1,721,038 research outputs found
Functional genomics and candidate genes for meat quality traits in pigs
No full textEl cerdo es la especie doméstica más importante económicamente, no solo por ser la principal fuente de carne en la dieta humana, sino también por su papel como modelo animal para la investigación biomédica. La buena compresión de los mecanismos moleculares que afectan a la calidad de la carne en cerdos es esencial para la obtención de carnes con un patrón saludable de ácidos grasos sin afectar el rendimiento productivo. La composición de ácidos grasos es un carácter muy importante para la calidad de la carne; no obstante, nuestro conocimiento sobre la compleja red de procesos y vías metabólicas que forman el metabolismo de los ácidos grasos sigue siendo limitado. Esta tesis tiene como objetivo general mejorar el entendimiento de estos procesos moleculares, con el fin de comprender mejor la arquitectura genética de la calidad de la carne en el cerdo. Se ha evaluado la implicación funcional de la variante DQ144454:c.2645GT presentó una alta asociación con la expresión del propio gen y el contenido de los ácidos palmítico y palmitoleico en músculo y tejido adiposo. Estudios funcionales del promotor del gen validaron la unión de SREBF1 y ERα, sugiriendo un papel importante de ambos factores de transcripción en la regulación del gen ELOVL6. Curiosamente, el SNP ELOVL6:c.-394G>A se encuentra en desequilibrio de ligamiento con el SNP ELOVL6:c.-533C>T y también se encuentra localizado en el único lugar de unión de ERα en el promotor. Además, los estudios realizados permitieron observar una unión diferencial de ERα en función del genotipo del ELOVL6:c.-394G>A, mostrando su unión solo en los animales portadores del alelo G. La unión de ERα ha sido asociada al reclutamiento de metilasas y, consecuentemente, al aumento de los niveles de metilación de los motivos CpG adyacentes. Por lo tanto, las diferencias en la unión de ERα y en el grado de metilación del promotor pueden ser los factores causales de la menor expresión del gen en animales con el alelo G. Por este motivo proponemos el SNP ELOVL6:c.-394G>A como el principal SNP causal de las variaciones fenotípicas del QTL. Finalmente, el transcriptoma del tejido adiposo de cerdos fenotípicamente extremos para la composición de ácidos grasos en músculo fue secuenciado mediante RNA-Seq. Se realizó un análisis de expresión diferencial que permitió identificar 396 genes diferencialmente expresados que modulaban principalmente la lipogénesis, probablemente debido a las diferencias en el contenido de ácidos grasos poliinsaturados entre grupos. Este efecto de la composición de ácidos grasos sobre la expresión de genes lipídicos sugiere que los genes diferencialmente expresados pueden desempeñar un papel importante en el metabolismo de los lípidos y de los ácidos grasos.Pig is one of the most economically important domestic species, since they have been extensively used not only as the major human meat source, but also for biomedical research. A good understanding of the molecular mechanisms affecting meat quality traits in pigs is essential for obtaining meat with a fatty acids profile more in line with public health recommendations without affecting the production yield. Food fatty acid composition is highly relevant for determining meat quality traits, but its metabolism is composed by a complex network of processes and pathways that are not fully understood. Elucidating these molecular processes is the general objective of this thesis, in order to better understand the genetic architecture of meat quality traits in pigs. We evaluated the functional implication of the genetic variant DQ144454:c.2645GT SNP, identified in the promoter region, was highly associated with its own gene expression and the percentages of palmitic and palmitoleic fatty acids in muscle and adipose tissue. Functional analyses of ELOVL6 promoter showed the occupancy of SREBF1 and ERα, suggesting an important role of both transcription factors on the regulation of ELOVL6 gene expression. Interestingly, the ELOVL6:c.-394G>A SNP is in linkage disequilibrium with ELOVL6:c.-533C>T SNP and also is located within the only predicted ERE on ELOVL6 promoter. In addition, ChIP assays showed that ERα binding depends on ELOVL6:c.-394G>A genotype, showing union only in animals carrying the G allele. It has been described that ERα binding causes the recruitment of Dnmts and, consequently, an increase on the methylation levels of the surrounding CpG motifs. Therefore, differences on ERα binding and the methylation pattern may be the causal factors of the lower ELOVL6 expression in animals with the ELOVL6:c.-394G allele. Hence, we proposed ELOVL6:c.-394G>A SNP as the major putative causal mutation for explaining the phenotypic variation of the QTL analyzed. Finally, the adipose tissue transcriptomes of two groups of phenotypically extreme pigs for intramuscular fatty acid composition were sequenced using RNA-Seq. Differential expression analysis identified 396 genes differentially expressed between groups. The major metabolic pathway differentially modulated between groups was lipogenesis, probably caused by the differences on PUFA content between the two groups. Therefore, the linked effect of fatty acid composition on lipid-related gene expression suggested that differentially-expressed genes may play an important role in lipid and fatty acid metabolism
Genomic analysis of fatty acid composition and gut microbiota in pigs
Full text linkLa carne de cerdo es una de las carnes más consumidas en el mundo, cuyo valor se ve afectado por su calidad y las preferencias del consumidor. La composición de los ácidos grasos (AGs) en músculo y tejido adiposo modifica la calidad de la carne. Del mismo modo, la microbiota intestinal, a través de la producción de metabolitos como los ácidos grasos volátiles, puede también afectar su calidad. Sin embargo, la relación entre el genoma del cerdo y su microbiota intestinal no está bien estudiada. En la presente tesis se han realizado una serie de trabajos con el fin de profundizar en los mecanismos genéticos implicados en la determinación de la composición de los AGs. Además, se ha estudiado la composición de la microbiota a lo largo del intestino y su interacción con el genoma porcino. Se realizaron estudios de asociación del genoma completo (GWAS) entre 38.424 Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) y 60 caracteres fenotípicos relacionados con la composición de los AGs en músculo y grasa dorsal de 441 cerdos pertenecientes a tres retrocruces de la población experimental IBMAP: BC1_LD (25% Ibérico y 75% Landrace), BC1_PI (25% Ibérico y 75% Pietrain), y BC1_DU (25% Ibérico y 75% Duroc). El GWAS reveló nueve regiones del genoma porcino asociadas con doce caracteres de la grasa dorsal y seis regiones asociadas con seis medidas de la grasa intramuscular. Dentro de estas regiones, se identificaron 50 genes como candidatos funcionales a explicar la variación de estos caracteres. Los genes más relevantes fueron ELOVL3, ELOVL6, ELOVL7, FADS2, FASN y SCD. Además, el polimorfismo ELOVL6:c.