Effects of dairy proteins and calcium on diet-induced obesity in mice

Diet high in dairy products is inversely associated with body mass index, risk of metabolic syndrome and prevalence of type 2 diabetes in several populations. Also a number of intervention studies support the role of increased dairy intake in the prevention and treatment of obesity. Dairy calcium has been suggested to account for the effect of dairy on body weight, but it has been repeatedly shown that the effect of dairy is superior to the effect of supplemental calcium. Dairy proteins are postulated to either enhance the effect of calcium or have an independent effect on body weight, but studies in the area are scarce. The aim of this study was to evaluate the potential of dairy proteins and calcium in the prevention and treatment of diet-induced obesity in C57Bl/6J mice. The effect of dairy proteins and calcium on the liver and adipose tissue was also investigated in order to characterise the potential mechanisms explaining the reduction of risk for metabolic syndrome and type 2 diabetes. A high-calcium diet (1.8%) in combination with dietary whey protein inhibited body weight and fat gain and accelerated body weight and fat loss in high-fat-fed C57Bl/6J mice during long-term studies of 14 to 21 weeks. α-lactalbumin, one of the major whey proteins, was the most effective whey protein fraction showing significantly accelerated weight and fat loss during energy restriction and reduced the amount of visceral fat gain during ad libitum feeding after weight loss. The microarray data suggest sensitisation of insulin signalling in the adipose tissue as a result of a calcium-rich whey protein diet. Lipidomic analysis revealed that weight loss on whey protein-based high-calcium diet was characterised by significant decreases in diabetogenic diacylglycerols and lipotoxic ceramide species. The calcium supplementation led to a small, but statistically significant decrease in fat absorption independent of the protein source of the diet. This augments, but does not fully explain the effects of the studied diets on body weight. A whey protein-containing high-calcium diet had a protective effect against a high-fat diet-induced decline of β3 adrenergic receptor expression in adipose tissue. In addition, a high-calcium diet with whey protein increased the adipose tissue leptin expression which is decreased in this obesity-prone mouse strain. These changes are likely to contribute to the inhibition of weight gain. The potential sensitisation of insulin signalling in adipose tissue together with the less lipotoxic and diabetogenic hepatic lipid profile suggest a novel mechanistic link to explain why increased dairy intake is associated with a lower prevalence of metabolic syndrome and type 2 diabetes in epidemiological studies. Taken together, the intake of a high-calcium diet with dairy proteins has a body weight lowering effect in high-fat-fed C57Bl/6J mice. High-calcium diets containing whey protein prevent weight gain and enhance weight loss, α-lactalbumin being the most effective whey protein fraction. Whey proteins and calcium have also beneficial effects on hepatic lipid profile and adipose tissue gene expression, which suggest a novel mechanistic link to explain the epidemiological findings on dairy intake and metabolic syndrome. The clinical relevance of these findings and the precise mechanisms of action remain an intriguing field of future research.

Risks from plants containing pyrrolizidine alkaloids for livestock and meat quality in Northern Australia.

This chapter describes poisoning associated with consumption of pyrrolizidine alkaloid (PA)-containing plants (Crotalaria spp., Heliotropium spp. and Senecio spp.) by cattle and horses in rangelands of northern Australia, as well as the risks for meat quality of PA residues and potential health hazards to consumers.

Increase water use efficiency and productivity, and reduce energy and water usage and costs, of dairy and fodder enterprises, to reduce costs of milk production

Increase water use efficiency and productivity, and reduce energy and water usage and costs, of dairy and fodder enterprises, to reduce costs of milk production.

The distribution and host plants of fruit flies (Diptera: Tephritidae) in Australia

This book provides for the first time a detailed host list for all the fruit fly species (Tephritidae) known from Australia. It includes available distribution, male lure and host plant information for the 278 species currently recorded from Australia (including Torres Strait Islands but excluding Christmas and Cocos (Keeling) islands in the Indian Ocean). This total includes 269 described species plus nine undescribed species of Tephritinae. Thirteen fruit fly specialists from throughout Australia collaborated with QDPI in the production of this book. It provides an invaluable reference source for anyone involved in fruit fly research, ecological studies, pre- and post-harvest control, regulation, quarantine and market access.

Potato virus A as a heterologous protein expression tool in plants

Viruksien käyttö tuotekehityksen ja tutkimuksen vaatimien proteiinien tuottamiseen, syötävien rokotteiden kehittämiseen ja geeniterapiaan edustavat kasvavia biotekniikan sovellusalueita. Perunan A-virus (PVA) kuuluu potyviruksiin, joiden proteiinit tuotetaan aluksi yhtenä suurena molekyylinä, joka pilkotaan yksittäisiksi proteiineiksi viruksen itsensä tuottamilla entsyymeillä. Siten virusgenomiin lisätty vieras geeni käännetään proteiiniksi virusproteiinien mukana. Lopputuloksena kaikkia proteiineja tuotetaan kasvisoluissa samansuuruinen määrä. Lisäksi, viruksen proteiinikuoren koontimekanismi sallii perintöaineksen merkittävän lisäyksen ilman että viruksen tartutuskyky merkittävästi heikkenee. Koska virus monistuu ja leviää koko kasviin, jo melko pieni määrä kasveja riittää huomattavan proteiinimäärän tuottamiseen esimerkiksi säännösten mukaisessa kasvihuoneessa. Tämän työn tarkoituksena oli muuntaa PVA:n genomia siten, että virus soveltuisi yhden vieraan proteiinin tai useiden erilaisten proteiinien samanaikaiseen tuottamiseen kasveissa. Aluksi kokeiltiin viruksen replikaasia ja kuoriproteiinia koodaavien genomialueiden välistä kohtaa ja ihmisestä peräisi olevaa geeniä, joka tuotti S-COMT-entsyymiä (katekoli-O-metyylitransferaasi). Sen aktiivisuuden rajoittaminen auttaa Parkinsonintaudin hoidossa. Kasvissa tuotettua S-COMT:ia voitaisiin käyttää lääkekehityksessä estolääkkeiden testaukseen. Kahden viikon kuluttua tartutuksesta tupakan lehdissä oli entsymaattisesti aktiivista S-COMT:ia n. 1 % lehden liukoisista proteiineista. PVA:n P1-proteiinia koodaavalta alueelta oli paikannettu kohta, johon ehkä voitaisiin siirtää vieras geeni. Asia varmistettiin siirtämällä tähän kohtaan meduusan geeni, joka tuottaa UV-valossa vihreänä fluoresoivaa proteiinia (GFP). GFP-geeniä kantava PVA levisi kasvissa ja lisääntyi n. 30-50 %:iin viruksen normaalista pitoisuudesta. Koko kasvi fluoresoi vihreänä UV-valossa. Vieras geeni voidaan sijoittaa myös potyviruksen P1- ja HCpro-proteiineja koodaavien alueiden väliin. Samaan PVA-genomiin siirrettiin kolme geeniä, yksi kuhunkin kolmesta kloonauskohdasta: GFP-geeni P1:n sisälle, merivuokon lusiferaasigeeni P1/HCpro-kohtaan ja bakteerin beta-glukuronidaasigeeni (GUS) replikaasi/kuoriproteiini-kohtaan. Virusgenomin ja itse viruksen pituudet kasvoivat 38 %, mutta virus säilytti tartutuskykynsä. Se levisi kasveissa saavuttaen n. 15 % viruksen normaalista pitoisuudesta. Kaikki kolme vierasta proteiinia esiintyivät lehdissä aktiivisina.

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.

Concentrate feeding strategies for growing and finishing dairy bulls offered grass silage-based diets

