FAKTAJordbruk

FAKTA Jordbruk
Sammanfattar aktuell forskning
•
Nr 14 2000
Leif Andersson • Örjan Carlborg • Per Jensen • Susanne Kerje • Karin Schütz
Hönsbeteende kartläggs genetiskt
– förbättrad djurhälsa önskvärt avelsmål
• Förmågan till stresshantering kan ha försvagats ofrivilligt under den intensiva aveln, som
i första hand syftar till ökad produktion.
• Högproducerande värphöns har ett förändrat beteende jämfört med de vilda släktingarna rött djungelhöns. De förädlade raserna
använder bland annat mindre energi till att
söka föda och till social aktivitet. Detta har
framkommit i våra beteendestudier av
djungelhöns och värphöns.
Foto: Anette Wichman
• Stress ligger bakom många sjukdomar hos
husdjur. För att undvika stress måste de
kunna bete sig naturligt och anpassa sig till
olika händelser i miljön.
• För att studera den molekylära nedärvningen
av ett antal egenskaper, har den vilda rasen
rött djungelhöns korsats med den nutida
värphönsrasen vit leghorn.
• Resultaten av den genetiska kartläggningen
förväntas kunna användas i framtida avelsarbete. Värphönsen ska inte bara producera
många ägg, utan också kunna bete sig naturligt vid olika påfrestningar.
UTHÅLLIG LIVSMEDELSPRODUKTION
Korsningar mellan den röda djungelhönan och nutida
värphöns har givit upphov till individer med mycket olika
utseende. Deras beteende har studerats och de gener som
styr dessa egenskaper har lokaliserats.
U
thållig djurhållning förutsätter att djuren sköts och
aveln bedrivs på ett sätt som
inte äventyrar deras hälsa och välbefinnande. I dagens lantbruk är exemplen många på djurmiljöer och
system, som inte tillåter ens de mest
grundläggande naturliga beteenden.
Samtidigt har en intensiv avel för
ökad produktion i grunden förändrat djurens egenskaper under de senaste decennierna.
Yttre och inre stimuli
Hjärna
Beteende
ACTH – hormon
som stimulerar
binjurebarken
Sympatiska nervsystemet
Binjurar
Högre produktionsnivå
– fler sjukdomar
Man har uppskattat att den genomsnittliga produktionsnivån hos våra
vanliga husdjur (nöt, svin och höns)
har höjts med 80–90 procent sedan
1960. Under samma tid har en rad
tidigare ovanliga sjukdomar och hälsoproblem ökat. Många av dem visar
starka genetiska samband med den
ökade produktionen. Det är möjligt
att selektionen (urvalet) även har
påverkat djurens förmåga att hantera stress, vilket dramatiskt skulle
minska deras välbefinnande.
Etologer och genetiker
samarbetar
Vi, en grupp etologer (dvs. beteendevetare för djur) och genetiker, undersöker nu tillsammans genetiken
bakom sambandet mellan produktion och stresshantering.
Som modelldjur använder vi höns.
De har selekterats intensivt för olika
produktionsegenskaper och förfadern, det röda djungelhönset, finns
lätt tillgänglig för studier.
Påfrestning utlöser
naturligt beteende
Ett djur som utsätts för en påfrestning, exempelvis stora miljöförändringar, reagerar med att utsöndra
hormoner som ökar ämnesomsättningen (figur 1). Det reagerar
också med ökad aktivitet i det sympatiska nervsystemet. Det ger djuret
extra energi att bete sig på det naturliga sätt som behövs för att hantera
påfrestningen.
När djurets situation inte möjliggör
ett korrekt beteende säger vi att
djuret befinner sig i ett tillstånd av
stress. En sådan situation kan exempelvis vara när en värphöna i bur
Kortikosteroider
Adrenalin/noradrenalin
Ökad puls och blodtryck
Långvarig
påfrestning
Magsår
Infektioner
Hjärt-kärlsjukdom
Beteendestörning
FIGUR 1. Stressreaktion hos djur. Hjärnan reagerar på yttre och inre påfrestningar med att sätta igång produktionen av hormoner, som bland annat ökar
ämnesomsättningen. När djuret under en lång tid förhindras att avleda stressen
genom ett naturligt beteende, t.ex. flykt, kan sjukdomar utvecklas.
inte kan fly när den skräms av en
mänsklig besökare.
Möjligheten till naturligt beteende
är alltså en förutsättning för att djuret ska ha det bra. Stresshantering
kräver dock energi, liksom alla andra aktiviteter och livsprocesser. Ett
djur har inte större energitillgångar
än de som det får via födan och via
lagrad energi i fett- och glukosdepåer.
Allt mer energi
går åt till produktion
I dagens avelsarbete förändras djuren genetiskt så att en väsentligt större
andel av den tillgängliga energin används till tillväxt och reproduktion.
Eftersom energireserverna är begränsade får andra viktiga processer,
som immunförsvar och stresshantering, följaktligen mindre resurser
till sitt förfogande. Det kan leda till
att djuren blir mindre toleranta mot
belastningar och mer stresskänsliga.
För att kunna skapa en uthållig djurhållning är det av största vikt att vi
förstår de genetiska mekanismerna
bakom sådana samband.
I vårt projekt har vi först identifierat
vilka egenskaper som är intressanta
att studera och sedan skapat olika
testmetoder för att beskriva beteen-
det hos de olika hönsraserna. Genom att korsa den vilda formen med
nutida värphöns har vi åstadkommit
en variation hos avkomman. På så
sätt kan de gener som styr egenskaperna lokaliseras och nedärvningsmönstret för en viss gen studeras.
Beteendeskillnader
hos hönsraser
Som ett första steg var det nödvändigt
att identifiera de viktigaste beteendeskillnaderna mellan djungelhönan
och den nutida värphönan. Vi har
studerat födosöksbeteende, aktivitet
och socialt beteende (exempelvis aggression) hos tre raser av höns. Det
rör sig om djungelhöns, svensk dvärghöna och vit leghorn, se faktarutan.
De har genomgått olika grader av
domesticering, dvs. anpassning till det
skyddade livet som husdjur.
Hönsen i försöket befann sig i en
naturlig miljö, dvs. i stora inhägnader
med buskar och naturligt underlag.
De hade fri tillgång till två olika födokällor samtidigt. Den ena födokällan
bestod av rent hönsfoder. I den andra
fick hönsen samma mängd foder uppblandad med kutterspån. Där fick
hönsen arbeta mer för att hitta födan,
ett beteende som mer påminner om
det naturliga födosöket.
Hönsens förfader
och nutida värphöns
Följande tre hönsrasers beteende studerades:
• Rött djungelhöns är förfader till alla
hönsraser, som ursprungligen domesticerades för ungefär 8 000 år sedan
i Sydostasien.
• Svensk dvärghöna är domesticerad,
men har inte avlats för några specifika produktionsegenskaper.
• En linje av vit leghorn representerar
en ras som avlats för hög tillväxthastighet och god äggläggningsförmåga.
Vilda höns arbetar för födan
Djungelhöns och dvärghöns åt mest
från den födokällan, där de fick arbeta för födan, medan vit leghorn åt
mest från den fria födokällan. Vi
fann även en minskad förekomst av
sociala beteenden och mindre generell aktivitet hos värphönsen.
Den förädlade värphönsrasen hade
alltså ett mindre energikrävande
beteende. Det är helt i linje med
teorin att aveln har medfört en genetisk omprioritering av energianvändningen för tillväxt och reproduktion.
Beteendetest visar
djurens aktivitet
Baserat på dessa resultat har vi utvecklat ett antal beteendetest. De ger
en snabb och kvantitativ beskrivning
av en individs aktivitet. De visar också
djurets tendens att använda ett energikrävande födosöksbeteende och att
uppvisa ett normalt socialt beteende.
Vi kan även testa hönsens beteende
i olika stressituationer. Med hjälp av
resultaten kan vi sedan göra en genetisk kartläggning av skillnaderna.
