Univ., Diss., 2005--Giessen

Zugl.: Berlin, Freie University, Diss., 2009.

Würzburg, University, Diss., 2005.

The process of sex-determination can be better understood through examinations of developing organs and cells, which are involved in the formation of undifferentiated gonad. This mechanisms show in fish a broad variety, ranging from hermaphroditism to gonochorism and environmental to genetic sex determination. Hormones and abiotic factors such as temperature and pH can influence teleost development and reproductive traits. These factors are vulnerable to pollutants and climate changes. Therefore, it is important to examine gonad development and sex-determination/differentiation in teleost fish. Teleost fish are the largest known group of vertebrates with approximately 25,000 species and are used for such kind of examinations as model organisms. Recently, in Oryzias latipes (medaka), dmrt1bY (or dmy), a member of the Dmrt gene family, has been described as testis-determining gene. However, this gene is not the universal master sex-determining gene in teleost fish. Although dmrt1bY is present in the most closely related species of the genus, namely Oryzias curvinotous, it is absent from other Oryzias species, like Oryzias celebensis, and other fish. During my thesis, I studied gonad development in medaka and in the closely related species Oryzias celebensis. Germ cell specification in medaka seems to be dependent on maternally provided cytoplasmatic determinants, so called germ plasm. Nanos and vasa are such germ cell specific genes. In zebrafish they are asymmetrically localized in the early embryo. I have shown that nanos mRNA is evenly distributed in the early embryo of medaka. A similar pattern has been already described for the medaka vasa homolog, olvas. This suggests differences in PGC specification in zebrafish and medaka. Further, the vasa homolog was isolated and the expression pattern examined in O. celebensis. The results show that it can be used as a germ cell specific marker. Additionally, the primordial germ cell migration in O. celebensis was followed, which is similar to medaka PGC migration. Primordial germ cell migration in vertebrates is dependent on the chemokine stromal cell-derived factor 1 (Sdf-1). Medaka has two different sdf-1 genes, sdf-1a and sdf-1b. Both genes are expressed in the lateral plate mesoderm (LPM). During late embryonic development, I could show that sdf-1a is expressed in newly formed somites and not longer in the LPM. Sdf-1b expression persisted in the posterior part of the lateral plate mesoderm in the developing gonad. In terms of early and late functions, this suggests subfunctionalization of sdf-1a and sdf-1b. In “higher” vertebrates, genes that are involved in the process of gonad development have been studied in detail, e.g. Wt1, Sox9, and Amh. I have analyzed the expression pattern of wt1 and sox9 co-orthologs and amh. In both, the medaka and O. celebensis, wt1a transcripts were localized in the LPM and its expression was similar to sdf-1a gene expression in medaka. Wt1b expression was restricted to the developing pronephric region. During later embryonic development, wt1a is specifically expressed in the somatic cells of the gonad primordium in both sexes. This is the first time that in fish wt1 gene expression in developing gonads has been described. Therefore, this result suggests that wt1a is involved in the formation of the bipotential gonad. Furthermore, I have analyzed the gonad specific function of the wt1 co-orthologs in medaka. I could show that a conditional co-regulation mechanism between Wt1a and Wt1b ensures PGC maintenance and/or survival. The expression of sox9 genes in medaka and sox9b in O. celebensis were detected in the somatic cells of the gonad primordium of both sexes. Additionally, I have shown that amh and amhrII in medaka are expressed in somatic cells of the gonad primordium of both sexes. This suggests that sox9b, amh and amhrII are involved in gonad development and have specific functions in the adult gonad. In O. celebensis I could detect an expression of dmrt1 already six days after fertilization in half of