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Tiergenetik – Grundbegriffe für Imker und Bienenzüchter

Tiergenetik – Grundbegriffe für Imker und Bienenzüchter

Tiergenetik ist keine Hexerei, wenn man die Grundbegriffe kennt. Tiergenetiker Markus Neuditschko und mellifera.ch-Zuchtchefin Gabriele Soland erklären die Grundbegriffe von Zucht und Tiergenetik verständlich (!) für Imker und Bienenzüchter.

Im Zentrum für Bienenforschung ZBF von Agroscope in Bern-Liebefeld erforschen Melanie Parejo und Markus Neuditschko die «Genetische Diversität und Populationsstruktur der Schweizer Honigbienen mittels Genomsequenzierung». Die Grundlage dazu bilden die DNA-Proben von 120 Honigbienen-Völkern aus der Schweiz (72 Mellifera, 31 Carnica, 14 Buckfast und 3 Ligustica) sowie 31 Mellifera-Völkern aus dem französischen Departement Savoyen südlich des Genfersees.

An der Generalversammlung 2016 von mellifera.ch präsentierte Markus Neudtischko die ersten Resultate dieser Studie. Zusammen mit dem erfahrenen Tiergenetiker Neuditschko und mellifera.ch-Zuchtchefin Gabriele Soland haben wir die Grundbegriffe der Tiergenetik für Imker und Bienenzüchter zusammengestellt.

Weitere Berichte über diese Studie:

  • Hybridisierung der Dunklen Biene in der Schweiz (folgt)
  • Populationsstruktur und genetische Marker (folgt)

Die Grundbegriffe von Zucht und Tiergenetik

Ein Klick zum Beispiel auf → Lokale Ökotypen führt direkt zur Begriffserklärung.

→ Population
→ Domestizierung
→ Rasse
→ Wildbienen
→ Zucht
→ Gattung
→ Art
→ Unterart
→ Lokale Ökotypen
→ Morphologie
→ Genetische Hybridanalyse (DNA-Analyse)
→ Zuchtziele
→ Leistungsprüfung
→ Zuchtbuch-Nummer
→ Genetische Marker / Snips

Population

Der Begriff Population (lat. populus: Volk, Menge) bezeichnet eine Gruppe von Individuen der gleichen Art, die aufgrund ihrer Entstehungsprozesse miteinander verbunden sind, eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden und sich zur gleichen Zeit am gleichen Ort befinden.

Von den 150’000 Bienenvölkern in der Schweiz sind rund 10 Prozent oder 15’000 Völker reinrassige Apis mellifera mellifera. Durch die lokale Verbreitung der Völker über die gesamte Schweiz entstanden verschiedene grosse, geografisch zusammenhängende Populationen.

Die grösste Schweizer Population – jene im Schutzgebiet im Kanton Glarus – zählt 1000 reinrassige Mellifera-Völkern. Zwischen dem knapp 3000 Meter hohen Glärnisch und dem Walensee lebt damit die grösste zusammenhängende Mellifera-Populationen der Schweiz. Weitere grosse Populationen mit reinrassigen Dunklen Bienen findet man:

  • im Sarganserland in der Südostschweiz (900 Völker)
  • im Münstertal in der Südostschweiz (300 Mellifera-Völker)
  • im Mellifera-Schutzgebiet Diemtigtal in der Westschweiz (300 Mellifera-Völker)
  • im Mellifera-Schutzgebiet Melchtal in der Zentralschweiz (50 Mellifera-Völker)

Die Dunklen Bienen in der Schweiz haben aufgrund ihrer Reinheit und ihrer Populationsgrösse für die europäische Mellifera-Population grosse Bedeutung. Neben der Schweiz hat auch Irland eine nennenswert grosse, zusammenhängende Populationen der Apis mellifera mellifera.

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Domestizierung

Die Domestizierung oder Domestikation (lat. domesticus: zum Haus gehören) ist ein Veränderungsprozess bei Wildtieren, die durch den Menschen über Generationen hinweg von der Wildform genetisch isoliert werden. Durch die Domestizierung und spätere Züchtung werden Wildtiere zu Haustieren oder Nutztieren und es entstehen verschiedene Rassen.

Die Domestizierung des Hundes begann schon vor 30’000 Jahren, heute gibt es weltweit über 800 Hunde-Rassen. Das Schaf, später das Rind und die Ziege sowie das Schwein wurden vor 11’000 domestiziert, das Kaninchen (Stallhase) interessanterweise erst vor 500 Jahren.

