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.

Molecular Modelling of Estrogen-Producing Enzymes CYP450 Aromatase and 17beta-Hydroxysteroid Dehydrogenase Type 1

Breast cancer is the most common cancer in women in the western countries. Approximately two-thirds of breast cancer tumours are hormone dependent, requiring estrogens to grow. Estrogens are formed in the human body via a multistep route starting from cholesterol. The final steps in the biosynthesis include the CYP450 aromatase enzyme, converting the male hormones androgens (preferred substrate androstenedione ASD) into estrogens(estrone E1), and the 17beta-HSD1 enzyme, converting the biologically less active E1 into the active hormone 17beta-hydroxyestradiol E2. E2 is bound to the nuclear estrogen receptors causing a cascade of biochemical reactions leading to cell proliferation in normal tissue, and to tumour growth in cancer tissue. Aromatase and 17beta-HSD1 are expressed in or near the breast tumour, locally providing the tissue with estrogens. One approach in treating hormone dependent breast tumours is to block the local estrogen production by inhibiting these two enzymes. Aromatase inhibitors are already on the market in treating breast cancer, despite the lack of an experimentally solved structure. The structure of 17beta-HSD1, on the other hand, has been solved, but no commercial drugs have emerged from the drug discovery projects reported in the literature. Computer-assisted molecular modelling is an invaluable tool in modern drug design projects. Modelling techniques can be used to generate a model of the target protein and to design novel inhibitors for them even if the target protein structure is unknown. Molecular modelling has applications in predicting the activities of theoretical inhibitors and in finding possible active inhibitors from a compound database. Inhibitor binding at atomic level can also be studied with molecular modelling. To clarify the interactions between the aromatase enzyme and its substrate and inhibitors, we generated a homology model based on a mammalian CYP450 enzyme, rabbit progesterone 21-hydroxylase CYP2C5. The model was carefully validated using molecular dynamics simulations (MDS) with and without the natural substrate ASD. Binding orientation of the inhibitors was based on the hypothesis that the inhibitors coordinate to the heme iron, and were studied using MDS. The inhibitors were dietary phytoestrogens, which have been shown to reduce the risk for breast cancer. To further validate the model, the interactions of a commercial breast cancer drug were studied with MDS and ligand–protein docking. In the case of 17beta-HSD1, a 3D QSAR model was generated on the basis of MDS of an enzyme complex with active inhibitor and ligand–protein docking, employing a compound library synthesised in our laboratory. Furthermore, four pharmacophore hypotheses with and without a bound substrate or an inhibitor were developed and used in screening a commercial database of drug-like compounds. The homology model of aromatase showed stable behaviour in MDS and was capable of explaining most of the results from mutagenesis studies. We were able to identify the active site residues contributing to the inhibitor binding, and explain differences in coordination geometry corresponding to the inhibitory activity. Interactions between the inhibitors and aromatase were in agreement with the mutagenesis studies reported for aromatase. Simulations of 17beta-HSD1 with inhibitors revealed an inhibitor binding mode with hydrogen bond interactions previously not reported, and a hydrophobic pocket capable of accommodating a bulky side chain. Pharmacophore hypothesis generation, followed by virtual screening, was able to identify several compounds that can be used in lead compound generation. The visualisation of the interaction fields from the QSAR model and the pharmacophores provided us with novel ideas for inhibitor development in our drug discovery project.