the embryos, which is similar to the dmrt1bY expression in medaka. Whether the expression of dmrt1 is male specific in O. celebensis is currently under investigation. Altogether, the obtained results provide new insights into gene expression patterns during the processes of gonad development. Furthermore, no differences in the expression pattern of wt1a and sox9b during gonad development between the medaka and O. celebensis could be detected. This might indicate that the genetic mechanisms during gonad development are similar in both species. / Die Untersuchung der Keimzellwanderung in O. celebensis zeigte hohe Ähnlichkeiten zu der bereits Beschriebenen im Medaka. Die Keimzellwanderung in Wirbeltieren ist abhängig von stromal cell-derived factor 1 (Sdf-1), einem chemotaktisch wirkendem Zytokinin. Im Medaka existieren zwei sdf-1 Gene, sdf-1a und sdf-1b, die während der embryonalen Entwicklung im Seitenplattenmesoderm (LPM) exprimiert werden. Die Expression der beiden Gene unterscheiden sich jedoch zeitlich und auch örtlich im LPM. Dies lässt vermuten, dass sich im Verlauf der Evolution eine frühe und eine späte keimzellspezifische Funktion zwischen sdf-1a und sdf-1b aufgeteilt hat. In „höheren“ Wirbeltieren wurden schon verschiedene Gene, z.B. Wt1, Sox9 und Amh, in dem Prozess der Gonadenentwicklung beschrieben. Die Expressionsmuster von wt1 und sox9 Co-Orthologen und amh habe ich während meiner Arbeit untersucht. Im Medaka und in O. celebensis wird wt1a im LPM transkribiert und ähnelt der von sdf-1a im Medaka. Die Expression von wt1b erfolgt hingegen nur in der Region der Vorläufer-Niere. Im weiteren Verlauf der Embryogenese ließen sich wt1a Transkripte erstmalig in somatischen Zellen des Gonaden-Vorläufers nachweisen. Wt1a spielt vermutlich eine Rolle in der Entwicklung der bipotentialen Gonade. Die funktionelle Analyse von wt1 Genen im Medaka zeigte, dass durch eine konditionale Co-Regulation zwischen wt1a und wt1b die Keimzellen überleben bzw. erhalten bleiben. Die Expression von sox9b im Medaka und in O. celebensis ließ sich in somatischen Zellen des Gonaden-Vorläufers nachweisen. Zusätzlich werden amh und amhrII ebenfalls in somatischen Zellen beider Geschlechter exprimiert, daher kann man eine wichtige Rolle dieser Gene während der Gonadenentwicklung und in der adulten Gonade annehmen. Die Expression von dmrt1 in O. celebensis konnte ich, in etwa der Hälfte der beobachteten Embryonen, bereits schon früh in der embryonalen Entwicklung (6 Tage nach der Befruchtung) nachweisen. Das Transkriptionsmuster von dmrt1 in O. celebensis ist ähnlich der Expression von dmrt1bY im Medaka. Inwieweit diese Expression in O. celebensis spezifisch für Männchen ist wird zurzeit noch untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen neue Einblicke in die Genexpressionsmuster der Gonadenentwicklung von Medaka und O. celebensis und weisen neue Möglichkeiten für weitere Forschungen auf. Des Weiteren konnte ich im Verlauf der Gonadenentwicklung keine Unterschiede in der Genexpression von wt1a und sox9b zwischen Medaka und O. celebensis nachweisen. Dies deutet an, dass die genetischen Mechanismen der Gonadenentwicklung zwischen den beiden nahverwandten Arten sehr ähnlich sind.

A large variety of sex determination systems have been described in fish. However, almost no information is available about sex determination in the classical fish models, the zebrafish Danio rerio and the pufferfish Takifugu rubripes. A DNA-binding protein gene called dmrt1bY (or DMY) has been recently described as an outstanding candidate for the primary sex-determining gene in the medaka fish Oryzias latipes. But this gene is not the universal master sex-determining gene in teleost fish, since dmrt1bY is not found in most other fishes. Hence, other fish models need to be examined including the platyfish Xiphophorus maculatus. Xiphophorus maculatus has three types of sex chromosomes (X, Y and W; females are XX, WX or WY; males are XY or YY). Its gonosomes are at an early stage of differentiation. The sex-determining locus on the sex chromosomes is flanked by two receptor tyrosine kinase genes, the Xmrk oncogene and its protooncogenic