Molekulargenetische Identifizierung der für die Labmagenverlagerung bei Deutschen Holstein Kühen kausalen Mutationen
Final Report Abstract
Die Zielsetzung dieser Arbeit war es, genomische Regionen und kausale Gene für die linksseitige Labmagenverlagerung (LMV) bei Deutschen Holstein Rindern zu identifizieren. Das bovine MLN (Motilin) Gen wurde, basierend auf den Ergebnissen einer vorangegangenen Kopplungsanalyse für LMV und aufgrund seiner Funktion, als Kandidatengen für LMV ausgewählt. Die Sequenzierung dieses Gens ergab einen SNP, der eine NKX2-5 Transkriptionsfaktorbindungsstelle zerstört, signifikante Assoziationen mit LMV aufweist und die Expression von MLN herabsetzt. Dieser SNP erklärt eine phänotypische Varianz von 3,1% und kann bereits genutzt werden, um Kühe und Besamungsbullen zu selektieren und die Anfälligkeit für LMV in der Population zu reduzieren. Er wurde patentiert. Um weitere mit LMV assoziierte Gene identifizieren zu können, wurden zunächst genomweite Assoziationsanalysen auf dem Illumina 50K und dem hochauflösenden Illumina HD Beadchip10 durchgeführt. Unter Verwendung des Illumina 50K Beadchips wurden drei Regionen mit –log10P>4,0 gefunden. Die erklärte phänotypische Varianz lag dabei zwischen 2,5% und 2,8%. Außerdem waren weitere 33 Lokalisationen nach Korrektur für multiples Testen signifikant mit LMV assoziiert. Bei der GWAS auf dem Illumina HD Beadchip wurden sechs Genomregionen identifiziert, die mit P<0,001 nach Korrektur für multiples Testen mit LMV assoziiert waren. Die erklärte phänotypische Varianz dieser Regionen lag zwischen 6,1% und 7,3%. Diese Marker erklären somit sogar einen höheren Anteil der Varianz für LMV als der SNP innerhalb des MLN Gens. Weitere 19 Regionen und acht einzelne SNPs wurden mit P<0,01 nach Korrektur für multiples Testen identifiziert. Eine IPA Pathway Analyse von mit LMV assoziierten Genen aus der Assoziationsanalyse auf dem Illumina 50K Beadchip ergab Stoffwechselpfade für Kalziumablagerung (–log10P=3,28) und Insulinanhängigen Diabetes mellitus (–log10P=2,34). Nachfolgend wurden nur die Gene mit intragenischen SNPs einbezogen und noch immer war der wichtigste funktionale Stoffwechselpfad der für Kalziumablagerung (–log10P=4,17). Dies stellt ein genetisches Grundgerüst für die Pathogenese der LMV dar. Außerdem wurde eine Analyse auf CNVs (Copy number variations) durchgeführt. Diese ergab elf Varianten mit signifikanter Assoziation zu LMV. Zwei CNVs auf BTA5 und 12 liegen innerhalb von familienabhängigen QTL der früheren Kopplungsanalyse für LMV. Sie sind möglicherweise die Ursache der Kopplung dieser Regionen mit LMV. Bei der anschließenden genomweiten Sequenzierung von sechs Proben (drei mit LMV betroffenen Kühen und drei mit Kontrollen) wurden insgesamt 124,98 Gigabasen Sequenzen generiert und 7.939.073 verschiedene Polymorphismen identifiziert. Von diesen Polymorphismen waren 14.516 intragenisch in mit LMV assoziierten oder gekoppelten Regionen lokalisiert und wiesen zudem Assoziationen zwischen den an LMV erkrankten Kühen und den Kontrollen innerhalb der sequenzierten Proben auf. In einem der Gene aus der Pathway Analyse wurde ein exonischer SNP identifiziert. Für die Regionen aus der Illumina 50K Beadchip Analyse oder direkt zu diesen benachbart wurden acht Gene mit neun potenziell schädigenden (nach Poly-Phen-2 bzw. lagebedingt), exonischen SNPs gefunden und für die Regionen des Illumina HD Beadchips entsprechend 14 Gene mit 15 potenziell schädigenden, exonischen SNPs. Insgesamt wurden 18 Gene mit 20 potenziell schädigenden, exonischen SNPs in Regionen aus einer früheren Kopplungsanalyse für LMV identifiziert. In der Vergangenheit wurde der hauptsächliche Anteil der Forschung zur LMV betrieben, indem Zusammenhänge zwischen Veränderungen im Metabolismus der Kühe, in der myoelektrischen Aktivität des Labmagens und der Verlagerung des Organs gesucht wurden. Durch die vorliegenden Untersuchungen konnte ein neuer Blick auf die Pathogenese der LMV ermöglicht und der genetische Hintergrund der LMV weiter aufgeklärt werden.
Publications
- (2010) Analyse des bovinen Motilin-Gens als Kandidat für die Labmagenverlagerung bei Deutschen Holsteins. Vortragstagung der DGfZ/GfT, Kiel, 15.-16.09.2010
S. Mömke, M. Sickinger, K. Doll, J. Rehage, O. Distl
- (2010) Analysis for the genetic disposition for left-sided abomasal displacement in cattle. Patent EP2175039 A1, EP2175039B1, Internationale Klassifikation C12Q 1/68
O. Distl, S. Mömke
- (2011) Co-segregation of quantitative trait loci (QTL) for milk production traits and length of productive life with QTL for left-sided displacement of the abomasum in German Holstein dairy cows. Livestock Science 140: 149-154
S. Mömke, W. Brade, O. Distl
- (2012) Transcription factor binding site polymorphism in the Motilin gene associated with left-sided displacement of the abomasum in German Holstein cattle. PLoS ONE 4: e35562
S. Mömke, M. Sickinger, J. Rehage, K. Doll, O. Distl
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0035562)