Hönskorsning ger ärftlig
variation att studera
För att kunna kartlägga egenskapsgener för exempelvis socialt beteende och stresshantering, måste man
ha tillgång till ett familjematerial med
ärftlig variation vad gäller den egenskap man vill studera. För att få fram
denna variation har vi korsat djungelhöns och vit leghorn.
Tidigare svinkorsning
Vi har tidigare genomfört ett omfattande genkarteringsarbete baserat
på en korsning mellan vildsvin och
Svensk Yorkshire. Det har gett flera
mycket intressanta resultat som har
publicerats internationellt.
Den korsning vi nu genomför mellan
djungelhöns och vit leghorn är mer
än fyra gånger så omfattande som
den tidigare vildsvinskorsningen. Den
är en unik resurs för kartläggning av
de gener som påverkats av urval under hönsens domesticering.
Resultaten kan också användas som
en inventering av djungelhöns som
en genetisk resurs för inkorsning av
arvsanlag som gått förlorade under
tidens gång. Sådana anlag skulle
bland annat kunna vara av betydelse
i samband med genetisk anpassning
till nya former för uppfödning, exempelvis frigående höns.
Genomforskning
under snabb utveckling
Kunskapen om genomet (se ordlistan) i en rad olika organismer, inklusive våra husdjur, ökar snabbt. Genomforskning är en relativt ny gren
inom biologin. Den syftar till att:
•
•
•
•
kartlägga genomet
identifiera alla gener
beskriva genernas funktion
analysera samband mellan individens genuppsättning och dess
egenskaper
Foto: Mats Gerentz
FAKTARUTA
Höns av olika raser och korsningar
har studerats med speciella beteendetest. Hönsen vistades i inhägnader på
naturlig mark med buskar.
Jämförande genomforskning kommer att ha stor betydelse för förståelsen av arvsmassans funktion. Vi kan i
vår forskning dra stor nytta av den
snart avslutade kartläggningen av
människans genom. Det är uppenbart att genomforskningen kommer
att få stor betydelse för alla områden
inom biologi och medicin, inklusive
våra framtida möjligheter att utveckla
ett mer uthålligt jordbruk.
Genens plats fastställs
Genom att jämföra nedärvningsmönstret för en viss egenskapsgen
och DNA-markörer från olika
Ordlista för genovana
Fenotyp – en individs yttre egenskaper.
Gener – består av DNA. Generna finns
på kromosomerna som sitter i par. I
varje kromosompar kommer den ena
kromosomen från fadern och den andra från modern.
Genkarta – innehåller information om
på vilken kromosom en viss gen är
placerad och om genernas relativa ordning längs kromosomerna.
Genom – arvsmassa.
Genotyp – en individs genetiska uppsättning.
Kromosom – trådformig struktur som
består av en dubbelspiral av två DNA-
molekyler, och som bär den ärftliga
informationen.
Markörer – kan liknas vid en flagga
som visar en viss plats på en kromosom.
Genetiska markörer är någon form av
genetisk variation som lätt kan påvisas
med ett DNA-test.
Mikrosatelliter – en typ av genetisk
markör som används flitigt för att konstruera informativa genkartor.
Multifaktoriella egenskaper – bestäms
av ett okänt antal gener i samverkan
med miljöfaktorer. Socialt beteende och
stresshantering hos djur, diabetes och
hjärtinfarkt hos människa är exempel
på sådana egenskaper.
kromosomer, kan vi bland annat fastställa vilken kromosom genen ligger
på och vilka DNA-markörer som ligger närmast.
Proceduren är mer komplicerad för
så kallade multifaktoriella egenskaper, exempelvis många av de sociala
beteendena. Där finns inget enkelt
samband mellan fenotyp och genotyp, eftersom fenotypen påverkas av
flera gener och miljöfaktorer.
Genetiska skillnader funna
Vi har nu testat flera hundra markörer på föräldradjuren i vår korsning mellan djungelhöns och vit leghorn och vi har hittat betydande genetiska skillnader. Det ger oss möjlighet att koppla skillnader i egenskaper till de ansvariga generna. Vi har
valt ut 96 mikrosatelliter, väl spridda
i genomet. Det har visat sig ge tillräcklig information.