progenitor gene egfrb, which both delimit a region of about 0.6 centiMorgans. This situation should allow the positional cloning of the sex-determining gene (SD) of the platyfish. For this purpose, Bacterial Artificial Chromosome (BAC) contigs were assembled from a BAC library of XY males constructed in our laboratory, using the oncogene Xmrk, egfrb, as well as a Y-specific pseudogene called ps-criptY as starting points. The ps-criptY sequence was found to be closely linked to the SD gene, since no recombination was observed between SD and ps-criptY in more than 400 individuals tested. Two major BAC contigs for the X chromosome (about 2.5 Mb) and three major BAC contigs for the Y chromosome (about 3.5 Mb) were built up and analyzed by strategic sequencing. These are some of the largest contigs ever assembled for the sex chromosomes of a non-mammalian vertebrate species. The molecular analysis of the ps-criptY contig was the major objective of this work. The Y-specific ps-criptY contig has been extended over 1 Mb in this work with 58 identified molecular markers. Approximatively 700 kb of non-redundant sequences has been obtained from this contig by strategic sequencing. Numerous Y-linked markers from the contig including ps-criptY were also detected on the X chromosome. Nevertheless, major structural differences were observed between the X and Y chromosomes. Particularly, a large region, which is present at one copy on the X chromosome and contains several candidate genes, was found to be duplicated on the Y chromosome. Evidence for an inversion in the sex-determining region and for the Y-specific accumulation of a repeated sequence called XIR was also obtained. Such events might correspond to an initiation of differentiation between both types of gonosomes. Accumulation of transposable elements was also observed in the ps-criptY contig. A DNA transposable element, helitron, was isolated from the sex-determining region of X. maculatus. Three copies of helitron are located on the ps-criptY contig and one copy on the X-linked contig (helitron has roughly 15 copies per haploid genome). No in-frame stop codon, truncation or intron was found in these four copies, which present high nucleotide identities to each other. This suggests that helitron elements might be active or have been recently active in X. maculatus. A consensus open reading frame of helitron was also assembled from medaka (Oryzias latipes) genomic sequences. Two candidate genes from the ps-criptY contig are also located on the W chromosome in the X. maculatus Usumacinta strain (heterogamety). These markers show the relationship between the different types of gonosomes and allow to compare the male and female heterogameties in the platyfish. Several gene candidates were identified in the ps-criptY contig. However, some of them such as msh2, cript, igd and acr probably correspond to pseudogenes. Interestingly, a novel gene, called swimy, is exclusively expressed in spermatogonia of the adult testis. Swimy is a gene encoding a DNA-binding protein with several putative DNA-binding domains. The data suggest that swimy is a very promising candidate for the master SD gene. Another novel gene, which is called fredi and encodes a novel helix-turn-helix protein, is predominately expressed in the adult testis and currently under scrutiny. There is no doubt that the master SD gene of X. maculatus will be identified by positional cloning. Further molecular analysis of the contigs built in this work will shed new light on the molecular mechanism of sex determination and the evolution of sex chromosomes in fish. / In Fischen wurde eine große Anzahl Geschlechtsbestimmungssysteme beschrieben. Allerdings gibt es kaum Informationen über die Geschlechtsbestimmung der klassischen Modellorganismen, des Zebrafisches Danio rerio und des Pufferfisches Takifugu rubripes. Das für ein DNA-bindendes Protein kodierende Gen dmrt1bY (oder DMY) wurde kürzlich als ein herausragender Kandidat für das primäre Geschlechts-bestimmungsgen im Medaka Oryzias latipes beschrieben. Dieses Gen ist jedoch nicht das universelle Geschlechtsbestimmungsgen der echten Knochenfische (Teleostei), da dmrt1bY in den meisten anderen Fischen nicht identifiziert werden konnte. Deshalb dienen andere Fische wie der Platy Xiphophorus maculatus als Modelle. Xiphophorus maculatus besitzt drei Geschlechtschromosomen X, Y und W in einem frühen Stadium der Differenzierung (Weibchen sind XX, WX oder WY, Männchen XY oder YY). Der geschlechtsbestimmende Locus wird flankiert von zwei Rezeportyrosinkinase-Genen, dem Onkogen Xmrk und seinem Vorläufer, dem Proto-onkogen egfrb. Sie markieren eine Region von ca. 0.6 centiMorgan, was die positionelle Klonierung des geschlechtsbestimmenden Gens SD des Platys erlauben sollte. Zu diesem Zweck wurden BAC- (Bacterial Artificial Chromosome-) Contigs der X- und Y-Chromosomen aus einer genomischen Bibliothek erstellt, wobei Xmrk, egfrb und das Y-spezifische Pseudogen ps-criptY als Startpunkte gewählt wurden. Ps-criptY ist eng an SD gekoppelt, wie die Analyse von über 400 Individuen zeigte. Zwei BAC-Contigs des X-Chromosoms (ca. 2.5 Mb) und drei BAC-Contigs des Y-Chromosoms (ca. 3.5 Mb) wurden erstellt und durch strategisches Sequenzieren analysiert. Dies sind einige der größten geschlechtschromosomalen Contigs, die je für eine Wirbeltierart außerhalb der Säuger erstellt wurden. Der Aufbau und die molekulare Analyse des BAC-Contigs um ps-criptY war Hauptziel dieser Arbeit. Dieses Y-spezifische Contig wurde durch die Analyse von 58 molekularen Markern in dieser Arbeit um über eine Megabase erweitert. Fast 700 kb nicht-redundanter Sequenz konnten durch strategisches Sequenzieren analysiert werden. Obwohl eine Vielzahl von Markern des Y-Chromosoms inklusive ps-criptY ebenfalls auf dem X-Chromosom detektiert wurden, konnten große strukturelle Unterschiede der Geschlechtschromosomen nachgewiesen werden. Im besonderen konnte die Duplikation einer großen Region des X-Chromosoms, die mehrere Genkandidaten enthält, auf dem Y-Chromosom gezeigt werden. Außerdem konnte die Inversion dieser Region inklusive einer Akkumulation der repetitiven Sequenz XIR konnte belegt werden. Solche Ereignisse entsprechen einer beginnenden Differenzierung zwischen heteromorphen Geschlechtschromosomen. Außerdem wurde die Akkumulation transposabler Elemente im ps-criptY-Contig beobachtet. Eines dieser Elemente, helitron, konnte aus der geschlechtsbestimmenden Region von X. maculatus isoliert werden. Von den vier Kopien der geschlechts-bestimmenden Region (3 Kopien im ps-criptY-Contig des Y-Chromosoms, 1 Kopie im Xmrk-Contig des X-Chromosoms, 15 im gesamten Genom) enthielt keine ein vorzeitiges Stop-Codon, Unterbrechung oder sonstige Störung des offenen Leserasters. Dies könnte darauf hinweisen, dass die helitron-Elemente in X. maculatus noch aktiv sind oder bis vor kurzem waren. Ein Konsensus-ORF des helitron-Elements konnte auch aus Datenbank-Sequenzen des Medaka (Oryzias latipes) erstellt werden. Zwei Genkandidaten des ps-criptY-Contigs konnten auch auf dem W-Chromosom von X. maculatus (Rio Usumacinta, weibliche Heterogametie) nachgewiesen werden. Diese Marker zeigen die enge Beziehung zwischen den Geschlechtschromosomen des Platys und ermöglichen eine detaillierte Untersuchung von männlicher und weiblicher Heterogametie im Platy. Verschiedene Genkandidaten konnten im ps-criptY-Contig identifiziert werden. Allerdings zeigte die Analyse, dass einige davon, wie msh2, cript, igd und acr Pseudogene darstellen. Interessanterweise ist eines dieser Gene, swimy, ausschließlich in Spermatogonien exprimiert. Dieses neue Gen kodiert für ein Protein mit mehreren DNA-bindenden Domänen. Diese Daten machen swimy zu einem vielversprechenden Kandidaten für SD. Ein weiteres neues Gen, fredi, kodiert für ein Helix-Loop-Helix Protein, ist ebenfalls im adulten Hoden exprimiert und wird gerade eingehender analysiert. Zweifellos wird das geschlechtsbestimmende Gen in X. maculatus durch positionelle Klonierung identifiziert werden. Weitergehende molekulare Analysen der geschlechtschromosomalen Contigs werden Licht in die molekularen Grundlagen der Geschlechtsbestimmung und die Evolution der Geschlechtschromosomen in Fischen bringen.

Zugl.: Hamburg, Univ., Magisterarbeit, 2004

Universiẗat, Diss., 2000--Tübingen.

