ZESTAW WYBRANYCH MARKERÓW GENETYCZNYCH CHARAKTERYZUJĄCYCH AKTUALNĄ POPULACJĘ ŚWIŃ RASY ZŁOTNICKIEJ PSTREJ

Transkrypt

1 INSTYTUT ZOOTECHNIKI Państwowy Instytut Badawczy Magdalena Szyndler-Nędza Katarzyna Ropka-Molik Katarzyna Piórkowska Maja Oczkowicz Karolina Szulc Ewa Skrzypczak ZESTAW WYBRANYCH MARKERÓW GENETYCZNYCH CHARAKTERYZUJĄCYCH AKTUALNĄ POPULACJĘ ŚWIŃ RASY ZŁOTNICKIEJ PSTREJ b - 7/2017 Instytut - praktyce

2 Magdalena Szyndler-Nędza Katarzyna Ropka-Molik Katarzyna Piórkowska Maja Oczkowicz Karolina Szulc Ewa Skrzypczak Zestaw wybranych markerów genetycznych charakteryzujących aktualną populację świń rasy złotnickiej pstrej Kraków 2017

3 Broszura upowszechnieniowa Nr b-7/2017 DYREKTOR INSTYTUTU ZOOTECHNIKI PIB prof. dr hab. inż. Maciej Pompa-Roborzyński Opracowano: w Dziale Genetyki i Hodowli Zwierząt IZ PIB Kierownik: prof. dr hab. Robert Eckert Recenzent: prof. dr hab. Paweł Bielański Fotografia na okładce dr hab. Magdalena Szyndler-Nędza Opracowanie redakcyjne: mgr Bogusława Krawiec Opracowanie graficzne i skład komputerowy: Maria Makarewicz ISBN Drukowano w Zespole Wydawnictw i Poligrafii IZ PIB.

4 Zestaw wybranych markerów genetycznych charakteryzujących aktualną populację świń rasy złotnickiej pstrej Magdalena Szyndler-Nędza 1, Katarzyna Ropka-Molik 2, Katarzyna Piórkowska 2, Maja Oczkowicz 2, Karolina Szulc 3, Ewa Skrzypczak 3 1 Instytut Zootechniki PIB, Dział Genetyki i Hodowli Zwierząt, ul. Krakowska 1, Balice 2 Instytut Zootechniki PIB, Dział Genomiki i Biologii Molekularnej Zwierząt, ul. Krakowska 1, Balice 3 Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Katedra Hodowli Zwierząt i Oceny Surowców, ul. Słoneczna 1, Suchy Las Wstęp Świnie rasy złotnickiej pstrej utrzymywane są w Polsce od ponad 50 lat. Rasa ta wywodzi się z mieszańców świń wielkiej polskiej długouchej (pochodzącej z Wileńszczyzny) i świni polskiej krótkouchej oraz z prawdopodobnie niewielkim dolewem wielkiej białej angielskiej. Świnie te cechowały się mocną konstytucją, silnym owłosieniem, wysoką odpornością na warunki środowiskowe i choroby, dobrze wykorzystywały pasze gospodarskie i pastwisko. Jakość słoniny i mięsa była bardzo dobra, mięso to nadawało się do produkcji suchych i trwałych wyrobów masarskich. Świnie tej rasy cechowały się widocznie odmiennym genotypem w porównaniu do innych ras popularnie utrzymywanych w kraju. W celu utrzymania odmiennego genotypu tej rasy już w roku 1984 objęto ją (jako pierwszą rasę świń) hodowlą zachowawczą. Obecnie na tle sytuacji polskiej hodowli ras czystych (wielkiej białej polskiej, polskiej białej zwisłouchej) rasa złotnicka pstra nadal stanowi unikatowy genotyp w populacji świń występujących w Polsce. W rasie tej zostały zachowane pierwotne geny świń mieszańców prymitywnych, co powoduje, że zwierzęta te posiadają szereg cennych cech i stanowią bardzo wartościowy element bioróżnorodności w rolnictwie. Zwierzęta tej rasy cechują się przede wszystkim bardzo dobrą jakością 3