Metoderna vi använder för kartläggningen av hönsens gener är relativt
väl utvecklade. Vi kommer i princip
att använda samma metodik som vi
tidigare framgångsrikt använt i vår
vildsvinskorsning. Med hjälp av vår
nyutvecklade programvara hoppas
vi nu snabbt kunna kartlägga generna som styr beteende och andra
egenskaper i hönskorsningen.
Relevant även
för andra husdjur
Resultaten av vårt arbete väntas bli av
central betydelse för vår möjlighet
att i framtiden ha en etiskt acceptabel och uthållig djurhållning, som
samtidigt är tillräckligt produktiv.
Ansvarig utgivare:
Redaktör:
Internet:
Prenumeration och lösnummer:
Prenumerationspris:
Tryck:
Genom den genetiska kartläggningen av beteendeegenskaper får
vi en god kunskap om mekanismerna
för hur dessa egenskaper påverkas av
selektion.
Vi använder höns som modelldjur,
men likheterna är stora med andra
ryggradsdjur, både i genomet och i
de beteenden vi studerar. Kunskaperna kommer därför att vara gångbara även för andra husdjur. Som ett
resultat av våra studier tror vi därför
att man i framtiden kommer att
kunna utforma avelsprogram som
på ett mer effektivt sätt kan ta hänsyn
till de egenskaper som har betydelse
för hälsa och välbefinnande.
Detta är MAT 21
MAT 21 är ett tvärvetenskapligt forskningsprogram. Målsättningen är att
ta fram ett vetenskapligt underlag
som kan bidra till att den svenska
jordbruksbaserade livsmedelsproduktionen uppfyller krav på långsiktig
hållbarhet och långt driven miljöanpassning.
Forskningen bedrivs i
huvudsak vid SLU, men
även vid universiteten i
Uppsala, Göteborg, Lund
och Umeå. Programmet
finansieras av den miljöstrategiska
forskningsstiftelsen MISTRA.
Förlorade gener
kan återanvändas
I en mer avlägsen framtid öppnar sig
möjligheterna att använda sig av genteknik för att ytterligare anpassa avelsprogrammen till ett uthålligt lantbruk. Efterhand som funktionen hos
enskilda gener blir känd kan man
mer direkt påverka dessa gener i den
ena eller andra riktningen.
Man kan också tänka sig möjligheten att återintroducera förlorade
gener från vildformen i den domesticerade populationen. Det kan då bli
möjligt att kraftigt öka välbefinnandet hos djur som samtidigt producerar på en mycket hög nivå.
Ämnesord
Höns, rött djungelhöns, svensk dvärghöna, vit leghorn, beteende, stress,
stresshantering, födosök, socialt beteende, genkarta, genomforskning
Författare
FD Leif Andersson (018-471 49 04,
[email protected]), FM
Örjan Carlborg (018-471 45 89,
[email protected]) och
FM Susanne Kerje (018-471 43 09,
[email protected]) arbetar
vid SLU, institutionen för husdjursgenetik, Box 7023, 750 07 Uppsala.
FD Per Jensen (0511-672 19, [email protected]) och FM Karin Schütz
(0511-672 12, Karin.Schutz@hmh.
slu.se) arbetar vid SLU, institutionen för husdjurens miljö och hälsa,
avdelningen för etologi, Box 234,
532 23 Skara.
Britta Fagerberg, SLU, JLT-fakulteten, Box 7070, 750 07 Uppsala
Nora Adelsköld, SLU Informationsavdelningen, Box 7077, 750 07 Uppsala
Telefon: 018-67 17 07 • Telefax: 018-67 35 20
E-post: [email protected]
www.slu.se/forskning/fakta/
SLU Publikationstjänst, Box 7075, 750 07 Uppsala
Telefon: 018-67 11 00 • Telefax: 018-67 35 00
E-post: [email protected]
340 kronor + moms
SLU Reproenheten, Uppsala, 2000
ISSN 1403-1744 © SLU