-394G>A fue el más asociado con los porcentajes de C14:0, C16:0, y C16:1(n-7) en grasa dorsal. Para estudiar otras variantes genéticas aparte de los SNPs, se detectaron 1.928.746 indels con tres programas (Dindel, SAMtools mpileup, y GATK) mediante los datos de secuenciación del genoma completo de siete fundadores (dos machos Ibéricos y cinco hembras Landrace) del material IBMAP. Se genotiparon diez indels localizados en genes relacionados con el metabolismo lipídico en los 441 cerdos de los tres retrocruces, encontrándose a distintas frecuencias alélicas. En la grasa intramuscular, el indel C1QTNF12:c.557_559delCCG presentó una asociación significativa con el porcentaje de ácido eicosadienoico (C20:2(n-6)). Para describir la composición de la microbiota a lo largo del intestino, se recogió el contenido luminal de cinco regiones (duodeno, yeyuno, íleo, colon proximal y distal) de trece cerdos Ibéricos. Posteriormente, mediante el método de amplificación y secuenciación del gen 16S rRNA, se identificaron 1.669 operational taxonomic units (OTUs) agrupados en 179 géneros, siendo los más abundantes Lactobacillus, Clostridium y Prevotella. Las muestras de colon eran más ricas en especies y se parecían más entre cerdos que las muestras del intestino delgado. Además, las predicciones funcionales del metagenoma a lo largo del intestino mostraron que sus rutas energéticas eran distintas. Finalmente, se estudió la asociación entre el genoma del cerdo y su microbiota intestinal. Se obtuvo la composición de la microbiota del recto de 285 cerdos Ibérico × Duroc mediante la amplificación y secuenciación del gen del 16S rRNA, identificándose un total de 1.257 OTUs agrupados en 101 géneros y 18 filos, siendo los filos más abundantes Firmicutes y Bacteroidetes. El GWAS reveló 17 regiones del genoma porcino asociadas con la abundancia relativa de los géneros Akkermansia, CF231, Phascolarctobacterium, Prevotella, SMB53 y Streptococcus. Dentro de estas regiones, se identificaron 38 genes como candidatos a modular la composición de la microbiota intestinal por su relación con el sistema inmunitario y el metabolismo de los mucopolisacáridos y los ácidos biliares.Pork is one of the most consumed meats worldwide and it is subjected to consumer's preferences. Meat quality is affected by fatty acid (FA) composition in muscle and adipose tissues. Gut microbiota composition can also affect meat quality through the production of metabolites such as short-chain fatty acids. However, the relationship between pig genome and gut microbiota is not fully understood. In the current thesis, several studies have been performed to improve our knowledge about the genetic determinism of FA composition. In addition, the composition of the microbiota along the pig gut and its interaction with the host genome has been also analysed. Genome-wide association studies (GWAS) were performed among 38,424 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and 60 phenotypic traits related to FA composition in backfat and muscle. This analysis was performed in 441 pigs from three different backcrosses: BC1_LD (25% Iberian and 75% Landrace), BC1_PI (25% Iberian and 75% Pietrain), and BC1_DU (25% Iberian and 75% Duroc) belonging to the IBMAP experimental population. Nine regions of the pig genome were associated with twelve backfat traits, while six regions were associated with six intramuscular fat (IMF) traits. A total of 50 candidate genes were proposed to explain the variation in these traits. The most promising candidate genes were ELOVL3, ELOVL6, ELOVL7, FADS2, FASN and SCD. Furthermore, ELOVL6:c.-394G>A was the most associated SNP with the percentages of C14:0, C16:0, and C16:1(n-7) in backfat. With the aim of detecting other variants apart from SNPs, we performed an indel detection with the whole genome sequencing data from seven founders (two Iberian boars and five Landrace sows) of the IBMAP pigs. A total of 1,928,746 indels were found in common among the three programs used (Dindel, SAMtools mpileup, and GATK). Ten indels inside genes related with lipid metabolism (ASPH, C1QTNF12, CAPN9, CCR7, CRP, GZMA, JMJD1C, LYST, PEX19 and SAMD4B) were genotyped in pigs belonging to the three IBMAP backcrosses, obtaining different allelic frequencies. The C1QTNF12:c.557_559delCCG indel was associated with the percentage of eicosadienoic acid (C20:2(n-6)) in IMF. To describe the microbiota composition along the pig gut, luminal contents of five gut sections (duodenum, jejunum, ileum, and proximal and distal colon) were collected in thirteen Iberian pigs. A total of 1,669 operational taxonomic units (OTUs) grouped in 179 genera were found using the 16S rRNA gene sequencing method. Lactobacillus, Clostridium and Prevotella were the three most abundant genera. Colon samples were more similar among pigs and richer in species than small intestine samples were. The metagenome predictions showed that the energy pathways were different along gut sections. Finally, to reveal the association between host genome and gut microbiota in pigs, the microbiota composition of the rectum of 285 Iberian × Duroc pigs was obtained using the 16S rRNA gene sequencing method, finding 1,257 OTUs distributed in 101 genera and 18 phyla. Firmicutes and Bacteroidetes were the most abundant phyla. GWAS identified 17 genomic regions of the pig genome associated with the relative abundance of six genera (Akkermansia, CF231, Phascolarctobacterium, Prevotella, SMB53 and Streptococcus). A total of 38 candidate genes, related with the host defence system and the metabolism of mucopolysaccharides and bile acids, were suggested to be modulators of the gut microbiota composition
Genomic analysis of energy metabolism and its impact on production traits in pigs
