Genes asociados con la deposición y composición de grasas en porcino: estudios de expresión génica, proteínas y genética funcional y estructural

Abstract

La present Tesi Doctoral s’emmarca dins d’una línia d’investigació dedicada a l’estudi de les bases genètiques del metabolisme dels greixos en relació a la producció de carn de porcí d’alta qualitat i saludable. L’objectiu final és la identificació de polimorfismes i mecanismes de regulació responsables de la variabilitat genètica d’aquests caràcters complexes en l’espècie porcina. En aquest context, s’han utilitzat mètodes de genòmica estructural (mapes de QTL d’expressió (eQTL); estudis de gens candidats) i funcional (estudis d’expressió gènica) a més a més d’anàlisis proteics i cel·lulars en mostres de múscul i greix de porcs seleccionats per les seves característiques de qualitat de carn. Així, mitjançant la tècnica de microarrays s’ha analitzat el patró d’expressió d’ARNm en mostres de múscul gluteus medius obtingudes a partir de porcs d’una població comercial Duroc amb fenotips divergents per diversos paràmetres relacionats amb la deposició dels lípids. Com a resultat, s’han observat nombrosos gens diferencialment expressats entre els animals amb perfils divergents d’engreixament. Un estudi ontològic/funcional va revelar que aquests gens estaven particularment relacionats amb el metabolisme lipídic, el creixement i la diferenciació muscular, la immunitat i la captació de glucosa en la ruta de la insulina. D’altra banda, les anàlisis d’eQTL han revelat l’existència de regions genòmiques responsables de la variació de l’expressió gènica en el múscul gluteus medius porcí; algunes de les quals mostren una concordança posicional amb varis QTL per caràcters de qualitat de cran i engreixament detectats prèviament a la mateixa població Duroc. Complementàriament, s’ha realitzat un estudi més exhaustiu de quatre gens candidats (ACACA, HMGCR, SCD i 6D), directament implicats en caràcters relacionats amb la qualitat de la carn al ser els principals responsables de la síntesis i dessaturació d’àcids grassos i colesterol. Combinant els resultats de l’anàlisi d’expressió gènica, mapes d’eQTL i els gens candidats estudiats s’ha elaborat una llista de gens candidats funcionals i posicionals que serà la base de futures investigacions cap a l’establiment de les xarxes gèniques i els mecanismes moleculars implicats en el metabolisme dels lípids musculars i els caràcters relacionats amb la qualitat de la carn en porcí.

La presente Tesis Doctoral se enmarca en una línea de investigación dedicada al estudio de las bases genéticas del metabolismo de las grasas en relación a la producción de carne de porcino de alta calidad y saludable. El objetivo final es la identificación de polimorfismos y mecanismos de regulación responsables de la variabilidad genética de estos caracteres complejos en porcino. Para ello se han utilizado métodos de genómica estructural (mapas de QTL de expresión (eQTL); estudio de genes candidatos) y funcional (estudios de expresión génica) y también de análisis proteico y celular en muestras de músculo y grasa de cerdos seleccionados por sus características de calidad de carne. Así, mediante la técnica de microarrays se ha analizado el patrón de expresión de ARNm en muestras de músculo gluteus medius obtenidas a partir de cerdos de una población comercial Duroc con fenotipos divergentes para varios parámetros relacionados con la deposición de los lípidos. Como resultado, se han observado numerosos genes diferencialmente expresados entre los animales con perfiles divergentes de engorde. Un estudio ontológico/funcional mostró que estos genes estaban particularmente relacionados con el metabolismo lipídico, el crecimiento y la diferenciación muscular, la inmunidad, y la captación de glucosa en la ruta de la insulina. Por otra parte, un análisis de eQTL ha revelado la existencia de regiones genómicas responsables de la variación de la expresión génica en el músculo gluteus medius porcino, algunas de las cuales muestran una concordancia posicional con varios QTL para caracteres de calidad de carne y engorde detectados previamente en la misma población Duroc. Complementariamente, se ha realizado un estudio más exhaustivo de cuatro genes candidatos (ACACA, HMGCR, SCD y 6D) directamente implicados en caracteres relacionados con la calidad de la carne al ser los principales responsables de la síntesis y desaturación de ácidos grasos y colesterol. Combinando los resultados del análisis de expresión génica, mapas de eQTL y los genes candidatos estudiados se ha elaborado una lista de genes candidatos funcionales y posicionales que será la base de futuras investigaciones hacia el establecimiento de las redes génicas y los mecanismos moleculares implicados en el metabolismo de los lípidos musculares y los caracteres relacionados con la calidad de la carne en porcino.

This PhD is part of a line of research devoted to studying the genetic basis of lipid metabolism and fat deposition in pigs with a view to producing healthy and high quality meat. The main objective is the identification of polymorphisms and regulatory mechanisms responsible for the genetic variability of these complex characters in pigs. In this sense, we have used several methods in the fields of structural (expression QTL (eQTL) maps; candidate genes studies) and functional (gene expression studies) genomics and also protein and cell studies in muscle and fat samples from pigs selected by meat quality parameters. In this context, using microarrays we analyzed the mRNA expression pattern in gluteus medius muscle samples obtained from a commercial Duroc pig population with divergent phenotypes for several parameters related to lipid deposition. As a result, we have obtained a list of genes differentially expressed between animals with divergent profiles related to lipid deposition. The ontological/functional study showed that these genes were particularly related to lipid metabolism, growth and muscle differentiation, immunity and glucose uptake in the insulin pathway. Moreover, analysis of eQTL has revealed the existence of genomic regions responsible for the variation of gene expression in porcine gluteus medius muscle. Some of these eQTL show positional concordance with several QTL related to meat quality and fat deposition previously identified in the same Duroc population. Additionally, we have performed a comprehensive study of four candidate genes (ACACA, HMGCR, SCD and 6D) directly involved in traits related to meat quality, playing an important role in fatty acids and cholesterol synthesis and desaturation. Combining the results of gene expression analysis, eQTL maps and candidate genes studied have resulted in a list of functional and positional candidate genes representing a valuable contribution to the understanding of the genetic regulation of skeletal muscle individual gene expression in swine species. This is a first step towards disentangling gene networks and molecular mechanisms involved in muscular lipid metabolism and meat quality traits in pigs.