Myostatin (growth differentiation factor (GDF)-8), is one member of the transforming growth factor $\beta$ superfamily. Investigations of GDF-8 null mice and double-muscled cattle revealed that GDF-8 has a profound influence upon skeletal muscle growth. Therefore, the GDF-8 effect upon the productive performance of pigs is worth exploring. In the present study, the nucleotide sequences and expression levels of GDF-8 genes in European pigs (Landrace and Duroc) and Asian pigs (Taoyuan and Small-ear) were evaluated. Based upon their genetic background these breeds possess significantly distinct growth rate and muscle productionphenotypes. Our sequence data showed that the nucleotide sequences of European and Asian pigs were 100% similar. Postnatal expression of GDF-8 gene in skeletal muscles, from birth to 12 mo of age, among different breeds was measured. GDF-8 expression levels in the longissimus muscle of neonatal European breed littermates were the highest, however it declined significantly (p<0.05) at 1 and 3 mo, and then increased gradually at 6 to 12 mo. The Asian breeds, however, GDF-8 expression level increased markedly at 3 mo and maintained a constant level thereafter. The results indicate that rather than polymorphism within the GDF-8 functional sequence between European and Asia breeds, it was relative to the gene regulation in postnatal muscle growth.
Melanocortin 4 receptor: (MC4R) and Myostatin (MSTN) are two important growth trait-related genes in animals. In this study, we showed that two SNPs, MC4R-719A>G and MSTN-519C>T, found in the promoters of the MC4R and MSTN genes, respectively, are both associated with growth traits in Spinibarbus hollandi. Furthermore, we observed that there were significant associations between the expression levels of the MC4R and MSTN genes and these two growth trait-related SNPs. The expression level of MC4R gene in brain was lower in GG genotype fish with extremely high growth performance than that in AA genotype fish with extremely low growth performance. Expression level of the MSTN gene in muscle was lower in TT genotype fish with extremely high growth performance than that in CC and CT genotype fish with lower growth performance. The results indicated that these SNPs located in the promoters of MC4R and MSTN are associated with growth-related traits through modification of gene expression levels. The MSTN and MC4R SNPs may have useful application in effective marker-assisted selection aimed to increase output in S. hollandi.
The myostatin gene of seven important meat (Beltex (Australia), Beltex$\times$Huyang (F1), Meat and Multi-Prolific Chinese Merino Fine Wool, Meat Chinese Merino Fine Wool and Dorper (South Africa)) and non-meat (Huyang and Kazak) sheep breeds was analyzed to study the genetic basis of muscular hypertrophy (double muscling) phenotype in sheep. SNPs, four in regulatory regions and several in the introns in the myostatin gene, were identified, and the former four SNPs were used for further studies. Twelve haplotypes were predicted by PHASE program, of which four main haplotypes (1, 3, 7, 9) were present in 90% of the 364 sheep in the study. Haplotypes 1-4 were mainly present in meat breeds while haplotypes 7 and 9 dominated the non-meat breeds. The association between haplotypes and average daily gain (ADG) was analyzed among 116 sheep with production data, Haplo2 (CGAA) and Haplo8 (TGAA) were identified to have significant (p<0.05) effect on ADG by the model (JMP5.1 software) taking into account the effects of breed, family background, haplotype, birth weight and sex. ADG of these haplotype groups also correlated well (r = 0.82) with hypertrophic phenotype scores. In conclusion, the mutations -956 (T$\rightarrow$C), -41 (C$\rightarrow$A) and 6223 (G$\rightarrow$A) involved in Haplo2 and 8 may be associated with the double-muscling trait by influencing myostatin function and be suitable markers in selecting meat sheep.
Jin, Eun-Jung;Kim, Inae;Lee, C. Young;Park, Byung-Chul
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.19
no.10
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pp.1508-1513
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2006
Myostatin (MSTN) and insulin-like growth factors (IGFs) are a known inhibitor and stimulators of proliferation and differentiation of muscle cells, respectively. The present study was performed to investigate the relationship of MSTN-induced growth inhibition to expression of the IGF system components and myogenin, a muscle cell-specific transcription factor, in rat L6 myoblasts. The L6 cells transfected with a green fluorescent protein-MSTN plasmid expression construct had a 47% less cell number than mock-transfected cells after 3-d serum-free culture, accompanied by delayed differentiation which was suggested by inhibited aggregation of cells. Moreover, cells transfected with the expression construct had decreased expression of IGF-II and myogenin genes, but not IGF-I or its receptor genes, as examined by reverse transcription-polymerase chain reaction. The reduced mitosis of the L6 cells transfected with the MSTN-expression construct increased following an addition of either IGF-I or IGF-II to the culture medium, but not to the level of mock-transfected cells. By contrast, myogenin gene expression in these cells increased after the addition of either IGF to the level of mock-transfected cells. Collectively, these results suggest that the inhibitory effect of MSTN on L6 cell proliferation and differentiation is likely to be partly mediated by serially suppressed expression of IGF-II and myogenin genes, not IGF-I gene.