No full textLa carn de porc és una de les carns més consumides a tot el món i té un paper dominant en el mercat de la carn. La demanda de carn de porc ha conduït a la intensificació i globalització de la producció porcina, incrementant el risc de propagació de patògens animals, cosa que comporta un ús elevat d'antibiòtics i l'aparició de resistència a aquets. En aquest context, la Comissió Europea exigeix reduir la utilització dels antibiòtics. L'objectiu actual de la millora genètica no és només millorar el rendiment de la producció i la qualitat del producte, sinó també integrar caràcters relacionats amb la salut per abordar aquests reptes. En aquesta tesis, vam investigar els mecanismes moleculars que determinen el perfil i el metabolisme dels àcids grassos (AG) en diferents teixits del porc, identificant un total de 30 regions del genoma porcí, localitzades en 15 cromosomes, que estaven associades amb caràcters de composició de AG a la sang, fetge, teixit adipós i múscul. En aquestes regions genòmiques es van anotar 49 gens candidats relacionats amb el metabolisme lipídic, la producció d'energia i el manteniment de l'estructura de les membranes. A més, aquests gens participen en les vies de senyalització i regulen la inflamació promovent la lipogènesi. Aquests resultats poden ser útils en els programes de selecció que busquen millorar la salut sense comprometre la productivitat. A més, es va utilitzar un enfocament d'integració de dades per explorar la interacció dels AG entre teixits i identificar possibles biomarcadors primerencs en sang per predir les característiques de la canal i els perfils de AG en el múscul. Es van proposar que, en porcs Duroc en una etapa primerenca de creixement, la composició plasmàtica dels AG C16:0 i C16:1n-7, la seu ràtio, i els AG C18:1n-9 i C18:2n-6 eren predictors de la composició de AG al fetge, greix dorsal i múscul després del sacrifici del porc. A més, aquests AG a la sang estan correlacionats positivament amb el pes de la canal i el gruix del greix, i negativament amb el percentatge de carn magra. Mitjançant experiments de transfecció cel·lular i luciferasa, hem validat l'efecte del polimorfisme ELOVL6:c.-394G>A sobre l'expressió del gen ELOVL6. Els resultats obtinguts donen suport a la hipòtesi que la unió del factor de transcripció ERα en el promotor d'ELOVL6 indueix la seva metilació i resulta en una disminució de l'expressió del gen en animals amb l'al·lel ELOVL6.-394G. A més, el nostre estudi va demostrar, mitjançant mutagènesi dirigida del polimorfisme ELOVL6:c.-480C>T, situat dins d'un lloc d'unió del factor de transcripció SP1, que el paper protector de SP1 contra la metilació de l'ADN no es el factor principal que explica les diferències d'expressió del gen ELOVL6. Finalment, vam identificar el polimorfisme rs339777757 en el promotor del gen APOA2 i vam demostrar en una anàlisi eGWAS que aquest SNP esta significativament associat amb l'expressió de APOA2 en fetge. A més, la predicció in silico de llocs d'unió de factors de transcripció va identificar que rs339777757 està situat en el lloc d'unió de RORα, un factor de transcripció àmpliament conegut com a regulador dels gens APOA1 i APOA5 en humans. Es va dur a terme un assaig de luciferasa amb dos construccions, una amb l'al·lel C i l'altre amb l'al·lel T, per validar l'efecte regulador de rs339777757. Vam observar que la construcció amb l'al·lel C mostrava una expressió més alta del gen APOA2 en comparació amb la construcció del al·lel T, la qual cosa es pot atribuir a la unió de RORα.La carne de cerdo es una de las carnes más consumidas en el mundo y desempeña un papel dominante en el mercado cárnico. La demanda de carne de cerdo ha conducido a la intensificación y globalización de la producción porcina, incrementado el riesgo de propagación de patógenos animales, lo que conlleva un uso elevado de antibióticos y la aparición de resistencia a los mismos. En este contexto, la Comisión Europea exige reducir la utilización de antibióticos. El objetivo actual de la mejora genética no es sólo mejorar el rendimiento de la producción y la calidad del producto, sino también integrar caracteres relacionados con la salud para abordar estos desafíos. En esta tesis, investigamos los mecanismos moleculares que determinan el perfil y el metabolismo de ácidos grasos (AG) en diferentes tejidos del cerdo. Identificamos un total de 30 regiones del genoma porcino, localizadas en 15 cromosomas, que están asociadas con la composición de AG en sangre, hígado, tejido adiposo y músculo. En estas regiones genómicas se anotaron un total de 49 genes candidatos relacionados con el metabolismo lipídico, la producción de energía y el mantenimiento de la estructura de las membranas. Además, estos genes participan en vías de señalización y regulan la inflamación al promover la lipogénesis. Estos resultados pueden ser útiles en los programas de selección que buscan mejorar la salud sin comprometer la productividad. Asimismo, se utilizó un enfoque de integración de datos para explorar la interacción de los AG entre tejidos e identificar posibles biomarcadores tempranos en sangre para predecir las características de la canal y los perfiles de AG en el músculo. Se propuso que, en cerdos Duroc en una etapa temprana de crecimiento, la composición plasmática de los AG C16:0 y C16:1n-7, su ratio, y los AG C18:1n-9 y C18:2n-6 eran predictores de la composición de AG en hígado, grasa dorsal y músculo después del sacrificio del cerdo. Además, estos AG en sangre estaban correlacionados positivamente con el peso de la canal y el grosor de la grasa, y negativamente con el porcentaje de carne magra. Mediante transfección celular y ensayos de luciferasa hemos validado el efecto del polimorfismo ELOVL6:c.-394G>A sobre la expresión del gen ELOVL6. Los resultados obtenidos apoyan la hipótesis de que la unión del factor de transcripción ERα en el promotor de ELOVL6 induce su metilación y resulta en una disminución de la expresión del gen en animales con el alelo ELOVL6.-394G. Además, nuestro estudio demostró mediante la mutagénesis dirigida del polimorfismo ELOVL6:c.-480C>T, ubicado en el lugar de unión del factor de transcripción SP1, que el papel protector de SP1 contra la metilación del ADN no es el factor principal que explica las diferencias de expresión del gen ELOVL6. Finalmente, identificamos el polimorfismo rs339777757 en el promotor del gen APOA2 y observamos en un análisis de eGWAS que este SNP está significativamente asociado con la expresión de APOA2 en hígado. Además, la predicción in silico de unión de factores de transcripción identificó que el rs339777757 está ubicado en el sitio de unión de RORα, un factor de transcripción ampliamente descrito como regulador de los genes APOA1 y APOA5 humanos. Se realizó un ensayo de luciferasa con dos construcciones, una con el alelo C y otra con el alelo T, para validar el efecto regulador de rs339777757. Observamos que la construcción con el alelo C presentaba una mayor expresión del gen APOA2 en comparación con la construcción que contenía el alelo T, lo que puede atribuirse a la unión de RORα.Pork is one of the most consumed meats around the world and plays a dominant role in the meat market. Therefore, the demand for pork leads to the rapid development of intensive farming. However, the rise of intensive farming increases the risk of animal pathogens spreading, which in turn leads to the persistent use of antibiotics and results in significant antibiotic resistance. Meanwhile, the European Commission demands to reduce the antibiotic utilization. The goal of current breeding is not only to improve production performance and product quality but also to integrate health-related traits to address these challenges. We investigated the molecular mechanisms determining the fatty acid (FA) profile and metabolism in different pig tissues. In detail, we identified a total of 30 regions on 15 chromosomes of the porcine genome that were associated with FA composition traits across blood, liver, adipose tissue, and muscle. Forty-nine candidate genes were annotated in these genomic regions and are related to lipid metabolism, energy production, and membrane structure maintenance, as well as participate in signaling pathways and regulate inflammation by promoting lipogenesis. These findings can be useful in selection programs aiming at improving health without compromising productivity. Moreover, a data integration approach was used to explore the FA crosstalk among tissues and to identify potential early blood biomarkers for predicting carcass traits and muscle FA profiles. Plasma C16:0 and C16:1n-7 and their ratios, together with C18:1n-9 and C18:2n-6 in Duroc pigs at early growth stage, were proposed for predicting FA composition in liver, backfat, and muscle after pig slaughter. Furthermore, these blood FAs are positively correlated with carcass weight and fat thickness, while negatively correlated with lean meat percentage. Finally, we validated by cell transfection and luciferase assays the effect of the ELOVL6:c.-394G>A polymorphism on the ELOVL6 gene expression. The results obtained support the hypothesis that the binding of transcription factor ERα at ELOVL6 promoter induces its methylation and results in a decrease of ELOVL6 gene expression in animals with ELOVL6:c.-394G allele. Furthermore, our study demonstrated through site-directed mutagenesis of the ELOVL6:c.-480C>T polymorphism, located within an SP1 transcription factor binding site, that the protective role of SP1 against DNA methylation is not the primary factor contributing to the differential expression of the ELOVL6 gene. In addition, we identified the polymorphism rs339777757 in the APOA2 promoter and showed that this SNP was the most significantly associated with liver APOA2 expression in an eGWAS analysis. Additionally, the in-silico transcription factor prediction identified that the rs339777757 is located at the binding site of RORα, a widely reported transcription factor for human APOA1 and APOA5 genes. A luciferase assay was conducted with two constructs, one carrying the C allele and the other the T allele, to validate the regulatory effect of rs339777757. We observed that the construct with the C allele exhibited a suggestive higher APOA2 gene expression in comparison with the T allele construct, which may be attributed to the RORα binding
Genomic and functional genomic analysis of fatty acid composition in swine
Full text linkA la portada: Centre de Recerca en Agrigenòmica.Premi Extraordinari de Doctorat concedit pels programes de doctorat de la UAB per curs acadèmic 2016-2017Departament responsable de la tesi: Departament de Ciència Animal i dels Aliments.El cerdo es una de las principales fuentes de carne consumida por el hombre y las preferencias de los consumidores hacia productos de alta calidad han aumentado durante los últimos años. Por lo tanto, conocer los mecanismos moleculares que afectan a la producción y a la calidad de esta carne ayudaría a la selección de estos caracteres. La calidad de la carne está determinada en gran medida por la composición de los ácidos grasos (AG) y la comprensión de los procesos moleculares subyacentes a éstos son el objetivo general de esta tesis. En este trabajo, se han identificado QTLs en el cromosoma 8 porcino (SSC8) para la composición de AG en grasa dorsal (GD) y se han identificado dos regiones cromosómicas con SNPs asociados, localizadas a 93 y 119 Mb. Las señales estadísticamente más significativas para ambas regiones se observaron para el ácido palmitoleico y los índices C18:0/C16:0 y C18:1(n-7)/C16:1(n-7). Los genes MAML3 y SETD7 fueron estudiados como genes candidatos posicionales para la región localizada a 93 Mb. Los dos nuevos microsatélites analizados en el gen MAML3 y el SNP del gen SETD7 (SETD7:c.700G>T) no mostraron las asociaciones más significativas en esta región, descartando estos polimorfismos como las mutaciones causales. Además, en la región localizada a 119 Mb, el SNP ELOVL6:c.-533C>T mostró la asociación más significativa con el porcentaje de los ácidos palmítico y palmitoleico y los índices de elongación en GD. Los resultados obtenidos para el gen ELOVL6, gen candidato posicional del QTL localizado a 119 Mb refuerzan la hipótesis de su efecto pleiotrópico sobre la composición de AG en GD y en músculo, y su papel en la determinación del QTL del SSC8 para el perfil de AG. Por otra parte, se utilizaron datos del genoma completo de cerdos ibéricos y landrace para identificar 1.279 variaciones en el número de copias (CNV), las cuales se fusionaron en 540 regiones de CNVs (CNVRs). El impacto de cuatro de ellas fue estudiado para caracteres de crecimiento y composición de AG. Se encontró asociación con la longitud de la canal y la composición de AG en grasa intramuscular y GD para el CNVR112. Este CNVR contiene el gen GPAT2 que cataliza la biosíntesis de triglicéridos y glicerofosfolípidos. Los resultados obtenidos subrayan la importancia de los CNVRs en la determinación de caracteres económicamente importantes en el cerdo. Finalmente, se analizó la expresión de 44 genes candidatos relacionados con el metabolismo lipídico en 115 animales. El estudio de asociación genómico con los datos de expresión (eGWAS) identificó 193 eSNPs localizados en 19 eQTLs. Tres de los eQTLs correspondientes a los genes ACSM5, FABP4 y FADS2 se clasificaron como cis-eQTLs; mientras que los 16 eQTLs restantes mostraron efectos reguladores en trans. Estos hallazgos, junto con los polimorfismos evaluados para alguno de estos genes, mejoran nuestro conocimiento sobre los mecanismos funcionales implicados en la variación de los caracteres relacionados con la calidad de la carne porcina
Genomic analysis of energy metabolism and its impact on production traits in pigs
No full textLa carn de porc és una de les carns més consumides a tot el món i té un paper dominant en el mercat de la carn. La demanda de carn de porc ha conduït a la intensificació i globalització de la producció porcina, incrementant el risc de propagació de patògens animals, cosa que comporta un ús elevat d'antibiòtics i l’aparició de resistència a aquets. En aquest context, la Comissió Europea exigeix reduir la utilització dels antibiòtics. L'objectiu actual de la millora genètica no és només millorar el rendiment de la producció i la qualitat del producte, sinó també integrar caràcters relacionats amb la salut per abordar aquests reptes.
