Genetics of Boar Taint Eli Grindflek, Norsvin
Rånesmak/lukt - Bakgrunn Rånesmak/lukt skyldes hovedsakelig akkumulering av komponentene androstenon og skatol i fett Kastrering er ingen god løsning blant annet pga : Dyrevelferd og kostnader Kastrater har dårligere fôrutnyttelse, redusert tilvekst og lavere kjøttprosent (f.eks. Babol & Squires, 1995) MEN: Uten kastrering vil en stor del av slaktene kasseres: Breed Androstenone Skatole Duroc 83% > 1 ppm 9.5% > 0.2 ppm Landrace 34% > 1 ppm 14.5% > 0.2 ppm (basert på data fra råneteststasjonene (n=3300))
Androstenon Lagring i fett Syntese i testikkel Kjønnsferomon Skilles ut i urin Metabolisme i lever Skatol Skatole Lagring i fett Syntese i tarm Skilles ut i urin Metabolisme i lever
Steroid biosyntese i testikkel: Kolesterol Pregnenolon Testosteron Androstenon Østrogener 4
Mål for prosjektet Detektere genetiske faktorer som påvirker androstenon og skatol studere sammenhengene med andre egenskaper. Vi vil redusere androstenon og skatol uten samtidig å redusere kvalitet og nivå på reproduksjonsegenskapene.
Dyremateriale ~1800 landsvin ~1200 duroc + fedre Egenskaper: Androstenon (blod og fett) Skatol og indol (fett) Testosteron Østrogener (Østronsulfat, Østradiol) Bulbourethral kjertelen (lengde) Produksjonsegenskaper (vekst, fôrforbruk, ryggspekk, helse, osv.) Fra Norsvins råneteststasjoner Som mål på kjønnsmodning Vevsprøver Testikkel, lever, fett
Arvematerialet DNA mrna protein Biologisk kompleksitet: - Genetisk variasjon i regulatoriske områder - Mange gener med små eller store effekter - Bedre forståelse for komplekse biologiske nettverk: Gen-interaksjoner Protein-interaksjoner Miljøpåvirkninger
Genomscan Genetiske studier flere tilnærminger Avl (kvantitativ genetikk) Genetiske nettverk Kandidatgener Genekspresjon Protein studier
Korrelasjoner og arvbarheter - Landsvin androp androf skatol indol testo østrad østronsulf andro_plasma 0.48 andro_fett 0.97 0.53 skatol 0.45 0.34 0.45 Indol 0.59 0.53 0.78 0.39 Testosteron 0.96 0.89 0.42 0.66 0.22 Østradiol 0.90 0.91 0.11 0.26 0.80 0.54 Østronsulfat 0.88 0.86 0.33 0.51 0.93 0.85 0.61 dager_fødsel_bedkn Sign Sign dager_avven_bedekn levf1 levf2 Sign Sign levf3 kullvekt1 Korrelasjonene på grått felt må sees i sammenheng med kullvekt2 standardfeil som er svært høye grunnet fjernt slektskap kullvekt3 mellom de aktuelle dyrene Duroc: Liknende resultater mhp korrelasjoner og arvbarheter for androstenon, skatol/indol og kjønnshormoner.
Genuttrykk i testikkel og lever Sammenlikner ekstreme grupper av lave/høye androstenon nivå Landrace (n=60): High 5.91 ppm, Low 0.15 ppm Duroc (n=60): High 10.27 ppm, Low 0.42 ppm 1. Microarray Samtidig nivå av genuttrykk (array, ~ 27K cdna clones, Foulum, Bendixen`s gruppe) 2. QPCR Bekreftelse av resultater, samt studie av aktuelle kandidatgener
Steroid hormon biosyntese i testikkel: Kolesterol FDX1, FTL StAR CYP11A1 CYP17, CYB5 CYP17, CYB5 Pregnenolon Testosteron Androstenon AKR1C4, HSD17B4, SULT2B1 SULT2A1 Østrogener CYP19
Androstenon- og skatolmetabolisme i lever: Fase II konjugering: Fase I oksidering: CYP2C49, CYP2C33, CYP27A1, CYP2E1, CYP2A19, CYP2D6, FMO1 SULT2E1 UGT1A5, UGT2A1, UGT2B15 NAT12 GST Forklarer 5-6% av total variasjon (Skatol) Forklarer ~12% av total variasjon (andro) Forklarer ~6% % av total variasjon (andro)
Studert sammenhenger mellom de gener med effekt og biokjemiske reaksjonsveier som er opp-/ned-regulert, hvilken biologiske prosesser som er involvert osv. (Gene Ontology) Hormon biosyntese iron binding and electron transport activities
Protein studier Moe M. Grindflek E., Doran O. (2007) J Anim Sci. 2007 Aug 8 HSD3B (androstenon metabolisme (fase I)) 3beta-HSD (arbitrary units) 300 250 200 150 100 50 0 Lever Testikkel Landsvin Duroc Landsvin Duroc * Low High Low High Androsterone 3beta-HSD (arbitrary units) 210 180 150 120 90 60 30 0 Low High Low High Androsterone
Protein studier SULT2B1 (androstenon eliminering (fase II)) 100 SU LT2 B1 (a rb bitra ry units) 80 60 40 20 0 Lever Testikkel Landsvin Duroc Landsvin Duroc 400 350 300 * 250 * 200 150 *** 100 50 0 Low High Low High Low High Low High Androsterone Androsterone SU LT2 B1 (a rbitra ry units) For CYP17 (androstenon syntese + metabolisme) fant vi ingen signifikante forskjeller.
