschrieben auch der portugiesische Haplotyp in der deutschen Population gefunden. Das bedeutet, entweder hat noch eine weitere Mutterlinie überlebt, oder es wurde eine weitere Stute in die von Herrn Dr. Schäfer gegründete Population eingekreuzt.

Die Kaltblutpferde waren im Neighbor-Joining Baum über alle vier Cluster verteilt. Einzig die drei Belgischen Pferde sowie acht von neun Exmoor Ponies wurden in einer Gruppe zusammen angeordnet.

Da wie bei uns auch in dem Netzwerk von Jansen et al. (2002) keine klare Gliederung der Kaltblutpferde zu erkennen war, ist es wahrscheinlich, dass diese Rassen auf viele verschiedene Mutterlinien zurückgehen und die Entstehung der Kaltblutrassen auf viele verschiedene Ursprünge zurückzuführen ist. Eine genaue Datierung der Entstehung dieser Rassen gestaltet sich daher sehr schwierig.

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die 30 ausgewählten Mikrosatellitenmarker sehr gut geeignet sind, um die Größenordnung, die Entstehung und auch die mögliche Beeinträchtigung der genetischen Variabilität des Pferdes abzuschätzen. Die Kaltblutrassen bildeten ein eigenes Gefüge in der großen Gruppe der verschiedenen Pferderassen aus unterschiedlichen Regionen, darunter auch einer deutschen Warmblutrasse. Darüber hinaus war die Ähnlichkeit der Rassen auf molekulargenetischer Ebene weitaus größer als es die aus den Pedigrees resultierenden Verwandtschaftskoeffizienten vermuten ließen. Obwohl weitgehend jede deutsche Kaltblutrasse auf der Basis anderer ausländischer Kaltblutpopulationen gegründet wurde, liegt somit eine große Anzahl gemeinsamer Vorfahren oder sogar ein gemeinsamer Ursprung aller Kaltblutrassen nahe. Leider ließ sich diese Theorie durch den Vergleich der mtDNA Sequenzen innerhalb und zwischen den Rassen nicht bestätigen. Doch bei der Betrachtung der mtDNA D-loop Sequenzen muss beachtet werden, dass es sich dabei meist um Sequenzen handelt, die eine viel größere Spanne der Evolution abgreifen als Mikrosatelliten. Außerdem muss bei der Beurteilung mitberücksichtigt werden, dass vor allem durch Migration von Tieren aus verschiedenen Kontinenten in den letzten Jahrtausenden viele verschiedene mtDNA Typen in den einzelnen Rassen vermischt wurden. Diese Vermischung lässt sich heute nicht mehr vollständig nachvollziehen. Könnte man regional begrenzt aus archäologischen Funden mtDNA Urtypen festlegen, ließe sich so eventuell die Verbreitung und der Ursprung der einzelnen Rassen eher nachvollziehen. Auch eine Erweiterung des Ansatzes von Jansen et al. (2002) könnte bei Hinzufügen von weiteren Rassen noch genauere Ergebnisse liefern. Dabei müssten v.a. Rassen mit sehr alten Ursprüngen bevorzugt ausgewählt werden.

In Zusammenhang mit der kürzlich erfolgten Reduktion der Populationszahlen zeigte sich, dass die untersuchten Kaltblutpopulationen bis zum heutigen Zeitpunkt noch weitgehend von den verheerenden Folgen hoher Inzuchtkoeffizienten hinsichtlich ihrer genetischen Vielfalt verschont geblieben sind. Hohe Inzucht- und Verwandtschaftskoeffizienten sind folglich nicht gleichbedeutend mit einer in hohem Maße reduzierten genetischen Variabilität. Insbesondere das Schleswiger und Schwarzwälder Kaltblut können trotz ihrer relativ geringen Populationsgröße, und beim Schwarzwälder Kaltblut der zusätzlichen Beschränkung des Zuchthengstanteils, eine zu den anderen Kaltblutrassen vergleichbare genetische Variabilität aufweisen. Dagegen ist die genetische Vielfalt bei den Rassen, die auf weniger als 50 Tiere zurückgehen, wie das Sorraia und Przewalski Pferd, ein hochgradiger Verlust an der Variabilität festzustellen. Im Gegensatz zu den Kaltblutrassen, wo eine Blutauffrischung durch genealogisch ähnliche Rassen möglich ist, widerspricht dies beim Przewalski Pferd und den Primitivpferderassen dem Grundgedanken der Erhaltungszucht. Eine erfolgreiche Erhaltungszucht hat zum Ziel, eine sich selbst erhaltende Bestandsgröße unter Erhaltung der vorhandenen genetischen Variabilität zu schaffen. Dafür ist eine sorgfältige Anpaarung von Zuchttieren und eine konstante Überwachung der genetischen Variabilität unerlässlich (Breen et al., 1994), welches mit den in dieser Untersuchung verwendeten Methoden verhältnismäßig einfach durchzuführen ist.

