Eine Studie veröffentlicht in Genombiologie eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Produktionseffizienz in der Rinderindustrie und möglicherweise auch in der Tierhaltung im Allgemeinen. Ein Forscherteam des Baylor College of Medicine, der Cornell University und des USDA hat herausgefunden, dass Rinder wie Menschen CoRSIVs haben.
CoRSIVs sind Bereiche des Genoms, die chemische Markierungen auf der DNA tragen und Informationen liefern, die es Landwirten ermöglichen könnten, erwünschte Eigenschaften ihres Viehs wie Milchproduktion, weibliche Fruchtbarkeit und Widerstandskraft gegen Krankheiten vorherzusagen und auszuwählen.
„Die meisten Menschen wissen, dass jeder Mensch einen einzigartigen Satz Gene oder ein einzigartiges Genom besitzt. Weniger bekannt ist jedoch, dass die Expression dieser Gene durch ein System molekularer Markierungen auf der DNA – die Epigenetik – reguliert wird, das den verschiedenen Körperzellen mitteilt, welche Gene sie an- oder ausschalten sollen“, sagte der Co-Autor der Studie, Dr. Robert A. Waterland, Professor für Pädiatrie und Ernährung am USDA/ARS Children’s Nutrition Research Center der Baylor University.
„Wir konzentrieren uns auf die DNA-Methylierung – das Hinzufügen von Methylgruppen, der stabilsten epigenetischen Markierung. Unterschiede in der DNA-Methylierung zwischen Menschen können ihr Krankheitsrisiko beeinflussen.“
In 2019entdeckten Waterland und seine Kollegen, dass das menschliche Genom spezielle Regionen enthält, sogenannte CoRSIVs – korrelierte Regionen systemischer interindividueller Variation.
Bei CoRSIVs ist der Grad der DNA-Methylierung von Mensch zu Mensch unterschiedlich, aber in den verschiedenen Geweben innerhalb jeder Person gleich. Das bedeutet, dass die CoRSIV-Methylierung in leicht zugänglichen Geweben wie Blut gemessen werden kann und Informationen über die epigenetische Regulierung in inneren Organen wie Gehirn, Eierstöcken oder Leber liefert.
In ihrer früheren Arbeit berichteten sie von fast 10.000 CoRSIVs im menschlichen Genom und schlugen vor, dass die Untersuchung dieser neuen Regionen ein wirksamer Weg ist, um epigenetische Ursachen von Krankheiten aufzudecken. CoRSIVs wurden bereits mit verschiedenen gesundheitlichen Folgen in Verbindung gebracht darunter Krebs, Schilddrüsenfunktion, Kognition, Typ-2-Diabetes, Gaumenspalte, Schizophrenie, Fettleibigkeit im Kindesalter und Autismus-Spektrum-Störungen.
In der aktuellen Studie untersuchten die Forscher, ob auch Rinder CoRSIVs aufweisen. Das Team analysierte die DNA-Methylierungssequenzierungsdaten des gesamten Genoms mehrerer Gewebe von jeweils zwei Holsteinkühen.
„Der von uns entwickelte Algorithmus hat gezeigt, dass Rinder tatsächlich CoRSIVs haben“, sagte Erstautor Wen-Jou Chang, Bioinformatiker im Waterland-Labor. „Noch spannender ist, dass wir gezeigt haben, dass Rinder-CoRSIVs wichtige Merkmale mit denen des Menschen teilen, was darauf hindeutet, dass CoRSIVs wahrscheinlich auch bei anderen Säugetieren vorhanden sind. Das Rennen um die Suche nach ihnen bei anderen Arten wie Pferden und Schweinen ist eröffnet.“
„Wir haben unsere rechnerischen Ergebnisse durch Laboranalysen von Leber-, Nieren-, Gehirn- und Blutgewebe von 20 verschiedenen Holstein-Kälbern validiert, um einige der von Wen-Jou identifizierten CoRSIVs zu bestätigen“, sagte Waterland, Mitglied des Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center in Baylor. „Diese unabhängige Validierung hat der Studie große Stärke verliehen.“
Co-Autorin Dr. Yi Athena Ren, Assistenzprofessorin im Fachbereich Tierwissenschaften an der Cornell University, sagte: „In den letzten Jahrzehnten hat sich die Rinderzucht auf die genetische Selektion konzentriert, um wesentliche Fortschritte bei der Milchproduktion zu erzielen. CoRSIVs bieten möglicherweise einen neuen Ansatz, um die Selektion von Merkmalen, die für die Rinderindustrie wünschenswert sind, auf nachhaltige Weise zu verbessern und so Kosten und Umweltauswirkungen zu reduzieren.“
„CoRSIVs bei Rindern entwickeln sich, wie bei Menschen, früh im Leben des Individuums und bleiben während des gesamten Lebens stabil“, sagte Waterland.
„Bei neugeborenen Rindern können Methylierungsmuster in CoRSIV-Untergruppen möglicherweise die zukünftige Leistung vorhersagen. Sie können mit bestimmten wünschenswerten Merkmalen wie reichlicher Milchproduktion, hoher Fruchtbarkeit der Weibchen, Krankheitsresistenz oder sogar Hitzetoleranz in Zusammenhang stehen und dabei helfen, einzelne Kälber mit Merkmalen auszuwählen, die zu einer höheren Produktivität führen.“
Die Forscher zeigten, dass die Etablierung der DNA-Methylierung bei Rinder-CoRSIVs ebenso wie beim Menschen von der Umgebung des frühen Embryos beeinflusst wird.
„Dies deutet darauf hin, dass die Anpassung der Embryokulturbedingungen während der assistierten Reproduktion Möglichkeiten bieten könnte, die landwirtschaftlichen Ergebnisse durch epigenetische Manipulation anzupassen“, sagte Ren.
„CoRSIVs helfen nicht nur bei der Auswahl wünschenswerter Merkmale, sondern können auch helfen, Krankheitsprozesse und individuelle Unterschiede bei Rindern zu verstehen. Und wenn CoRSIVs, wie wir erwarten, ein allgemeines Merkmal des Säugetiergenoms sind, sind solche landwirtschaftlichen Möglichkeiten nicht auf Rinder beschränkt.“
Mehr Informationen:
Systemische interindividuelle DNA-Methylierungsvarianten bei Rindern haben wichtige Gemeinsamkeiten mit denen beim Menschen. Genombiologie (2024). DOI: 10.1186/s13059-024-03307-6