Beitrag zur Untersuchung der molekularen Grundlagen der Milchleistungsmerkmale im Bereich kartierter QTL auf dem Chromosom 6 des Rindes

• Antragstellerin: Dr. Rosemarie Weikard
• Fachliche Zuordnung: Tierzucht, Tierernährung, Tierhaltung
• Förderung: Förderung von 1998 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5138030

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Auf dem bovinen Chromosom 6 (BTA6) sind an differenten Positionen QTL (Quantitative Trait Loci) zu Milchleistungsmerkmalen in unterschiedlichen Rinderpopulationen kartiert und bestätigt worden. Das vorliegende Forschungsvorhaben fokussierte auf die Aufklärung des molekularen Hintergrundes eines auf BTA6 kartierten QTL mit Effekt auf Milchleistungsmengenmerkmale. Die im Rahmen dieses Projektes erfolgten Arbeiten zur Feinkartierung von QTL mit Effekt auf Milchleistungsmerkmale auf BTA6 trugen wesentlich zu der sich während der Projektlaufzeit im internationalen Wissenschaftlerkollegium herausgebildeten Auffassung bei, dass auf BTA6 offensichtlich drei positionell differente Chromosomenregionen lokalisiert sind, welche Einfluss auf die Milchleistungsmerkmale ausüben. Während für die QTL-Region 1 vorrangig Effekte auf die Milchgehaltsmerkmale im Vordergrund stehen, fokussiert die QTL-Region 2 eindeutig auf die Milchmengenmerkmale. In vorangegangenen Projektphasen wurden systematisch entscheidende wissenschaftliche Grundlagen und molekulargenetische Ressourcen, die insbesondere der strukturellen Aufklärung der molekularen Architektur und Annotation von BTA6 dienten, für die Suche nach milchleistungsbeeinflussenden Genorten auf BTA6 erarbeitet (Erstellung einer chromosomenregion-spezifischen DNA-Bibliothek, Konstruktion einer hochauflösenden physischen BTA6-Genkarte, Isolierung und Kartierung chromosomenregion-spezifischer BAC-Klone, cDNA-Selektion und Exon-Trapping zur Identifizierung und Annotation neuer chromosomenregion-spezifischer Transkripte, QTL-Feinkartierung mittels chromosomenregion-spezifischer DNA-Marker). Im Ergebnis vorangegangener Untersuchungen, die insbesondere auf die Aufkärung des QTL mit Effekt auf Milchfettmenge in der QTL-Region 2 gerichtet waren, hatte eine Assoziationsstudie gezeigt, dass es Genvarianten im nichtkodierenden Bereich des positionellen und funtionellen Kandidatengens PPARGC1A (Peroxysome proliferator activated receptor g coactivator 1 a) Gens gibt, die mit einem QTL-Effekt auf Milchfettmenge in der Deutschen Holstein (DH) Population assoziiert sind. Daran anknüpfend war das Kernziel des Fortsetzungsprojektes darauf gerichtet, diese Ergebnisse mittels einer umfassenden, unabhängigen Bestätigungsstudie abzusichern. Diese Bestätigungsstudie, die vergleichend in zwei unabhängigen Kuh-Populationen der Rassen DH und Fleckvieh (FV) mit 41 SNPs und 25 Mikrosatellitenmarkern durchgeführt wurde, belegt erneut, dass sich in der DH-Population der proximal auf BTA6 gelegene QTL (Region 1) hinsichtlich der Effektausrichtung deutlich von dem im mittleren Bereich des Chromosoms lokalisierten QTL (Region 2) unterscheidet. In der DH-Population konnte eine hochsignifikante Assoziation der in der Region 1 gelegenen Genvariante ABCG2_Y581S mit dem Milchfett- und Milcheiweißgehalt, jedoch nicht mit den Mengenmerkmalen nachgewiesen werden, was ein erneuter Hinweis auf eine mögliche kausale Relevanz der ABCG2-Genvariante bezüglich der molekularen Grundlagen der genetischen Variation der Milchinhaltsstoffe ist. Hinsichtlich der QTL-Region 2 zeigte in unserer Studie ein im Exon 9 des PPARGC1A Gens lokalisierter SNP, der eine Änderung der Aminosäuresequenz des PPARGC1A Proteins (P616L) bewirkt, deutliche Assoziationen zu den Milchmengenmerkmalen über beide Rassen hinweg. Dies deutet darauf hin, dass dieser SNP zu einer Merkmalsvariation der Milchleistungsmerkmale betragen könnte. Weiterhin deutet in der DH-Population die signifikante Assoziation eines im Promotor des PPARGC1A gelegenen SNPs zu Milchmengenmerkmalen, die durch weitere, sich in Nachbarschaft dazu befindende Marker unterstützt wird, darauf hin, dass sich in der 5’ - upstream gelegenen Region des PPARGC1A Gens ein Locus bzw. eine Genvariante befindet, der/die eine merkmalsbeeinflussende Wirkung haben könnte. Obwohl die in unseren ersten Untersuchungen gefundene Assoziation des SNPs im Intron 9 des PPARGC1A Gens mit dem Merkmal Milchfettmenge in den untersuchten Datensets DH und FV nicht bestätigt werden konnte, wird mit den erhaltenen Ergebnissen die PPARGC1A- Kandidatengen-Hypothese für die QTL-Region 2 erhärtet. Da es basierend auf den publizierten Ergebnissen anderer Studien und den in der vorliegenden Studie erhaltenen Ergebnissen derzeitig nicht möglich ist, die kausale Merkmalsvariation für den in der Region segregierenden QTL mit Effekt auf Milchmengenmerkmale sicher zu bestimmen, sind weiterführende Untersuchungen zur Bestätigung der gefundenen Assoziationen und zur Abklärung der funktionalen Relevanz der assoziierten Genvarianten erforderlich.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2002) Multiple QTL on chromosome six in dairy cattle affecting yield and content traits. J. Anim Breed Genet 119: 69-82
  Freyer G, Kühn C, Weikard R, Zhang Q, Mayer M Hoeschele I
  
