Schlüsselwörter
(Deutsch)
|
Stoffwechselregulation, Milchkühen, Gesundheit
|
Schlüsselwörter
(Englisch)
|
Metabolic regulation, dairy cows, animal health
|
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
|
In der Schweiz besteht ein wesentliches agrarpolitisches Ziel darin, dass Milchkühe ihren Energie- und Nährstoffbedarf durch einen möglichst hohen Einsatz von betriebseigenem Grundfutter und möglichst geringe Kraftfuttermengen decken. Eine Selektion auf Stoffwechselstabilität von Milchkühen soll als Antwort darauf eine möglichst umfangreiche Anpassung der Kühe an diese Produktionsbedingungen ermöglichen dadurch nachhaltig eine tiergerechte, effiziente und ökonomische Milchproduktion sichern. In dem geplanten Projekt sollen Unterschiede in der Stoffwechselregulation identifiziert und charakterisiert werden, auf deren Basis sich stoffwechselstabile von stoffwechsellabilen Milchkühen unterscheiden lassen. Die Regulationsmechanismen wesentlicher Stoffwechselpfade, die für die Anpassung der Milchkuh an die Laktation auf hohem Produktionsniveau essentiell sind, sollen identifiziert und ihr Einfluss auf die Stoffwechselstabilität charakterisiert werden. Dies wird ermöglichen, aus dem grossen und genetisch variablen Pool diejenigen Tiere zu erkennen und zu züchten, welche sich durch eine genetisch bedingte hohe Stoffwechselstabilität auszeichnen. Die Beschreibung des Phänotyps der Tiere wird durch moderne molekularbiologische Methoden umfangreicher und präziser. Die erlangten Ergebnisse können unmittelbar in neuen Ansätzen der Züchtung auf molekulargenetischer Basis (genombasierte Selektion) beitragen. Langfristig wollen wir dem Landwirt ein Tiermaterial zur Verfügung stellen, mit welchem er auf der Basis der vorhandenen Futtergrundlagen effizient und tiergerecht qualitativ hochwertige Milch produzieren kann.
|
Kurzbeschreibung
(Englisch)
|
In Switzerland, the agricultural policy is aimed to promote low input and efficient agricultural systems in which the cultivation of 'home-grown' forages, to cover the energy and protein requirements of the dairy cow with little input of concentrates, is achieved. A selection for metabolic stable dairy cows should aid to a sound physiological adaptation of the dairy cow to such low-input systems and therefore secure sustainable animal friendly and efficient milk production. In the planned project, differences in the hepatic metabolic regulation between metabolic stable and unstable dairy cows should be identified and characterized. This involves especially early lactating dairy cows who are physiologically challenged during metabolic adaptation in early lactation. All this will be realized with application of molecular methods through gene expression activity of regulatory enzymes of the fat and carbohydrate metabolism in the liver. The obtained results will be used in molecular-based breeding programmes (genome based selection). The aim is to supply the farmer with dairy cows, which are well-adapted to the farming system in which they are kept and which are able to efficiently produce high quality milk without comprehending their health and wellbeing.
|
Projektziele
(Deutsch)
|
Die genetischen Unterschiede, welche stoffwechselstabile von stoffwechsellabilen Kühen unter den spezifischen Produktionsbedingungen in der Schweiz unterscheiden, sollen identifiziert werden. Fernziel ist die Verwertung der Erkenntnisse für die Entwicklung eines Gen-Chips, der für die Zucht von Milchkühen auf Stoffwechselstabilität genutzt werden kann.
|
Projektziele
(Englisch)
|
Identification of the genetically-based differences between metabolically stable and metabolically unstable dairy cows during metabolic challenges such as early lactation. In the long run, the goal is to develop a gene-chip, which will be used for breeding metabolically stable dairy cows that are well-adapted to the ‘Swiss’ farming system.
|
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
|
In einem ersten Schritt sollen in gut definierten Versuchen auf Forschungsstationen und im Feld die Schlüsselenzyme, -transporterproteine und -rezeptoren der Stoffwechselregulation, und deren Aktivität identifiziert werden (auf mRNA-Ebene). Da die Leber als Stoffwechselorgan im Mittelpunkt steht, werden für die geplanten Analysen Leberbiopsien entnommen. Die hierzu notwendige Technik ist etabliert und auch auf praktischen Milchviehbetrieben durchführbar. Eine entsprechende Tierversuchsbewilligung liegt bereits vor. Neben Leberbiopsien werden auch Blutproben entnommen um anhand der Konzentrationen von Plasmametaboliten und Hormonen den Stoffwechselstatus der beprobten Tiere zu charakterisieren.
In einem zweiten Schritt soll ausgearbeitet werden, wie gross die Variation der Aktivität/Konzentration der untersuchten Parameter zwischen Tieren ist, wobei sich auf Basis dieser Variation stoffwechselstabile von stoffwechsellabilen Tieren unterscheiden lassen.
|
Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)
|
In a first step, through controlled experiments at the ALP-research station and on-farm, key regulatory enzymes, transporter proteins, and receptors of the hepatic metabolism will be identified and their activity measured through gene expression. Since the liver is the central organ for our investigations, liver biopsies will be taken for molecular analyses. Apart from liver biopsies, blood samples will be taken, which will be analyzed for metabolites and hormones to characterize the metabolic status of the dairy cows.
