Genetic-marker discovery for productive resilience in growing pigs

Abstract

La resiliència ha estat considerada com un caràcter secundari i encara no s'ha implementat en programes de millora. Les principals limitacions són la manca d'un mètode de quantificació directa i informació consistent sobre la seva base genètica. Aquesta tesi s’ha dut a terme el el grup de Millora Genètica del Porcí al Departament de Ciència Animal de la Universitat de Lleida per elucidar el determinisme genètic de la resiliència general en porcs i avaluar les associacions entre la resiliència i la productivitat. La primera part d'aquesta tesi es centra en la resiliència general en porcs. Al Capítol I, es van elaborar dos indicadors de resiliència en porcs en creixement utilitzant desviacions en el pes corporal (ΔBW) i l'increment de la proteïna de fase aguda haptoglobina (ΔHP) després d'aplicar una vacuna. Els indicadors de resiliència, ΔBW i ΔHP, presentaven estimacions de heretabilitat baixes a moderades i van permetre la identificació dels porcs més resilients i susceptibles (resposta resilient). Als Capítols II i III, es va avaluar el determinisme genètic de la resiliència general dels porcs identificant variants i regions genòmiques associades amb els indicadors proposats de resiliència i la resposta resilient. Es va demostrar que la resiliència general és un caràcter poligènic, regulat per les interaccions entre la resposta immunitària i les vies de creixement. A la segona part d'aquesta tesi, es van avaluar les associacions entre set marcadors genètics candidats per a la resposta de l'hoste al síndrome reproductiu i respiratori porcí (PRRS) i els caràcters de producció en condicions no desafiants. Els nostres resultats suggereixen utilitzar el marcador genètic rs340943904 en el guanylate binding protein (GBP) 5 (GBP5) per millorar la resposta de l'hoste al PRRS ja que no té efectes adversos en els trets de producció, en lloc del marcador rs80800372 (WUR1000125) en GBP1, que afecta negativament el rendiment magre. En conjunt, seria essencial incloure la resiliència en els programes de cria ja que beneficiaria els animals (millor benestar), els productors (menys pèrdues econòmiques i major rendibilitat) i el medi ambient (millora de la sostenibilitat). Una estratègia possible és implementar marcadors associats amb els indicadors de resiliència en els programes de millora. És a dir, identificar marcadors genètics associats amb la resiliència general, validar-los en altres poblacions, avaluar les seves associacions amb caràcters econòmicament importants i finalment seleccionar els al·lels favorables que tinguin efectes positius o neutres en caràcters econòmicament importants. S'ha identificat un panel de marcadors genètics potencials per a la resiliència general en porcs en aquesta tesi. Aquests marcadors genètics poden ser investigats més a fons com a primer pas per la millora de la resiliència en porcs.

La resiliencia ha sido considerada como un caracter secundario y aún no se ha implementado en programas de mejora. Las principales limitaciones incluyen la ausencia de una medida directa y de una información consistente sobre su base genética. Esta tesis doctoral se llevó a cabo en el grupo de Mejora Genética del Porcino en el Departamento de Ciencia Animal de la Universitat de Lleida para investigar el determinismo genético de la resiliencia en cerdos y evaluar asociaciones entre la resiliencia y la productividad. La primera parte de esta tesis se centra en la resiliencia general en cerdos. En el Capítulo I, se elaboraron dos indicadores de resiliencia usando desviaciones en el peso corporal (ΔBW) e el incremento de la proteína de fase aguda haptoglobina (ΔHP) después de aplicar un desafío leve. Los indicadores de resiliencia, ΔBW y ΔHP, se mostraron bajo control genético con heredabilidades bajas a moderadas, y permitieron la identificación de los cerdos más resilientes y susceptibles (respuesta resiliente). En los Capítulos II y III, se evaluó el determinismo genético de la resiliencia en cerdos mediante la identificación de variantes y regiones genómicas asociadas con los indicadores de la resiliencia y la respuesta resiliente. Se demostró que la resiliencia es un carácter poligénico, regulado por la respuesta inmune y el crecimiento. En la segunda parte, se evaluaron las asociaciones entre siete marcadores genéticos para la respuesta del huésped al Síndrome Reproductivo y Respiratorio Porcino (PRRS) y la productividad en condiciones no desafiantes. Los resultados sugieren el uso del marcador genético rs340943904 en guanylate binding protein (GBP) 5 (GBP5) para mejorar la respuesta al PRRS, ya que no tiene efectos adversos en los caracteres productivos, en lugar del marcador rs80800372 (WUR1000125) en GBP1 que afecta negativamente al rendimineto magro. En resumen, sería esencial incluir la resiliencia en los programas de mejora genética animal, visto que beneficiaría a los animales (mejor bienestar), a los productores (menores pérdidas económicas y mayor rentabilidad) y al medio ambiente (mejora de la sostenibilidad). Una estrategia posible es incluir los marcadores asociados con los indicadores de resiliencia en los programas de mejora, es decir, identificar marcadores genéticos asociados con la resiliencia, validarlos en otras poblaciones, evaluar sus asociaciones con caracteres económicamente importantes, y finalmente seleccionar por los alelos favorables con efectos positivos o neutros en los caracteres económicamente importantes. Se ha identificado un panel de marcadores genéticos potenciales para la resiliencia en cerdos en esta tesis. Estos marcadores genéticos pueden ser investigados como un primer paso para mejorar la resiliencia en cerdos.

General resilience has long been considered a secondary trait and has yet to be implemented in breeding programs. The main limitations are the absence of a straightforward and largely agreed quantifying method for resilience and consistent information about its genetic background. This thesis was conducted at the pig breeding group at the Department of Animal Science at the Universitat de Lleida to elucidate the genetic determinism of general resilience in pigs and evaluate associations between resilience and productivity. The first part of this thesis focuses on general resilience in pigs. In Chapter I, two resilience indicators were elaborated in growing pigs using deviations in body weight (ΔBW) and the increment of the positive-acute phase protein haptoglobin (ΔHP) after applying a mild challenge. The resilience indicators, ΔBW and ΔHP, were shown under a genetic control with low-to-moderate heritability estimates and allowed the identification of the most resilient and susceptible pigs (resilient response). In Chapters II and III, the genetic determinism of pigs’ general resilience was assessed by identifying associated variants and genomic regions with the proposed resilience indicators and the resilient response. It was proved that general resilience is a polygenic trait in pigs, which is regulated by interactions between the immune response and growth pathways. In the second part of this thesis, the associations between seven candidate genetic markers for the host response to the Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome (PRRS) and production traits were evaluated under non-challenging conditions. Our findings suggest using the genetic marker rs340943904 at guanylate binding protein (GBP) 5 (GBP5) to enhance the host response to PRRS since it has no adverse effects on production traits instead of the rs80800372 (WUR1000125) marker at GBP1 which negatively affects production. Taken together, it would be essential to include resilience in breeding programs since it would benefit animals (better welfare and well-being), farmers (reduced economic losses and increased profitability), and the environment (improved sustainability). One possible strategy is to implement markers associated with the resilience indicators in breeding programs. That is, identify associated genetic markers for general resilience, validate them in other populations, evaluate their associations with economically important traits, and finally select the favourable alleles of the genetic markers for resilience which have positive or neutral effects on economically important traits. A panel of potential candidate genetic markers for general resilience in pigs has been identified in this dissertation. These genetic markers may be further investigated as a first step to improving general resilience in pigs.