Genetic modification enables modification of target genes or genome structure in livestock and experimental animals. These technologies have not only advanced bioscience but also improved agricultural productivity. To introduce a foreign transgene, the piggyBac transposon element/transposase system could be used for production of transgenic animals and specific target protein-expressing animal cells. In addition, the clustered regularly interspaced short palindromic repeat-CRISPR associated protein 9 (CRISPR-Cas9) system have been utilized to generate chickens with knockout of G0/G1 switch gene 2 (G0S2) and myostatin, which are related to lipid deposition and muscle growth, respectively. These experimental chickens could be the invaluable genetic resources to investigate the regulatory pathways and mechanisms of improvement of economic traits such as fat quantity and growth. The gene-edited animals could also be applicable to the livestock industry.
Jeju horse (Equus ferus caballus) is a Korean horse breed that has been native to Jeju Island for a long time. Jeju horses are used as racehorses, and their racing ability is a major economic trait. The role of the myostatin (MSTN) gene in skeletal muscle mass has been studied in various mammals, and mutations in the MSTN gene are known to affect the racing ability and stamina of thoroughbreds. In this study, we compared the frequency of mutations in the MSTN gene in several horse breeds, including 1,433 Jeju horses. Among the mutations (ECA18 g.66493737C>T) in the MSTN gene, the long-distance aptitude genotype (TT) was found to have a frequency of 0.826 in Jeju horses, which was higher than that in Halla horses (0.285) and thoroughbreds (0.252). The genotypes and arrival records of Jeju horses were compared according to various distances (400 m, 800 m, 900 m, 1,000 m, 1,110 m, and 1,200 m). According to the results, the CT type showed a faster-reaching record than the TT type in races of less than 1,000 m. However, almost identical results were confirmed in races over 1,110 m. This study suggests that the MSTN mutation in Jeju horses may be related to race distance aptitude. In future research, the data in this study can be used for developing markers related to race distance aptitude and racing abilities in Jeju horses.
Biotechnology will play critical role in improving animal productivity. Animal growth rate and muscle deposition potential can be greatly improved by the application of biotechnology and biotechnological products. Administration of recombinant somatotropin (ST) or other compounds such as IGF-1 and growth hormone-releasing peptides (GHRPs) can enhance growth rate and carcass lean percentage. Gene transfer offers a powerful approach to manipulate endocrine system and metabolic pathways toward faster growth and better feed efficiency. Biotechnology is also extensively used for improving metabolism and activity of gut microorganisms for better nutrient digestibility. Knockout of growth-inhibiting genes such as myostatin results in considerable acceleration of body weight and muscle growth. Animal growth can also be improved by the use of gene therapy. Immunomodulation is another approach for efficient growth through controlling the activity of endogenous anabolic hormones. All the above aspects will be discussed in this review.
Muscle mass improvement through lifestyle modification has been shown to reduce the risk of metabolic syndrome. This study examined the capacity of ethanol extracts of Scytosiphon lomentaria (SLE) to suppress the bioactivity of myostatin, a potent negative regulator of skeletal muscle mass, as well as the effect of SLE treatment on metabolic homeostasis in obese zebrafish induced by high feeding. A total of 10 ㎍/ml SLE completely blocked myostatin (1 nM/ml) signaling in the pGL3-(CAGA)12 luciferase assay and suppressed myostatin-induced Smad2 phosphorylation in the Western blot analysis. In the zebrafish larvae analysis, the whole body glucose concentration of the high feeding control (HFC) group was significantly higher than that of the normal feeding control (NFC) group. However, the glucose levels of the high feeding group treated with 12.5 ug SLE and of the high feeding group treated with 18.75 ug SLE were similar to those of the NFC group. The mRNA expression level of the GLUT2 gene of the HFC group was significantly lower than that of the NFC group. SLE treatment restored the expression of the GLUT2 gene to a level that was close to that of the NFC group, indicating that SLE is capable of regulating glucose levels in zebrafish larvae. The current results highlight the potential of SLE as a natural MSTN inhibitor and supplement that can be used to facilitate the treatment of metabolic syndrome.
Genome/gene-editing (GE) techniques, characterized by a low technological barrier, high efficiency, and broad application among organisms, are now being employed not only in medical science but also in agriculture/veterinary science. Different engineered CRISPR/Cas9s have been identified to expand the application of this technology. In pig production, GE is a precise new breeding technology (NBT), and promising outcomes in improving economic traits, such as growth, lean or healthy meat production, animal welfare, and disease resistance, have already been documented and reviewed. These promising achievements in porcine gene editing, including the Myostatin gene knockout (KO) in indigenous breeds to improve lean meat production, the uncoupling protein 1 (UCP1) gene knock-in to enhance piglet thermogenesis and survival under cold stress, the generation of GGTA1 and CMP-N-glycolylneuraminic acid hydroxylase (CMAH) gene double KO (dKO) pigs to produce healthy red meat, and the KO or deletion of exon 7 of the CD163 gene to confer resistance to porcine reproductive and respiratory syndrome virus infection, are described in the present article. Other related approaches for such purposes are also discussed. The current trend of global regulations or legislation for GE organisms is that they are exempted from classification as genetically modified organisms (GMOs) if no exogenes are integrated into the genome, according to product-based and not process-based methods. Moreover, an updated case study in the EU showed that current GMO legislation is not fit for purpose in term of NBTs, which contribute to the objectives of the EU's Green Deal and biodiversity strategies and even meet the United Nations' sustainable development goals for a more resilient and sustainable agri-food system. The GE pigs generated via NBT will be exempted from classification as GMOs, and their global valorization and commercialization can be foreseen.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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