Genetic diversity of Atlantic salmon (Salmo salar) and European whitefish (Coregonus lavaretus) in the Baltic Sea

We described the patterns and extent of microsatellite DNA variation in historical and present-day Atlantic salmon (Salmo salar L.) stocks in the Baltic Sea and neighbouring areas, and in European whitefish (Coregonus lavaretus) ecotypes, populations and run-timing types in Finland. Moreover, the amount and pattern of genetic diversity in historical salmon populations before human impact were described, and the proportion of diversity maintained in the present hatchery stocks evaluated. Salmon populations in the Baltic Sea were, on average, significantly less variable than eastern Atlantic populations, and the diversity of landlocked populations (Lakes Vänern, Saimaa, Onega and Ladoga) was in turn significantly lower than that of anadromous salmon populations in the Baltic Sea populations. Within the Baltic Sea, the anadromous populations of Atlantic salmon formed three clear groups, corresponding to the northern (Gulf of Bothnia), eastern (Gulf of Finland and eastern Baltic Main Basin) and southern (western Baltic Main Basin) regions. Based on microsatellite data, three salmon population groups in the Baltic Sea were considered potentially different colonization lineages. In short- and long-term breeding programmes of Atlantic salmon, the average observed rate of loss of alleles was 4.9% and 2.0% per generation and the average rate of loss of heterozygosity was 1.4% and 1% per generation, respectively. When comparing the genetic parameters of stocks before and after hatchery breeding of several successive generations (Rivers Iijoki and Oulujoki), statistically significant changes in allele frequencies were common, while large wild stock in the Teno River has remained temporally very stable over 56 years. Despite the observed losses of genetic diversity in broodstock breeding, a large proportion of the genetic resources of the extirpated stocks are still conserved in the broodstocks. Genetic differentiation among European whitefish ecotypes was generally low, thus giving support to the hypothesis of one native European whitefish species in Fennoscandia. Among the ecotypes, the northern, large sparsely rakered, bottom-dwelling whitefish was the most unique. The known genetic differences in quantitative traits have thus either developed independently of potential phylogenetic lineages, or the lineages have mixed and the quantitative traits of the ecotypes, like gill-raker number, have later changed according to environment and selection pressures. Overall, genetic distances between the anadromous whitefish populations along the Finnish coast, especially in the Bothnian Bay area, were small. Wild whitefish populations studied had slightly higher allelic diversity than hatchery-reared populations in corresponding rivers.

Options for selecting dairy cattle for milk coagulation ability

Lypsylehmien maidon juoksettumiskyvyn jalostuskeinot Väitöskirjassa tutkittiin lypsylehmien maidon juustonvalmistuslaadun parantamista jalostusvalinnan avulla. Tutkimusaihe on tärkeä, sillä yhä suurempi osa maidosta käytetään juustonvalmistukseen. Tutkimuksen kohteena oli maidon juoksettumiskyky, sillä se on yksi keskeisistä juustomäärään vaikuttavista tekijöistä. Maidon juoksettumiskyky vaihteli huomattavasti lehmien, sonnien, karjojen, rotujen ja lypsykauden vaiheiden välillä. Vaikka tankkimaidon juoksettumiskyvyssä olikin suuria eroja karjoittain, karja selitti vain pienen osan juoksettumiskyvyn kokonaisvaihtelusta. Todennäköisesti perinnölliset erot lehmien välillä selittävät suurimman osan karjojen tankkimaitojen juoksettumiskyvyssä havaituista eroista. Hyvä hoito ja ruokinta vähensivät kuitenkin jossain määrin huonosti juoksettuvien tankkimaitojen osuutta karjoissa. Holstein-friisiläiset lehmät olivat juoksettumiskyvyltään ayrshire-rotuisia lehmiä parempia. Huono juoksettuminen ja juoksettumattomuus oli vain vähäinen ongelma holstein-friisiläisillä (10 %), kun taas kolmannes ayrshire-lehmistä tuotti huonosti juoksettuvaa tai juoksettumatonta maitoa. Maitoa sanotaan huonosti juoksettuvaksi silloin, kun juustomassa ei ole riittävän kiinteää leikattavaksi puolen tunnin kuluttua juoksetteen lisäyksestä. Juoksettumattomaksi määriteltävä maito ei saostu lainkaan puolen tunnin aikana ja on siksi erittäin huonoa raaka-ainetta juustomeijereille. Noin 40 % lehmien välisistä eroista maidon juoksettumiskyvyssä selittyi perinnöllisillä tekijöillä. Juoksettumiskykyä voikin sanoa hyvin periytyväksi ominaisuudeksi. Kolme mittauskertaa lehmää kohti riittää varsin hyvin lehmän maidon keskimääräisen juoksettumiskyvyn arvioimiseen. Tällä hetkellä juoksettumiskyvyn suoran jalostamisen ongelmana on kuitenkin automatisoidun, laajamittaiseen käyttöön soveltuvan mittalaitteen puute. Tämän takia väitöskirjassa tutkittiin mahdollisuuksia jalostaa maidon juoksettumiskykyä epäsuorasti, jonkin toisen ominaisuuden kautta. Tällaisen ominaisuuden pitää olla kyllin voimakkaasti perinnöllisesti kytkeytynyt juoksettumiskykyyn, jotta jalostus olisi mahdollista sen avulla. Tutkittavat ominaisuudet olivat sonnien kokonaisjalostusarvossa jo mukana olevat maitotuotos ja utareterveyteen liittyvät ominaisuudet sekä kokonaisjalostusarvoon kuulumattomat maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuus sekä maidon pH. Väitöskirjassa tutkittiin myös mahdollisuuksia ns. merkkiavusteiseen valintaan tutkimalla maidon juoksettumattomuuden perinnöllisyyttä ja kartoittamalla siihen liittyvät kromosomialueet. Tutkimuksen tulosten perusteella lehmien utareterveyden jalostaminen parantaa jonkin verran myös maidon juoksettumiskykyä sekä vähentää juoksettumattomuutta ayrshire-rotuisilla lehmillä. Lehmien maitotuotos ja maidon juoksettumiskyky sekä juoksettumattomuus ovat sen sijaan perinnöllisesti toisistaan riippumattomia ominaisuuksia. Myöskin maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuuden perinnöllinen yhteys juoksettumiskykyyn oli likimain nolla. Maidon pH:n ja juoksettumiskyvyn välillä oli melko voimakas perinnöllinen yhteys, joten maidon pH:n jalostaminen parantaisi myös maidon juoksettumiskykyä. Todennäköisesti sen jalostaminen ei kuitenkaan vähentäisi juoksettumatonta maitoa tuottavien lehmien määrää. Koska maidon juoksettumattomuus on niin yleinen ongelma suomalaisilla ayrshire-lehmillä, väitöksessä selvitettiin tarkemmin ilmiön taustoja. Kaikissa kolmessa tutkimusaineistoissa noin 10 % ayrshire-lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa. Kahden vuoden kuukausittaisen seurannan aikana osa lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa lähes joka mittauskerralla. Maidon juoksettumattomuus oli yhteydessä lypsykauden vaiheeseen, mutta mikään ympäristötekijöistä ei pystynyt täysin selittämään sitä. Sen sijaan viitteet sen periytyvyydestä vahvistuivat tutkimusten edetessä. Lopuksi tutkimusryhmä onnistui kartoittamaan juoksettumattomuutta aiheuttavat kromosomialueet kromosomeihin 2 ja 18, lähelle DNA-merkkejä BMS1126 ja BMS1355. Tulosten perusteella maidon juoksettumattomuus ei ole yhteydessä maidon juoksettumistapahtumassa keskeisiin kaseiinigeeneihin. Sen sijaan on mahdollista, että juoksettumattomuusongelman aiheuttavat kaseiinigeenien syntetisoinnin jälkeisessä muokkauksessa tapahtuvat virheet. Asia vaatii kuitenkin perusteellista tutkimista. Väitöksen tulosten perusteella maidon juoksettumattomuusgeeniä kantavien eläinten karsiminen jalostuseläinten joukosta olisi tehokkain tapa jalostaa maidon juoksettumiskykyä suomalaisessa lypsykarjapopulaatiossa.

