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Title
Differentielle Genexpression von bovine Pansenepithel während transienter subakuter Pansenazidose / vorgelegt von: Mahsa Sadat Adib Razavi
Additional Titles
Differential gene expression of bovine rumen epithelium during transient subacute ruminal acidosis
AuthorAdib Razavi, Mahsa Sadat
Published2017
Descriptionxii, 92 Blatt
Institutional NoteWien, FH Campus Wien, Masterarb., 2017
Date of SubmissionJuly 2017
LanguageEnglish
Document typeMaster Thesis
Keywords (DE)Subakute ruminalen Azidose (SARA) / Pansenepithel / Genexpression / PH-Regulation / Barrierefunktion / Nährstofftransport
Keywords (EN)Subacute ruminal acidosis (SARA) / Dairy cow / Rumen epithelium / Gene expression / pH regulation / Barrier function / Nutrient transport
Keywords (GND)Milchkuh / Fütterung / Pansenazidose
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Abstract (German)

Einleitung und Ziele: Subakute ruminalen Azidose (SARA) ist eine schwere Verdauungsstörung bei Milchkühe, die mit der Fütterung von hochenergetischen Diäten an Hochproduktionskühe in Zusammenhang gebracht wird und weltweit zu großen ökonomischen Kosten führt. Dies liegt zum Teil daran, dass das Pansenepithel während des SARA aufgrund des verminderten pH-Werts, der erhöhten Osmolalität und einer Ansammlung von kurzkettigen Fettsäuren im Pansen eine Funktion verliert, was zu einer lokalen und systemischen Entzündung führt. Ziel der vorliegenden Studie war, die Wirkung multiplen Kämpfen von SARA auf das Kuh Pansenepithel zu untersuchen, indem die epitheliale Genexpression von pH-Regulationsmechanismen und Nährstofftransporter in Milchkühe analysiert wurde.

Materialien und Methoden: Ein secksphasiges Fütterungsprogramm wurde für die Fütterung von nicht-laktierenden Holstein-Kühen einschließlich einer Futter-Diät (Baseline) und einer Hochleistungs-Challenge-Diät entworfen, die in 2 getrennten Phasen, SARA1 (7 d bis 14 d) und SARA2 (21 d bis 35 d) erfolgten. Die beiden Herausforderungen wurden durch eine einwöchige Erholungsphase getrennt, in der nur Futter gefüttert wurden. Die Expressionsniveaus von 10 Zielgenen, die den Nährstofftransport und die Barrierefunktion beeinflussen, einschließlich BDH1 (Hydroxybutyrate dehydrogenase, isoform 1), CLDN1 (Claudin 1), CLDN4 (Claudin 4), DRA (Down regulation Adenoma), DSG1 (Desmoglein 1), HMGCS1 (3-Hydroxy-3-methyglutarylcoenzyme A synthase 1), MCT1 (H+monocarboxylate transporter 1), MCT4 (H+monocarboxylate transporter 4), NHE1 (Sodium/proton exchanger isoform 1), and ZO1 (Zona Occludens) wurden durch RT-qPCR (Reverse Transcription quantitative PCR) im Pansenepithel zusammen mit der Überwachung des pH-Wertes während des gesamten Experriments geschätzt.

Ergebnisse: Der pH-Wert wurde während SARA1 im Vergleich zu SARA2 verringert. Die Expressionsniveaus von BDH1, DRA, CLDN1, ZO1, DSG1 und HMGCS1 wurden erhöht, MCT4- und CLDN4-Expression wurden abgelehnt, und die Expression von NHE1 und MCT1 änderte sich während der SARA-Behandlungen im Vergleich zur Baseline nicht. Es gab eine signifikante positive Korrelation zwischen der Hochregulation von CLDN4 und DRA Genexpression in Baseline- und SARA2-Behandlungen und einer signifikanten negativen Korrelation zwischen der Hochregulation des CLDN4 Expressionsniveaus und der Runterregulation des DSG1-Expressionsniveaus. Die CLDN4 Expression nahm ab und die DSG1 Expression nahm zu, wenn der Pansen-pH-Wert anstieg.

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen eine adaptive Antwort der Pansenepithel Genexpression auf Veränderungen in der Pansen Umgebung wie pH-Wert. Variable Reaktionen des Epithels zwischen SARA1 und SARA2 zeigen andere Einflüsse auf die Genexpression neben der diätetischen Zusammensetzung. Die Ergebnisse dieser Studie können für die Entwicklung von Ernährungsstrategien und Futtermittelmanagementprogramme zur Verbesserung der Gesundheit des Tieres verwendet werden.

Abstract (English)

Introduction and objectives: Subacute ruminal acidosis (SARA) is a serious digestive disorder in dairy cattle that is associated with the feeding of high energy diets to high production cattle, and results in great economic costs globally. This is in part because the rumen epithelium loses function during SARA due to decreased pH, increased osmolality, and an accumulation of short-chain fatty acids in the rumen, resulting in both local and systemic inflammation. The aim of present study was to investigate the effect of multiple bouts of SARA on cow ruminal epithelium by analyzing epithelial gene expression of pH regulation mechanisms and nutrient transporter in dairy cows.

Materials and methods: A six-phase feeding program was designed for feeding non-lactating Holstein cows including a forage only diet (baseline), and a high-energy challenge diet which was fed in 2 separate phases, SARA1 (7 d to 14 d) and SARA2 (21 d to 35 d). The two challenges were separated by a one week recovery phase, where only forages were fed. Rumen epithelial biopsy samples were taken on d 0, 13 and 33. The expression levels of 10 target genes which influence nutrient transport and barrier function including BDH1 (Hydroxybutyrate dehydrogenase, isoform 1), CLDN1 (Claudin 1), CLDN4 (Claudin 4), DRA (Down regulation Adenoma), DSG1 (Desmoglein 1), HMGCS1 (3-Hydroxy-3-methyglutarylcoenzyme A synthase 1), MCT1 (H+monocarboxylate transporter 1), MCT4 (H+monocarboxylate transporter 4), NHE1 (Sodium/proton exchanger isoform 1), and ZO1 (Zona Occludens) were estimated by RT-qPCR (Reverse transcription quantitative PCR) in rumen epithelial along with monitoring of pH throughout the experiment.

Results: The value of pH was decreased during SARA1 in comparison to SARA2. Expression levels of BDH1, DRA, CLDN1, ZO1, DSG1 and HMGCS1 were increased, MCT4 and CLDN4 expression declined, and the expression of NHE1 and MCT1 did not change during SARA treatments in comparison to the baseline. There was a significant positive correlation between up-regulation of both CLDN4 and DRA gene expression in baseline and SARA2 treatments and a significant negative correlation between the up-regulation of the CLDN4 expression level and the down-regulation of the DSG1 expression level. The CLDN4 expression decreased and DSG1 expression increased as the rumen pH increased.

Conclusion: The results show an adaptive response of the rumen epithelium gene expression to changes in the rumen environment such as pH. Variable responses of the epithelium between SARA1 and SARA2 indicate other influences on gene expression besides dietary composition. The results of this study can be used for development of nutritional strategies and feed management programs for improvement of animal gut health.