Identifying Genetic Risk Factors in Canine Autoimmune Disorders

Autoimmune diseases are more common in dogs than in humans and are already threatening the future of some highly predisposed dog breeds. Susceptibility to autoimmune diseases is controlled by environmental and genetic factors, especially the major histocompatibility complex (MHC) gene region. Dogs show a similar physiology, disease presentation and clinical response as humans, making them an excellent disease model for autoimmune diseases common to both species. The genetic background of canine autoimmune disorders is largely unknown, but recent annotation of the dog genome and subsequent development of new genomic tools offer a unique opportunity to map novel autoimmune genes in various breeds. Many autoimmune disorders show breed-specific enrichment, supporting a strong genetic background. Furthermore, the presence of hundreds of breeds as genetic isolates facilitates gene mapping in complex autoimmune disorders. Identification of novel predisposing genes establishes breeds as models and may reveal novel candidate genes for the corresponding human disorders. Genetic studies will eventually shed light on common biological functions and interactions between genes and the environment. This study aimed to identify genetic risk factors in various autoimmune disorders, including systemic lupus erythematosus (SLE)-related diseases, comprising immune-mediated rheumatic disease (IMRD) and steroid-responsive meningitis arteritis (SMRA) as well as Addison s disease (AD) in Nova Scotia Duck Tolling Retrievers (NSDTRs) and chronic superficial keratitis (CSK) in German Shepherd dogs (GSDs). We used two different approaches to identify genetic risk factors. Firstly, a candidate gene approach was applied to test the potential association of MHC class II, also known as a dog leukocyte antigen (DLA) in canine species. Secondly, a genome-wide association study (GWAS) was performed to identify novel risk loci for SLE-related disease and AD in NSDTRs. We identified DLA risk haplotypes for an IMRD subphenotype of SLE-related disease, AD and CSK, but not in SMRA, and show that the MHC class II gene region is a major genetic risk factor in canine autoimmune diseases. An elevated risk was found for IMRD in dogs that carried the DLA-DRB1*00601/DQA1*005011/DQB1*02001 haplotype (OR = 2.0, 99% CI = 1.03-3.95, p = 0.01) and for ANA-positive IMRD dogs (OR = 2.3, 99% CI = 1.07-5.04, p-value 0.007). We also found that DLA-DRB1*01502/DQA*00601/DQB1*02301 haplotype was significantly associated with AD in NSDTRs (OR = 2.1, CI = 1.0-4.4, P = 0.044) and the DLA-DRB1*01501/DQA1*00601/DQB1*00301 haplotype with the CSK in GSDs (OR=2.67, CI=1.17-6.44, p= 0.02). In addition, we found that homozygosity for the risk haplotype increases the risk for each disease phenotype and that an overall homozygosity for the DLA region predisposes to CSK and AD. Our results have enabled the development of genetic tests to improve breeding practices by avoiding the production of puppies homozygous for risk haplotypes. We also performed the first successful GWAS for a complex disease in dogs. With less than 100 cases and 100 controls, we identified five risk loci for SLE-related disease and AD and found strong candidate genes involved in a novel T-cell activation pathway. We show that an inbred dog population has fewer risk factors, but each of them has a stronger genetic risk. Ongoing studies aim to identify the causative mutations and bring new knowledge to help diagnostics, treatment and understanding of the aetiology of SLE-related diseases.

Expression of lactate transporters MCT1, MCT2, MCT4 and the ancillary protein CD147 in horse muscle and red blood cells

Monocarboxylate transporters (MCTs) transport lactate and protons across cell membranes. During intense exercise, lactate and protons accumulate in the exercising muscle and are transported to the plasma. In the horse, MCTs are responsible for the majority of lactate and proton removal from exercising muscle, and are therefore also the main mechanism to hinder the decline in pH in muscle cells. Two isoforms, MCT1 and MCT4, which need an ancillary protein CD147, are expressed in equine muscle. In the horse, as in other species, MCT1 is predominantly expressed in oxidative fibres, where its likely role is to transport lactate into the fibre to be used as a fuel at rest and during light work, and to remove lactate during intensive exercise when anaerobic energy production is needed. The expression of CD147 follows the fibre type distribution of MCT1. These proteins were detected in both the cytoplasm and sarcolemma of muscle cells in the horse breeds studied: Standardbred and Coldblood trotters. In humans, training increases the expression of both MCT1 and MCT4. In this study, the proportion of oxidative fibres in the muscle of Norwegian-Swedish Coldblood trotters increased with training. Simultaneously, the expression of MCT1 and CD147, measured immunohistochemically, seemed to increase more in the cytoplasm of oxidative fibres than in the fast fibre type IIB. Horse MCT4 antibody failed to work in immunohistochemistry. In the future, a quantitative method should be introduced to examine the effect of training on muscle MCT expression in the horse. Lactate can be taken up from plasma by red blood cells (RBCs). In horses, two isoforms, MCT1 and MCT2, and the ancillary protein CD147 are expressed in RBC membranes. The horse is the only species studied in which RBCs have been found to express MCT2, and the physiological role of this protein in RBCs is unknown. The majority of horses express all three proteins, but 10-20% of horses express little or no MCT1 or CD147. This leads to large interindividual variation in the capacity to transport lactate into RBCs. Here, the expression level of MCT1 and CD147 was bimodally distributed in three studied horse breeds: Finnhorse, Standardbred and Thoroughbred. The level of MCT2 expression was distributed unimodally. The expression level of lactate transporters could not be linked to performance markers in Thoroughbred racehorses. In the future, better performance indexes should be developed to better enable the assessment of whether the level of MCT expression affects athletic performance. In human subjects, several mutations in MCT1 have been shown to cause decreased lactate transport activity in muscle and signs of myopathy. In the horse, two amino acid sequence variations, one of which was novel, were detected in MCT1 (V432I and K457Q). The mutations found in horses were in different areas compared to mutations found in humans. One mutation (M125V) was detected in CD147. The mutations found could not be linked with exercise-induced myopathy. MCT4 cDNA was sequenced for the first time in the horse, but no mutations could be detected in this protein.

