Skeletal muscle is a highly metabolically active tissue and has market value in meat-producing farm animals. The overall aim of this thesis is to deeply investigate the biological functions and pathways associated with muscle fiber types, mitochondrial respiration, glycolytic and oxidative enzyme activities in porcine muscle. Firstly, the transcriptional profile of longissimus biopsies 24h ante mortem was investigated in malignant hyperthermia syndrome (MHS)-negative Duroc and Pietrain (PiNN) pigs significantly distinct in muscle fiber types and mitochondrial respiration. Differential gene expression analysis and weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) revealed clear differences in muscle metabolic properties between two breeds and identified many biological pathways associated with fiber types and metabolic enzyme activities. To explore the regulatory role of microRNAs (miRNAs) in energy metabolism, the miRNA expression profiles were investigated in the same muscle samples. The miRNA-mRNA regulatory networks related to muscle fiber type, metabolic enzyme activity and ATP production were modelled based on in silico prediction of target mRNAs and correlation of expression and phenotypic measurements of muscles in Duroc and PiNN pigs. These complex networks may contribute to the muscle phenotypic variations by fine-tuning gene expressions. Next, the expression profiles of pathway-focused genes related to oxidative and glycolytic pathways were analyzed in conjunction with phenotypic measurements in four pig breeds with distinct metabolic types including Duroc, PiNN, Pietrain homozygous-positive for MHS (PiPP) and an F2 Duroc-Pietrain crossbred homozygous-negative for MHS (DuPi) using longissimus biopsies. At transcript level, lactate dehydrogenase B showed breed specificity, with significantly lower expression in PiPP pigs. A similar mRNA expression pattern was observed for several subunits of oxidative phosphorylation (OXPHOS) complexes, including complex I, complex II, complex IV and ATP synthase. The expressions of these pathway-focused genes were well correlated to their enzyme activities and muscle fiber composition in a breed-dependent manner. These results stressed the importance of transcriptional regulation of genes involved in metabolic pathways especially OXPHOS system in muscle fibers. Finally, in order to address the role of mitochondria, early post mortem longissimus samples taken from the same four breeds were used to investigate mitochondrial DNA content, haplotypes and gene expressions of OXPHOS subunits. PiPP pigs carried only one haplotype (Haplotype 8) and showed the lowest absolute mtDNA copy number, the lowest abundance of transcripts of many mitochondrial and nuclear encoded OXPHOS subunits among all four breeds. The results were informative for the understanding of haplotype and breed-specific mitochondrial content variation and molecular basis of OXPHOS pathway. The co-expression pattern of OXPHOS genes supported the mitochondrial-nuclear crosstalk and their complexity contributed to muscular metabolism. This part of the study highlighted the importance of mitochondrial-nuclear crosstalk, haplotype and copy number variation underlying muscle phenotype differences. In summary, muscle energy metabolism was investigated in this thesis by the whole genome transcriptional profiling of mRNAs and miRNAs followed by a focus on OXPHOS system at the level of both nuclear and mitochondrial DNA contributing to phenotypic variations in different pig breeds. These findings provided insights into the molecular regulatory patterns involved muscular energy metabolism which may be used as biomarkers to predict meat quality and/or diagnose muscular diseases....