The first aim of this thesis was to produce data for evaluating, developing and recommending biologically and economically efficient energy and protein feeding strategies for growing and finishing dairy bulls offered grass silage-based diets. The second aim was to calculate the energy and protein supplies of the dairy bulls fed different grass silage-cereal-based diets and, based on this, to estimate the possible need to revise the current Finnish energy and protein recommendations for growing dairy bulls. The third aim was to demonstrate the phosphorus supply of dairy bulls fed grass silage-cereal-based diets with or without protein supplementation in relation to current feeding recommendations for phosphorus. The results indicate that protein supplement is not needed for finishing dairy bulls (live weight more than 250 kg) when they are fed good-quality grass silage (digestible organic matter more than 650 g/kg dry matter, restricted fermentation with low concentrations of fermentation acids and ammonia N) and grain-based concentrate with a moderate (300-700 g/kg dry matter) concentrate level. The results also suggest that with total mixed ration feeding it is possible to use rather high concentrate proportions (700 g/kg dry matter) in feeding dairy bulls. According to this study, barley fibre is a suitable energy supplement with good-quality silage for growing dairy bulls. The results suggest that 50% of barley grain can be replaced with barley fibre without affecting growth. Also oats is a suitable energy supplement for dairy bulls. However, as a consequence of decreased energy intake, the gain and feed conversion of the bulls were slightly reduced in this study when barley grain was replaced by oats in the diet. Ultimately, the rationality of the use of barley fibre and oats in the future will depend on the price in relation to other concentrates. During the feeding experiments the calculated supply of energy was 10% higher than in the Finnish feeding recommendations for the present growth rate. This indicates that there is a need to update the Finnish feeding recommendations for dairy-breed growing bulls, and further calculations are needed for the energy supply of growing dairy bulls. The calculated supply of AAT (amino acids absorbed from the small intestine) was 38% higher than in the Finnish feeding recommendations for the present growth. Possibly, the present AAT-PBV system is not an optimal protein evaluation system for growing dairy bulls more than 250 kg live weight. The calculations based on the feeding experiments and the Finnish feeding recommendations indicate that in most cases the dairy bulls (live weight more than 250 kg) received enough P from the basic grass silage cereal-based diets without additional mineral feeds. Therefore there is no need to add P in the form of mineral mixtures.

Influence of harvesting strategy on nutrient supply and production of dairy cows consuming diets based on grass and red clover silage

The main objective of this thesis was to elucidate the effects of regrowth grass silage and red clover silage on nutrient supply and milk production of dairy cows as compared with primary growth grass silages. In the first experiment (publication I), two primary growth and four regrowth grass silages were harvested at two stages of growth. These six silages were fed to 24 lactating dairy cows with two levels of concentrate allowance. Silage intake and energy corrected milk yield (ECM) responses, and the range in these response variables between the diets, were smaller when regrowth silages rather than primary growth silages were fed. Milk production of dairy cows reflected the intake of metabolizable energy (ME), and no differences in the ME utilization were found between the diets based on silages harvested from primary growth and regrowth. The ECM response to increased concentrate allowance was, on average, greater when regrowth rather than primary growth silages were fed. In the second experiment (publication II), two silages from primary growth and two from regrowth used in I were fed to rumen cannulated lactating dairy cows. Cows consumed less feed dry matter (DM), energy and protein, and produced less milk, when fed diets based on regrowth silages rather than primary growth silages. Lower milk production responses of regrowth grass silage diets were mainly due to the lower silage DM intake, and could not be accounted for by differences in energy or protein utilization. Regrowth grass silage intake was not limited due to neutral detergent fibre (NDF) digestion or rumen fill or passage kinetics. However, lower intake may be at least partly attributable to plant diseases such as leaf spot infections, dead deteriorating material or abundance of weeds, which are all higher in regrowth compared with primary growth, and increase with advancing regrowth. In the third experiment (publications III and IV), red clover silages and grass silages harvested at two stages of growth, and a mixed diet of red clover and grass silages, were fed to five rumen cannulated lactating dairy cows. In spite of the lower average ME intake for red clover diets, the ECM production remained unchanged suggesting more efficient utilisation of ME for red clover diets compared with grass diets. Intake of N, and omasal canal flows of total non-ammonia N (NAN), microbial and non-microbial NAN were higher for red clover than for grass silage diets, but were not affected by forage maturity. Delaying the harvest tended to decrease DM intake of grass silage and increase that of red clover silage. The digestion rate of potentially digestible NDF was faster for red clover diets than for grass silage diets. Delaying the harvest decreased the digestion rate for grass but increased it for red clover silage diets. The low intake of early-cut red clover silage could not be explained by silage digestibility, fermentation quality, or rumen fill but was most likely related to the nutritionally suboptimal diet composition because inclusion of moderate quality grass silage in mixed diet increased silage DM intake. Despite the higher total amino acid supply of cows fed red clover versus grass silage diets, further milk production responses on red clover diets were possibly compromised by an inadequate supply of methionine as evidenced by lower methionine concentration in the amino acid profile of omasal digesta and plasma. Increasing the maturity of ensiled red clover does not seem to affect silage DM intake as consistently as that of grasses. The efficiency of N utilization for milk protein synthesis was lower for red clover diets than for grass diets. It was negatively related to diet crude protein concentration similarly to grass silage diets.