Genomica toegepast in het behoud van ons levend erfgoed

Ons levend erfgoed wordt met uitsterven bedreigd doordat zij hun oorspronke- lijke functie zijn kwijtgeraakt of door de intense competitie met hoogproductieve rassen. In dit doctoraat heb ik getracht na te gaan hoe we genomische informatie kunnen gebruiken in de conservatie van levend erfgoed rassen. Hierbij heb ik vooral gefocust op het Kempisch Rund en het Belgisch Trekpaard. In dit onderzoek werd niet alleen de genetische diversiteit van het Kempisch Rund en het Belgisch Trekpaard geanalyseerd, maar ook nagegaan wat er nog overblijft op een genomisch niveau van de historische relaties tussen verschillende lokale rassen. Verder werd getracht om regio’s onder selectie te identificeren alsook regio’s die geassocieerd zijn met chronisch progressief lymfoedeem, een complexe aandoening die gekend is bij het Belgisch Trekpaard.

In dit doctoraatsonderzoek werd de authenticiteit van het heropgerichte Kempische ras nagegaan met aandacht voor de hoeveelheid exotische genotypes die nog aanwezig zijn in de huidige populatie. Verder werd ook de populatiestructuur, genetische diversiteit en introgressie van fenotypische en/of historisch verwante rassen nagegaan. De introgressie van Holstein en vleesrassen bleek beperkt te zijn tot een paar bedrijven. En hoewel de huidige populatie een grote genetische variatie ten toon brengt, is het Kempisch Rund duidelijk te onderscheiden van de andere rassen. Het merendeel van de populatie blijkt genetisch verwant te zijn met Brandrood, Verbeterd Roodbont en Pie Rouge, allemaal rassen waarmee het Kempisch historische connecties heeft. Deze resultaten ondersteunen de ontwikkeling van een open rassen beleid tussen deze populatie wat de genetische basis van de rassen zou kunnen vergroten.

Het huidige economische beleid stimuleert boeren tot het uitvoeren van (verdringings-) kruisingen met hun lokale rassen om zo de genetische vooruitgang en productie te verbeteren. In het verleden (eind 19de eeuw) werden vaak Durham stieren gebruikt om vleesproductie op te krikken. Meer recenter, in de tweede helft van de 20ste eeuw, werden eerder Holstein stieren gebruikt om de melkproductie te verbeteren. Op dat moment maakten lokale rassen vaak deel uit van grensoverschrijdende populaties met veelvuldige uitwisseling tussen de landelijke populaties. Om deze historische connecties te trachten in kaart te brengen werd gebruikt gemaakt van de methode van Eding. Dit maakt gebruikt van de gemiddelde verwantschap binnen en tussen rassen om een core set te creëren. Hiermee kan de interne genetische diversiteit alsook mogelijk de genetische afdruk die achtergelaten werd door recente kruisingen met Holstein of eerdere kruisingen met Durham. Deze methode toonde aan dat de historische verwantschappen tussen lokale rassen nog steeds zichtbaar zijn in de huidige populaties. In sommige gevallen zijn deze echter moeilijk te identificeren, zoals in het Kempische Rund. Dit ras bevat een grote interne genetische diversiteit wat waarschijnlijk aanleiding geeft tot een lage gemiddelde verwantschap met de andere rassen. Uit deze studie werd ook duidelijk dat er waarschijnlijk selectie heeft plaatsgevonden tegen de aanwezigheid van Durham in veel van de lokale rassen.

Het Belgisch Trekpaard was wereldwijd één van de populairste rassen in het begin van de 20ste eeuw dankzij zijn uitstekende conformatie, trekkracht, en werkwilligheid. De laatste decennia is de populariteit van dit ras drastisch achteruitgaan waardoor ook de populatiegrootte sterk af is genomen. Deze afname in populatiegrootte kan grote gevolgen hebben voor de genetische diversiteit van dit ras. Echter, door pedigreefouten en lage pedigree diepte is het moeilijk om afstammingsinformatie te gebruiken om de situatie in te schatten. De selectie op zijn karakteristieke conformatie is waarschijnlijk ook te zien op genetische niveau onder de vorm van selective sweeps. Vooreerst werden pedigree en genetische inteelt parameters vergeleken en is duidelijk dat deze schattingen sterk van elkaar verschillen. Ook werd duidelijke dat het schatten van de effectieve populatiegrootte o.b.v. pedigree informatie duidelijk gelimiteerd is door de diepte van de pedigree, pedigree fouten en import van paarden. Analyses tussen verschillende trekpaardrassen tonen de relatie tussen het Belgisch en Ardens Trekpaard, maar ook een kleinere verwantschap met het Vlaams Paard en Duits Koudbloed. Aangezien historische documenten de verwantschap tussen deze vier rassen duidelijk weergeven, is het mogelijk dat een combinatie van stichters’ effect, selectie, genetische drift en inteelt hebben geleid tot deze grotere afstand. Als laatste werden in deze studie ook verschillende regio’s gevonden die onder selectie zijn geweest. Deze regio’s gelegen op ECA3, ECA5, ECA10, ECA11 en ECA18 werden al gerapporteerd in vorige studies en zijn waarschijnlijk gelinkt aan prestatie, conformatie, vachtkleur, en erfelijke gebreken.

De intense selectie op conformatie en zware benen met sterke beharing heeft waarschijnlijk geleid tot de aandoening chronisch progressief lymfoedeem in het Belgisch Trekpaard. Chronisch progressief lymfoedeem resulteert in een zwelling van het onderbeen en afwijkingen in de weke delen. Het is reeds aangetoond dat deze aandoening een genetische achtergrond heeft maar de exacte oorzaak is nog steeds onbekend. Op dit moment zijn er twee alternatieve hypotheses die chronisch progressief lymfoedeem proberen te verklaren. Een eerste vermoed dat afwijkingen aan elastine de onderliggende trigger zijn van de aandoeningen, terwijl de tweede wijst op een mogelijk inflammatoire dermatitis. Door gebruikt de maken van genoom-wijde en homozygositeit associatie analyses werd getracht de genetische achtergrond van chronisch progressief lymfoedeem te ontrafelen. Deze methodes leidden tot de identificatie van verscheidene geassocieerde regio’s. Hoewel de genoom-wijde associatie genoom-wijde significantie bereikte op ECA10, kan hier geen kandidaat gen worden gevonden. In de nabijheid van de overgebleven geassocieerde regio’s liggen een aantal kandidaat genen die werden gesuggereerd in vorige studies (FOXC2 (ECA3), HET/MET (ECA4), ubiquitin protein ligase E3A (ECA1) en CD109 (ECA20)). Deze kandidaat genen geven uitsluitsel over welke hypothese nu juist de correcte is. Alle regio’s die het suggestieve significantieniveau overtroffen werden verder geanalyseerd gebruik makend van PANTHER. Deze “pathway-based” analyse suggereerde dat zowel de immuunrespons betrokken is wat de tweede hypothese zou onderbouwen. Het is ook mogelijk dat beide hypothese bijdragen een het ontstaan en de progressieve van de aandoening. Deze resultaten gaven alvast een eerste inzicht in de genetische achtergrond van chronisch progressief lymfoedeem.