- Fruchtbarkeit beim Rind
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Künstlicher Besamung beim Rind - Ursprung und Entwicklung
Der Einsatz der künstlichen Besamung (KB) bei Rindern hat sich nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs stark beschleunigt. Anfang der 1950er Jahre wurde im Vereinigten Königreich mit der Einführung von Nachkommenschaftstests der Prozess der optimalen Nutzung von Vatertieren mit herausstechenden Eigenschaften eingeführt.
Dies ermöglichte eine breite Nutzung des Spermas dieser „herausragenden“ Bullen ohne den einschränkenden Faktor ihrer Zuchtkapazität oder des Standorts und der Entfernung der möglichen Muttertiere, wodurch die „Leistungen“ ihrer Nachkommen in großflächigen Tests nachgewiesen werden konnten.
Auf technischer Ebene waren die Entdeckung von Kryoprotektoren, das Einfrieren von Samen mit flüssigem Stickstoff als Kühlmittel und die Einführung des Plastikstrohhalms als Samenbehältnis ein revolutionärer Meilenstein in der Rinderzucht.
Das Einfrieren von Samen hat den Weg für Entwicklungen im internationalen Handel geebnet; in vielen Ländern führte gefrorenes Sperma, auch aus Gründen der Tiergesundheit, zum Verschwinden von Frischsamen aus dem Handel.
Mehr Informationen zum Umgang mit tiefgefrorenem Sperma finden Sie hier.
Der Einsatz der künstlichen Besamung war zudem die eigentliche "Therapie" zur Ausrottung der Trichomoniasis in der Milchwirtschaft in der ganzen Welt und in den Rinderherden in ganz Europa (Yule et al., 1989).
Durch die Verbesserung des Besamungsvorganges an sich konnte zudem die benötigte Spermamenge bei der künstlichen Besamung gesenkt und die maximale Anzahl von Besamungen aus einem einzigen Ejakulat deutlich erhöht werden.
Es kann mit Fug und Recht behauptet werden, dass die Verwendung von gefrorenem Samen die Milchviehzucht revolutioniert hat; wo früher ein Bulle gehalten wurde, um circa 40 Kühe zu besamen, ist es nun möglich, dass ein genetisch herausragender Milchbulle in einem Jahr Tausende von Kälbern zeugt, sein Samen in mehreren Ländern gleichzeitig und noch Jahre nach seinem Tod verwendet werden kann. Der Rekordhalter ist der Bulle „Toy Story“, der den atemberaubenden Rekord von mehr als 2 Millionen verkauften Strohhalmen weltweit und einer Nachkommen Zahl von mehr als 500.000 erreicht hat; dies gibt einen großartigen Überblick über das Potenzial dieser Technologie.
In wirtschaftlicher Hinsicht hat die weit verbreitete Anwendung der künstlichen Befruchtung in Ländern wie den USA in den letzten 50 Jahren zu einer stetigen Verbesserung der genetischen Qualität der Milchkühe und einer Verdoppelung der Milcherträge geführt.
In den letzten Jahren haben sich einige weitere revolutionäre Technologien mit dieser gut etablierten Technik verbunden.
Wenn Sie mehr über das Fruchtbarkeitsmanagement bei Rindern erfahren wollen: Fruchtbarkeit beim Rind - Die Bedeutung eines guten Managements.
Die Einführung der Genomik in den Milchviehbetrieben
Mit der Einführung von genomischen Evaluierungen im Jahr 2009 können Informationen über das genetische Potenzial einer Kuh oder eines Bullen, für die man früher Jahre gebraucht hätte, um sie durch Nachkommenschaftstests zu erhalten, bereits in einem sehr jungen Alter ermittelt werden.
Die genomische Selektion bietet viele Vorteile im Hinblick auf die Verbesserung der Rate des genetischen Zuwachses in Rinderzuchtprogrammen. Zu den wichtigsten Faktoren, die zu einem schnelleren genetischen Zuwachs beitragen, gehören:
- Größere Genauigkeit bei der Vorhersage des genetischen Wertes von Jungtieren.