In Deutschland werden jährlich über 40 Millionen männliche Eintagsküken aus Legelinien aufgrund vorrangig wirtschaftlicher Interessen getötet. Dies stellt sowohl ein ethisches als auch ein tierschutzrechtliches Problem dar (ANON. 2006, IDEL 2007). Gerade vor dem Hintergrund aktueller politischer Entscheidungen (MUNLV NRW 2013, NI MELV 2014) besteht ein Bedarf an Alternativen zur Tötung männlicher Eintagsküken. Verschiedene Lösungsansätze wie z. B. das Zweinutzungshuhn (ICKEN et al. 2013) oder aber die Mast männlicher Geschwisterhühner (KAUFMANN und ANDERSSON 2013) sind derzeit aus ökonomischen und ökologischen Gründen nicht flächendeckend realisierbar. Eine weitere Möglichkeit bietet die In-ovo-Geschlechtsbestimmung. Hierbei wird das embryonale Geschlecht bereits vor dem Schlupf identifiziert; nachfolgend können die Eier mit männlichen Embryonen aussortiert werden. Um sowohl ethischen als auch tierschutzrechtlichen Aspekten Genüge zu tun, sollte die Geschlechtsidentifikation dabei vor Einsetzen des embryonalen Schmerzempfindens stattfinden (Tag 10 + 12 h der Bebrütung; CLOSE et al. 1997). Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer verlässlichen Methode zur In-ovo-Geschlechtsbestimmung anhand geschlechtsspezifischer Differenzen im Hormongehalt der Allantoisflüssigkeit sieben bis zehn Tage alter Hühnerembryonen. Nachfolgend wurde der Einfluss der Geschlechtsbestimmung auf die embryonale Entwicklung, Schlupferfolg, Aufzucht sowie die Leistungsparameter der adulten Tiere analysiert. Im Rahmen der ersten Teilstudie erfolgte die Beprobung von n = 750 Eiern des Braunlegehybrids Lohmann Brown (LB, Lohmann Tierzucht GmbH, Deutschland). Der minimalinvasiven Entnahme von Allantoisflüssigkeit folgte die Untersuchung auf 17β-Östradiol (E2), Östronsulfat (E1S) und Testosteron mittels an das Haushuhn angepassten Enzymimmunoassays (ELISA). Es konnten sowohl für E2 als auch für E1S signifikante (p < 0,01) geschlechtsspezifische Differenzen in der Allantoisflüssigeit von neun und zehn Tage alten Embryonen nachgewiesen werden. Die Testosteronkonzentration hingegen zeigte an keinem der untersuchten Tage geschlechtsabhängige Unterschiede und erwies sich somit für die In-ovo-Geschlechtsbestimmung als ungeeignet. Die statistische Auswertung ergab, dass die Bestimmung von E1S eine frühere und genauere Geschlechtsidentifikation ermöglicht als die von E2. Der für E1S festgelegte Grenzwert erreicht bei neun Tage alten Embryonen eine 86%ige Sensitivität und 83%ige Spezifität. In der zweiten Teilstudie wurde die zuvor etablierte Technik der Geschlechtsbestimmung mittels E1S an 8 + 4 h (n = 2420) und 9 + 4 h (n = 2850) Tage alten Embryonen der Herkunft LB sowie an n = 150 9 + 4 h alten Embryonen des Weißlegehybrids Lohmann Selected Leghorn (LSL, Lohmann Tierzucht GmbH, Deutschland) überprüft. Das Geschlecht der 8 + 4 h Tage alten Embryonen konnte zu 84 % korrekt identifiziert werden. Dieser Wert stieg bei 9 + 4 h Tage alten Embryonen auf 98 % (LB) bzw. 100 % (LSL) an. Im Vergleich zu einer unbehandelten Kontrollgruppe (n = 5258) wurde die Schlupfrate durch die Entnahme von Allantoisflüssigkeit um 1,4 - 3,5 (LB) bzw. 12,7 Prozentpunkte (LSL) reduziert. Nachfolgend wurden 150 Tiere der Versuchsgruppe und 80 Tiere der Kontrollgruppe für eine Aufzuchtperiode von 17 Wochen eingestallt. Hierbei zeigten sich hinsichtlich des Körpergewichtes signifikante (p < 0,05) Unterschiede zwischen Versuchs- und Kontrollgruppe in Woche 4 und 6, wobei die Zunahmen in der Versuchsgruppe geringer waren. Anschließend wurde die Leistung von 120 Tieren der Versuchsgruppe und 60 Tieren der Kontrollgruppe bis Lebenswoche 33 bezüglich Legeleistung, Eigewicht, Körpergewicht sowie Futterverbrauch analysiert. Bei keinem der untersuchten Parameter konnten signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt werden (p > 0,05). Die Resultate der vorliegenden Arbeit zeigen, dass eine verlässliche Geschlechtsbestimmung in ovo bei 9 + 4 h Tage alten Hühnerembryonen mithilfe einer Bestimmung der E1S-Konzentration in der Allantoisflüssigkeit möglich ist; zudem ist die beschriebene Methode bei verschiedenen Legelinien anwendbar. Die Entnahme von Allantoisflüssigkeit führt zwar zu einer minimalen Reduktion der Schlupfrate, bei adulten Legehennen kommt es jedoch zu keiner Beeinträchtigung der Produktionsleistung. Demnach erfüllt das etablierte Verfahren alle Grundvoraussetzungen für eine Anwendung in kommerziellen Brütereien. Da die Geschlechtsbestimmung