Analyses of immune competence traits and their association with candidate genes in pigs

Abstract

The present study was carried out to investigate the immune competences of a backcross DUMI population. Complement activity via classical and alternative pathways were determined using haemolytic activity assay. Antibodies response to <i>Mycoplasma hyopneumoniae</i>, Tetanus toxoid and PRRS virus were determined using an Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA). Moreover, complement component C3c and Haptoglobin (Hp), the important parameters of animal immune response were also determined. The parameters were further utilized as phenotypes for the linkage mapping to detect quantitative trait loci (QTL). Microsatellite genotyping was employed to detect the QTL of the immune traits. A total of 220 backcross animals were used for QTL analysis. Seventy-four microsatellites from 18 autosomes of Sus scrofa have been used for QTL mapping. Forty-two significant and twenty-four highly significant QTL could be detected for all immune traits. Most QTL were detected on SSC3, SSC16, and SSC18 (nine significant F-values on each chromosome). No significant F-value was detected on SSC12 and SSC13. Highly significant QTL could be detected for antibody response to Mycoplasma, Tetanus and PRRS vaccination, C3c and Hp concentration. For AH50 and CH50, twenty-two significant and nine highly significant QTL could be detected by using the program QTL express. Mannose-binding lectin (MBL) genes were proposed as a candidate gene in this study. Two porcine genes <i>MBL1</i> and <i>MBL2</i> were investigated. A phylogenetic study revealed that the porcine MBL genes had higher identities to bovine rather than primate and rodent sequences. Both genes were assigned to chromosome 14 by the radiation hybrid panel and linkage mapping. Both MBL genes were highly expressed in liver. <i>MBL1</i> was also found to be expressed in lung, testis and brain, while low expression of <i>MBL2</i> was detected in testis and kidney. New single nucleotide polymorphisms (SNP) of the porcine <i>MBL2</i> gene were found and genotyped in an experimental F2 pig population together with a previously reported SNP of <i>MBL1</i>. <i>MBL1</i> genotypes differed in C3c serum concentration, i.e. in vivo complement activity, at p<0.1. Correspondingly, linkage analysis revealed a QTL for C3c serum level close to the position of the MBL genes. The study thus promotes the porcine MBL genes as functional and positional candidate genes for complement activity.

<b>Analysen von Merkmalen für die Immunkompetenz und ihre Assoziation mit Kandidatengenen bei Schweinen</b><br /> Die vorliegende Arbeit wurde zur Untersuchung der Immunkompetenz in einer Duroc× Berliner Miniatur Schwein (DUMI) Rückkreuzungspopulation durchgeführt. Die Komplementaktivität über den klassischen und den alternativen Signalweg wurde mit dem hämolytischen Aktivitätsansatz ermittelt. Antikörperantworten zu <i>Mycoplasma hyopneumoniae</i>, Tetanus Toxoid und PRRS Virus wurden mit einem Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) gemessen. Darüber hinaus wurden die Komplementkomponenten C3c und Haptoglobin, wichtige Parameter der Immunantwort bei Tieren, bestimmt. Diese Parameter wurden im Folgenden als Phänotypen für die Kopplungskartierung zur Detektion von quantitativen trait loci (QTL) behandelt. Eine Genotypisierung von Mikrosatelliten wurde zur Untersuchung der QTL für Immunmerkmale durchgeführt. Es wurden insgesamt 220 Rückkreuzungstiere für 74 Mikrosatelliten auf den 18 Autosomen des Schweins für die QTL-Kartierung genotypisiert. Es konnten 42 signifikante und 24 hoch signifikante QTL für alle Immunmerkmale detektiert werden. Die meisten QTL wurden auf SSC3, SSC16 und SSC18 (neun signifikante F-Werte auf jedem Chromosom) gefunden. Die meisten hoch signifikanten QTL wurden für die Antikörperantwort auf Mykoplasma, Tetanus und PRRS Impfung, C3c und Hp Konzentration gefunden. Für die Merkmale AH50 und CH50 wurden 22 signifikante und 9 hoch signifikanten QTL Regionen mit Hilfe des Programms QTLexpress abgeleitet. Zwei porcine Mannose-binding Gene <i>MBL1</i> und <i>MBL2</i> wurden in dieser Untersuchung als Kandidatengene untersucht. Eine phylogenetische Studie ergab eine höhere Identität der porcinen MBL Gene zu den bovinen Sequenzen als zu den von Primaten oder Nagern. Beide Gene wurden mit Radiation Hybrid Panel und Kopplungskartierung dem SSC14 zugeordnet. Diese waren hoch exprimiert in der Leber. <i>MBL1</i> war ebenfalls in Lunge, Hoden und Gehirn exprimiert, eine geringe Expression von <i>MBL2</i> wurde in Hoden und Niere gefunden. Single strand polymorphisms (SNP) des porcinen <i>MBL2</i> Gens wurden gefunden und in einer porcinen F2 Versuchspopulation parallel zu einem vorher beschriebenen SNP in <i>MBL1</i> genotypisiert. <i>MBL1</i> Genotypen unterschieden sich in der C3c Serumkonzentration, d.h. in vivo Komplementaktivität mit p<0,1. Entsprechend ergab die Kopplungsanalyse einen QTL für das C3c Serumlevel nahe der Position der MBL Gene. Diese Untersuchung bestätigt somit, dass die porcinen MBL Gene funktionelle und positionelle Kandidatengene für die Komplementaktivität sind.