Die Honigbienen sind dagegen biologisch immer noch Wildtiere. Bienenvölker kann man nicht domestizieren, auch wenn sie vom Imker in künstlichen Bienenstöcken gehalten werden.

Juristisch gesehen sind Honigbienen (in der Schweiz) aber je nach Situation Wildtiere oder Nutztiere. Die Gesellschaft Schweizer Tierärzte hat folgende Definition gefunden: «Honigbienen sind als Nutztiere gehaltene Wildtiere».

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Rasse

Der Begriff Rasse ist eine biologische Kategorie, die sich auf Haustiere und Nutztiere beschränkt. Die Rasse fasst Gruppen von Individuen anhand ihrer Ähnlichkeit (Leistung, Verhalten, Aussehen) sowie der gemeinsamen Zuchtgeschichte zu Gruppen zusammen.

Bei der Honigbiene als Wildtier spricht man dagegen von Unterarten.

Ausser bei der Buckfast-Biene, die als Kreuzungsrasse der Westlichen Honigbiene (Apis mellifera) ab 1916 von Bruder Adam im englischen Kloster Buckfast gezüchtet wurde. Dazu kreuzte er zuerst Ligustica- mit Mellifera-Bienen. Später begann er mit der systematischen Einkreuzung von anderen Unterarten.

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Wildbienen

Auch wenn Honigbienen biologisch Wildtiere sind, dürfen sie nicht mit Wildbienen verwechselt werden. Der Begriff Wildbiene hat in der Biologie keinerlei systematische Relevanz. Volkstümlich meint man damit – mit Ausnahme der Honigbienen – alle anderen Arten der Überfamilie Apidea (Echte Bienen). Zu den Wildbienen gehören in der Schweiz die Hummeln sowie rund 600 andere Arten von solitär lebenden Bienen und Kuckucksbienen.

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Zucht

Als Zucht wird in der Biologie die kontrollierte Fortpflanzung mit dem Ziel der genetischen Umformung bezeichnet. Dabei sollen durch entsprechende Zuchtauslese (Selektion) gewünschte Eigenschaften verstärkt und unerwünschte Eigenschaften ausgemerzt werden. Bei den Honigbienen zum Beispiel:

  • Honigertrag (mehr)
  • Verteidigungsbereitschaft (weniger)
  • Varroa-Resistenz (mehr)

Bei der Reinzucht werden Tiere derselben Unterart miteinander verpaart. Die Unterart stellt eine sogenannte Reinzucht-Population dar. Die Zuchtpopulation ist aber nur ein Teil der Schweizer Gesamtpopulation. Der grosse Rest der Population wird mit Standbegattung vorwiegend in den Schweizer Schutzgebieten gehalten.

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Gattung

Die Honigbienen (Apis) sind eine Gattung aus der Familie der Echten Bienen (Apidae). Die Gattung umfasst neun staatenbildende Arten, von denen die meisten in Asien heimisch sind. Für die weltweite Imkerei hat die Westliche Honigbiene (Apis mellifera) die grösste Bedeutung.

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Art

Die Art ist die Grundeinheit der biologischen Systematik. Jede biologische Art ist ein Resultat der Artbildung, also der Entstehung neuer biologischer Arten durch die Evolution. Die Grunddefinition einer Art ist die gemeinsame Fortpflanzungsfähigkeit. Nur Tiere der gleichen Art können sich gemeinsam fortpflanzen.

Zwischen den verschiedenen Arten gibt es eine Fortpflanzungsbarriere. So können sich die Westliche  Honigbiene (Apis mellifera) aus Europa und die Östliche Honigbiene (Apis cerana) aus Asien natürlicherweise nie verkreuzen. Eine künstliche Verkreuzung würde nur unfruchtbare F1-Nachkommen (die Parentalgeneration) hervorbringen.

Der wissenschaftliche Name einer Art setzt sich nach der von Carl von Linné 1753 eingeführten Nomenklatur aus drei Teilen zusammen und wird immer kursiv geschrieben:

Gattung gross geschrieben Apis (Honigbienen)
Art klein geschrieben Apis mellifera (Westliche Honigbiene)
Unterart klein geschrieben Apis mellifera mellifera (Dunkle Biene)
klein geschrieben Apis mellifera carnica (Carnica)
klein geschrieben Apis mellifera ligustica (Ligustica)

