Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine
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飼育下のホッキョクグマがペーシングによって消費するエネルギー量の解明
Get PDF飼育下の動物で特異的に観察される常同行動は，動物が低福祉状態にある時に多く発現することが報告されている。そのため，常同行動に関する多くの研究は，その発現を抑止することや発現頻度を減少させることに着目してきた。しかし，常同行動の発現が動物に与える影響を考慮せず単にこれを抑制する行為は，動物福祉をさらに低下させる可能性があるかもしれない。従って，まずは常同行動の発現による動物への影響を明らかにし，その影響に基づいて常同行動への対応を検討する必要があると考えられる。そこで本研究では，常同行動の一種であるペーシングを対象に，その発現が動物の身体へ与える影響を評価・検討することを目的とし，ペーシングによって消費されるエネルギー量の定量化を試みた。
調査期間は2023年5月から10月とし，毎月9日間，9時5分から16時25分までの間，北海道帯広市のおびひろ動物園において，展示されているメスのホッキョクグマ1 頭の観察を行った。観察によって明らかとなったペーシングによる歩行距離に基づき消費エネルギーの定量化を行った結果，ペーシングによって消費されたエネルギー量は数百kcal ／日程度であった。ヒトやイヌの先行研究との比較により，ペーシングの発現が意義のある運動としてホッキョクグマに影響を与えている可能性が示唆された。この結果は，これまで行われてきたペーシングへの対処に一石を投じるものであり，今後様々な視点からペーシングを含めた常同行動への対応を議論することが重要であろう。Stereotypic behaviors are particularly observed in captive mammals when they are in poor welfare. Therefore, numerical studies on stereotypical behaviors have focused on suppressing or reducing their frequency. However, merely inhibiting these stereotypic behaviors without considering their impact on animals may exacerbate concerns regarding animal welfare well-being. In this study, we aimed to evaluate the effects of ‘pacing’, which is a typical stereotypic behavior of stressed large mammals, on the body of large mammal and to quantify the amount of energy consumed by such pacing. We observed a female polar bear at the Obihiro Zoo in Obihiro, Hokkaido, Japan, nine days a month from May to October 2023, from 9:05 a.m. to 4:25 p.m. We quantified the energy consumption based on the distance walked by pacing and found that the daily energy consumption from pacing was several hundred kcal. Compared with published researches on humans and dogs, our finding suggests that the expression of pacing may be a meaningful exercise. This may offer novel insights into addressing pacing behavior. It will be important to explore strategies for managing stereotypic behavior, including pacing, from various diverse perspectives in future discussion.departmental bulletin pape
The mitigating effect of feeding lucerne hay cubes supplemented with an optimal combination of nitrate with L-cysteine on enteric methane emission in sheep
Get PDFapplication/pdfThe combination of optimal nitrate and L-cysteine to safely mitigate rumen methane (CH4) emissions in ruminants was studied in an open-circuit respiration head-hood system using four rumen-fistulated Suffolk wethers in a 4 × 4 Latin square design. Four treatments were set up Control: fed on lucerne hay cubes without nitrate and L-cysteine, Nitrate: fed on lucerne hay cubes with 0.18 % NO3−-N in dry matter (DM)), N + Cys-H: fed on lucerne hay cubes supplemented with 0.18 % NO3−-N and 0.74 % L-cysteine (equivalent to half the upper limit of effective S requirement in DM), and N + Cys-Q: fed on lucerne hay cubes supplemented with 0.18 % NO3−-N and 0.37 % L-cysteine (equivalent to 1/4 of the upper limit of effective S requirement in DM). In this experiment, the ingested nitrate at a subclinical concentration/s (0.18 % in DM) increased by 11.2 % mean methemoglobin value and alleviated rumen methanogenesis by 47 %. Administration of L-cysteine set at 0.74 % and 0.37 % in DM reduced by 68 % and 58 % methemoglobin formed by nitrate alone, respectively (P < 0.05). However, daily mitigation of CH4 emissions decreased by 35 % with the addition of L-cysteine at both addition concentration/s compared with Control. The results of this study suggest that mitigation of enteric methane emissions by the combination of nitrate and L-cysteine can be achieved by feeding diets in which the nitrate content is maintained at around 0.18 % NO3−-N in DM and L-cysteine addition is adjusted to 0.37–0.74 % in DM. This method would be recommended as a safe, efficient, and practical way to mitigate enteric CH4 emissions leading to increased productivity while reducing the increased N excretion that causes N2O emissions. © 2023journal articl
Analyzing quantitative trait loci of agronomic traits for plant architecture and yield in adzuki bean (Vigna angularis).