5 mięsa. Zawartość tłuszczu śródmięśniowego od 1,87% (Bocian i in., 2012) do 3,44% (Szulc i in., 2012) i specyficzny układ włókien mięśniowych decydują o doskonałej kruchości i smakowitości tego mięsa. Ponadto mięso to charakteryzuje się kwasowością na poziomie ph 45 = 6,39 i ph 24 = 5,50 (Szulc i in., 2012), co świadczy o braku wad w tym mięsie (nie ani jest wodniste, ani suche) i jego doskonałej przydatności do przetwórstwa. Kolejną istotną cechą tej rasy jest ich odporność, żywotność oraz długowieczność, a także przystosowanie do zmieniających się warunków środowiskowych. Cechy te są konsekwencją prowadzenia przez wiele lat umiarkowanej selekcji oraz utrzymywania tych świń w systemach półekstensywnych, ekstensywnych i ekologicznych. Rasa ta doskonale nadaje się do całorocznego utrzymania na wolnym powietrzu. Ze względu na powyższe cenne z gospodarczego i hodowlanego punktu widzenia cechy oraz niewielką liczebność (423 loch w 2015 r., Szyndler-Nędza i in., 2016) nadal objęta jest programem ochrony zasobów genetycznych świń. Jednym z celów programu ochrony jest zachowanie istniejącej odrębności genetycznej rasy i jej zmienności wewnątrz rasowej. W związku z powyższym zalecane jest monitorowanie zmian w strukturze genetycznej populacji na podstawie wskaźników polimorfizmu alleli loci markerowych. Celem przeprowadzonych prac było określenie aktualnej struktury genetycznej w populacji aktywnej świń rasy złotnickiej białej. Do badań wytypowano geny uznawane za potencjalne markery cech tucznych, rzeźnych będące jednocześnie markerami jakości mięsa, cech rozpłodowych oraz odporności na stres i choroby, czyli cech pod względem których rasy rodzime odróżniają się od ras popularnie hodowanych. Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki Materiał i metody Badaniami objęto 105 loch rasy 21,6% populacji uczestniczącej w 2015 r. w programie ochrony zasobów genetycznych świń tej rasy. Od loch pobrano materiał biologiczny (cebulki włosowe). Z cebulek wyizolowano DNA oraz przeprowadzono optymalizację metody PCR- 4

6 RFLP umożliwiającej oznaczenie frekwencji alleli i genotypów genów kodujących produkty uczestniczące procesach: rozrodu: OPN (osteopontyna; 8q2.5-q2.7) wg Knoll i in. (1999) ESR (estrogene; 1p2.5-p2.4), wg Short i in. (1997) PRL (prolactine), wg Babicz i in. (2008), rs DELE- TION FST (follistatin; 16q14), wg Shimasaki i in. (1988) LIF3 (leukemia inhibitory factor; 14 q2.1 q2.2), wg Spötter i in. (2005) GH (growth hormone; 12p1.2-p1.5), wg de Faria i in. (2006) LEP (leptine; 18p13-q21), wg Stratil i in. (1997) wzrostu i rozwoju: MYF4 (myogenic factor 4; 9q2.1-q2.6), wg Soumillion i in. (1997) MC4R (melanocortin-4 receptor, 1q22 q27), wg Burgos i in. (2006) DGAT1 (diacylglycerol acyltransferase 1, rs ), wg Nonneman and Rohrer (2002) H-FABP (heart fatty acid binding protein), wg Gerbens i in. (1997) SKI (proto-oncogene), wg Stratil i in. (2002) oraz warunkujące odporność organizmu na stres i choroby: COX2 (cyclooxygenase-2), wg Sironen i in. (2010) CRP (C-reactive protein gene, Sscr 4q13), wg Chomdej i in. (2004) FUT1 (alfa (1,2)-fukozylotransferaza, 6qll), wg Kreucer i in. (2013) W analizowanej populacji określono proporcje genotypów (stosunek pomiędzy frekwencją alleli a częstością genotypów), zgodnie z prawem Hardy ego-weinberga. Wyniki badań Analiza frekwencji alleli zgodnie z prawem Hardy ego- Weinberga u 105 loch rasy złotnickiej pstrej (tabela 1) wykazała, że 5

