Assessing the role of the stearoyl-CoA desaturase gene on the fatty acid profile of pork

Abstract

This PhD dissertation is framed on a line of research aimed at improving pork quality and, particularly, intramuscular fat (IMF) and monounsaturated fatty acid (MUFA) content as two of the main traits affecting nutritional and sensorial pork attributes. Several strategies have been investigated to enhance IMF and MUFA without increasing the rest of fat depots, but one of the most promising approaches is to find out genetic markers specifically associated to them. There is a variant in the promoter of the stearoyl-CoA desaturase (SCD) gene (AY487830:g.2228T>C used as tag single nucleotide polymorphism) that specifically enhances MUFA. This polymorphism localizes in the core sequence of a putative retinoic acid response element. The primary objective of the thesis was to assess the impact of this SCD polymorphism in different production and commercial scenarios. The thesis comprises four studies. The first one was intended to show whether the effect of this SCD polymorphism is maintained at different market carcass weights. The second and third study examined whether the effect of the SCD polymorphism is still evident in dry-cured products from purebred Duroc and Duroc-sired Iberian crossbreds, respectively. The fourth study investigated the impact of carotenoid intake as a source of dietary retinoic acid on IMF and MUFA in pigs from opposite genotypes at the SCD gene polymorphism. Four experiments, one per objective, were designed. The first consisted of a series of 1-4 repeated samples of m. longissimus thoracis and subcutaneous fat of 214 Duroc barrows collected at 160, 180, 210 and at 220 days of age. The second and third experiments were based, respectively, on 125 dry-cured hams from purebred Duroc pigs (53 traced throughout curation and 72 randomly sampled) and on 74 dry-cured hams from Duroc × Iberian pigs (taken from sliced trays randomly purchased from the same supplier). Dry-cured hams were from barrows and gilts. The fourth experiment consisted of 32 Duroc barrows which were allocated in a 2 x 2 split-plot design consisting of two finishing diets (from 165 to 195 days of age) differing in pro-vitamin A carotenoid content and the two SCD homozygotes. The diets were identical except the corn line used in the feed. The carotenoid-rich diet was formulated with 20% of a carotenoid-fortified corn while the carotenoid-restricted diet used instead 20% of its near isogenic line, which did not contain pro-vitamin A carotenoids. The positive effect of the T allele at the SCD gene on fat desaturation and MUFA content was confirmed throughout the growing-finishing period and after the curing process on both purebred Duroc and Duroc × Iberian dry-cured hams. A strong relationship between MUFA in green and dry-cured samples was found, with TT pigs being more effective in retaining increased MUFA in green hams until the end of the curing period. Moreover, the SCD polymorphism had a greater impact on MUFA than using hams from barrows instead of gilts. The results of the last experiment indicated that pigs fed with the carotenoid-rich diet had 2.8-fold more retinoic acid and 4.5-fold more SCD gene expression in liver, around one fifth less fat and MUFA in liver and one third less IMF in m. gluteus medius. The TT genotype at the SCD gene increased MUFA in all tissues. Liver fat and MUFA content declined non-linearly with liver all-trans retinoic acid, suggesting a saturation point at relatively low all-trans retinoic acid content. The results obtained support that a pro-vitamin A carotenoid restricted diet at finishing and the TT genotype at the SCD gene complement well each other to simultaneously increase IMF and MUFA without increasing total fat content. The leptin receptor (LEPR) NM_001024587:g.1987C>T polymorphism was also segregating in Duroc, with the T allele positively affecting IMF and the saturated fatty acid (SFA) content. Selection for the SCD T allele, particularly in combination with selection for the LEPR C allele, is confirmed as a good strategy to enhance the MUFA/SFA ratio and therefore to produce healthier meat.

Aquesta tesi doctoral s'emmarca en una línia d'investigació dirigida a millorar la qualitat de la carn de porc i, principalment, el greix intramuscular (IMF) i els àcids grassos monoinsaturats (MUFA), per ser dos dels principals trets que afecten els atributs nutricionals i sensorials del porc. S'han investigat diverses estratègies per millorar IMF i MUFA sense augmentar la resta dels dipòsits de greix, i una de les més prometedores és la de trobar marcadors genètics associats específicament a ells. Hi ha una variant en el promotor del gen de la estearoil-CoA desaturasa (SCD) que millora específicament MUFA (AY487830: g.2228T> C, polimorfisme d'un sol nucleòtid utilitzat com a marcador de referència). Aquest polimorfisme es localitza en la seqüència central d'un putatiu element de resposta a l’àcid retinoic. L'objectiu principal de la tesi va ser avaluar l'impacte del polimorfisme SCD en diferents escenaris de producció i comercials. La tesi consta de quatre estudis. El primer tenia per objectiu mostrar si l'efecte del polimorfisme SCD es manté a diferents pesos comercials de la canal. El segon i tercer estudi es dedicaren a examinar si l'efecte del polimorfisme SCD és fa encara evident en productes curats de raça pura Duroc i en els seus creuaments amb Ibèric, respectivament. En el quart estudi es va investigar l'impacte de la ingesta de carotenoides, com a font d'àcid retinoic en la dieta, sobre IMF i MUFA en porcs de genotips oposats en el polimorfisme del gen SCD. Es van dissenyar quatre experiments, un per cada objectiu. El primer experiment consistí en un a sèrie de fins a 4 mostres repetides de m. longissimus thoracis i de greix subcutani presses a 160, 180, 210 i en 220 dies d'edat en 214 mascles castrats Duroc. El segon i tercer experiments es van basar, respectivament, en 125 pernils curats de porcs Duroc de pura raça (53 traçats des de fres fins el final de la curació i 72 escollits a l’atzar) i en 74 pernils curats procedents d’un encreuament Duroc × Ibèric (presos de safates de pernil llescat comprades a l'atzar del mateix proveïdor). Els pernils curats provenien de mascles castrats i femelles. El quart experiment va consistir en 32 mascles castrats Duroc disposats segons un disseny split-plot 2 x 2, amb dues dietes de finalització (des de 165 a 195 dies d'edat) que diferien en el contingut de provitamina A carotenoide i els dos homozigots SCD. Les dietes van ser idèntiques, excepte en la línia genètica de blat de moro utilitzat en el pinso. La dieta rica en carotenoides es va formular amb un 20% de blat de moro fortificat amb carotenoides, mentre que la dieta control va incloure en el seu lloc un 20% de blat de moro d’una línia quasi isogènica sense carotenoides precursors de provitamina A. Els resultats obtinguts confirmen que l'efecte positiu de l'al·lel T del gen SCD sobre la dessaturació del greix i el contingut de MUFA es manté durant tot el període de creixement i d'acabat i al final del procés de curació, tant en els pernils Duroc com en els Duroc × Ibèric. S’ha posat en evidencia una forta relació entre el contingut de MUFA en el pernil fresc i curat, de tal manera que els porcs TT són més eficaços retenint els MUFA fins al final del període de curació. D'altra banda, el polimorfisme SCD ha tingut un major impacte sobre MUFA que la utilització de porcs castrats en lloc de femelles per la producció de pernil. Els porcs alimentats amb una dieta enriquida en carotenoides mostraren 2.8 vegades més àcid retinoic i 4.5 vegades més expressió del gen SCD en fetge, aproximadament un cinquè menys de greix i MUFA en el fetge i un terç menys de IMF en m. gluteus medius. El genotip TT del gen SCD ocasionà un augment de MUFA en tots els teixits. El greix del fetge i el contingut de MUFA disminuïren de forma no lineal amb l'àcid holo-trans retinoic del fetge, el que suggereix l’existència d’un punt de saturació a un nivell relativament baix d'àcid holo-trans retinoic. Els resultats obtinguts han posat de manifest que els efectes d’una dieta restringida en carotenoides precursors de la vitamina A i el genotip TT del gen SCD es complementen bé per augmentar simultàniament IMF i MUFA sense variar el contingut de greix total. S’ha observat que el polimorfisme NM_001024587: g.1987C> T del gen del receptor de la leptina (LEPR) també segrega en Duroc, amb l'al·lel T afectant positivament IMF i el contingut d'àcids grassos saturats (SFA). La selecció a favor de l'al·lel T del gen SCD, particularment en combinació amb la selecció a favor de l'al·lel C de LEPR, es confirma com una bona estratègia per millorar la relació MUFA / SFA i per tant la producció de carn més saludable.

La presente tesis doctoral se enmarca en una línea de investigación dirigida a mejorar la calidad de la carne cerdo y, en particular, su contenido de grasa intramuscular (IMF) y ácidos grasos monoinsaturados (MUFA) al ser dos de los principales caracteres que afectan atributos tanto nutricionales como organolépticos de la carne. A la fecha, diversas estrategias han sido investigadas para mejorar IMF y MUFA sin aumentar el resto de depósitos grasos de la canal, siendo uno de los enfoques más prometedores el encontrar marcadores genéticos asociados específicamente a dichos caracteres. Existe una variante en el promotor del gen de la estearoil-CoA desaturasa (SCD) (AY487830: g.2228T>C ha sido utilizado como polimorfismo de un solo nucleótido de referencia) que mejora MUFA. Este polimorfismo se localiza en el núcleo de la secuencia de un elemento de respuesta putativo al ácido retinoico. El objetivo principal de la tesis fue evaluar el impacto del polimorfismo SCD en diferentes escenarios productivos y comerciales. La tesis está compuesta por cuatro estudios. El primero tuvo como objetivo evaluar si el efecto del polimorfismo SCD se mantiene a diferentes pesos comerciales. El segundo y tercer estudio examinaron si el efecto del polimorfismo SCD es evidente en jamones curados de raza pura Duroc y de Ibéricos cruzados con Duroc. El cuarto estudio investigó el impacto de la ingesta de carotenoides, como fuente de ácido retinoico en la dieta, sobre IMF y MUFA en cerdos de genotipos opuestos para el polimorfismo SCD. Para cada objetivo se diseñó un experimento. El primero consistió en un muestreo repetido (de 1 a 4) de m. longissimus thoracis y grasa subcutánea a las edades de 160, 180, 210 y 220 días en 214 machos castrados Duroc. El segundo y tercer experimento se basaron en 125 jamones curados de cerdos Duroc de raza pura (53 rastreados a lo largo de la curación y 72 muestreados al azar) y en 74 jamones curados Duroc × Ibérico (tomados de bandejas loncheadas compradas aleatoriamente del mismo proveedor), respectivamente. Los jamones curados provenían de machos castrados y hembras. El cuarto experimento consistió en 32 machos castrados Duroc que fueron asignados a un diseño split-plot 2 x 2 consistente en dos dietas de engorde (de 165 a 195 días de edad) que diferían en el contenido de carotenoides precursores de vitamina A y los dos genotipos homocigotos del gen SCD. Las dietas fueron idénticas excepto en la línea de maíz usada en la formulación. La dieta rica en carotenoides se formuló con 20% de maíz fortificado con carotenoides, mientras que la dieta restringida en carotenoides contuvo en su lugar un 20% de una línea casi-isogénica que no contenía carotenoides precursores de vitamina A. El efecto positivo del alelo T del gen SCD sobre la desaturación de la grasa y el contenido de MUFA se confirmó a lo largo del período de crecimiento-engorde así como al final del proceso de curado, tanto en los jamones de raza pura Duroc como en los Duroc × Ibérico. Se encontró una fuerte correlación en el contenido de MUFA entre muestras frescas y curadas, mientras que el genotipo TT fue más efectivo reteniendo el aumento de MUFA observado en los jamones frescos hasta el final del período de curación. Por otra parte, el polimorfismo SCD tuvo un mayor impacto sobre MUFA que el uso de jamones de machos castrados en lugar de hembras. Los resultados del último experimento mostraron que los cerdos alimentados con la dieta rica en carotenoides tuvieron 2.8 veces más ácido retinoico y 4.5 veces más expresión del gen SCD en hígado, alrededor de un quinto menos grasa y MUFA en el hígado, y un tercio menos de IMF en el m. gluteus medius. El genotipo TT del gen SCD aumentó MUFA en todos los tejidos. La grasa hepática y el contenido de MUFA disminuyeron de forma no lineal con el ácido retinoico hepático, sugiriendo un punto de saturación a un nivel relativamente bajo de ácido retinoico. Los resultados obtenidos evidencian que los efectos de una dieta restringida en carotenoides precursores de vitamina A durante el engorde y del genotipo TT del gen SCD se complementan bien para aumentar simultáneamente IMF y MUFA sin alterar el contenido total de grasa. El polimorfismo del gen del receptor de la leptina (LEPR) NM_001024587:g.1987C>T también segrega en esta población Duroc, con el alelo T afectando positivamente IMF y el contenido de ácidos grasos saturados (SFA). La selección del alelo T del gen SCD en combinación con la selección del alelo C de LEPR se confirma como una buena estrategia para aumentar el ratio MUFA / SFA y en consecuencia producir carne más saludable.