Genom scan: Finne områder på kromosomene som har effekt på rånesmak og/eller reproduksjonsegenskaper Ser på sammenheng med Genetiske variasjon på genomet vha. SNP er ( single nucleotide polymorphism ) 3500 SNP markører 60 000 SNP markører
Noen resultater fra genomscan: Hvor på arvematerialet har vi genetisk variasjon som påvirker androstenon, skatol/indol eller noen av kjønnshormonene? Kromosom 3 - Duroc - LDLA 12 10 Østradiol Androstenon i fett LR 8 6 4 Testosteron Androstenon i plasma aplog aflog sflog ilog tlog elog eslog 2 0 0 20 40 60 80 100 120 cm
Kromosom 7 - Landrace - LDLA 7 6 Indol LRT 5 4 3 2 Skatol aplog aflog sflog ilog tlog elog eslog 1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 cm
8 Kromosom 14 - Duroc - LDLA 7 Indol 6 Skatol Logratio 5 4 3 2 1 aplog aflog sflog ilog CYP2E1 tloget av elog nøkkelenzymene i eslog skatolmetabolismen 0 0 20 40 60 80 100 120 140 cm
Foreløpig oppsummering fra flere delprosj.: (Fra Marens Dr. avhandl.)
Implementering i avlsprogrammet: Sannsynlig strategi: Seleksjon av avlsverdier basert på både tradisjonelle BLUPverdier og genetiske markører Alle gener Egenskaper Avlsverdi alle gener Seleksjon av de beste Identifisering av gener/markører/ haplotyper Genotype Avlsverdi for de identifiserte gener/markører Økt presisjon grunnet seleksjon direkte for identifisert genetisk variasjon Økt presisjon grunnet kunnskap om interaksjoner og korrelasjoner Økt genetisk framgang fordi vi kan selektere tidligere i dyrets liv Økt kontroll av genetisk variasjon
Konklusjoner Mange gener er involvert i utvikling av rånesmak, og resultatene tyder på at det er store rasemessige forskjeller Arvbarhetene samt de genetiske korrelasjonene mellom rånesmakskomponenter og andre kjønnshormoner er svært høye. Korrelasjonene til reproduksjonsegenskapene i avlsmålet ser imidlertid ikke ut til å være problematiske, og resultater fra molekylærgenetikk studiene tilsier også at det vil være mulig å selekter for lavere rånesmak uten å påvirke nivå av viktige kjønnsparametre. Med en kombinasjon av all tilgjengelig informasjon om de genetiske faktorene involvert håper vi det vil være mulig å lage et helhetlig seleksjonsverktøy for å finne råner med best mulig sammensetning av gener.
Prosjektgruppe: Eli Grindflek, Forsker (Norsvin) - prosjektleder Maren Moe, PhD student (Norsvin) Marianne Hansen, Vit.ass.(Norsvin) Hanne Henriksen, Vit.ass.(Norsvin) Sigbjørn Lien, Prof. (Cigene/UMB) Ingunn Berget, Post. Doc. (Cigene/UMB) Torunn Aasmundstad, PhD student (Norsvin) Theo Meuwissen, Prof. (UMB) Vessela Kristensen, Prof. II (Rikshosp./University Oslo) Samarbeidspartnere: Prof. Christian Bendixen, Foulum, Danmark (microarray, SNPs) Prof. Olena Doran, England (protein ekspresjon, cellestudier) Norges Veterinærhøgskole (Hormonlab. - analyse androstenon/skatol/indol) Aker Hormonlaboratorie (Hormonlab. analyser av kjønnshormoner) Dr. D. van der Wiel, Lelystadt, Netherland (protein ekspresjon) SABRE EU prosjekt
Vitenskapelige artikler fra prosjektet: Tajet H., Andresen Ø., Meuwissen THE (2006) Estimation of genetic parameters of boar taint; skatole and androstenone and their correlations with sexual maturation. Acta Veterinaria Scandinavica 2006, 48(Suppl 1) Moe M. Grindflek E., Doran O. (2007) Expression of 3β-HSD, CYP17 and SULT2B1 proteins in liver and testis of pigs of two breeds: relationship with adipose tissue androstenone level. Animal Genetics, Nov;85(11):2924-31. Moe M., Meuwissen THE, Lien S, Bendixen C., Wang X., Conley LN, Berget I, Tajet H, Grindflek E. (2007) Gene Expression Profiles in Testis of Pigs with extreme levels of Androstenone. BMC Genomics, Nov 7;8:405 Panella-Riera N., Moe M., Grindflek E., Oliver M.A., Wood J.D., Doran O. (2008) Effect of sex steroids on expression of sulfotransferase 2B1 protein in primary cultured porcine hepatocytes. Livestock Science (In Press) (doi:10.1016/j.livsci.2008.01.021) Moe M., Lien S, Bendixen C., Hedegaard J., Hornshøj H., Berget I., Meuwissen T., Grindflek E. (2008) Gene expression profiles in liver of pigs with extreme high and low levels of androstenone. BMC Veterinary Research 4:29 (06 Aug 2008). Moe M., Aasmundstad T., Lien S., Meuwissen T.H.E., Hansen M., Bendixen C., Andresen Ø., Grindflek E. (2009) Association of boar taint candidate gene polymorphisms with androstenone, skatole and phenotypes related to reproduction. In Press, BMC Genetics Grindflek E., Berget I., Moe M., Oeth P., Lien S. (2009) Differential expression profile in testicle of candidate genes for androstenone levels in pigs. Submitted, The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology Grindflek E., Berget I., Moe M., Lien S. (2009) Differential expression profile and allele expression in liver of candidate genes for androstenone levels in pigs (In Prep) Grindflek E, Meuwissen THE, Nome T, Henriksen H, Hansen M, Moe M, Bendixen C, Kent M, Lien S. Mapping of quantitative trait loci for boar taint and fertility compunds in pigs (In Prep)
Takk for oppmerksomheten!