7 wśród analizowanych genów brak równowagi genetycznej wystąpił we frekwencji alleli trzech genów związanych z rozrodem [FST (P 0,01), ESR (P 0,05) i LIF3 (P 0,01)], trzech genów uczestniczących w procesach wzrostu i rozwoju [MC4R (P 0,01), HAFABP HpaII (P 0,05)] i SCI (P 0,01). Frekwencja alleli innych analizowanych genów była zgodna z oczekiwaną. Brak równowagi genetycznej we frekwencji wspomnianych genów oznacza, że na tą populację oddziaływały trudne do dokładnego określenie czynniki. Najprawdopodobniej jednym z nich był dobór do kojarzeń, który w latach 80-tych, 90-tych ubiegłego wieku, był wymuszony gwałtownym spadkiem liczebności tej populacji. Szybkość z jaką stada ulegały likwidacji spowodowała, że pomimo wysiłków podejmowanych przez zespół pracowników ówczesnej Akademii Rolniczej w Poznaniu, kierowanych kolejno przez prof. M. Ratajszczaka i prof. J. Buczyńskiego nie udało się zachować wszystkich linii knurów i rodów loch. Analizując 17 zmian polimorficznych w wybranych genach, wykazano brak w aktualnej populacji rasy złotnickiej pstrej osobników homozygotycznych o genotypie LEP CC i HAFABP aa Hpall. W przypadku czterech genów: OPN, GH, DGAT1 i COX2 stwierdzono, że liczba loch o homozygotycznym genotypie OPN AA, GH AA, DGAT1 GG, COX2 11 występuje w populacji w znikomej ilości [d 0,96% do 1,32% (1szt.)]. W analizowanej populacji najwięcej loch posiadało genotyp: LEP TT (96,04%), DGAT1 AA (96,15%), SKI CC (79,17%), FST BB (75,58%), LIF3 AB (74,49%) i COX2 22 (69,74%). Analizując frekwencję alleli poszczególnych genów w badanej grupie zwierząt stwierdzono, że allel LEP T i allel DGAT1 A były najczęściej występującymi allelami w genotypie loch tej rasy, odpowiednio 98,48% i 98,98%. Wysoką frekwencję w granicach od 69,9% do 86,87% stwierdzono również dla alleli genów: OPN B, FST B, PRL Del, GH G, HAFABP H HinfI, HAFABP d HaeII, HAFABP A HpaII, SKI C, COX2 2 i FUT1 G. Wnioski 1. Aktualna populacja świń rasy złotnickiej pstrej jest zgodnie z prawem Hardy ego-weinberga w równowadze genetycznej w przypadku polimorfizmu genów uczestniczących w procesach rozrodu: 6