Commercialization of non-timber forest products has been one of the strategies worldwide for integrated rural poverty alleviation and forest conservation. Through a social-ecological systems approach, this dissertation aims to assess the contribution of a community forestry enterprise to sustainable rural development in an indigenous forest community in an ecological frontier. Specifically, this research work seeks to define the current relationship of indigenous Tagbanuas on Palawan island in the Philippines with giant honey bees (Apis dorsata Fab.) and analyze the impacts of a wild honey enterprise on rural livelihood, forest preservation, and traditional culture. By employing the multi-step knowledge development process of transdisciplinary research, this dissertation establishes system knowledge and target knowledge, which are both important in shaping transformative knowledge. This has the potential to influence local, regional, and global decision making processes on indigenous livelihood, forest and honey bee conservation.<br /> In chapter two, a global review was conducted on the role of wild bees in social-ecological systems. The review shows that wild bees occupy a central role in social contexts and mostly provide services and benefits related to food, medicine, and pollination. Chapter three shows that on a local level, indigenous Tagbanuas mostly use honey for food, medicine, and material. The majority (94%) of 251 non-honey hunter Tagbanuas surveyed consume honey; however, most of them (86%) only use less than a liter of honey annually. Nowadays, honey hunters rarely perform hunting rituals and also sell beeswax, which had long been considered important in Tagbanua rituals. Despite wild honey hunting being a major livelihood activity, only 24% of those surveyed could correctly identify the giant honey bee. Inferential statistics show that lower level of education correlates with a higher probability to correctly identify the giant honey bee. Chapter four details how giant honey bee nesting areas were voluntarily mapped by honey hunters who trained in using global positioning system equipment. In chapter five, spatial analysis was conducted on nesting tree areas. Results show that vegetation cover dropped from 0.61 in the year 1988 to 0.41 in 2015. Pollen analysis showed the presence of at least 11 plant families in honey samples. This includes the mangrove family Rhizophoraceae, which hints that the giant honey bees forage in both terrestrial and coastal areas. A minority of community members responded that they use chemical fertilizers (4%) and pesticides (20%), which are known to be harmful to bees. However, the laboratory-analyzed honey samples contain no pesticide residues, showing the potential of Tagbanuas honey to be classified as organic. In chapter six, results of a gross margin and integrated value chain analysis show that downstream actors capture most of the economic value of wild honey. Commercial wild honey hunting may help avoid poverty aggravation, but it seems insufficient in alleviating poverty or guaranteeing conservation. In chapter seven, we discuss how integrated conservation and development projects have much potential in promoting sustainable development in indigenous forest communities but challenges need to be overcome to fulfill this potential. Institutions must not only focus on provisioning ecosystem services of giant honey bees, but also consider cultural and regulating services. In pursuing sustainability and systems thinking, this dissertation compels readers to pay attention to two marginalized entities: indigenous groups and honey bees other than the well-known European honey bee (A. mellifera L.). In doing so, this research hopes to influence conservation and development efforts to become more inclusive and sensitive to entities left behind....