- Kürzere Generationsintervalle aufgrund des verstärkten Einsatzes von jungen, genetisch überlegenen männlichen und weiblichen Tieren.
- Erhöhte Selektionsintensität, da die Züchter mit Hilfe von Genomtests eine größere Gruppe potenzieller Elitetiere untersuchen können, wodurch sie das Risiko der Inzucht erheblich verringern können.
Das Aufkommen und das Potenzial von gesextem Sperma
Ein weiterer bemerkenswerter Durchbruch war die Technologie des gesexten Spermas. Die Maximierung der Produktion von weiblichen Tieren in Milch- und Rinderherden, die als Ersatz für die Mütter mit den produktivsten Merkmalen verwendet werden sollen, war schon immer von besonderer Bedeutung für Rinderzüchter. Heutzutage kann dies jedoch mit einer 95%-igen Vorhersage-Wahrscheinlichkeit erreicht werden, wenn gesexter Samen verwendet wird, wodurch sich gesextes Sperma als wichtige Biotechnologie für Rinderzüchter entwickelt hat.
Die ersten erfolgreichen Versuche liegen mehr als 30 Jahre zurück, als Dr. Larry Johnson vom US-Landwirtschaftsministerium (USDA) das erste geschlechtsselektierte Sperma herstellte und dabei weibliche und männliche Kaninchensamen trennte.
Das Prinzip der verschiedenen heute verfügbaren Technologien beruht auf der Ausnutzung des unterschiedlichen DNA-Gehalts von X- und Y-tragenden Samenzellen: X-tragende Spermien enthalten 3,8 % mehr Chromatin als ein Y-tragendes Spermium. Die kombinierte Verwendung eines Lebendfarbstoffs für Chromatin und eines angepassten zytofluorimetrischen Systems ermöglicht entweder die physische Trennung zwischen den Spermatypen oder die Deaktivierung der Y-tragenden Spermien, je nachdem, welche Technologie verwendet wird.
Die Fruchtbarkeit der verschiedenen Arten von gesextem Sperma wurde in randomisierten, kontrollierten Versuchen getestet und lag in der Regel in einem Bereich zwischen 80 und 85% der Fruchtbarkeit des konventionellen Samens derselben Bullen (Maicas et. al. 2019, Drake et. al. 2020, Lauber et. al. 2021).
Bei der Bewertung der Leistungen einzelner Herden wird diese Diskrepanz in der Regel nicht bemerkt, da dazu geneigt wird, gesexten Samen bei den fruchtbarsten Herden-Populationen zu verwenden, z. B. bei primiparen Kühen bei der ersten künstlichen Besamung und bei Jungfärsen nur bei der ersten und eventuell zweiten künstlichen Besamung.
Dies ist im Großen und Ganzen eine gute Entscheidung, die es ermöglicht, die Tiere mit dem besten genetischen Wert in der Herde zu nutzen, wobei die erzielten Ergebnisse aufgrund der genutzten Tiergruppe gegebenenfalls überschätzt werden.
Die Implementierung von Fruchtbarkeitsprogrammen für die terminorientierte künstliche Besamung
Eine weitere wesentliche Technologie, die die Art und Weise, wie heutzutage Rinder gezüchtet werden revolutioniert hat, ist die terminorientierte künstliche Besamung (tKB). Diese Programme beruhen auf der Fähigkeit, die physiologischen Vorgänge im Reproduktionszyklus auf Hormonebene von Kühen und Färsen zu kontrollieren, so, dass sie ihre Besamungsbereitschaft zu einem bestimmten Zeitpunkt zum Ausdruck bringen und zu diesem Termin effektiv besamt, werden können.
Der Erfolg dieser Technologie geht auf die Pionierarbeit von Richard Pursley und Milo Wiltbank zurück, die 1995 das Ovsynch-Protokoll entwickelten. Es handelt sich dabei um eine wirksame Methode zur Kontrolle der Entstehung einer Follikelwelle, des Zeitpunkts der Gelbkörperauflösung und schließlich der Auslösung des Eisprungs; dies sind auch heute noch die Ereignisse, auf die abgezielt werden muss, um die Fruchtbarkeit weiblicher Rinder für eine kontrollierte Zucht zu optimieren.
Interessanterweise wurde in einer neueren Untersuchung die Wirksamkeit dieser Programme im Vergleich zum spontanen Brunstverhalten und zur Ovulation analysiert und gezeigt, dass diese Programme die Reproduktionsleistung von Milchkühen verbessern (Fricke et al., 2022). Wie können wir das erklären?
Die einfache Antwort ist, dass diese Programme:
- ein präzises Timing der Zyklus-Ereignisse ermöglichen, endend in einem Eisprung,
- eine optimale Umgebung für die Reifung und Befruchtung der Eizelle ermöglichen,
- und anschließend zu einer erfolgreicheren frühen Entwicklung des Embryos im mütterlichen Fortpflanzungstrakt beitragen.
Ausgehend vom ersten einfachen Ovsynch wurden in den letzten zwei Jahrzehnten viele Vorsynchronisationsprogramme entwickelt, die den Erfolg des ersten Programms noch weiter verbessern.
Das Double-Ovsynch ist dabei das Fruchtbarkeitsprogramm mit den besten Erfolgen für die Besamung von laktierenden Milchkühen. Der wesentliche Vorteil des Programms ist, dass während der Entwicklung des Follikels, der schließlich kurz vor der zeitlich festgelegten künstlichen Befruchtung ovuliert, eine Umgebung mit hohem Progesteronspiegel geschaffen wird.
Mehr zu Progesteron bei Kühen lesen Sie hier.
Ein Nachteil dieses Protokolls ist jedoch seine Dauer von 27 Tagen im Vergleich zu einem klassischen OvSynch mit 10 Tagen Dauer. Aus diesem Grund wird es meist nur für die erste künstliche Befruchtung verwendet und erreicht in vielen Betrieben, in denen es genau eingehalten wird, eine bemerkenswerte Konzeptionsrate nahezu 50% oder sogar darüber hinaus.
Alternative Protokolle, die kürzer sind, aber immer noch hohe Empfängnisraten bei der künstlichen Befruchtung erreichen können, basieren auf modifizierten Ovsynch-Protokollen, bei denen Progesteron mit Hilfe intravaginalen Freisetzungssystemen zugeführt wird.
Diese Systeme ahmen das Vorhandensein eines, natürlich Progesteron absondernden, Gelbkörpers nach, der von grundlegender Bedeutung ist, um die natürliche Fruchtbarkeit der im präovulatorischen Follikel enthaltenen Eizellen bestmöglich zu nutzen.
Fazit
Obwohl seit der industriellen Anwendung der künstlichen Besamung weltweit mehr als 70 Jahre vergangen sind, ist sie weiterhin ein unersetzliches Instrument für Rinderzüchter.
Die Einführung der Genomik hat eine präzisere Auswahl der besten Zuchttiere in der Herde und eine genauere Planung der, den einzelnen Muttertieren zuzuweisenden, Vatertiere ermöglicht.
Der Einsatz von geschlechtsspezifischem Sperma ergänzt die Möglichkeiten der Erzeugung von Nachzucht aus den besten weiblichen Tieren der Herde, was den genetischen Fortschritt in Herden, bei denen diese Technologien genutzt werden, noch weiter beschleunigt.
Programme zur terminorientierten Besamung nutzen die Fruchtbarkeit von Kühen und Färsen zu einem festgelegten Zeitpunkt, um die Chancen der Konzeption dieser Tiere zu maximieren und auch die Wahrscheinlichkeit dieser Tiere, in der Herde zu bleiben und dadurch auch langlebiger zu sein, zu verbessern.
Quellen:
5 Synchronization of ovulation in dairy cows using PGF2alpha and GnRH. Theriogenology.
6 Semen sexing - current state of the art with emphasis on bovine species.