8 OPN, PRL, GH, LEP procesach wzrostu i rozwoju: MYF4, DGAT1, HAFABP HinfI, HAFABP Haell oraz związanych z odpornością na choroby COX2, CRP, FUT1. 2. Brak równowagi genetycznej stwierdzono w przypadku polimorfizmu w genie FST (P 0,01) i ESR (P 0,05), LIF3 (P 0,01), MC4R (P 0,01), HAFABP HpaII (P 0,05) i SKI (P 0,01). 3. Najliczniej występującymi allelami w analizowanej populacji były allel LEP T (98,48%) i allel DGAT1 A (98,98%), a także allele genów: OPN B, FST B, PRL Del, GH G, HAFABP H HinfI, HAFABP d HaeII, HA- FABP A HpaII, SKI C, COX2 2 i FUT1 G. 4. W świetle uzyskanych wyników należy stwierdzić, że w praktyce hodowlanej tej rasy konieczne jest monitorowanie zmian polimorfizmu genów, przede wszystkim związanych z rozrodem (LIF3, ESR) i zdrowotnością (COX2, FUT1). Podsumowanie Podsumowując uzyskane wyniki badań należy stwierdzić, że wykazany, w aktualnej populacji świń rasy złotnickiej pstrej brak równowagi genetycznej w polimorfizmie sześciu genów, w tym trzech związanych z rozrodem, może wskazywać, że na populację tą oddziałuje między innymi taki czynnik, jak dobór do kojarzeń. W efekcie długotrwałego jego oddziaływania na populację, bez kontroli zmienności w obrębie genów związanych z rozrodem, nastąpić może zubożenie populacji o osobniki cechujące się dobrą użytkowością rozpłodową. Ponadto konieczne jest również monitorowanie tej populacji pod kątem zmienności w genach związanych ze zdrowotnością. Obserwowana obecnie mała ilość osobników o genotypach COX2 22 i FUT1 AA świadczyć może o znikaniu tego genotypu z populacji. W związku z powyższym w praktyce hodowlanej tej rasy należy zwrócić szczególną uwagę na zmiany w polimorfizmie genów związanych z rozrodem i zdrowotnością, poszukując przede wszystkim osobników o genotypie LIF3 BB, ESR BB, COX2 11, FUT AA. 7

9 Tabela 1. Frekwencja poszczególnych genotypów w rasie złotnickiej pstrej panel porównawczy Gen Genotyp Liczba loch genotyp Frekwencja allel OPN AA 1 0,96 A 15,31 AB 32 30,77 BB 71 68,27 B 84,69 FST AA 6 6,98 A 14,8 AB 15 17,14 BB 65 75,58 B 85,2 PRL Ins/Ins 6 5,83 Ins 27,55 Ins/Del 46 44,66 Del/Del 51 49,51 Del 72,45 ESR AA 40 39,22 A 66,84 AB 55 53,92 BB 7 6,86 B 33,16 LIF3 AA 8 8,16 A 45,45 AB 73 74,49 BB 17 17,35 B 54,55 GH AA 1 1 A 18,5 AG GG G 81,5 LEP CC 0 0 C 1,52 CT 4 3,96 TT 97 96,04 T 98,48 MYF4 AA 45 44,12 A 66,16 AB 44 43,14 BB 13 12,75 B 33,84 MC4R AA 18 18,18 A 31,82 AG 27 27,27 GG 54 54,55 G 68,18 DGAT1 AA ,15 A 98,98 AG 3 2,88 H-W p-value 0,0736 0,0020 0,2170 0,0294 0,0000 0,1081 0,8783 0,7656 0,0002 0,9187 8

10 GG 1 0,96 G 1,02 HAFABP HinfI hh 8 8 h 24,5 Hh HH H 75,5 HAFABP Haell dd 55 60,44 d 78,79 Dd 33 36,26 DD 3 3,30 D 21,21 HAFABP Hpall aa 0 0 a 17,68 Aa 33 35,11 AA 61 64,89 A 82,32 SKI CC 76 79,17 C 86,87 GC 14 14,58 GG 6 6,25 G 13,13 COX , , , , ,69 CRP AA 7 8,75 A 32,65 AG 39 48,75 GG 34 42,50 G 67,35 FUT1 AA 6 8,22 A 30,1 AG 32 43,84 GG 35 47,95 G 69,9 0,2802 0,3817 0,0326 0,0002 0,3126 0,2606 0,6726 9

