Multi-Omics-Analyse der Auswirkungen von intra-uterinem Hitzestress während der Spätträchtigkeit bei Milchkühen auf Leistungs- und Gesundheitsparameter unter besonderer Berücksichtigung des Metaboloms und Epigenoms

• Antragsteller: Dr. Stefan Krebs; Professor Dr. Sven König
• Fachliche Zuordnung: Tierzucht, Tierernährung, Tierhaltung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422003751

Das geplante Projekt zielt darauf ab, ein Mehr-Generationen-Tiermodell zu implementieren, um auf transgenerationaler Ebene den Einfluss von intra-uterinen Hitzestress während der Spätträchtigkeit hinsichtlich seiner Auswirkungen auf die Leistung, die Gesundheit und Stoffwechselparameter (Metaboliten) bei Milchkühen und deren Nachkommen zu analysieren. Dabei werden die ausgearbeiteten Phänotypen mit genomischen Varianten, Genexpressionsmustern und DNA-Methylierungsprofilen in Beziehung gesetzt um die "Omics Ebenen" des Phänoms, des Metaboloms, des (Epi-)Genoms und des Transkriptoms interdisziplinär zu berücksichtigen. Von besonderer Bedeutung sind dabei epigenetische Imprinting-Effekte, welche über ein ganzheitliches Modell nachgewiesen und anschließend tierzüchterisch bearbeitet werden können. Ausgehend von einer mehrere Generationen umfassenden Stichprobe von mehr als 20000 genotypisierten Kühen aus Milchkuhtestherden stehen für die genetisch-statischen Modellierungen zunächst Produktions- und Gesundheitsmerkmale im Fokus. Die Schätzung etwaiger Imprintingeffekte und die Lokalisierung assoziierter Chromosomensegmente basiert hier auf der Erstellung einer genomischen Verwandtschaftsmatrix im Sinne einer Varianz-Kovarianzmatrix auf Basis von SNP-Genotypen, sowie spezieller abgeleiteter Varianz-Kovarianzmatrizen für Imprinting-Effekte. Im Rahmen der Modellierung werden simultan auch additiv-genetische und Dominanz-Effekte mitgeschätzt. Die quantitativ-genetischen und genomischen statistischen Analysen erfolgen maßgeblich durch die Projektarbeitsgruppe König (UGI, Expertise bzgl. quantitativ-genetischer und genomischer Modellierungen). Die mit Imprintingeffekten assoziierten genomischen Regionen sind wesentliche Grundlage der Analyse von epigenetischen Prozessen auf Sequenz-Ebene, namentlich DNA-Methylierungs- und Genexpressionsanalysen im Sinne eines zielgerichteten ("targeted") Methylom- und Transkriptom-Sequencing Ansatzes. Hierfür wird anhand der geschätzten Imprinting-, additiven- und dominanz- SNP-Assoziationen ein Kandidatengenpanel erstellt, das alle betrachteten Merkmale abdeckt. Die Analyse der Dynamik der DNA-Methylierungs- und Genexpressionsmuster erfolgt in einem Mehrgenerationen-Tiermodell, wobei die Phänom-Datenbasis um innovative Phänotypen von Milchkühen des Hofguts Neumühle (Phänotypisierung von Metabolomdaten) erweitert wird. Um das Multiorgan-Transkriptom und -Epigenom abzubilden, werden Blutproben in der Mutter- (G0), Tochter- (G1) und Enkelinnengeneration (G2) gewonnen. Für epigenetisch beeinflusste genomische Regionen erfolgen die spezifischen molekulargenetischen Analysen der bestehenden DNA-Methylierungsmuster und des Transkriptoms per "target enrichment" mit anschließender Bisulfit- zw. cDNA-Sequenzierung unter Nutzung von Next-Generation-Sequencing Technologie. Die Sequenz-Analysen erfolgen maßgeblich durch die Projektarbeitsgruppe Krebs (LMU, Expertise bzgl. Next-Generation-Sequencing, Transkriptomanalyse)

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen