Genomic and functional genomic analysis of fatty acid composition in swine

Abstract

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.

Pork is one of the main sources of human-consumed meat and consumer’s preference towards high quality meat is increasing. Hence, understanding the molecular mechanisms affecting meat production and quality would help in the selection of these traits. Meat quality is determined largely by its fatty acid (FA) composition and understanding the underlying molecular processes of FA composition is the general objective of this thesis. We analyzed quantitative trait loci (QTL) on porcine chromosome 8 (SCC8) for FA composition in backfat, identifying two trait-associated SNP regions at 93 Mb and 119 Mb. The strongest statistical signals for both regions were observed for palmitoleic acid and, C18:0/C16:0 and C18:1(n-7)/C16:1(n-7) elongation ratios. MAML3 and SETD7 genes were analyzed as positional candidate genes in the 93 Mb region. The two novel microsatellites analyzed in the MAML3 gene, and the SETD7:c.700G>T SNP in the SETD7 gene did not show the strongest signal in this region, discarding these polymorphisms as the causal mutations. Furthermore, in the 119 Mb region, the ELOVL6:c.-533C>T SNP showed a strong association with the percentage of palmitic and palmitoleic acids and elongation ratios in backfat. These results for ELOVL6 gene, support the hypothesis that it has a pleiotropic effect in backfat and muscle for the 119 Mb QTL, and reinforce this gene as a strong candidate for the SSC8 QTL for FA composition. Moreover, whole genome sequence (WGS) data from Iberian and Landrace pigs were used to identify 1,279 copy number variations (CNVs), merging into 540 swine CNV regions (CNVRs). The impact of four of them in growth and FA composition in intramuscular fat and backfat was studied. Association with carcass length and FA composition in backfat and intramuscular fat was showed for the CNVR112, containing the GPAT2 gene which catalyse the biosynthesis of triglycerides and glycerophospholipids. These results underline the importance of CNVRs affecting economically important traits in pigs. Finally, the adipose tissue mRNA expression of 44 candidate genes related with lipid metabolism was analyzed in 115 animals. The expression genome-wide association (eGWAS) identified 193 eSNPs located in 19 expression QTLs (eQTLs). Three out of 19 eQTLs corresponding to ACSM5, FABP4, and FADS2 were classified as cis-acting eQTLs, whereas the remaining 16 eQTLs had trans-regulatory effects. These findings and the polymorphisms evaluated for some of these genes provide new data to further understand the functional mechanisms implicated in the variation of meat quality traits in pigs.