11 Piśmiennictwo 1. Babicz M., Pierzchała M., Urbański P., Rucińska-Rozenpolska I. (2008). An insertion/deletion polymorphism In the 3 UTR encoding region of the porcie prolactin (PRL) gene. Animal Science Papers and Reports 26(3), Bocian M., Wojtysiak D., Jankowiak H., Cebulska A., Kapelański W., Migdał W. (2012). Carcass, meat quality and histochemical traits of m. longissimus lumborum fram Złotnicka spotted pigs and commercial pigs. Folia. Biol., 60, 3-4: Burgos C., Carrodeguas J.A., Moreno C., Altarriba J., Tarrafeta L., Barcelona J.A., López-Buesa P. (2006). Allelic incidence in several pig breeds of a missense variant of pig melanocortin-4 receptor (MC4R) gene associated with carcass and productive traits; its relation to IGF2 genotype. Meat Science, 73, Chomdej S., Ponsuksili S., Schellander K., Wimmers K. (2004). Detection of SNPs and linkage and radiation hybrid mapping of the porcine C- reactive protein (CRP) gene. Anim. Genet. 35, Danielle Assis de Faria, Simone Eliza Facioni Guimarães, Paulo Sávio Lopes, Aldrin Vieira Pires, Samuel Rezende Paiva, Bruna Pena Sollerol, Amauri Arias Wenceslau (2006). Association between G316A growth hormone polymorphism and economic traits in pigs, Genetics and Molecular Biology, 29, 4, Gerbens F., Rettenberger G., Lenstra J.A., Veerkamp J.H., Te Pas M.F.W. (1997). Characterization, chromosom al localisation and genetic variation of the porcie heart fatty acid binding protein gene. Mammalian Genome 8, Knoll A., Stratil A, Cepica S, Dvorák J. (1999). Length polymorphism in an intron of the porcine osteopontin (SPP1) gene is caused by the presence or absence of a SINE (PRE-1) element. Anim Genet Dec; 30(6): Kreuzer S., Reissmann M., Brockmann G.A. (2013). New fast and costeffective gene test to get the ETEC F18 receptor status in pigs. Veterinary Microbiology 163, Nonneman D., Rohrer G.A. (2002). Linkage mapping of porcine DGAT1 to a region of chromosome 4 that contains QTL for growth and fatness. Anim. Genet. 33(6),

12 10. Shimasaki S., Koga M., Esch F., Mercando M., Cooksey K., Koba A., Ling N. (1988). Porcine follistatin gene structure supports two forms of mature follistatin produced by alternative splicing. Biochem. Biophys. Res. Comm., 2: Short T.H., Rothschild M.F., Southwood O.I., McLaren D.G., de Vries A., van der Steen H., Eckardt G.R., Tuggle C.K., Helm J., Vaske D.A., Mileham A.J., Plastow G.S. (1997). Effect of the estrogen receptor locus on reproduction and production traits in four commercial pig lines. J. Anim. Sci., 75(12): Sironen A.I., Uimari P., Serenius T., Mote B., Rothschild M., Vilkki J. (2010). Effect of polymorphisms in candidate genes on reproduction traits in Finnish pig populations. J. Anim. Sci., 88, Soumillion A., Erkens J.H., Lenstra J.A., Rettenberger G., te Pas M.F. (1997). Genetic variation in the porcine myogenin gene locus. Mamm Genome Aug; 8(8): Spötter A., Drögemu ller C., Hamann H., Distl O. (2005). Evidence of a new LIF associated genetic marker for litter size in a synthetic pig line. Journal of Animal Science 83, Stratil A., Peelman L., Van Poucke M., Čepica S. (1997). A HinfI PCR- RFLP at the porcine leptin (LEP) gene. Animal Genetics 28, Stratil A., Reiner G., Peelman L.J., Davoli R., Van Poucke M., Zambonelli P., Geldermann H. (2002). An Alw26 I PCR-RFLP in exon 1 of the porcine SKI oncogene and mapping the gene to the RYR1 (CRC) linkage group on chromosome 6. Animal Genetics 33(5), Szulc K., Lisiak D., Grześkowiak E., Nowaczewski S. (2012). The influence of cross-breeding Złotnicka Spotted native breed sows with boars of Duroc (D) and Polish Large White (PLW) breeds on meat quality. Afr. J. Biotech., 11(19): Szyndler-Nędza M., Luciński P., Skrzypczak E., Szulc K., Bajda Z. (2016). Ochrona zasobów genetycznych świń ras rodzimych stan hodowli i wyniki oceny. Wyd. IZ PIB, ISSN , 11:

13 SPIS TREŚCI Wstęp Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki Materiał i metody Wyniki badań Wnioski Podsumowanie Piśmiennictwo