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Unterart

Der Begriff Unterart ist eine biologische Kategorie für Wildtiere. Die Unterart fasst Gruppen von Individuen anhand ihrer Ähnlichkeit (Leistung, Verhalten, Aussehen) sowie der gemeinsamen Zuchtgeschichte zu Gruppen zusammen. Sie liegt in der taxonomischen Rangstufe unterhalb der Art:

Gattung Honigbienen (Apis)
Art Westliche Honigbiene (Apis mellifera)
Unterart Dunkle Biene (Apis mellifera mellifera)
Carnica (Apis mellifera carnica)
Ligustica (Apis mellifera ligustica)

Honigbienen verschiedener Unterarten können sich paaren und fruchtbare Nachkommen erzeugen. Aus der Paarung von Apis mellifera mellifera und Apis mellifera ligustica entstand zum Beispiel die Kreuzungsrasse Buckfast.

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Lokale Ökotypen

Umfasst eine Unterart ein sehr grosses Gebiet, können sich innerhalb der Unterart verschiedene Ökotypen bilden. Diese unterscheiden sich morphologisch nicht genügend, um eine eigene Unterart darzustellen und werden deshalb als lokale Ökotypen bezeichnet.

Die lokalen Ökotypen der Apis mellifera mellifera unterscheiden sich vorwiegend aufgrund ihrer ökologischen Anpassung an den Standort. Zu den bekannten lokalen Ökotypen gehören die Nigra aus der Schweiz, die Braunelle aus den österreichischen Bundesländern Salzburg und Tirol sowie die Heidebiene aus Deutschland.

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Morphologie

Die Morphologie (griech. morphé: Gestalt oder Form und lógos: Lehre) ist die Lehre von der Struktur und Form der Organismen. Den Begriff Morphologie hat übrigens Johann Wolfgang von Goethe geprägt. Nach fünfzig Jahre systematischem Naturstudium beschrieb der deutsche Dichter 1790 in seinem «Versuch die Metamorphose der Pflanzen zu erklären» seine morphologische Lehre.

Die Morphologie der Honigbienen prägte Gottfried Goetze, in den 1940er Jahren Leiter des Bieneninstitutes Mayen im Rheinland. Goetze entdeckte zwei Merkmale zur Unterscheidung der Apis mellifera mellifera und der Apis mellifera carnica: die Länge des Überhaars und den Cubitalindex, also das Verhältnis der Länge bestimmter Flügeladern.

Für die Bienenzucht empfahl Goetze 1948 in seinem Buch «Imkerliche Züchtungspraxis» die Merkmals-Körung anhand von Körpergrösse, Rüssellänge, Panzerfarbe, Haarlänge, Filzbindenbreite und Cubitalindex. Damit sollten die Züchter die Unterarten unterscheiden und Kreuzungen ausscheiden können, um innerhalb der reinen Rasse züchten zu können.

Später erstellte Friedrich Ruttner, Leiter des Bieneninstitutes im österreichischen Lunz am See und später des deutschen Bieneninstitutes Oberursel, eine Standard-Morphometrie mit 36 Merkmalen der Honigbiene. Die Auswertung einer einzigen Probe mit der vollen Standard-Morphometrie Ruttners dauerte eine Woche. Bienenzüchter verwenden deshalb nur die fünf Kriterien der Basis-Morphometrie Goetzes – und die Morphometrie bleibt bis heute auf dem Erkenntnisstand der 1940er Jahre.

Den ersten wissenschaftlichen Vergleich von Morphometrie und Genetik erstellte Andrzej Oleksa von der Universität in Bydgosz (PL). Oleksa untersuchte von Hunderten von Honigbienen jeweils einen Vorderflügel mit der Software DrawWing, die 18 Koordinaten des Flügels erfasst. Parallel dazu untersuchte Oleksa das genetische Profil der Honigbienen. Die Validierung der morphometrischen Resultate mit den genetischen Daten ergab bei reinrassigen Tieren eine Übereinstimmung von nur 80 Prozent. Hybride wurden sogar nur in 60 Prozent der Fälle korrekt klassiert. Eine für die Reinzucht und Erhaltungszucht fatale Fehlerquelle.

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Genetische Hybridanalyse (DNA-Analyse)

In den 1980er Jahren entwickelte die Bienenwissenschaft die ersten genetischen Methoden (also DNA-Analysen). Seit 2003 ist das Genom der Honigbiene vollständig entschlüsselt und in der Wissenschaft wurde die Morphometrie durch die genetische Hybridanalyse abgelöst. Sie analysiert direkt den genetischen Code und schalten damit Verwischungen durch Umwelteinflüsse aus.