Trotz der ermittelten relativ hohen genetischen Diversität in den Kaltblutpopulationen, wonach es möglich erscheint, auf das Einkreuzen von Fremdrassen verzichten zu können, wäre es demnach sinnvoll, zur nachhaltigen Erhaltung dieser Vielfalt und um den relativ hohen Inzuchtkoeffizienten insbesondere beim Schleswiger und Schwarzwälder Kaltblut entgegenzuwirken, kontrolliert Fremdblut genealogisch ähnlicher Rassen einzukreuzen, wie es beispielsweise beim Rheinisch-Deutschen Kaltblut praktiziert wird. Denn trotz einer hohen genetischen Variabilität, treten die mit hoher Inzucht verbundenen Effekte wie Leistungsdepression, Verlust an Fitness und vermehrtes Auftreten von Erbkrankheiten (Falconer, 1984) auf. So stellte beispielsweise Meyer (2003) beim Süddeutschen Kaltblut ein gehäuftes Auftreten osteochondrotischer Gelenksveränderungen bei Fohlen mit Inzuchtkoeffizienten von mehr als 3 % fest.

Eine Untersuchung der genetischen Distanzen gibt außerdem Aufschluss über die genetische Differenzierung zwischen Populationen und liefert somit ein objektives Entscheidungskriterium für die Beantwortung der Frage, ob es sich bei einzelnen Populationen um eigenständige Rassen mit typischen genetischen Eigenschaften oder um regionale Schläge handelt. So konnte bezüglich der Gruppe des Mecklenburger und Sächsisch-Thüringischen Kaltbluts festgestellt werden, dass es sich um erkennbar vom Rheinisch-Deutschen Kaltblut differenzierte Populationen handelt, die sich aber untereinander dennoch sehr stark genetisch gleichen. Diese Resultate lassen sich als zusätzliche Informationsquelle für Überlegungen zur Erhaltungszucht bzw. zur Förderung der traditionellen Pferdezucht nutzbar machen. Demgemäss wäre zu überlegen, die ostdeutschen Populationen nachhaltig als eigenständige Rasse zu erhalten, zugleich könnten sie aber auch zur Erhöhung der genetischen Variabilität und der Verringerung der Inzucht in der Rheinisch-Deutschen Kaltblutpopulation beitragen.

Bei den deutschen Kaltblutrassen spielt der wirtschaftliche Nutzen heute nur noch eine untergeordnete Rolle, hingegen muss bei ihnen ihr ideeller Wert als lebendiges Kulturgut, dessen Entwicklung eng mit der menschlichen Geschichte verknüpft ist, berücksichtigt werden. Deswegen erscheint es lohnenswert sich auch heute noch für die Erhaltung dieser Rassen nachhaltig einzusetzen.

 

abstract (englisch)

Genetic diversity and relationships among the six German heavy draught horse breeds South German Coldblood, Rhenish German Draught Horse, Mecklenburg Coldblood, Saxon Thuringa Coldblood, Black Forest Horse, and Schleswig Draught Horse were compared to six wild, primitive, or riding horse breeds including Hanoverian Warmblood, Arabian, Icelandic, Sorraia, Przewalski’s Horses, and Exmoor Ponies by means of genotypic information from microsatellite DNA markers and mtDNA D-loop sequences. In order to determine unrelated and purebred heavy horses for the analysis, gene contributions of foreign populations as well as coefficients of inbreeding and relationship were evaluated for the Black Forest Horse, the Schleswig Draught Horse, and the South German Coldblood. Published data was used for the Rhenish German Draught Horse breeds.

The highest inbreeding (F) and kinship coefficients (R) were found in the Black Forest Horse population (F = 6.5 %, R = 6.5 %; 5 generations of ancestors). A total of 699 (Ne = 81.43) in the year 2002 in Baden-Württemberg registered Black Forests were considered, which were dispersed across nine sire lines. The recently by breeding with foreign breeds newly established sire lines showed lower mean inbreeding coefficients. High rates of inbreeding of about 1.6 % in the last five generations could also be faced by crossbreeding populations, what resulted in an inbreeding reduction in the last generation. The fraction of purebred genes in the overall population sums to almost 70 %. In assumption that most animals of unknown origin are purebred as well the fraction of purebred genes even adds up to about 90 %. Further influential genes were contributed by Austrian Noric, Swiss Freiberg and South German stallions.

