Growth hormone genotype (AluI polymorphism), metabolic and endocrine changes, and the resumption of ovarian cyclicity in postpartum dairy cows

Abstract

An orchestrated system of various metabolic and endocrine changes characterizes the transition from the dry period to lactation in dairy cows. Growth hormone, through its crucial role in galactopoiesis and thus in the persistency of lactation as well as an important part of the GH-IGF-I axis is involved in the homeorhetic adaptation to increased mammary demand for nutrients. A polymorphic site of the GH gene (AluI polymorphism) that results in an amino acid change at position 127 of the polypeptide chain (leucine to valine; LL, LV and VV genotypes) has been linked to milk production traits with various outcome. To a limited extent, endocrine features (basal and GHRHinduced release of growth hormone and plasma levels of certain metabolic hormones) and reproductive characteristics related to different AluI genotypes have also been tested, but results were inconsistent. The purpose of our study was to investigate the association of AluI polymorphism with reproductive traits, milk yield, body condition change, and whether GH genotype could be related to the occurrence of hyperketonemia, plasma levels of metabolic hormones and peripheral insulin sensitivity in early postpartum Holstein-Friesian cows. A total of 586 cows participated in the experiments. Our results show that AluI genotype is not related to the interval from calving to first ovulation and to short-term milk production and is not associated with the extent of body condition loss shortly after calving (n=307; Exp. 1.). Furthermore, changes in plasma ß-hydroxybutyrate, insulin, IGF-I and leptin concentrations post partum happen irrespectively of GH genotype and that hyperketonemia is mainly linked to the hormonal and metabolic changes occurring at the onset of lactation causing a significant decrease in blood levels of insulin, IGF-I and leptin (n=257; Exp. 2.). Holstein-Friesian cows heterozygous for AluI polymorphism of the GH gene are more likely to develop insulin resistance during early lactation and reach higher lactation yields than le ucine homozygous cows. It appears that genotype is not associated with the onset of postpartum ovarian activity and first observed estrus. The Revised Quantitative Insulin Sensitivity Check Index and its modified variant (RQUICKIBHB) both seem useful for the detection of changes in peripheral insulin sensitivity (n=22; Exp. 3.). The results of our experiments hopefully represent some contribution to the world of dairy science.

Nagyhozamú tejelő tehenekben számos élettani-biokémiai és endokrin folyamat egységessé hangolt rendszere teszi lehetővé a szárazonállást követően a laktáció megindulását. Szarvasmarhában a növekedési hormon (GH) szabályozza elsősorban a tejtermelés megindulását és fenntartását, és mint a GH-IGF-I tengely tagja döntő szerepet játszik a tejmirigy megnövekedett táplálóanyagszükségleteihez való homeorhetikus adaptációban. A növekedési hormon gén egy nukleotidjában bekövetkezett pontmutáció eredményeként a GH fehérjeláncának 127. aminosava a kódoló génszekvencia szerint leucinra vagy valinra változhat (AluI polimorfizmus; LL, LV és VV genotípusok). A genotípusok tejtermelésének, valamint endokrin és szaporodásbiológiai funkcióinak (GH alap- és GHRH-stimulált szekréciója, egyes metabolikus hormonok plazmaszintje) vizsgálatakor eltérő, és sok esetben egymásnak ellentmondó eredmények születtek. Célunk volt, hogy közvetlenül ellés után lévő Holstein-Fríz tehenekben vizsgáljuk a GH gén AluI polimorfizmusának az egyes szaporodásbiológiai mutatókkal, a tejtermeléssel és az ellés utáni kondícióveszteséggel mutatott összefüggését, és felderítsük az egyes GH genotípusok közötti különbségeket a hiperketonémia előfordulásának, bizonyos metabolikus hormonok plazmaszintjének és a perifériás inzulinérzékenység változásának tükrében. Kísérleteinket nagyszámú állaton (n=586) több magyarországi nagyüzemben végeztük. A GH genotípus (AluI polimorfizmus) nem befolyásolta az ellés utáni első ovuláció időpontját, a 30. napig megtermelt tej összmennyiségét és a kondíciópontvesztés mértékét (n=307; 1. kísérlet). Az ellést követő második héten a hiperketonémiás tehenekben jelentősen alacsony inzulin, IGF-I és leptin koncentrációk voltak mérhetők az egészséges állatokhoz képest. Nem voltak azonban kimutathatóak szignifikáns különbségek a leucin homozigóta és a heterozigóta állatok plazma ß-hidroxi-vajsav, inzulin, IGF-I és leptin szintjei között (n=257; 2. kísérlet). Az ellés utáni első két hétben a heterozigóta állatokat a leucin homozigótákénál alacsonyabb inzulinérzékenység jellemezte, de ezek az egyedek valószínuleg magasabb laktációs tejtermelésre is képesek. Nem volt megfigyelhető AluI genotípusok szerinti különbség a postpartum első ovuláció és első ivarzás idejében. A perifériás inzulinérzékenység gyors és egyszerű mérésére javasolt Revised Quantitative Insulin Sensitivity Check Index és annak általunk módosított változata (RQUICKIBHB) egyaránt alkalmasnak látszanak 8 teljes test inzulinérzékenység mértékének a becslésére (n=22; 3. kísérlet). Eredményeink reményeink szerint hozzájárulnak az ellés körüli metabolikus és hormonális változások jobb megértéséhez.