Intensivierung und Internationalisierung der Rinderzucht - Zentrale ...

Molekulare Marker in der Biodiversitätsforschung
Isoenzyme waren die ersten molekularen Marker, die einen gewissen Grad an Polymorphismus
aufwiesen. Allerdings haben Isoenzyme den Nachteil, daß es nur eine beschränkte Anzahl gibt,
diese nicht stark polymorph sind und außerdem einem Selektionsdruck unterliegen können. Sie
stellen daher keine neutralen Marker dar. Um diese Nachteile zu umgehen, wurden für eine kurze
Übergangsperiode “Multi Locus Fingerprints” verwendet, eine Technik, die es gestattet einen
molekularen Fingerabdruck von jedem untersuchten Tier anzufertigen. Die “Fingerprinting”-
Technik hatte den Nachteil technisch anspruchsvoll zu sein. Weiterhin konnten genetische
Distanzen nur unter vielen Annahmen berechnet werden. In jüngster Zeit haben sich zwei
Techniken als besonders vielversprechend herausgestellt, die im folgenden ausführlicher
dargestellt werden - mtDNA Sequenzierung und Mikrosatelliten Analyse.
mtDNA Sequenzierung
Mitochondrien sind zytoplasmatische Organellen und haben ihr eigenes, zirkuläres Erbmaterial
(DNA) mit einer Größe von etwa 16500 Basenpaaren. Zwei Abschnitte des mitochondrialen
Genoms haben in der Biodiversitätsforschung eine zentrale Bedeutung erlangt, das Cytochrom b
Gen und die Kontrollregion. Für Analysen auf dem Populations-/Rasseniveau ist die
mitochondrielle Kontrollregion besser geeignet, da sie im Vergleich zum Cytochrom b Gen
schneller Mutationen ansammelt und somit mehr Polymorphismen hat. Die Analyse der
Kontrollregion erfolgt über eine Polymerase Ketten Reaktion (PCR), bei der ein Teil der
Kontrollregion vervielfältigt (amplifiziert) wird. Anschließend wird die Basenabfolge des PCR
Produkts durch DNA Sequenzierung ermittelt. Ein Sequenzvergleich verschiedener Individuen
ergibt die Anzahl der polymorphen Basen, woraus die genetische Divergenz berechnet werden
kann. Ein besonderer Vorteil der mitochondrialen DNA (mtDNA) ist ihre strikt maternale
Vererbung. Somit erlaubt die Analyse von mtDNA die Rassen- und Stammesgeschichte mit einem
mütterlichen Marker zu studieren (Avise, 1979). Weiterhin findet keine Rekombination zwischen
verschiedenen mitochondrialen Sequenzen statt, was die Analyse deutlich erleichtert.
Mikrosatelliten
Innerhalb von kürzester Zeit haben sich Mikrosatelliten zu einem der populärsten Marker in der
Biodiversitätsforschung entwickelt (Schlötterer & Pemberton, 1994). Mikrosatelliten sind
tandemartige Wiederholungen eines Sequenzmotivs, das aus 1-6 Basen besteht. Anders als im
Falle der Kontrollregion verändert sich nicht eine einzelne Base, sondern die Anzahl der
Wiederholungen des Sequenzmotivs. Neben einem höheren Polymorphismus besteht der Vorteil
gegenüber der DNA Sequenzierung darin, daß die Mikrosatellitenanalyse nur aus einer PCR
Amplifikation besteht. Der teure Schritt der DNA Sequenzierung entfällt. Die Größe der PCR
Produkte und damit die Anzahl der Wiederholungseinheiten kann auf einem Polyacrylamid Gel
bestimmt und automatisch ausgewertet werden (Schlötterer, 1998). Da die Analyse so einfach ist,
können mit geringem Aufwand sehr leicht viele Loci analysiert werden. Besonders durch eine
multiplex Reaktion in der mehrere Loci zusammen amplifiziert analysiert werden, können viele
Individuen typisiert werden (Abb. 1). In der Rinderzucht wurden Mikrosatelliten bisher
überwiegend für die Erstellung genetischer Karten verwendet.
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