Züchtungskunde, 86, (1) S. 9-18, 2014, ISSN 0044-5401
© Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart
Scientific Articles
Zur Bedeutung der Epigenetik für Nutztierwissenschaft und Tierzucht
H. Niemann1 ; 1 Institut für Nutztiergenetik, FLI, Mariensee, 31535 Neustadt, E-Mail: heiner.niemann@fli.bund.de
Epigenetik beinhaltet biochemische Veränderungen an der DNA und den Histonproteinen, die mit Veränderungen in der Genexpression verbunden sind, vererbbar sind, aber die DNA-Basenabfolge nicht verändern. Wesentliche Mechanismen sind die DNA-Methylierung und die biochemische Veränderung der Histonproteine durch Acetylierungen, Methylierungen, Phosphorylierungen oder Carboxylierungen. Ferner werden zu den epigenetischen Mechanismen in der Embryonalentwicklung die X-Chromosom-Inaktivierung und die Ausbildung der physiologischen Telomerenlänge gezählt. Die DNA-Methylierung spielt beim Säuger eine wesentliche Rolle in der frühen Embryonalentwicklung, da die spezifischen Genexpressionsmuster durch entsprechende DNA-Methylierungsveränderungen, in Form einer De- und Remethylierung in der Präimplantationsphase sichergestellt werden. Inzwischen liegen ausreichend Daten vor, die zeigen, dass die assistierten Reproduktionstechniken (ARTs) mit einem erhöhten Risiko für epigenetische Veränderungen verbunden sind, die wiederum mit Aberrationen in der Entwicklung einhergehen können. Epigenetische Phänomene können auch zur Ausbildung eines spezifischen Phänotyps im erwachsenen Tier beitragen (z.B. Callipyge). Im Gegensatz zu Nutztieren sind im Humanbereich epigenetisch bedingte Erkrankungen gut bekannt; epigenetisch wirksame Arzneimittel befinden sich bereits in der Entwicklung. Die Erforschung epigenetischer Mechanismen kann wesentlich zur Verbesserung der Nutztierzucht beitragen.
DNA Methylierung; Genexpression; Imprinting; assistierte Reproduktionstechniken; somatisches Klonen; transgenerationale Effekte
The role of epigenetics in animal science and animal breeding
Epigenetics include biochemical modifications of the DNA and the core histone proteins that are associated with changes in gene expression that can be passed on to progeny, but do not involve structural changes of the DNA sequence. The important mechanisms are DNA methylation and specific biochemical changes of the histone proteins by acetylation, methylation, phosphorylation and carboxylation. X-chromosome inactivation and telomere length regulation are further important epigenetic mechanisms that occur during early mammalian development. The DNA methylation profile plays a critical role in mammalian preimplantation development. The specific gene expression patterns are regulated by waves of de- and remethylation of the embryonic DNA. A growing number of studies shows that assisted reproductive technologies (ARTs) such as in vitro fertilization of oocytes and in vitro culture of embryos are associated with an increased risk of epigenetic changes that in turn may result in developmental deficiencies and aberrations. Epigenetic effects may contribute to a specific phenotype in adult animals (f. ex. Callipyge gene). Several human diseases have been identified as being epigenetic in nature; epigenetic drugs are currently in clinical development for treatment of patients. Research into the role of epigenetic mechanisms will yield significant clues towards the improvement of livestock breeding.
DNA methylation; gene expression; imprinting; assisted reproductive technologies; somatic cloning; transgenerational effects