In a second step, results will be analyzed to determine the variation in gene expression of hepatic parameters between animals, based on which metabolic stable and instable dairy cows can be distinguished.
|
Neue Kenntnisse/Literatur
(Deutsch)
|
Im Vergleich zu bestehenden internationalen Projekten zeigt das geplante Projekt grosse Innovativität. Durch moderne molekularbiologische Forschungstools (z.B. RT-PCR, Microarray) wird die Untersuchung der physiologischen Zustände der Milchkuh auf dem Niveau der Genexpression ermöglicht. Diese Tools gestatten einerseits einen detaillierten Einblick in biologische Mechanismen, die für die metabolische Anpassung an die Laktation nach der Trockenstehzeit und dem Abkalben von Milchkühen (Transition) verantwortlich sind. Andererseits kann in geringsten Probenmengen, wie z.B. Biopsieproben aus der Leber, eine Vielzahl von Faktoren untersucht werden. Im Augenblick gibt es nur wenige Forschungsgruppen, die die metabolische Anpassung von Milchkühen auf Genexpressionsniveau erforschen. Die meisten Gruppen erforschen Effekte des Managements auf die Genexpression von Enzymsystemen. In unserem Projekt liegt hingegen der Fokus auf die Identifizierung der Unterschiede bei der Genexpression von Schlüsselenzymen bezüglich der metabolischen Anpassung, welche sehr wahrscheinlich genetisch prädisponiert sind und welche dafür verantwortlich sind, dass einige Milchkühe sich besser metabolisch anpassen können als andere Tiere unter den gleichen Leistungs- und Haltungsbedingungen. Im Vergleich mit traditionellen Tierzuchtprogrammen und bezüglich Eigenschaften mit tiefer Erblichkeit wie die Ketose, eine oft beobachtete Stoffwechselstörung in Milchkühen nach dem Abkalben, bedeutet der geplante Projektansatz einen entscheidenden Fortschritt bei der Beschreibung des Phänotyps, der nachfolgend unmittelbar in molekulargenetisch basierten Zuchtverfahren genutzt werden kann.
|
Neue Kenntnisse/Literatur
(Englisch)
|
The planned project, in comparison to existing international projects, is very innovative. At present, not many research groups are investigating the metabolic adaptation of the dairy cow at the level of mRNA. Most research groups study the effects of management on the gene expression of regulatory metabolic enzymes in the liver. In contrast, in our project, the focus is on identifying variation in gene expression of key enzymes regarding the metabolic adaptation, which are probably genetically predisposed and are responsible for some cows to be able to physiologically adapt well to lactation and for other cows not to adapt well under similar management and with similar milk yields. In comparison to traditional breeding programmes, and regarding traits such as the low inheritable ketose, a metabolically disorder in dairy cows after calving, these planned project initiatives mean progress regarding the phenotypical description of metabolic stable dairy cows, which can directly be incorporated into molecular based breeding programmes.
|
Arbeitsvorgang/Stand der Arbeiten
(Deutsch)
|
Das geplante Projekt ist untererteilt in 3 Teilprojekte. Teilprojekt 1 besteht aus verschiedenen experimentellen Untersuchungen der Grundlagen zur Regulation von Energie- und Fettstoffwechsel und der Ketogenese auf mRNA-Ebene, mittels Genexpression. Diese Untersuchungen tragen dazu bei, Gene und Rezeptoren zu identifizieren, die eine wichtige Rolle spielen in der Regulation von Energie- und Fettstoffwechsel sowie in der Ketogenese. Zusätzlich werden Gene identifiziert, die verantwortlich sind für die grosse Variabilität zwischen Kühen bezüglich ihrer metabolischen Anpassung an die Laktation. Teilprojekt 2 umfasst eine Feldstudie zur Untersuchung der Regulation des Intermediärstoffwechsels bei stoffwechselstabilen im Vergleich zu stoffwechsellabilen Milchkühen auf Betrieben in der Praxis. Dieses Projekt wird Antwort geben auf die Frage, ob und wie sich die phänotypisch stoffwechselinstabilen Kühe sich auch auf mRNA-Ebene unterscheiden von phänotypisch stoffwechselstabilen Kühen. Teilprojekt 3 wird Studien umfassen, welche Interaktionen zwischen Stoffwechsel und Immunstatus des Euters bzw. Reproduktion näher beleuchten werden.
|
Arbeitsvorgang/Stand der Arbeiten
(Englisch)
|
The planned project is divided into three sub-projects. The first subproject consists of various experimental studies which are aimed to unravel the hepatic regulation of the lipid-, carbohydrate metabolism, and the ketogenesis on the basis of mRNA, through gene expression of regulatory enzymes and receptors. These studies will aid to the identification of key enzymes and receptors that play an important role in the regulation of the lipid-, carbohydrate metabolism, and ketogenesis. Additionally, enzymes and receptors will be identified that are responsible for most of the variation between cows, regarding their metabolic adaptation to lactation. The second subproject involves a Field study during which the metabolic regulation of the lipid-, carbohydrate metabolism, and ketogenesis in metabolic stable and instable dairy cows will be studied on-farm. This sub-project will, among others things, also answer the question whether phenotypically differences between instable and stable dairy cows can also be identified at the level of mRNA. The third subproject will comprise of studies that are focused on the interaction of metabolism and udder health or reproduction in dairy cows.
|