En aquesta tesis, vam investigar els mecanismes moleculars que determinen el perfil i el metabolisme dels àcids grassos (AG) en diferents teixits del porc, identificant un total de 30 regions del genoma porcí, localitzades en 15 cromosomes, que estaven associades amb caràcters de composició de AG a la sang, fetge, teixit adipós i múscul. En aquestes regions genòmiques es van anotar 49 gens candidats relacionats amb el metabolisme lipídic, la producció d'energia i el manteniment de l'estructura de les membranes. A més, aquests gens participen en les vies de senyalització i regulen la inflamació promovent la lipogènesi. Aquests resultats poden ser útils en els programes de selecció que busquen millorar la salut sense comprometre la productivitat.
A més, es va utilitzar un enfocament d'integració de dades per explorar la interacció dels AG entre teixits i identificar possibles biomarcadors primerencs en sang per predir les característiques de la canal i els perfils de AG en el múscul. Es van proposar que, en porcs Duroc en una etapa primerenca de creixement, la composició plasmàtica dels AG C16:0 i C16:1n-7, la seu ràtio, i els AG C18:1n-9 i C18:2n-6 eren predictors de la composició de AG al fetge, greix dorsal i múscul després del sacrifici del porc. A més, aquests AG a la sang estan correlacionats positivament amb el pes de la canal i el gruix del greix, i negativament amb el percentatge de carn magra.
Mitjançant experiments de transfecció cel·lular i luciferasa, hem validat l'efecte del polimorfisme ELOVL6:c.-394G>A sobre l'expressió del gen ELOVL6. Els resultats obtinguts donen suport a la hipòtesi que la unió del factor de transcripció ERα en el promotor d'ELOVL6 indueix la seva metilació i resulta en una disminució de l'expressió del gen en animals amb l'al·lel ELOVL6.-394G. A més, el nostre estudi va demostrar, mitjançant mutagènesi dirigida del polimorfisme ELOVL6:c.-480C>T, situat dins d'un lloc d'unió del factor de transcripció SP1, que el paper protector de SP1 contra la metilació de l'ADN no es el factor principal que explica les diferències d'expressió del gen ELOVL6.
Finalment, vam identificar el polimorfisme rs339777757 en el promotor del gen APOA2 i vam demostrar en una anàlisi eGWAS que aquest SNP esta significativament associat amb l'expressió de APOA2 en fetge. A més, la predicció in silico de llocs d’unió de factors de transcripció va identificar que rs339777757 està situat en el lloc d'unió de RORα, un factor de transcripció àmpliament conegut com a regulador dels gens APOA1 i APOA5 en humans. Es va dur a terme un assaig de luciferasa amb dos construccions, una amb l'al·lel C i l'altre amb l'al·lel T, per validar l'efecte regulador de rs339777757. Vam observar que la construcció amb l'al·lel C mostrava una expressió més alta del gen APOA2 en comparació amb la construcció del al·lel T, la qual cosa es pot atribuir a la unió de RORα.La carne de cerdo es una de las carnes más consumidas en el mundo y desempeña un papel dominante en el mercado cárnico. La demanda de carne de cerdo ha conducido a la intensificación y globalización de la producción porcina, incrementado el riesgo de propagación de patógenos animales, lo que conlleva un uso elevado de antibióticos y la aparición de resistencia a los mismos. En este contexto, la Comisión Europea exige reducir la utilización de antibióticos. El objetivo actual de la mejora genética no es sólo mejorar el rendimiento de la producción y la calidad del producto, sino también integrar caracteres relacionados con la salud para abordar estos desafíos.
En esta tesis, investigamos los mecanismos moleculares que determinan el perfil y el metabolismo de ácidos grasos (AG) en diferentes tejidos del cerdo. Identificamos un total de 30 regiones del genoma porcino, localizadas en 15 cromosomas, que están asociadas con la composición de AG en sangre, hígado, tejido adiposo y músculo. En estas regiones genómicas se anotaron un total de 49 genes candidatos relacionados con el metabolismo lipídico, la producción de energía y el mantenimiento de la estructura de las membranas. Además, estos genes participan en vías de señalización y regulan la inflamación al promover la lipogénesis. Estos resultados pueden ser útiles en los programas de selección que buscan mejorar la salud sin comprometer la productividad.
Asimismo, se utilizó un enfoque de integración de datos para explorar la interacción de los AG entre tejidos e identificar posibles biomarcadores tempranos en sangre para predecir las características de la canal y los perfiles de AG en el músculo. Se propuso que, en cerdos Duroc en una etapa temprana de crecimiento, la composición plasmática de los AG C16:0 y C16:1n-7, su ratio, y los AG C18:1n-9 y C18:2n-6 eran predictores de la composición de AG en hígado, grasa dorsal y músculo después del sacrificio del cerdo. Además, estos AG en sangre estaban correlacionados positivamente con el peso de la canal y el grosor de la grasa, y negativamente con el porcentaje de carne magra.