vor Einsetzen des embryonalen Schmerzempfindens erfolgt, kann sie somit als Grundlage für eine ethisch vertretbare Alternative zum Töten männlicher Eintagsküken angesehen werden. / In Germany about 40 million day-old male chicks are culled each year predominantly because of economic reasons. From the animal welfare as well as the ethical point of view this is a problematic situation (ANON. 2006, IDEL 2007). Particularly with regard to current political decisions (MUNVL NRW, NI MELV 2014) alternatives to the culling of male day-old chicks are required. Different approaches such as a dual-purpose breed (ICKEN et al. 2013) or the fattening of male layer-hybrids (KAUFMANN and ANDERSSON 2013) are not ubiquitous marketable at present due to economic and ecological reasons. In ovo sexing represents another option; the embryonic gender is determined before hatch and the eggs containing male embryos can be eliminated subsequently. To comply with ethical and animal welfare aspects, the sexing should take place before the onset of embryonic pain perception (embryonic day 10 + 12 h; CLOSE et al. 1997). Aim of this thesis was the development of a reliable method for in ovo gender identification with the help of sex-specific differences in the hormone concentration of the allantoic fluid of seven to ten day old chick embryos. Subsequently, the influence of gender identification on embryonic development, hatching rate, rearing as well as production performance of the adult hens was analysed. Within the first study n = 750 eggs of the brown layer-hybrid Lohmann Brown (LB; Lohmann Tierzucht GmbH, Germany) were sampled for allantoic fluid. After the minimally invasive withdrawal the allantoic fluid was analysed via enzyme immunoassays (ELISA) adapted to domestic chicken for 17β-oestradiol (E2), oestrone sulphate (E1S) and testosterone. With regard to E2 and E1S, significant (P < 0.01) sex-specific differences were observed in the allantoic fluid of nine and ten day old embryos. Testosterone on the other hand displayed no gender-related variances on any of the analysed days. Therefore, it proved to be unsuitable for gender identification using the method applied in this study. Statistical analysis showed that the analysis of E1S allows an earlier and more accurate sexing than the E2-assay. The limit value determined for E1S has a sensitivity of 86 % and a specificity of 83 % for nine day old embryos. The previously established method for gender identification via E1S detection in the allantoic fluid was verified with a larger number of samples in the second study. The allantoic fluid of day 8 + 4 h (n = 2420) and day 9 + 4 h (n = 2850) old LB embryos as well as n = 150 day 9 + 4 h old embryos of the white layer-hybrid Lohmann Selected Leghorn (LSL; Lohmann Tierzucht GmbH, Germany) was analysed. For day 8 + 4 h old embryos the sex was correctly identified in 84 %. The accuracy of gender prediction increased for day 9 + 4 h old embryos up to 98 % (LB) and 100 % (LSL). Compared to an untreated control group (n = 5258) sampling of allantoic fluid reduced the hatching rate by 1.4 - 3.5 (LB) and 12.7 points of percentage (LSL). In the following, 150 animals of the experimental group and 80 animals of the control group were reared for a period of 17 weeks. With regard to the body weight significant differences (P < 0.05) were observed in weeks 4 and 6, with the animals of the experimental group having a lower body weight. Subsequently the production performance of 120 hens from the experimental and 60 hens from the control group was analysed up to an age of 33 weeks. With respect to egg production, egg weight, body weight and feed consumption no significant differences (P > 0.05) were observed between the groups. The results of this thesis demonstrate that a reliable in ovo sexing of day 9 + 4 h old chicken embryos is possible via the measurement of E1S in the allantoic fluid; additionally the method is not limited to a certain layer strain. The sampling of allantoic fluid reduces the hatching rate only marginally. The production performance of adult hens on the other hand is not affected. Therefore, the described technique fulfils all the basic requirements for an alternative method to the culling of day-old male layer chicks. Because gender identification takes place before the onset of embryonic pain perception it can serve as the basis for an ethical alternative to the culling of male day-old chicks from layer-hybrids.