In 220 (Ne = 88.64) actually in Schleswig-Holstein registered Schleswig Draught Horses the population development was investigated considering the last 35 years. Based on nearly complete 8-generation-pedigrees and after taking into account the remaining incompleteness, the mean coefficient of inbreeding for the overall population was 4.5 %. From 1968 to 2002 a rising tendency to higher inbreeding coefficients was obvious with one exception in the late 1970s. At that time crossbreeding with foreign breeds led to a decrease of the inbreeding coefficient of about 2 %. The same tendency could be observed in rates of inbreeding. In the current population they comprise about 0.8 %. In the total population, the mean degree of relationship was 13 %. The proportion of purebred Schleswig Draught horses in the current population was about 62 %. Considering that the Jutland horse is of same origin, the proportion of purebred Schleswig Draught Horses reached about 80 %. French Boulonnais, Breton and South German stallions were the most important contributors to the Schleswig Draught population.

The largest German heavy horse population the South German Coldblood (1931 horses registered in 2003; Ne = 332) showed lower inbreeding and kinship coefficients (F = 3 %; R = 6 %; 8 generations of ancestors). The rates of inbreeding per generation in the current population comprise about 0.43 % over the last eight generations and about 0.15 % in the forthcoming generation. The proportion of purebred South German Coldblood horses in the current Coldblood population was about 43 %. As the Noric horse is of same origin as the South German Coldblood, these two breeds can be considered as one entity and thus the proportion of purebred genes in the Bavarian South German Coldblood population reached more than 93 %. The Suffolk Punch and Thoroughbred Horse were the most important contributors to the South German Coldblood population, whereas the Rhenish-German and Black Forest Draught Horse as well as the Percheron had neglectable influence on the Bavarian South German Coldblood population. The effective population size in the Bavarian South German Coldblood population was 332.

To identify the relationships between the German heavy horse breeds the mean kinship coefficients between the breeds were calculated, which showed to be very low. They were largest between the South German Coldblood and Schleswig Draught Horse (0.103 %), and lowest between the Rhenish German and Black Forest Draught Horse (0.001 %). The Rhenish German Draught Horse showed largest kinship coefficients with the Schleswig Draught Horse (0.09 %), while the Black Forest Draught Horse was mostly related to the South German Coldblood (0.06 %). The results reveal the presence of very few common progenitors of the breeds. The gene flow between the breeds is primarily due to crossbreeding of stallions and, especially, in the Rhenish German Draught Horse population breeding with a few mares from other German draught horse breeds.

Genetic diversity among the six German heavy horse breeds were then compared to the group of wild, primitive, or riding horse breeds mentioned above by means of genotypic information from 31 microsatellite loci from 405 horses. The average observed heterozygosity (Ho) differed little among the heavy horse breeds (0.64 to 0.71), but was significantly negatively correlated to individual inbreeding coefficients. The mean number of alleles (NA) decreased more obviously with declining population size (5.2 to 6.3). The most severe losses in genetic diversity were found in the Sorraia Horse (Ho=0.53; NA=3.4) and the Przewalski’s Horse (Ho=0.47; NA=3.8). The coefficient of differentiation among the heavy horse breeds showed 11.6% of the diversity between the heavy horse breeds, as opposed to 21.2% between the reference populations. The differentiation test revealed highly significant genetic differences among all breeds except the Mecklenburg and Saxon Thuringa Coldblood. Heavy horse breeds clearly formed a separate cluster from the reference populations, in which the Rhenish German Draught Horse, Saxon Thuringa-, and Mecklenburg Coldblood formed the most robust groups, whereas the Schleswig Draught Horse is the most distinct breed. Further stable clusters are formed by the Arabian and Hanoverian, and by the Sorraia Horse and Exmoor Pony. Ninety-nine per cent of the animals were correctly assigned using the direct approach based on the Bayesian method. The exclusion-simulation significance test correctly assigned fewer individuals but did provide a confidence level.

In order to evaluate the phylogenetic relationship among the breeds and three additional horse breeds from GenBank –the Suffolk, Shire, and Belgian Horse- sequence polymorphisms of the mitochondrial DNA D-loop (610 bp) were compared. In a total of 65 horses, 70 polymorphic sites were observed, representing 47 different haplotypes. Thus, the average percentage of polymorphic sites was 11.5% for the total DNA sequence analysed. In the nine different heavy draught horse breeds, 61 polymorphic sites defined 24 haplotypes representing 10% polymorphic sites, indicating that the heavy horse populations consist of diverse genetic groups in their maternal lineage. The distance-based phylogenetic analysis failed to show monophyletic groups for the heavy horses.

The obtained results show that the 31 microsatellite markers are suitable to study the quantity of genetic variability within and among horse breeds. This method can be used to deliver objective data for planning effective breeding programmes in order to maintain global biodiversity in the domestic horse.

 

keywords

Kaltblut, genetische Diversität, Inzucht, draught horse, genetic diversity, inbreeding

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