Genetic variation in the LDL receptor-related protein 5 (LRP5) gene : Association with bone health and metabolic parameters

Bone mass accrual and maintenance are regulated by a complex interplay between genetic and environmental factors. Recent studies have revealed an important role for the low-density lipoprotein receptor-related protein 5 (LRP5) in this process. The aim of this thesis study was to identify novel variants in the LRP5 gene and to further elucidate the association of LRP5 and its variants with various bone health related clinical characteristics. The results of our studies show that loss-of-function mutations in LRP5 cause severe osteoporosis not only in homozygous subjects but also in the carriers of these mutations, who have significantly reduced bone mineral density (BMD) and increased susceptibility to fractures. In addition, we demonstrated for the first time that a common polymorphic LRP5 variant (p.A1330V) was associated with reduced peak bone mass, an important determinant of BMD and osteoporosis in later life. The results from these two studies are concordant with results seen in other studies on LRP5 mutations and in association studies linking genetic variation in LRP5 with BMD and osteoporosis. Several rare LRP5 variants were identified in children with recurrent fractures. Sequencing and multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) analyses revealed no disease-causing mutations or whole-exon deletions. Our findings from clinical assessments and family-based genotype-phenotype studies suggested that the rare LRP5 variants identified are not the definite cause of fractures in these children. Clinical assessments of our study subjects with LPR5 mutations revealed an unexpectedly high prevalence of impaired glucose tolerance and dyslipidaemia. Moreover, in subsequent studies we discovered that common polymorphic LRP5 variants are associated with unfavorable metabolic characteristics. Changes in lipid profile were already apparent in pre-pubertal children. These results, together with the findings from other studies, suggest an important role for LRP5 also in glucose and lipid metabolism. Our results underscore the important role of LRP5 not only in bone mass accrual and maintenance of skeletal health but also in glucose and lipid metabolism. The role of LRP5 in bone metabolism has long been studied, but further studies with larger study cohorts are still needed to evaluate the specific role of LRP5 variants as metabolic risk factors.

Using IRAP markers for analysis of genetic variability in populations of resource and rare species of plants

Species specific LTR retrotransposons were first cloned in five rare relic species of drug plants located in the Perm’ region. Sequences of LTR retrotransposons were used for PCR analysis based on amplification of repeated sequences from LTR or other sites of retrotransposons (IRAP). Genetic diversity was studied in six populations of rare relic species of plants Adonis vernalis L. by means of the IRAP method; 125 polymorphic IRAP markers were analyzed. Parameters for DNA polymorphism and genetic diversity of A. vernalis populations were determined.

Using IRAP markers for analysis of genetic variability in populations of resource and rare species of plants

Species specific LTR retrotransposons were first cloned in five rare relic species of drug plants located in the Perm’ region. Sequences of LTR retrotransposons were used for PCR analysis based on amplification of repeated sequences from LTR or other sites of retrotransposons (IRAP). Genetic diversity was studied in six populations of rare relic species of plants Adonis vernalis L. by means of the IRAP method; 125 polymorphic IRAP markers were analyzed. Parameters for DNA polymorphism and genetic diversity of A. vernalis populations were determined.