Kymmenen koirarodun perinnöllinen monimuotoisuus

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää koirarotujen sisäistä ja välistä perinnöllistä muuntelua ja populaatioiden rakenteita. Tutkimuksessa käytettiin Finnzymes Oy:ltä saatua koirien mikrosatelliittimerkkeihin perustuvaa genotyypitysaineistoa. Lopullisessa aineistossa oli 395 koiraa kymmenestä keskenään varsin erilaisesta rodusta. Koirien määrä rotua kohti vaihteli 31:stä 53:een. Tutkimuksessa käytettiin 18 mikrosatelliittilokusta. Alleelirikkaus vaihteli mikrosatelliittilokuksissa välillä 2,0 – 9,9. Kaikkein muuntelevin lokus oli AHT137 ja vähiten muunteleva AHTk211. Jackrussellinterrierin alleelirikkaus oli yli kaikkien lokusten tarkasteltuna suurinta ja cavalier kingcharlesinspanielin pienintä. Eniten Hardy-Weinbergin tasapainosta poikkeavia mikrosatelliittilokuksia oli schipperke- rodulla. Coton de tulearin, saksanpaimenkoiran ja suomenlapinkoiran kaikki mikrosatelliittilokukset olivat Hardy-Weinbergin tasapainossa. Cavalier kingcharlesinspanielin havaittu heterotsygotia-aste oli matalin kaikkien lokusten yli tarkasteltuna (0,50) ja suomenlapinkoiran korkein (0,73). Ainoat tilastollisesti merkitsevät FIS-arvot olivat schipperken lokuksessa INU030 (0,39) ja kaikkien lokusten yli tarkasteltuna (0,11). Eniten populaatioiden välisiin eroihin perustuvaa muuntelua oli cavalier kingcharlesinspanielin ja pitkäkarvaisen collien välillä (FST = 0,34) ja vähiten chihuahuan ja coton de tulearin välillä (FST = 0,07). Koko aineistossa noin 17,7 % populaatioiden välisestä geneettisestä muuntelusta johtui populaatioiden välisistä eroista. Rodut ovat tulosten perusteella selvästi erillisiä populaatioita. Coton de tulearin alleeliparit olivat selvästi eniten kytkentäepätasapainossa keskenään (94) ja tiibetinspanielin vähiten (15). Pitkäkarvaisen collien tehollinen populaatiokoko oli pienin (35) ja chihuahuan suurin (86). U seiden populaatiogeneettisten tunnuslukujen perusteella nousivat esiin cavalier kingcharlesinspanieli, pitkäkarvainen collie ja schipperke perinnöllisen muuntelun vähäisyyden perusteella ja chihuahua, jackrussellinterrieri ja suomenlapinkoira keskimääräistä suuremman perinnöllisen muuntelun perusteella. Selityksiä geneettisen monimuotoisuuden vaihteluun näillä roduilla löytyy rotujen historiasta.

Nota sullo status della gallina prataiola (Tetrax tetrax) nella Zona di Protezione Speciale Piana di Semestene, Bonorva, Macomer e Bortigali (Sardegna), 2007-2009

The little bustard Tetrax tetrax is a bird of agro-pastoral landscapes rapidly disappearing from most of Western Europe due to agricultural intensification. In Italy, the species is virtually extinct from the mainland but still occurs in Sardinia, where four Special Protection Areas (SPAs) have been designated in 2007 to protect the bustard and related habitat. In this note, we document a steep decline (between 50 and 87,5%) of the species during the last decade in one of those four SPAs, Plains of Semestene, Bonorva, Macomer and Bortigali. However, during summer 2009, a group of 17 individuals was found within the SPA, confirming that the species, although at low numbers (5-15 displaying males), still breeds successfully in the area. Potential limiting factors are also discussed. We urge to undertake conservation measures based on solid scientific evidence if the local population is to be saved from probable extinction in the near future.