Das Zentrum für Bienenforschung ZBF in Bern-Liebefeld bot 2006 erstmals genetische Hybridanalysen und Rassebestimmungen für Bienenzüchter an. Die Dienstleistung wird seit 2008 vom privaten Bieneninstitut Apigenix weitergeführt. In den ersten Jahren war die genetische Hybridanalyse sehr teuer. Heute jedoch sind genetische Hybridanalysen auch für die einzelnen Reinzüchter erschwinglich.

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Definitionen von Zuchtzielen

Where to go? (engl: Wohin wollen wir?) ist die erste Frage bei der Definition der Zuchtziele. Die Zuchtziele der 35 zertifizierten Schweizer Reinzüchter der Apis mellifera mellifera werden je nach Linie, Reinzüchter, und Gruppenzusammensetzung festgelegt:

  • gutes Hygieneverhalten
  • Varroa-Resistenz
  • Sanftmut
  • ruhiger Sitz auf den Waben
  • geringe Schwarmneigung
  • ausgeglichener Honigertrag
  • Winterfestigkeit

How to get there? (engl.: Wie erreichen wir unser Ziel?) ist die zweite Frage bei der Definition der Zuchtziele. Die zertifizierten Schweizer Reinzüchter der Apis mellifera mellifera erheben die Leistung der Völker in Leistungsprüfungen auf einheitlich aufgebauten Prüfständen. Die Prüfstände liefern wiederum die Datengrundlage für eine wissenschaftliche Zuchtwertschätzung am Länderinstitut für Bienenkunde in Hohen Neuendorf (D).

Bei der sogenannten Ringverteilung werden die Königinnen der Reinzüchter anonym auf die Prüfstände verteilt. So kann einerseits jede Beeinflussung verhindert werden, andererseits können die Umweltfaktoren weitgehend ausgeschaltet werden. Die Zuchtwerte gewinnen so an Sicherheit, was einen positiven Effekt auf den Zuchtfortschritt hat.

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Leistungsprüfung

Zur Evaluation der Zuchtwerte wird eine systematische Leistungsprüfung auf den 25 unabhängigen Prüfständen der Zucht- und Prüfgemeinschaft «Dunkle Biene Schweiz» durchgeführt. 2015 wurden 23 Zuchtlinien à zwölf Zuchtköniginnen (= 276 Königinnen) an die Prüfstände weitergegeben (plus je zwei Ersatzköniginnen). Nach einem Jahr reichten die Prüfstandsleiter 168 Prüfabschlüsse ein (= 64 Prozent der Zuchtköniginnen).

Die Zuchtwerte werden am Länderinstitut für Bienenkunde in Hohen Neuendorf (D) berechnet und können auf der Beebreed-Website eingesehen werden.

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Zuchtbuch-Nummer

Die Zuchtbuch-Nummer ist immer nach dem gleichen Schema zusammengesetzt. Am Beispiel der Zuchtbuch-Nummer 50-xx-yyxxxx-2016:

  • 50 mellifera.ch
  • xx Reinzüchter-Nummer
  • yy Belegstations-Nummer
  • zzzz Auffuhr-Nummer
  • 2016 Jahr

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Genetische Marker / Snips

Genetische Marker (engl. marker: Markierung) identifizieren eindeutig erkennbare Variationen im Erbgut (Genom). Der aktuell am häufigsten verwendete genetische Marker ist der Single Nucleotide Polymorphismus SNP (engl. Abkürzung snip: Schnipsel). Die Snips beziehen sich auf die Variation eines einzelnen Basenpaars im gesamten Genom.

Mittels Genom-Sequenzierung können aktuell über 3 Millionen dieser Variationen im Genom der Honigbiene identifiziert werden, wobei sich nicht alle Variationen in einem Gen befinden, sondern auch zwischen Genen liegen. Snips bilden somit eine gute Grundlage die Erbinformationen von Honigbienen zu entschlüsseln.

Mit Snips können auch Variationen in Genen identifiziert werden, welche einen Einfluss auf wichtige Zuchtmerkmale wie die Varroa-Resistenz haben. Vorausgesetzt man kennt alle Variationen in einem Genom, welche eine Zuchtmerkmal positiv oder negative beeinflussen, können Honigbienen effizient selektioniert werden. Diese Art der Selektion wird als «Genomische Selektion» bezeichnet. Durch diese Innovation können auch bei Honigbiene rasche Zuchtfortschritte erzielt werden.

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© Foto: Jürg Vollmer / mellifera.ch

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