• (2002) Targeted construction of a high-resolution, integrated, comprehensive, and comparative map for a region specific to bovine chromosome 6 based on radiation hybrid mapping. Genomics 79: 768-76
  Weikard R, Kühn C, Goldammer T, Laurent P, Womack JE, Schwerin M
  
• (2003) Search for pleiotropic QTL on chromosome BTA6 affecting yield traits of milk production. J Dairy Sci 86:999- 1008
  Freyer G, Sorensen P, Kühn C, Weikard R, and Hoeschele I
  
• (2004) Investigations in the character of QTL affecting negatively correlated milk traits. J Anim Breed Genet 121: 40-51
  Freyer G, Sorensen P, Kühn C, Weikard, R
  
• PPARGC1A – a candidate gene for a QTL on BTA6 affecting milk fat synthesis. Proceedings 29. ISAG Conference, 11-16.9. 2004, Tokyo, Japan
  Weikard R, Kühn C, Goldammer T, Freyer G, Schwerin M
  
• (2005) The bovine PPARGC1A gene: molecular characterization and association of an SNP with variation of milk fat synthesis. Physiol Genomics 21: 1-13
  Weikard R, Kühn C, Goldammer T, Freyer G, Schwerin M
  
• Genomics in the dairy industry. 1st European Farm Animal Functional Genomic Conference, 18.-20.09.2005, Edinburgh, Großbritannien
  Kühn C
  
• Molecular analysis of genetic variability affecting economically important traits in cattle. Habilitationsschrift, 2005, Universität Rostock
  Kühn, C
  
• PPARGC1A and DGAT1: genes with effect on milk fat yield and concentration in cattle. IIIrd Internat. Workshop on Mammary Gland Biotechnology: Nutrition, Genomics and Breast Cancer. 29.09.-30.09. 2005, Barcelona, Spanien
  Kühn C, Weikard R
  
• (2006) A gene-based highresolution comparative radiation hybrid map as a framework for genome sequence assembly of a bovine chromosome 6 region associated with QTL for growth, body composition, and milk performance traits. BMC Genomics 7: 53
  Weikard R, Goldammer T, Laurent P, Womack JE, Kuehn C
  
• A gene-based high-resolution radiation hybrid map as a framework for genome sequence assembly of BTA6 associated with QTL for growth, body composition, and mil production traits. Proceedings 30. ISAG Conference, 20-25.8. 2006, Porto Seguro, Brasilien
  Weikard R, Goldammer T, Laurent P, Womack JE, Kühn C
  
• (2007) Forward to a detailed sequence map of BTA6. Cytogenet Genome Res: 116: 72-79
  Weikard R, Goldammer T, Womack JE, Kuehn C
  
• (2008) Functional anlysis of the c.1892+19T>C SNP of the PPARGC1A gene which is associated with variation in milk fat yield. XXXI Conference of the International Society for Animal Genetics (ISAG) 20 - 24 July 2008, Amsterdam, The Netherlands
  Fürbass R, Kühn C, Weikard R
  
• (2008) Mining genomic DNA from defined regions of bovine chromosome 6 for novel transcripts. XXXI Conference of the International Society for Animal Genetics (ISAG) 20 - 24 July 2008, Amsterdam, The Netherlands
  Weikard R, Goldammer T, Eberlein A, Kuehn C
  
• (2008) Novel transcripts discovered by mining genomic DNA from defined regions of bovine chromosome 6. XX International Congress of Genetics July 12 - 17, 2008, Berlin, Germany
  Weikard R, Goldammer T, Kuehn C
  
• (2009) Dissection of genetic factors modulating fetal growth in cattle indicates a substantial role of the non-SMC condensin I complex, subunit G (/NCAPG/) gene. Genetics 183:951-964
  Eberlein A, Takasuga A, Setoguchi K, Pfuhl R, Flisikowski K, Fries R, Klopp N, Weikard R, Kühn, C
  
• (2009) Novel transcripts discovered by mining genomic DNA from defined regions of bovine chromosome 6. BMC Genomics 10:186
  Weikard R, Goldammer T, Eberlein A, Kuehn C
  
• The genome sequence of taurine cattle: a window to ruminant biology and evolution. (2009) Science 324(5926):522-528
  Elsik CG, Tellam RL, Worley KC. et al.