Genetic analysis and selection for intramuscular fat and oleic acid content in pigs

Abstract

El contingut i la composició en àcids grassos del greix intramuscular (GIM) afecten la qualitat de la carn de porc. En particular, augmentar el contingut d’àcid oleic (C18:1) milloraria la seva qualitat pel que fa a atributs organolèptics i tecnològics i propietats nutricionals. Aquesta tesi doctoral forma part d’una línia de recerca del Grup de Millora Genètica del Porcí de la Universitat de Lleida, amb l’objectiu final de trobar estratègies per millorar genèticament la qualitat de la carn de porc a través de GIM i C18:1. Es divideix en tres parts. La Part 1 discuteix les implicacions d’aplicar un enfocament estadístic específic per a dades composicionals per analitzar aquests caràcters. Es va mostrar que, com que la variabilitat de la composició del greix de la carn de porc és baixa, les tècniques estadístiques estàndards sobre percentatges bruts són suficientment robustes per la majoria d’anàlisis, incloent les que es realitzen a continuació. En la Part 2, en una línia Duroc, es va estimar que GIM i C18:1 tenen una heretabilitat alta similar (0.51−0.56, per a GIM, i 0.44−0.50, per a C18:1) i una correlació favorable entre ells (0.47). A més, existeixen escenaris de selecció en què aquests caràcters i el creixement magre es poden millorar simultàniament. Es va demostrar experimentalment que (1) GIM i C18:1 responen a la selecció basada en valors de millora a partir de dades fenotípiques de parents, i (2) l’espessor de greix dorsal es pot modificar independentment de GIM i C18:1. No obstant, la selecció per GIM i C18:1 basada en dades preses en un múscul té respostes correlacionades desiguals en altres músculs i teixits adiposos. En la Part 3 es van analitzar les variacions de la seqüència del gen estearoil-CoA desaturasa (SCD), que codifica l’enzim limitant en la biosíntesi de C18:1. Es va mostrar que hi ha una variant funcional en el gen SCD amb un efecte additiu de +0.75% en C18:1 i +1.00% en contingut total d’àcids grassos monoinsaturats, però sense efecte en GIM o engreixament de la canal. Aquesta associació es va confirmar en un estudi d’associació genòmica que també va revelar variacions de nucleòtids en el locus del gen del receptor de la leptina (LEPR) que afecten el nivell d’engreixament i, en conseqüència, la composició del greix. L’ús de marcadors en aquests dos loci va millorar substancialment la precisió en les prediccions de GIM i C18:1. Es conclou que és possible seleccionar amb èxit per GIM i C18:1 en carn de porc i es discuteixen diversos escenaris sobre com implementar aquesta selecció a la pràctica.

El contenido y la composición en ácidos grasos de la grasa intramuscular (GIM) afectan la calidad de la carne de cerdo. En particular, aumentar el contenido de ácido oleico (C18:1) mejoraría su calidad en cuanto a atributos organolépticos y tecnológicos y propiedades nutricionales. Esta tesis doctoral forma parte de una línea de investigación del Grupo de Mejora Genética del Porcino de la Universitat de Lleida, con el objetivo final de encontrar estrategias para mejorar genéticamente la calidad de la carne de cerdo a través de GIM y C18:1. Se divide en tres partes. La Parte 1 discute las implicaciones de aplicar un enfoque estadístico específico para datos composicionales para analizar estos caracteres. Se mostró que, como la variabilidad de la composición de la grasa de la carne de cerdo es baja, las técnicas estadísticas estándares sobre porcentajes brutos son suficientemente robustas para la mayoría de análisis, incluyendo los que se realizan a continuación. En la Parte 2, en una línea Duroc, se estimó que GIM y C18:1 tienen una heredabilidad alta similar (0.51−0.56, para GIM, y 0.44−0.50, para C18:1) y una correlación favorable entre ellos (0.47). Además, existen escenarios de selección en que estos caracteres y el crecimiento magro se pueden mejorar simultáneamente. Se demostró experimentalmente que (1) GIM y C18:1 responden a la selección basada en valores de mejora a partir de datos fenotípicos de parientes, y (2) el espesor de grasa dorsal se puede modificar independientemente de GIM y C18:1. No obstante, la selección por GIM y C18:1 basada en datos tomados en un músculo tiene respuestas correlacionadas desiguales en otros músculos y tejidos adiposos. En la Parte 3 se analizaron las variaciones de la secuencia del gen estearoil-CoA desaturasa (SCD), que codifica el enzima limitante en la biosíntesis de C18:1. Se mostró que hay una variante funcional en el gen SCD con un efecto aditivo de +0.75% en C18:1 y +1.00% en contenido total de ácidos grasos monoinsaturados, pero sin efecto en GIM o engrasamiento de la canal. Esta asociación se confirmó en un estudio de asociación genómica que también reveló variaciones de nucleótidos en el locus del gen del receptor de la leptina (LEPR) que afectan el nivel de engrasamiento y, en consecuencia, la composición de la grasa. El uso marcadores en estos dos loci mejoró substancialmente la precisión en las predicciones de GIM y C18:1. Se concluye que es posible seleccionar con éxito por GIM y C18:1 en carne de cerdo y se discuten varios escenarios sobre como implementar esta selección en la práctica.

Intramuscular fat (IMF) content and fatty acid composition affect the quality of pork. In particular, increasing oleic acid (C18:1) content would improve pork quality in terms of organoleptic and technological attributes and also of nutritional properties. This thesis dissertation is part of a line of research conducted by the Pig Breeding and Genetics Group of the University of Lleida, with the aim of finding strategies to genetically improve pork quality by increasing IMF and C18:1. It is divided into three parts. Part 1 discusses the implications of applying a specific statistical approach for compositional data to analyze these traits. It is shown that, because of the low variability of fatty acid composition in pork, the standard statistical techniques on raw percentages are robust enough for most genetic analyses, including those performed next. In Part 2, the genetic parameters associated to IMF and C18:1 were estimated in a purebred Duroc line. Both traits have a similar high heritability (0.51−0.56, for IMF, and 0.44−0.50, for C18:1) and a favorable genetic correlation between them (0.47). Furthermore, there exist selection scenarios where these traits and lean growth can be improved simultaneously. It was proved experimentally that (1) IMF and C18:1 respond effectively to selection on estimated breeding values based on phenotypic data of relatives, and (2) backfat thickness can be modified independently of IMF and C18:1. However, selection for IMF and C18:1 based on records from one muscle has unequal correlated responses on other muscles and fat tissues. In Part 3, the sequence variation of the stearoyl- CoA desaturase (SCD) gene, the gene producing the rate-limiting enzyme in the biosynthesis of C18:1, was analyzed. It was shown that there is a functional variant in the promoter of the SCD gene with an average additive effect of +0.75% and +1.00% on C18:1 and total monounsaturated fatty acids, respectively, but no effect on IMF or carcass fatness. This was confirmed in a genome-wide association study which also revealed nucleotide variations in the leptin receptor (LEPR) gene locus affecting overall fatness and, as a result, fat composition. The use markers at both loci substantially enhanced the accuracy of prediction of IMF and C18:1. It is concluded that it is possible to successfully select for increased IMF and C18:1 in pork. In light of the results obtained several scenarios are discussed on how to implement such selection in practice.