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In Deutschland werden jährlich über 40 Millionen männliche Eintagsküken aus Legelinien aufgrund vorrangig wirtschaftlicher Interessen getötet. Dies stellt sowohl ein ethisches als auch ein tierschutzrechtliches Problem dar (ANON. 2006, IDEL 2007). Gerade vor dem Hintergrund aktueller politischer Entscheidungen (MUNLV NRW 2013, NI MELV 2014) besteht ein Bedarf an Alternativen zur Tötung männlicher Eintagsküken. Verschiedene Lösungsansätze wie z. B. das Zweinutzungshuhn (ICKEN et al. 2013) oder aber die Mast männlicher Geschwisterhühner (KAUFMANN und ANDERSSON 2013) sind derzeit aus ökonomischen und ökologischen Gründen nicht flächendeckend realisierbar. Eine weitere Möglichkeit bietet die In-ovo-Geschlechtsbestimmung. Hierbei wird das embryonale Geschlecht bereits vor dem Schlupf identifiziert; nachfolgend können die Eier mit männlichen Embryonen aussortiert werden. Um sowohl ethischen als auch tierschutzrechtlichen Aspekten Genüge zu tun, sollte die Geschlechtsidentifikation dabei vor Einsetzen des embryonalen Schmerzempfindens stattfinden (Tag 10 + 12 h der Bebrütung; CLOSE et al. 1997). Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer verlässlichen Methode zur In-ovo-Geschlechtsbestimmung anhand geschlechtsspezifischer Differenzen im Hormongehalt der Allantoisflüssigkeit sieben bis zehn Tage alter Hühnerembryonen. Nachfolgend wurde der Einfluss der Geschlechtsbestimmung auf die embryonale Entwicklung, Schlupferfolg, Aufzucht sowie die Leistungsparameter der adulten Tiere analysiert. Im Rahmen der ersten Teilstudie erfolgte die Beprobung von n = 750 Eiern des Braunlegehybrids Lohmann Brown (LB, Lohmann Tierzucht GmbH, Deutschland). Der minimalinvasiven Entnahme von Allantoisflüssigkeit folgte die Untersuchung auf 17β-Östradiol (E2), Östronsulfat (E1S) und Testosteron mittels an das Haushuhn angepassten Enzymimmunoassays (ELISA). Es konnten sowohl für E2 als auch für E1S signifikante (p < 0,01) geschlechtsspezifische Differenzen in der Allantoisflüssigeit von neun und zehn Tage alten Embryonen nachgewiesen werden. Die Testosteronkonzentration hingegen zeigte an keinem der untersuchten Tage geschlechtsabhängige Unterschiede und erwies sich somit für die In-ovo-Geschlechtsbestimmung als ungeeignet. Die statistische Auswertung ergab, dass die Bestimmung von E1S eine frühere und genauere Geschlechtsidentifikation ermöglicht als die von E2. Der für E1S festgelegte Grenzwert erreicht bei neun Tage alten Embryonen eine 86%ige Sensitivität und 83%ige Spezifität. In der zweiten Teilstudie wurde die zuvor etablierte Technik der Geschlechtsbestimmung mittels E1S an 8 + 4 h (n = 2420) und 9 + 4 h (n = 2850) Tage alten Embryonen der Herkunft LB sowie an n = 150 9 + 4 h alten Embryonen des Weißlegehybrids Lohmann Selected Leghorn (LSL, Lohmann Tierzucht GmbH, Deutschland) überprüft. Das Geschlecht der 8 + 4 h Tage alten Embryonen konnte zu 84 % korrekt identifiziert werden. Dieser Wert stieg bei 9 + 4 h Tage alten Embryonen auf 98 % (LB) bzw. 100 % (LSL) an. Im Vergleich zu einer unbehandelten Kontrollgruppe (n = 5258) wurde die Schlupfrate durch die Entnahme von Allantoisflüssigkeit um 1,4 - 3,5 (LB) bzw. 12,7 Prozentpunkte (LSL) reduziert. Nachfolgend wurden 150 Tiere der Versuchsgruppe und 80 Tiere der Kontrollgruppe für eine Aufzuchtperiode von 17 Wochen eingestallt. Hierbei zeigten sich hinsichtlich des Körpergewichtes signifikante (p < 0,05) Unterschiede zwischen Versuchs- und Kontrollgruppe in Woche 4 und 6, wobei die Zunahmen in der Versuchsgruppe geringer waren. Anschließend wurde die Leistung von 120 Tieren der Versuchsgruppe und 60 Tieren der Kontrollgruppe bis Lebenswoche 33 bezüglich Legeleistung, Eigewicht, Körpergewicht sowie Futterverbrauch analysiert. Bei keinem der untersuchten Parameter konnten signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt werden (p > 0,05). Die Resultate der vorliegenden Arbeit zeigen, dass eine verlässliche Geschlechtsbestimmung in ovo bei 9 + 4 h Tage alten Hühnerembryonen mithilfe einer Bestimmung der E1S-Konzentration in der Allantoisflüssigkeit möglich ist; zudem ist die beschriebene Methode bei verschiedenen Legelinien anwendbar. Die Entnahme von Allantoisflüssigkeit führt zwar zu einer minimalen Reduktion der Schlupfrate, bei adulten Legehennen kommt es jedoch zu keiner Beeinträchtigung der Produktionsleistung. Demnach erfüllt das etablierte Verfahren alle Grundvoraussetzungen für eine Anwendung in kommerziellen Brütereien. Da