Get PDF帯広畜産大学博士（農学）Doctor of Agriculture2023application/pdfThe Tokachi region of Hokkaido is the primary adzuki bean (Vigna angularis) producer in Japan. However, sustainable production is affected by limitations in genetic knowledge related to plant architecture and yield, and machine harvesting efficiency. This study aimed to gain insights into the genetic mechanisms underlying key traits for enhanced adzuki bean production. The primary objectives encompassed: (i) elucidating genetic control of epicotyl length to improve mechanization efficiency; (ii) identifying genetic loci associated with plant height traits for ideal plant architecture; and (iii) clarifying genetic mechanisms underlying maturity and yield-related traits in adzuki bean. Mapping populations were generated using the breeding line ‘Toiku161’ and the cultivar ‘Chihayahime’ for subsequent quantitative trait loci (QTL) analyses.
Chapter 2 focused on the genetic control of epicotyl length (ECL) by analyzing recombinant inbred lines using QTL-seq. Four significant QTLs on chromosomes 2, 7, 10, and 11 were identified that contribute to increased ECL. Two of these QTLs, qECL7.1 and qECL10.1, were validated using insertion/deletion (InDel) markers. The chromosomal location of qECL7.1 was fine-mapped to a 418 kb region using a substitution mapping method with InDel, cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS), derived cleaved amplified polymorphic sequence (dCAPS), and single nucleotide polymorphism (SNP) molecular markers. This region harbors 35 candidate genes possibly influencing ECL. The identified genetic loci offer valuable insights for breeding adzuki bean genotypes with enhanced epicotyl length, a critical trait for mechanical weed control and harvesting efficiency.
Chapter 3 mapped the genetic loci affecting plant height (PH) and its related traits, including ECL, stem internode length below node 7 (STIL7), stem internode length above node 8 (STIL8), and the total number of nodes (NN). Over 39 QTLs were related to these traits. Some QTLs showed stability by being detected consistently across the three years, including qPH2 and qSTIL8.2 on chromosome 2, qPH4 and qSTIL8.4 on chromosome 4, and qSTIL7.7 and qECL7.1 on chromosome 7. Remarkably, on chromosomes 2 and 4, a QTL affecting STIL8, an upper stem trait, co-localized with a QTL influencing PH. Likewise, on chromosome 7, a QTL affecting STIL7, a lower stem trait, co-localized with a QTL influencing ECL. This suggests the prospect of controlling the upper and lower stem parts independently to achieve enhanced plant height without compromising overall plant architectural integrity.
Chapter 4 analyzed genetic mechanisms for maturity and yield traits, including flowering (FLD), maturity (MAD), reproductive period (RP), total pod number (PDTN), Grain weight (GW), and number of grains per pod (NGP). A total of 36 QTLs were detected and a stable QTL for flowering qFLD2 was found on chromosome 2 across the three-year study period. Flowering and maturity traits were generally located on either different chromosome or chromosomal positions. This suggests independent genetic regulation of flowering and maturity times, presenting prospects for developing early-maturity varieties to minimize yield losses by frost. The study findings showed co-localization between plant architecture (PH, STIL, FLD, MAD) and yield (PDTN, GW) traits, especially on chromosomes 2 and 4. The QTL network further evaluated causal relationships between plant height and yield traits, revealing 16 QTLs with direct and indirect effects on 11 traits. These QTL-to-trait interactions were distinctively grouped into 3: stem length and yield; seed weight, and seed quantity. Two important QTL hubs were identified within chromosomes 4 and 7. The identified pleiotropic and polygenic effects in the QTL-to-trait interactions provide useful insights into the understanding of regulatory mechanisms governing plant height and yield traits.
