Transcript abundance of myosin heavy chain isoforms and identification of candidate genes for body composition and meat quality in pigs

Abstract

In farm animals, the structural and functional diversity of skeletal muscle is represented by the variety of myosin isoforms. Understanding muscle fiber characteristics and related genes will help to optimize the animal production. The present study has been carried out to quantify transcript abundance of MyHC isoforms and to further identify candidate genes for body composition and meat quality in pigs. Five pig breeds were included in this study. In both commercial breeds of Duroc and Pietrain, abundance of MyHC type IIb accounted for more than half of the MyHC transcripts. The proportion of MyHC type IIb transcripts was similar in the crossbred pigs DUPI (Duroc x Pietrain) and DUMI (Duroc x Berlin Miniature Pigs). The Vietnamese native pig, Mongcai, showed very low MyHC IIb transcript abundance compared to the other breeds and crosses. However, the Mongcai showed much higher relative abundance of the other MyHC isoforms. In comparison of fiber proportion between two extreme muscle groups, discordant sib-pairs in the DUPI and the DUMI population differed significantly in the percentage of type IIb fibers. In the hybridization of microarray experiment, four discordant sib-pairs of F2-DUPI animals were used. Three genes were shown to be highly expressed in the small muscle animal group and two of them, FTH1 and FHL1C were further validated by real-time RT-PCR. Moreover, the TNNC1 gene, derived from a preliminary microarray hybridization and the CKM gene, selected from literature were found to have significantly higher expression in Pietrain compared to Mongcai. For SNP detection and association analysis, two SNPs were detected in the 3’UTR of FTH1 gene. One of them had no effects on any performance traits, whereas the other SNP was statistically associated with average daily gain (ADG) and shear force. The constructed haplotype of this gene resulted in association with ADG, meat color and ultimate pH. For FHL1C, no SNP could be detected. In contrast, one SNP in the intron part of TNNC1 showed association with eye muscle area and other meat-related traits and conductivity. Finally, one SNP in the promoter region of CKM was significantly associated with many fatness traits. In conclusion, it is demonstrated that type IIb is the determinant fiber contributing to the differentiation of large and small eye muscle area in the pig. FTH1, TNNC1 and CKM genes are proposed as candidate genes for growth, loin eye muscle area and fatness traits, respectively.

<strong> Quantifizierung der Transkription von Isoformen des Myosin Heavy Chain Gens und Identifikation von Kandidatengenen für Fleischleistungsmerkmale beim Schwein </strong> <br /> In landwirtschaftlichen Nutztieren ist die strukturelle und funktionelle Diversität des Skelettmuskels durch eine Vielfalt von Myosin Isoformen gekennzeichnet. Die Tierproduktion kann durch ein besseres Verständnis der Muskelfasereigenschaften und der Gene, die diese beeinflussen, optimiert werden. In der vorliegenden Untersuchung wurden die Transkriptmengen von MyHC Isoformen quantifiziert und Kandidatengene für die Schlachtkörperzusammensetzung und Fleischqualität bei Schweinen identifizieren. <br /> In den beiden kommerziellen Rassen Duroc und Pietrain wurden MyHC Typ II in mehr als der Hälfte aller MyHC Isoformen gefunden. Der Anteil an MyHC Typ IIb Transkripten war in den Kreuzungstieren DUPI (Duroc x Pietrain) und DUMI (Duroc x Berliner Miniaturschwein) ähnlich. Das in Vietnam beheimatete Schwein Mongcai zeigte im Vergleich dazu eine sehr geringe MyHC IIb Transkriptmenge sowie höhere Mengen an MyHC Isoformen. Beim Vergleich der Anteile der Fasern zwischen zwei extremen Muskelgruppen konnte ein signifikanter Unterschied des Anteils der Typ IIb Fasern bei unterschiedlichen Vollgeschwistergruppen der DUPI und der DUMI Population gefunden werden. Die Mikroarray Experimente ergaben drei Gene, die in der Tiergruppe mit kleinen Muskeln höher exprimiert sind. Für die Gene TNNC1, welches aufgrund einer vorangegangenen Mikroarray Hybridisierung ausgewählt wurde, und CKM, welches anhand von Literaturangaben ausgewählt wurde, konnten signifikant höhere Expressionen in Tieren der Rasse Pietrain verglichen mit Tieren der Rasse Mongcai gefunden werden. Ein SNP in der 3’UTR des FTH1 Gens war signifikant assoziiert mit der durchschnittlichen täglichen Zunahme (ADG) und der Scherkraft. Es wurde eine Assoziation des Haplotyps dieses Gens mit ADG, Fleischfarbe und pH-Wert detektiert. Ein SNP im Intron des TNNC1 Gens war mit der Kotelettfläche und anderen fleischbezogenen Merkmalen sowie der Leitfähigkeit assoziiert. Ebenso war ein SNP in der Promotorregion des CKM Gens signifikant assoziiert mit vielen Fettmerkmalen. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass der Typ IIb für die Fasern ausschlaggebend ist, die zu einer Differenzierung in große und kleine Kotelettfläche beim Schwein führen. Die Gene FTH1, TNNC1 und CKM sind Kandidatengene für Wachstum, Kotelettfläche und Fettmerkmale.