Mediante transfección celular y ensayos de luciferasa hemos validado el efecto del polimorfismo ELOVL6:c.-394G>A sobre la expresión del gen ELOVL6. Los resultados obtenidos apoyan la hipótesis de que la unión del factor de transcripción ERα en el promotor de ELOVL6 induce su metilación y resulta en una disminución de la expresión del gen en animales con el alelo ELOVL6.-394G. Además, nuestro estudio demostró mediante la mutagénesis dirigida del polimorfismo ELOVL6:c.-480C>T, ubicado en el lugar de unión del factor de transcripción SP1, que el papel protector de SP1 contra la metilación del ADN no es el factor principal que explica las diferencias de expresión del gen ELOVL6.
Finalmente, identificamos el polimorfismo rs339777757 en el promotor del gen APOA2 y observamos en un análisis de eGWAS que este SNP está significativamente asociado con la expresión de APOA2 en hígado. Además, la predicción in silico de unión de factores de transcripción identificó que el rs339777757 está ubicado en el sitio de unión de RORα, un factor de transcripción ampliamente descrito como regulador de los genes APOA1 y APOA5 humanos. Se realizó un ensayo de luciferasa con dos construcciones, una con el alelo C y otra con el alelo T, para validar el efecto regulador de rs339777757. Observamos que la construcción con el alelo C presentaba una mayor expresión del gen APOA2 en comparación con la construcción que contenía el alelo T, lo que puede atribuirse a la unión de RORα.Pork is one of the most consumed meats around the world and plays a dominant role in the meat market. Therefore, the demand for pork leads to the rapid development of intensive farming. However, the rise of intensive farming increases the risk of animal pathogens spreading, which in turn leads to the persistent use of antibiotics and results in significant antibiotic resistance. Meanwhile, the European Commission demands to reduce the antibiotic utilization. The goal of current breeding is not only to improve production performance and product quality but also to integrate health-related traits to address these challenges.
We investigated the molecular mechanisms determining the fatty acid (FA) profile and metabolism in different pig tissues. In detail, we identified a total of 30 regions on 15 chromosomes of the porcine genome that were associated with FA composition traits across blood, liver, adipose tissue, and muscle. Forty-nine candidate genes were annotated in these genomic regions and are related to lipid metabolism, energy production, and membrane structure maintenance, as well as participate in signaling pathways and regulate inflammation by promoting lipogenesis. These findings can be useful in selection programs aiming at improving health without compromising productivity.
Moreover, a data integration approach was used to explore the FA crosstalk among tissues and to identify potential early blood biomarkers for predicting carcass traits and muscle FA profiles. Plasma C16:0 and C16:1n-7 and their ratios, together with C18:1n-9 and C18:2n-6 in Duroc pigs at early growth stage, were proposed for predicting FA composition in liver, backfat, and muscle after pig slaughter. Furthermore, these blood FAs are positively correlated with carcass weight and fat thickness, while negatively correlated with lean meat percentage.
Finally, we validated by cell transfection and luciferase assays the effect of the ELOVL6:c.-394G>A polymorphism on the ELOVL6 gene expression. The results obtained support the hypothesis that the binding of transcription factor ERα at ELOVL6 promoter induces its methylation and results in a decrease of ELOVL6 gene expression in animals with ELOVL6:c.-394G allele. Furthermore, our study demonstrated through site-directed mutagenesis of the ELOVL6:c.-480C>T polymorphism, located within an SP1 transcription factor binding site, that the protective role of SP1 against DNA methylation is not the primary factor contributing to the differential expression of the ELOVL6 gene.
In addition, we identified the polymorphism rs339777757 in the APOA2 promoter and showed that this SNP was the most significantly associated with liver APOA2 expression in an eGWAS analysis. Additionally, the in-silico transcription factor prediction identified that the rs339777757 is located at the binding site of RORα, a widely reported transcription factor for human APOA1 and APOA5 genes. A luciferase assay was conducted with two constructs, one carrying the C allele and the other the T allele, to validate the regulatory effect of rs339777757. We observed that the construct with the C allele exhibited a suggestive higher APOA2 gene expression in comparison with the T allele construct, which may be attributed to the RORα binding.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Producció Anima
Genetic dissection of growth and meat quality traits in pigs
Full text linkA la portada: CRAG, Centre de Recerca en AgrigenòmicaLa carne de cerdo es la más consumida mundialmente. Los programas de mejora animal se han centrado en realizar una producción sostenible y eficiente mejorando tanto los caracteres de reproducción, como de crecimiento y calidad de la carne. Actualmente no se dispone de un conocimiento completo sobre la base genética que determina estos caracteres de producción y por este motivo el objetivo principal de esta tesis consistió en profundizar en los mecanismos moleculares que determinan los caracteres de crecimiento y calidad de la carne. Los genes FABP4 y FABP5 fueron evaluados como genes candidatos para la composición de ácidos grasos en músculo y grasa dorsal. Los animales portadores del alelo C para el polimorfismo FABP4: g.2634_2635insC mostraron un mayor contenido intramuscular de ácidos grasos C16:0 y C16:1(n-7) y, un menor contenido de C18:2(n-6) y una mayor expresión del gen FABP4 en grasa dorsal. Dicho polimorfismo se encuentra dentro de una diana de unión para el gen PPARG pudiendo este factor nuclear determinar las diferencias de expresión observadas. Respecto la expresión del gen FABP5 en músculo, se detectaron regiones asociadas en los SSC4, SSC6, SSC9 y SSC13. Sin embargo, no se observó una clara asociación de genotipos del SNP FABP5: g.3000T> G con la composición de ácidos grasos. Con el objetivo de explorar el transcriptoma del músculo para identificar genes y rutas metabólicas relacionadas con el contenido y la composición de ácidos grasos en músculo, se secuenció el ARN de dos grupos de animales que diferían en estos caracteres. Se identificó un total de 131 genes diferencialmente expresados entre grupos en su mayoría relacionados con las rutas del metabolismo lipídico. El análisis funcional mostró una menor captación de glucosa y una inhibición de la lipogénesis en los animales con un mayor contenido en PUFA. Los enfoques utilizados hasta ahora para el análisis de los caracteres complejos implican generalmente varios genes con efectos pequeños y no consideran las interacciones funcionales. Por esta razón, se decidió aplicar un enfoque