Suomalaisen alkuperäiskarjan liha – kuluttajien osto- ja maksuhalukkuus

Tutkielman tavoitteena on selvittää suomalaisen alkuperäiskarjan lihan potentiaalista kysyntää. Alkuperäiskarjan lihan erikoistuotemarkkinat voivat auttaa pitämään uhanalaiset, kotimaiset karjarodut tuotantokäytössä. Näin ollen erikoistuotemarkkinat voivat auttaa arvokkaiden suomalaisten eläingeenivarojen säilyttämisessä. Koska alkuperäiskarjan lihan tuotannon kannattavuus riippuu lihasta saatavasta lisähinnasta, tutkimuksen tavoitteena on myös tutkia, millainen kuluttajien maksuhalukkuus alkuperäiskarjan lihasta on verrattuna tavanomaiseen lihaan. Tutkimusaineisto kerättiin Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen ja Kuluttajatutkimuskeskuksen suunnittelemalla kyselytutkimuksella keväällä 2010. Tutkimuksessa käytettiin ehdollisen käyttäytymisen ja ehdollisen arvottamisen menetelmiä ja sen otoskoko on 1623. Kuluttajien ostohalukkuutta ja siihen vaikuttavia tekijöitä tutkittiin sekä binäärisen että ordinaalisen regression malleilla. Kuluttajien maksuhalukkuutta alkuperäiskarjan lihasta ja siihen vaikuttavia tekijöitä tutkittiin grouped data -mallin avulla. Malleissa käytettiin selittävinä muuttujina sosioekonomisten muuttujien lisäksi kuluttajien asenteita ja käyttäytymistä kuvaavia muuttujia. Tutkielman tulosten mukaan jopa 86 % vastaajista ostaisi alkuperäiskarjan lihaa, jos sitä olisi tarjolla kaupoissa. Ostohalukkuutta lisää muun muassa, jos vastaajalla on alle 18-vuotiaita lapsia ja vastaaja arvostaa lähellä tuotettua, paikallista ruokaa sekä ympäristöystävällisyyttä. Miehet ostaisivat alkuperäiskarjan lihaa todennäköisemmin kuin naiset. Suurin osa vastaajista ostaisi alkuperäiskarjan lihaa, jos se olisi samanhintaista kuin tavanomainen liha, mutta noin neljäsosa (23,5 %) vastaajista olisi valmis maksamaan alkuperäiskarjan lihasta korkeampaa hintaa kuin tavanomaisesta lihasta. Maksuhalukkuuteen vaikuttivat positiivisesti muun muassa kuuluminen ympäristöjärjestöön ja korkea tulotaso. Negatiivisesti vaikutti puolestaan esimerkiksi se, että vastaaja on nainen. Keskimääräinen maksuhalukkuus alkuperäiskarjan lihasta oli 6,25 % korkeampi kuin tavanomaisesta lihasta. Maksuhalukkuus alkuperäiskarjan lihasta oli selvästi yhteydessä siihen, kuinka usein vastaaja olisi halukas ostamaan sitä. Maksuhalukkuus oli korkein niillä vastaajilla, jotka haluaisivat ostaa lihaa säännöllisesti.

Two levels of MCT1 and CD147 expression in the equine red blood cells and muscle

Monocarboxylate transporters (MCTs), especially the isoforms MCT1 - MCT4, cotransport lactate and protons across the cell membranes. They are thus essential for pH regulation and homeostasis in glycolytic cells such as red blood cells (RBCs), and skeletal muscle cells during intense exercise. In 70% of the Standardbred horses the lactate transport activity (TA) in RBCs is high and transport is mediated mainly by MCTs. In the rest 30% of the Standardbreds MCT mediated transport route is not active and the TA is low. MCTs need an ancillary protein for their proper localization and functioning in the plasma membrane. The ancillary protein for MCT1 and MCT4 is a member of immunoglobulin superfamily, CD147. Here we determined the expression of MCT isoforms and CD147 in equine RBCs and gluteal muscle. We sequenced the cDNA of horse MCT1 and CD147 to achieve horse-specific antibodies and to reveal sequence variations that may affect the TA of RBCs. The amount of MCT1 and CD147 mRNA in muscle were also studied. ---- In all, 73 horses representing different breeds were used. Blood samples were drawn from the jugular vein and muscle samples were taken either from gluteal muscle using biopsy needle or during castration from expendable cremaster muscle. The TA of RBCs was studied using radiolabeled lactate and the amount of MCT isoforms and CD147 in the plasma membranes using Western blotting. The level of mRNA in muscle cells was determined using qPCR. Isoforms MCT1 and MCT2 were found in the RBCs and isoforms MCT1 and MCT4 in the muscle cells of horses. The TA of RBCs was dependent on the expression of CD147 and MCT1 in the plasma membrane. Sequence variations were found in the cDNA of both MCT1 and CD147, but they did not explain the inactivity of MCT1 mediated transport route. The single nucleotide polymorphism (SNP) Met125Val in CD147 that existed parallel with an SNP in 3´-untranslated region explained, however, attenuation in CD147 expression in Standardbreds. A single mutation Ile51Val also decreased the expression of CD147 in one Warmblood. The MCT1 and CD147 mRNA concentrations in the gluteal muscle were higher in horses with higher MCT1 and CD147 expression in RBCs and lower in horses with minor expression of CD147 and MCT1. This suggests that the bimodal distribution of TA is due to differences in transcriptional regulation that is functioning in parallel in MCT1 and CD147 gene.