In conclusion, the QTL, candidate genes, co-dominant markers, QTL-to-trait interactions, and QTL hubs identified in this study are invaluable aspects in the molecular-assisted breeding for ideal key traits including plant height, epicotyl length, maturity, and yield. This understanding is crucial to the development of genotypes with improved mechanized compatibility and increased yields thereby contributing to sustainable production of adzuki bean in Tokachi. Further studies are, however, recommended particularly on fine-mapping of remaining key traits and candidate gene identification for more impactful application in adzuki bean breeding programs.北海道の十勝地域は，日本におけるアズキの主要な生産地であり，今後も持続的にアズキを生産することが求められている．しかしながら現状において，アズキの草型や収量性に関する遺伝的な知見は少なく，効率的な栽培に関わる機械作業適性をもつ植物体の育成が困難な状況である．本研究では，アズキの効率的な生産を可能とする農業形質の遺伝的メカニズムの知見を得るために，(i) 機械作業効率向上に重要な上胚軸長の遺伝的制御を明らかにすること，(ii) 理想的な草型を得るために草丈および草型関連形質の遺伝子座を特定すること，(iii) アズキの収量関連形質の遺伝的メカニズムを明らかにすることを目的とした．そこで，育種系統である「十育161 号」と栽培品種の「ちはやひめ」を交雑して得られた後代系統をマッピング集として用い，量的形質遺伝子座 (QTL) 解析を実施した．
第2 章では，上胚軸長（ECL）の遺伝的制御を明らかにするために，組換え自殖系統を供試してQTL-seq 解析を行った．その結果，第2，第7，第10 および第11 番染色体上に上胚軸長の増加に寄与する4 つのQTL が座乗することを確認した．挿入・欠失（InDel）マーカーで作製した連鎖地図を用いてこれらQTL を再検証したところ， 2 つのQTL（qECL7.1 とqECL10.1）のみが大きな効果をもつことが明らかとなった．第7 染色体に検出したqECL7.1 の座乗領域を絞り込むために，新たなDNA マーカーを開発し置換マッピングを行った結果，418 kb の領域（35の推定遺伝子）にqECL7. 1 をファインマッピングした．これらの結果は，アズキの機械除草や機械収穫にとって重要な特性である上胚軸長の効率的な選抜に役立つと考えられる．
第3 章では，草丈（PH）および草丈に影響を与えるECL，下位節の節間長（STIL7），上位節の節間長（SIL8）および主茎の総節数（NN）についてQTL 解析を行い，計39 のQTL を検出した．これらQTL のうち，第2 染色体のqPH2 とqSTIL8.2，第4 染色体のqPH4 とqSTIL8.4，そして第7 染色体のqSTIL7.7 とqECL7.1 は，同一領域に3 年間を通じて安定的に座乗した．以上の結果から，草丈の構成要素である胚軸長・下位節の節間長と上位節の節間長は異なる遺伝メカニズムを有しており，独立して草丈を制御していることを明らかにした．
第4 章では，開花期（FLD），成熟期（MAD），登熟期間（RP），総莢数（PDTN），100粒重（GW）および一莢内粒数（NGP）のQTL 解析により，これらの特性に関連する計30 のQTL を検出した．第2 染色体上に特定したqFLD2 は，3 ヵ年安定して検出された．また，FLDとMAD のQTL が異なる遺伝子座として検出されたため，開花期と成熟期を独立的に制御できると考えられた．また，第2，第4 染色体上に検出した草型関連形質と収量関連形質は同一領域に共局在していた．草型関連形質と収量関連形質との間の因果関係を調査するためにQTL ネットワーク解析を行った．その結果，QTL と形質間の相互作用において，第4 染色体と第7 染色体の2 つのQTL が草丈と収量性を調節するうえで重要であることが明らかとなった．
この研究の成果から得られた各種QTL，候補遺伝子，QTLに連鎖するDNAマーカー，QTLと形質間の相互作用に関する情報は，マーカー支援選抜を通して理想的な特性（上胚軸長，草丈，開花期と成熟期，収量）をもつ品種の早期開発につながると考えられる．また，省力的なアズキ栽培に必要な機械作業適性の向上や収量性の増加に寄与し，持続可能なアズキの生産を可能とするだろう．今後の研究において，重要形質のファインマッピングと候補遺伝子の特定を進めることにより，アズキの育種プログラムにおいてより効果的な成果が期待される．博士学位論文大学院畜産学研究科 畜産科学専攻Doctoral Program of Animal Science and Agriculturedoctoral thesi