<strong>Nachhaltigkeit gemeinschaftlicher Forstbetriebe: Sammeln wilden Honigs durch Einheimische im UNESCO Mensch- und Biosphärenreservat Palawan, Philippinen</strong><br /> Die Kommerzialisierung von Nicht-Holz-Waldprodukten ist eine der Strategien der integrierten ländlichen Armutsbekämpfung und des Naturschutzes. Unter Nutzung eines sozial-ökologischen Systemansatzes zielt diese Arbeit darauf ab, den Beitrag gemeinschaftlicher Waldnutzung indigener Bevölkerungsgruppen zur nachhaltigen ländlichen Entwicklung zu beurteilen. Als Fallbeispiel dienen dabei die aktuellen Wechselwirkungen der indigenen Gruppe der Tagbanuas auf Palawan Insel in den Philippinen mit Riesen-Honigbienen (Apis dorsata Fab.) Dabei werden die Auswirkungen der kommerziellen Honigvermarktung auf die ländlichen Lebenswelten, den Schutz des Waldökosystems und die traditionelle Kultur zu analysieren. Durch den Einsatz eines mehrstufigen Wissensentwicklungsprozesses aus der transdisziplinären Forschung werden in dieser Arbeit Systemkenntnisse und Zielwissen geschaffen, die für die Gestaltung von transformativem Wissen wichtig sind. Sie können lokale, regionale und globale Entscheidungsprozesse auf die indigenen Lebenswelten, den Waldschutz und die Erhaltung von wilden Honigbienenpopulationen beeinflussen.<br /> Eine globale Überprüfung der Rolle der Wildbienen in sozial-ökologischen Systemen zeigt, dass wilde Bienen eine zentrale Rolle in ruralen sozialen Kontexten einnehmen und Produkte und Dienstleistungen etwa in Form von Nahrung, Medizin und Bestäubung bieten. Indigene Tagbanuas nutzen Honig als Nahrung, Medizin und Material. Die große Mehrheit (94%) der nicht-Honig-sammelnden Tagbanuas verwenden Honig, allerdings die meisten von ihnen (86%) nur weniger als einen Liter Honig jährlich. Heutzutage führen Honigsammler selten Jagdrituale durch, und verkaufen stattdessen das Bienenwachs, das traditionell wichtig für Tagbanua-Rituale ist. Trotz des Sammelns wilden Honigs, was ein wichtiger Lebensunterhalt in Tagbanua-Gemeinden ist, konnten nur 24% von 251 nicht-Honig-sammelnden Tagbanuas die Riesen-Honigbiene richtig identifizieren. Inferentielle Statistiken zeigen, dass ein niedrigeres Bildungsniveau und eine höhere Vegetation die korrekte Identifizierung der Riesen-Honigbiene erheblich beeinflussen. Die Nistplätze der Riesen-Honigbienen wurden im Rahmen dieser Arbeit von den Honigsammlern mit Hilfe von globalen Positionierungssystemen (GPS) dargestellt. Die räumliche Analyse zeigte, dass die Vegetationsabdeckung in Nestbaumgebieten von 0,61 im Jahr 1988 auf 0,41 im Jahr 2015 sank. Die Pollenanalyse zeigte die Anwesenheit von mindestens 11 Pflanzenfamilien in Honigproben. Dazu gehört auch die Mangrovenfamilie Rhizophoraceae, die darauf hinweist, dass die Riesen-Honigbienen auch in küstennahen Gebieten Palawans Nahrung finden. Nur eine Minderheit von Tagbanua Kleinbauern nutzen chemische Düngemittel (7%) und Pestizide (14%), die für Bienen schädlich sind. Die Honigproben enthalten keine Pestizidrückstände und zeigen ein Potential, das als organisch eingestuft werden kann.<br /> Eine grobe Marge und eine integrierte Wertschöpfungskettenanalyse mit sozio-kulturellen Analysen zeigen, dass nachgeschaltete Akteure den größten Teil des ökonomischen Wertes von Wildhonig abschöpfen und die kommerzielle Sammlung von Wildhonig negative Auswirkungen auf die traditionelle Kultur von Tagbanuas hat. Kommerzielle Wildhonigsammlung kann dazu beitragen, ein weiteres Armutswachstum zu vermeiden, aber weniger dazu, Armut zu mindern. Integrierte Waldschutz- und Entwicklungsprojekte haben ein hohes Potenzial für die Förderung der nachhaltigen Entwicklung indigener Waldgemeinschaften. Allerdings gibt es Herausforderungen, die überwunden werden müssen, wenn dieses Potenzial umgesetzt werden soll. Institutionen müssen sich nicht nur auf die Bereitstellung von Ökosystemleistungen von Riesen-Honigbienen konzentrieren, sondern auch Kultur- und Regulierungs-Dienstleistungen berücksichtigen. Auf Basis des Nachhaltigkeitsdiskurses und eines Systemdenkens zwingt diese These die Leser, auf zwei marginalisierte ‚Einheiten‘ zu achten: indigene Gruppen und wilde Honigbienenarten abseits der bekannte A. mellifera L. (Europäische Honigbiene). Schlussfolgernd fordert diese Forschungsarbeit die bessere Integration von sensiblen Naturschutz- und Entwicklungsprogrammen im Globalen Süden....