die Geschlechtsbestimmung vor Einsetzen des embryonalen Schmerzempfindens erfolgt, kann sie somit als Grundlage für eine ethisch vertretbare Alternative zum Töten männlicher Eintagsküken angesehen werden. / In Germany about 40 million day-old male chicks are culled each year predominantly because of economic reasons. From the animal welfare as well as the ethical point of view this is a problematic situation (ANON. 2006, IDEL 2007). Particularly with regard to current political decisions (MUNVL NRW, NI MELV 2014) alternatives to the culling of male day-old chicks are required. Different approaches such as a dual-purpose breed (ICKEN et al. 2013) or the fattening of male layer-hybrids (KAUFMANN and ANDERSSON 2013) are not ubiquitous marketable at present due to economic and ecological reasons. In ovo sexing represents another option; the embryonic gender is determined before hatch and the eggs containing male embryos can be eliminated subsequently. To comply with ethical and animal welfare aspects, the sexing should take place before the onset of embryonic pain perception (embryonic day 10 + 12 h; CLOSE et al. 1997). Aim of this thesis was the development of a reliable method for in ovo gender identification with the help of sex-specific differences in the hormone concentration of the allantoic fluid of seven to ten day old chick embryos. Subsequently, the influence of gender identification on embryonic development, hatching rate, rearing as well as production performance of the adult hens was analysed. Within the first study n = 750 eggs of the brown layer-hybrid Lohmann Brown (LB; Lohmann Tierzucht GmbH, Germany) were sampled for allantoic fluid. After the minimally invasive withdrawal the allantoic fluid was analysed via enzyme immunoassays (ELISA) adapted to domestic chicken for 17β-oestradiol (E2), oestrone sulphate (E1S) and testosterone. With regard to E2 and E1S, significant (P < 0.01) sex-specific differences were observed in the allantoic fluid of nine and ten day old embryos. Testosterone on the other hand displayed no gender-related variances on any of the analysed days. Therefore, it proved to be unsuitable for gender identification using the method applied in this study. Statistical analysis showed that the analysis of E1S allows an earlier and more accurate sexing than the E2-assay. The limit value determined for E1S has a sensitivity of 86 % and a specificity of 83 % for nine day old embryos. The previously established method for gender identification via E1S detection in the allantoic fluid was verified with a larger number of samples in the second study. The allantoic fluid of day 8 + 4 h (n = 2420) and day 9 + 4 h (n = 2850) old LB embryos as well as n = 150 day 9 + 4 h old embryos of the white layer-hybrid Lohmann Selected Leghorn (LSL; Lohmann Tierzucht GmbH, Germany) was analysed. For day 8 + 4 h old embryos the sex was correctly identified in 84 %. The accuracy of gender prediction increased for day 9 + 4 h old embryos up to 98 % (LB) and 100 % (LSL). Compared to an untreated control group (n = 5258) sampling of allantoic fluid reduced the hatching rate by 1.4 - 3.5 (LB) and 12.7 points of percentage (LSL). In the following, 150 animals of the experimental group and 80 animals of the control group were reared for a period of 17 weeks. With regard to the body weight significant differences (P < 0.05) were observed in weeks 4 and 6, with the animals of the experimental group having a lower body weight. Subsequently the production performance of 120 hens from the experimental and 60 hens from the control group was analysed up to an age of 33 weeks. With respect to egg production, egg weight, body weight and feed consumption no significant differences (P > 0.05) were observed between the groups. The results of this thesis demonstrate that a reliable in ovo sexing of day 9 + 4 h old chicken embryos is possible via the measurement of E1S in the allantoic fluid; additionally the method is not limited to a certain layer strain. The sampling of allantoic fluid reduces the hatching rate only marginally. The production performance of adult hens on the other hand is not affected. Therefore, the described technique fulfils all the basic requirements for an alternative method to the culling of day-old male layer chicks. Because gender identification takes place before the onset of embryonic pain perception it can serve as the basis for an ethical alternative to the culling of male day-old chicks from layer-hybrids.