Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Biowissenschaften

Fachgebiet: Biowissenschaften

Betreuer: Prof. Dr. Ulrike Gimsa



M.Sc. Aisanjiang Wubuli
(e-mail: wubuli@fbn-dummerstorf.de )

Effects of dietary phosphorus on endogenous mechanisms of phosphorus homeostasis in pigs

This dissertation investigates the effects of different dietary phosphorus (P) intake on the endogenous mechanism of P homeostasis in a wide range of organs and tissues of pigs. Excessive intake of inorganic P as a dietary supplement for pigs disrupt the natural P cycle and cause serious environmental pollution by excessive excretion of the consumed P into the environment. Body’s P homeostasis is achieved through close coordination between many organs and tissues through several hormones and regulatory factors such as PTH, vitamin D, and FGF23. Therefore, the study of the underlying physiological mechanism of P homeostasis of pigs could help to re-evaluate strategies for improved P utilization in livestock production and reduce the environmental impact. The sodium-dependent phosphate co-transporters are considered the major P transporters in mammals. To elucidate the particular contributions of sodium-dependent phosphate co-transporters to P homeostasis, the regulatory role of the currently annotated nine sodium-dependent phosphate co-transporters is investigated in pigs with divergent dietary P supplies. The results suggests that the gene expression of transcellular P transporters is tissue-specific and that dietary interventions changes the gene expression levels of P transporters in relevant tissues to maintain P homeostasis in the animal. The results of this study also suggest that the variable P-containing diet may influence vitamin D metabolism in animals to maintain bone and mineral homeostasis. Moreover, analysis of the microbial composition and profile of inositolphophates show that low P diets for pigs trigger microbial mediated compensation through phytate cleavage and P release, thereby increasing the availability of P to the host.

In dieser Dissertation werden die Auswirkungen einer unterschiedlichen Phosphor (P)-Zufuhr mit der Nahrung auf den endogenen Mechanismus der P-Homöostase in einer Vielzahl von Organen und Geweben von Schweinen untersucht. Eine übermäßige Zufuhr von anorganischem P als Nahrungsergänzung für Schweine stört den natürlichen P-Zyklus und verursacht eine ernsthafte Umweltverschmutzung durch übermäßige Ausscheidung des aufgenommenen P in die Umwelt. Die P-Homöostase des Körpers wird durch eine enge Koordinierung zwischen vielen Organen und Geweben über verschiedene Hormone und Regulationsfaktoren wie PTH, Vitamin D und FGF23 erreicht. Daher könnte die Untersuchung des zugrunde liegenden physiologischen Mechanismus der P-Homöostase von Schweinen dazu beitragen, Strategien für eine verbesserte P-Verwertung in der Tierhaltung neu zu bewerten und die Umweltbelastung zu verringern. Die natriumabhängigen Phosphat-Co-Transporter gelten als die wichtigsten P-Transporter in Säugetieren. Um die besonderen Beiträge der natriumabhängigen Phosphat-Co-Transporter zur P-Homöostase zu klären, wurde die regulatorische Rolle der derzeit neun annotierten natriumabhängigen Phosphat-Co-Transporter bei Schweinen mit unterschiedlicher P-Versorgung durch die Nahrung untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Genexpression der transzellulären P-Transporter gewebespezifisch ist und dass die Ernährung die Genexpression der P-Transporter in den relevanten Geweben verändert, um die P-Homöostase im Tier aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse dieser Studie deuten auch darauf hin, dass die variable P-haltige Ernährung den Vitamin-D-Stoffwechsel der Tiere beeinflussen kann, um die Knochen- und Mineralstoffhomöostase aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus zeigt die Analyse der mikrobiellen Zusammensetzung und des Profils von Inositolphophaten, dass die Ernährung von Schweinen mit niedrigem P-Gehalt einen mikrobiell vermittelten Ausgleich durch Phytatspaltung und P-Freisetzung auslöst und dadurch die Verfügbarkeit von P für den Wirt erhöht.