Investigating cross-species immunity and disease modulation in Babesia co-infections
Get PDF帯広畜産大学博士（獣医学）Doctor of Veterinary Medicine2023application/pdfバベシア症とマラリアは、特に免疫不全の人に高い罹患率と死亡率を示す2つの重要なベクター媒介性疾患である。 バベシア症は、免疫不全の人に高い罹患率と死亡率を示す。以前の研究では、マウスにおける致死性の Babesia rodhaini 感染は、感染の慢性期に活性化されたマクロファージに基づく免疫反応を介して B. microtiの一次感染によって回避できることが示唆されている。一方で、マラリアは依然として世界で最も重大な健康問題の一つであり、世界全体の疾病の 2.6% を占めており、この脅威を排除する取り組みが続けられている。世界的な研究の主な焦点は、ワクチン接種または治療アプローチを通じてこの病気に対する効率的制御法 を 開発することであり、革新的な戦略によりこの目標の達成を可能とする。この研究は、マウスモデルにおけるこれら 2つの疾患の急性同 時感染に関連する免疫動態と病理を調査することを目的として行われた。
第1章では、2種のバベシア間の相互作用に焦点を当て、 B. microti (ミュンヘン株) と B. rodhaini (オーストラリア株) の安定系統を腹腔内感染に利用した。雌の野生型 BALB/c マウスを B. microti に感染させ、その後、さまざまな時点で B. rodhaini を感染させた。感染率、体重、ヘマトクリット値、生存率の定期的なモニタリングを行った。免疫蛍光顕微鏡法とフローサイトメトリーにより、免疫応答と細胞集団を評価した。 脾臓の組織病理学的分析により組織変化を検査し、血清サイトカインと抗体反応を定量化した。リアルタイム PCRにより B. rodhaini定量化が行われた。これらの包括的な方法は、バベシア原虫の同時感染における相互作用と免疫応答に焦点を当てる。 B. rodhaini感染の慢性期における B. microtiの一次感染により、感染率が大幅に軽減し、攻撃感染に対する免疫が付与されることが判明した。この弱毒化は、脾臓の B 細胞および T 細胞の減少、抗体レベルの低下、および体液性免疫の低下によって特徴付けられる。興味深いことに、マクロファージとナチュラルキラー細胞の集団の増加が観察され、防御におけるそれらのな役割が示唆された。サイトカイン IFN-γ および IL-10 は、 B. rodhaini感染によって引き起こされる致死率に主要な要因となる。 活性酸素種の形での酸化ストレスも疾患の重症化に寄与する。組織病理学的検査により、 B. rodhaini感染と同時感染では脾臓の辺縁領域に違いがあることが明らかになった。 同時感染した宿主の防御におけるさまざまな免疫細胞サブタイプの役割を調査するには、さらなる研究が必要となる。
第2章では、 C57BL/6J マウスモデルにおける急性 B. microti (Peabody mjr) とPlasmodium berghei ANKA の同時感染が複雑性マラリアに及ぼす影響の理解を目的とした。マウスを、 B. microti 感染 (Bm)、同時感染 (Bm/PbA7)、 P. berghei 感染 (PbA)、およびナイーブ対照グループを含むいくつかのグループに分けた。 感染率、体重、赤血球、ヘマトクリット、免疫細胞集団の定期的なモニタリングを行った。 生存率と実験的脳マラリア (ECM) を評価した。さまざまな臓器の免疫表現型を決定するためフローサイトメトリーを利用した。 組織の損傷を調べるために組織病理学を行った。血清サイトカインレベルを定量化し、 ELISA によって体液性免疫を評価した。 P. bergheiの絶対定量を qPCR によって実行した。エバンスブルーアッセイでは、血液脳関門の破壊と肺血管の不整合を評価した。これらの方法により、バベシア症とマラリアのマウスモ デルにおける免疫応答と病理に対する同時感染の影響を包括的に調査することが可能となった。急性 B. microti 感染は、 P. berghei によって抑制されていた免疫を活性化した。同時感染したマウスの免疫細胞集団は増強され、脳、肝臓、肺、脾臓における寄生虫の隔離が減少し、組織損傷が減少した。サイトカイン分析により、 TNF-α、 IFN-γ、 IL-12p70 が P. berghei 感染によるマラリアの重症度に関連する主要なサイトカインであることが示された。 自然免疫、特にマクロファージは、P. berghei 感染に対する防御において重要な役割を果たした。
結論として、これらの研究は、バベシアとプラスモディウムの同時感染の免疫応答と病理学的特徴の調査を行った。これらの発見は、バベシア症とマラリアを抑制し、最終的には生存率を改善し、これらの疾患を制御するための新しい治療ツールを開発するために、 有意義な基礎データを提供するものと考えられる 。博士学位論文大学院畜産学研究科 獣医学専攻Doctoral Program of Veterinary Sciencedoctoral thesi