de redes génicas basada en el análisis de co-asociación entre SNPs para el estudio de caracteres relacionados con el crecimiento, la conformación y el engrasamiento. Se identificaron tres factores de transcripción, PRDM16, ELF1 y PPARG, como principales reguladores de la red. Además, 54 de los genes identificados en la red pertenecían a ontologías relacionadas con el crecimiento. Finalmente, con el objetivo de evaluar genes candidatos funcionales identificados en estudios previos de nuestro grupo afectando a caracteres de deposición y composición de ácidos grasos en músculo, se analizó la expresión de 45 genes en 114 animales. El eGWAS identificó 241 eSNPs distribuidos en 18 eQTLs. Tres de los 18 eQTLs presentaban variantes en cis, y en 16 de los eQTLs se identificaron zonas reguladoras en trans. Los resultados permitieron identificar potenciales reguladores y mejorar nuestro conocimiento sobre los mecanismos funcionales implicados en estos caracteres complejos.Pork is the most consumed meat worldwide. The breeding programs have been working towards a sustainable pig production improving reproduction traits, growth and meat quality traits. The genetic basis determining these complex and economically important production traits remains elusive not being fully understood. In the present thesis we pursue to clarify the molecular mechanisms that determine growth and meat quality traits. The functional role of FABP4 and FABP5 genes in determining the fatty acid composition in muscle and backfat tissues was evaluated. Animals inheriting the C allele for FABP4:g.2634_2635insC polymorphism showed higher intramuscular content of C16:0 and C16:1(n-7) fatty acids and, decreased content of C18:2(n-6) fatty acid and higher FABP4 expression in backfat. Moreover, FABP4:g.2634_2635insC was located inside a PPARG binding site suggesting a role of this nuclear receptor in the regulation of FABP4 gene expression. The FABP5:g.3000T>G SNP was the most significant marker for intramuscular percentages of C18:1(n-9), C18:2(n-6), and MUFA. However, this variant was not associated with FABP5 gene expression, being FABP5 gene expression in muscle regulated by other genomic regions located on SSC4, SSC6, SSC9 and SSC13. Aiming to identify genes and pathways affecting the intramuscular fatty acid composition, the muscle transcriptome of two groups of pigs with extreme phenotypes for these traits was analyzed. A total of 131 genes mostly related to lipid metabolism pathways were identified as differentially expressed between groups. The functional analysis showed that animals with a higher content of PUFA presented low fatty acid and glucose uptake resulting in an inhibition of the lipogenesis. Gene-by-gene approaches used until now are limited when analyzing complex traits usually implying several genes with small effects; moreover, they ignore functional interactions. For this reason, we decided to apply a gene network approach based on SNP-by-SNP co-association analysis to explore growth, conformation and fatness related traits. From the resulting network formed by 513 nodes and 639 edges, three transcription factors PRDM16, ELF1 and PPARG were likely to be the major regulators of this network. Moreover, 54 genes identified within the network belonged to growth-related ontologies. Finally, with the aim to evaluate functional candidate genes affecting intramuscular deposition and fatty acid composition traits from previous studies of our group, the mRNA expression of 45 genes was measured in 114 animals. The eGWAS identified 241 eSNPs distributed in 18 eQTLs. Three out of 18 eQTLs presented cis-acting variants and 16 eQTLs showed trans regulatory effects. The results highlighted putative key regulators and improved our knowledge in the functional regulatory mechanisms implicated in these complex traits
Ratolins transgènics poden ajudar a la fecundació in vitro
Full text linkEls programes de fecundació in vitro utilitzen sovint una hormona que secreta la glàndula pituïtària. Obtenir aquestes hormones resulta molt costós. Investigadors de la UAB estan treballant per tal d'obtenir més eficaçment aquesta hormona utilitzant ratolins transgènics per testar in vivo les construccions transgèniques.Los programas de fecundación in vitro utilizan a menudo una hormonaque secreta la glándula pituitaria. Obtener estas hormonas resulta muycostoso. Investigadores de la UAB están trabajando para conseguir máseficazmente esta hormona utilizando ratones transgénicos para testar invivo las construcciones transgénicas
La ß-Lactoglobulina y su aplicación en transgénesis
No full textEl objetivo final de nuestro trabajo es la obtención de proteínas recombinantes de interés farmacológico en la leche de animales transgénicos de producción. En nuestro grupo, previamente a este trabajo, se han llevado a cabo distintos proyectos con el fin de estudiar las regiones reguladoras del gen de la b-lactoglobulina (bLG) caprina y obtener así un cassette de expresión que pueda dirigir la expresión del transgén de forma específica y eficaz a la glándula mamaria de los animales transgénicos. Todas las construcciones han sido testadas previamente en el ratón al ser un modelo animal más barato ya que presenta un menor coste de mantenimiento y su ciclo reproductivo e intervalo generacional es más corto con respecto a los animales de producción. En el presente trabajo se ha utilizado un cassette de expresión que contiene 410 pb de región promotora proximal y 2,5 kb de región 3' flanqueante del gen de la bLG caprina para dirigir la expresión de las dos subunidades (a y b) de la Hormona Estimulante del Folículo (FSH) humana a la glándula mamaria de ratones transgénicos. Se han obtenido 4 líneas transgénicas que son capaces de expresar los dos transgenes en su glándula mamaria. Por otra parte, en la obtención de ratones transgénicos para el transgén de la bLG caprina, con el fin de testar las regiones reguladoras del gen, se observó un fenotipo conspicuo en los ratones homocigotos de la línea tg56; en el presente trabajo se ha caracterizado el lugar de integración de este transgén, el cual provocó una mutación por inserción en el gen de la Fosfolipasa C-b1 (PLC-b1) del ratón.Asimismo, se ha desarrollado una nuevo protocolo basado en la PCR cuantitativa a tiempo real para determinar el número de copias integradas del transgén en las distintas líneas transgénicas. Este método puede ser utilizado en todas aquellas líneas transgénicas que contengan cassettes de expresión pertenecientes a genes de especies rumiantes.Por último se han identificado y caracterizado un total de 15 polimorfismos en el gen de la bLG caprina, 9 de los cuales se encuentran localizados en la región promotora proximal, con el fin de encontrar mutaciones en las regiones reguladoras que puedan ser importantes en la expresión del gen.The final aim of this project is to produce pharmaceutical recombinant proteins in milk of farm animals. Previous works of our group have been performed to study the caprine