Helminths are among the gastrointestinal parasites that are responsible for substantial loss of productivity in swine and other livestock industry. Despite indoor intensive rearing with routine anthelmintics, helminth ...

Follicular cells and preimplantation embryos communication with their in vivo or in vitro environments via mechanisms including cell adhesion and extracellular vesicles is crucially essential for normal oocyte and embryo development and subsequently successful pregnancy. Therefore, this dissertation aims to assess the potential role of exosomes in granulosa cells’ oxidative stress response and figure out the epigenetic role of DNA methylation in the regulation of focal adhesion pathway in preimplantation embryos. For that, two main experiments were conducted; where bovine granulosa cells were cultured under oxidative stress conditions induced by H₂O₂. Exosomes were isolated from culture media and subjected to mRNA quantification analysis. Thereafter, control and H₂O₂-stressed cells were co-cultured with non-stress or stress-released exosomes. Cells of all experimental groups were subjected to ROS level, mitochondrial activity, cell cycle and cell proliferation assays as well as mRNA and protein expression analyses. In parallel, bovine embryos were cultured in media supplemented with EGF and/or HA. Blastocysts were subjected to ROS level, TUNEL, cryopreservation assays and protein analysis. Moreover, embryos were cultured in media supplemented with epidermal growth factor (EGF) and hyaluronic acid (HA) pre, post and during embryonic genome activation (EGA). Blastocysts from all groups were subjected to mRNA expression and DNA methylation analysis of genes involved in focal adhesion pathway. Results revealed that, H₂O₂-induced oxidative stress significantly increased ROS level as well as mRNA and protein expression of Nrf2 and antioxidant genes. Stress-released exosomes were enriched with mRNA of Nrf2 and selective antioxidants (CAT, and TXN1). Granulosa cells co-cultured with stress-released exosomes exhibited higher mRNA and protein levels of Nrf2 and its downstream antioxidants which in turn reduced ROS level and enhanced mitochondrial activity and cell proliferation under oxidative stress conditions. Furthermore, culture media supplemented with EGF and/or HA altered the DNA methylation pattern of genes involved in focal adhesion pathway associated with significant high mRNA and protein levels. The supplementation of EGF and HA particularly during EGA had a positive effect on mRNA expression of focal adhesion genes. Blastocysts with higher focal adhesion mRNA and protein levels had low ROS level and apoptosis with high cryotolerance. These findings highlighted the role of exosomes and DNA methylation in cell-cell communications and subsequently cell function and embryo quality under suboptimal conditions....
<strong>Epigenetische und exosomal-vermittelte Kommunikation von Follikelzellen und präimplantierten Embryonen</strong><br /> Die Kommunikation von Follikelzellen und präimplantativen Embryonen mit ihren in vivo oder in vitro Umgebungen erfolgt über Mechanismen wie z. B. Zelladhäsion und extrazelluläre Vesikel. Diese sind ausschlaggebend für eine normale Entwicklung der Eizelle, des Embryos sowie eine anschließende erfolgreiche Trächtigkeit. Daher ist das Ziel der vorliegende Dissertation, die Bedeutung von Exosomen in der oxidativen Stressantwort von Granulosazellen zu untersuchen. Zusätzlich soll die epigenetische Funktion der DNA-Methylierung auf die Regulierung der fokalen Adhäsion in der Präimplantation von Embryonen betrachtet werden. Dazu wurden zwei Experimente durchgeführt, in welchen bovine Granulosazellen unter oxidativen Stressbedingungen mittels H₂O₂ kultiviert wurden. Die Exosomen wurden aus den Kulturmedien isoliert und deren mRNA quantifiziert. Anschließend wurden die Zellen der Kontroll- sowie der H₂O₂-behandelten Gruppe mit Exosomen co-kultiviert, die entweder unter der H₂O₂-Behandlung oder ohne diese gebilded wurden. Aus allen experimentellen Gruppen wurden Zellen hinsichtlich ihres ROS-Niveaus, ihrer mitochondrialen Aktivität, ihres Zellzyklus und der Zellproliferation untersucht sowie die Expression von mRNA und Proteinen bestimmt. Zeitgleich wurden bovine Embryonen in Medien kultiviert, die mit mit EGF und/oder HA angereichert wurden. Blastozysten wurden hinsichtlich des ROS-Niveaus, TUNEL, der Kryokonservierung und der Proteinexpression analysiert. Darüber hinaus wurden Embryonen vor, nach und während der Embryonale Genomaktivierung (EGA) in einem Medium kultiviert das mit Epidermaler Wachstums Faktor (EGF) und Hyalurinsäuer (HA) angereichert wurde. Blastozysten aller Untersuchungsgruppen wurden hinsichtlich ihrer mRNA-Expression und DNA-Methylierung von Genen, die in den Verlauf der Fokalhadhäsion involviert sind, analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass der durch H₂O₂ induzierte oxidative Stress die ROS-Niveaus, die mRNA- und Protein-Expression von Nrf2 und antioxidativen Genen signifikant gesteigert hat. Unter Belastung ausgeschüttete Exosomen waren mit mRNA von Nrf2 und selektiven Antioxidantien (CAT und TXN1) angereichert. Granulosazellen, die mit unter Stress freigesetzten Exosomen co-kultiviert wurden, wiesen höhere mRNA und Proteinkonzentrationen von Nrf2 sowie dessen nachfolgenden Antioxidantien auf. Diese reduzierten wiederum das ROS-Niveau, verstärkten die mitochondriale Aktivität und Zellproliferation unter oxidativem Stress. Weiterhin veränderte die mit EGF und/oder HA angereicherten Medien das Muster der DNA-Methylierung von Genen, die in den Verlauf der fokalen Adhäsion involviert sind und führte zu einer signifikant erhöhten mRNA- und Proteinexpression dieser Gene. Vor allem die Ergänzug von EGF und HA während der EGA zeigte einen positvien Effekt auf die mRNA Expression der Gene der fokalen Adhäsion. Blastozysten mit erhöhten mRNA und Proteinlevels von Genen der fokalen Adhäsion zeigten niedrigere ROS-Niveaus und Zelltod bei hoher Kryotoleranz. Diese Ergebnisse betonen die Rolle von Exosomen und der DNA-Methylierung in der Kommunikation zwischen Zellen, der anschließenden Zellfunktion und der Embryoqualität unter suboptimalen Bedingungen...

Nitrous oxide (N₂O) is an important greenhouse gas that can deplete the ozone layer. Microbial nitrification and denitrification have been long considered as the major contributors of soil N₂O production. ...

Das Institut für Landtechnik der Universität Bonn beschäftigt sich seit einigen Jahren mit der Entwicklung der mechanischen Unkrautbekämpfung für den Bereich innerhalb der Pflanzenreihe. Die Online-Erkennung der einzelnen ...

Risk, and risk management are inherent to agricultural production. We distinguish two categories of factors influencing the farmers’ decision on risk management strategy: external and internal factors. Factors external to ...

Studies indicate that eating lunch temporarily impairs some aspects of adults' cognitive functioning. Studies of the short-term effects of lunch on child cognition are rare. This thesis provides the results of two randomized ...

In der heutigen Gesellschaft spielt das Thema Nachhaltigkeit eine bedeutende Rolle. Gerade Lebensmittel, die von Konsumenten tagtäglich konsumiert werden, unterliegen einer besonderen Beobachtung. Die zunehmende Konzentrierung ...

This dissertation aims to identify the candidate genes of the functional network of host immune response to porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) vaccine in pigs; to explore the breed differences on ...