b-lactoglobulin (bLG) regulatory sequences resulting in a expression cassette that is able to target the expression of the transgene to the mammary gland of transgenic mice in an integration-site dependent manner, independently of the number of copies in the array. All the constructions have been previously tested in a mouse model due to their short generation intervals and ease of genetic manipulation being cheaper than farm animals.In the present work, a goat bLG expression cassette which contained 410 bp of proximal promoter region and 2.5 kb of 3' flanking region has been used to target the expression of the two subunits (a and b) of human Follicle Stimulating Hormone (hFSH) to the mammary gland of transgenic mice. Four established transgenic lines that express both hFSH transgenes (a and b) to their mammary gland have been obtained.On the other hand, homozygous mice from one (tg56) of the different transgenic lines, that have been previously obtained for the goat bLG gene to study the regulatory sequences, displayed a distinct phenotype. Here, we present the identification and characterization of the transgene-induced insertional mutation at the PLC-b1 locus (PLC-b1bLG) in line tg56 of bLG transgenic mice.Furthermore, a rapid and accurate real-time quantitative PCR-based system to determine transgene copy number in transgenic animals has been developed. This method can be used directly for the analysis of transgenic mice for transgenes with different ruminant sequences without the requirement of control sample previously quantified by blotting techniques.Finally, fifteen polymorphisms, nine in the promoter region, of the caprine bLG gene have been identified and characterized. The main aim of this study has been identified mutations in the proximal promoter region that could be important in the expression of the gene
La [Beta]-Lactoglobulina y su aplicación en transgénesis
No full textConsultable des del TDXLa lletra beta apareix al títol amb la grafia gregaEl objetivo final de nuestro trabajo es la obtención de proteínas recombinantes de interés farmacológico en la leche de animales transgénicos de producción. En nuestro grupo, previamente a este trabajo, se han llevado a cabo distintos proyectos con el fin de estudiar las regiones reguladoras del gen de la b-lactoglobulina (bLG) caprina y obtener así un cassette de expresión que pueda dirigir la expresión del transgén de forma específica y eficaz a la glándula mamaria de los animales transgénicos. Todas las construcciones han sido testadas previamente en el ratón al ser un modelo animal más barato ya que presenta un menor coste de mantenimiento y su ciclo reproductivo e intervalo generacional es más corto con respecto a los animales de producción. En el presente trabajo se ha utilizado un cassette de expresión que contiene 410 pb de región promotora proximal y 2,5 kb de región 3' flanqueante del gen de la bLG caprina para dirigir la expresión de las dos subunidades (a y b) de la Hormona Estimulante del Folículo (FSH) humana a la glándula mamaria de ratones transgénicos. Se han obtenido 4 líneas transgénicas que son capaces de expresar los dos transgenes en su glándula mamaria. Por otra parte, en la obtención de ratones transgénicos para el transgén de la bLG caprina, con el fin de testar las regiones reguladoras del gen, se observó un fenotipo conspicuo en los ratones homocigotos de la línea tg56; en el presente trabajo se ha caracterizado el lugar de integración de este transgén, el cual provocó una mutación por inserción en el gen de la Fosfolipasa C-b1 (PLC-b1) del ratón. Asimismo, se ha desarrollado una nuevo protocolo basado en la PCR cuantitativa a tiempo real para determinar el número de copias integradas del transgén en las distintas líneas transgénicas. Este método puede ser utilizado en todas aquellas líneas transgénicas que contengan cassettes de expresión pertenecientes a genes de especies rumiantes. Por último se han identificado y caracterizado un total de 15 polimorfismos en el gen de la bLG caprina, 9 de los cuales se encuentran localizados en la región promotora proximal, con el fin de encontrar mutaciones en las regiones reguladoras que puedan ser importantes en la expresión del gen.The final aim of this project is to produce pharmaceutical recombinant proteins in milk of farm animals. Previous works of our group have been performed to study the caprine b-lactoglobulin (bLG) regulatory sequences resulting in a expression cassette that is able to target the expression of the transgene to the mammary gland of transgenic mice in an integration-site dependent manner, independently of the number of copies in the array. All the constructions have been previously tested in a mouse model due to their short generation intervals and ease of genetic manipulation being cheaper than farm animals. In the present work, a goat bLG expression cassette which contained 410 bp of proximal promoter region and 2.5 kb of 3' flanking region has been used to target the expression of the two subunits (a and b) of human Follicle Stimulating Hormone (hFSH) to the mammary gland of transgenic mice. Four established transgenic lines that express both hFSH transgenes (a and b) to their mammary gland have been obtained. On the other hand, homozygous mice from one (tg56) of the different transgenic lines, that have been previously obtained for the goat bLG gene to study the regulatory sequences, displayed a distinct phenotype. Here, we present the identification and characterization of the transgene-induced insertional mutation at the PLC-b1 locus (PLC-b1bLG) in line tg56 of bLG transgenic mice. Furthermore, a rapid and accurate real-time quantitative PCR-based system to determine transgene copy number in transgenic animals has been developed. This method can be used directly for the analysis of transgenic mice for transgenes with different ruminant sequences without the requirement of control sample previously quantified by blotting techniques. Finally, fifteen polymorphisms, nine in the promoter region, of the caprine bLG gene have been identified and characterized. The main aim of this study has been identified mutations in the proximal promoter region that could be important in the expression of the gene
Ratolins transgènics poden ajudar a la fecundació in vitro
No full textEls programes de fecundació in vitro utilitzen sovint una hormona que secreta la glàndula pituïtària. Obtenir aquestes hormones resulta molt costós. Investigadors de la UAB estan treballant per tal d'obtenir més eficaçment aquesta hormona utilitzant ratolins transgènics per testar in vivo les construccions transgèniques.Los programas de fecundación in vitro utilizan a menudo una hormonaque secreta la glándula pituitaria. Obtener estas hormonas resulta muycostoso. Investigadores de la UAB están trabajando para conseguir máseficazmente esta hormona utilizando ratones transgénicos para testar invivo las construcciones transgénicas
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