Identification and validation of functional candidate genes related to the inverted teat defect in pigs

Abstract

<p>The inverted teat defect is the most common disorder of the teat in pigs. The number of genes involved in the development of this disorder is unknown. The aim of this study was to investigate the genome-wide gene expression profile in porcine teats at the lactating stage, to evaluate the differences between normal and defect teats in lactating sows, and to investigate functional candidate genes for the inverted teat defect in pigs. Samples of normal and defect teats were collected from lactating sows (n=2). RNA was extracted and further used for microarray analysis performed using genome-wide porcine Affymetrix arrays. Realtime PCR was performed to validate the expression of selected genes. Three additional genes were selected from their described function in the literature to analyse their expression profiles and to perform an association study using samples of animals from an experimental and commercial pig population.<br /> The genome-wide expression analysis revealed 1253 differentially expressed transcripts between normal and inverted teats, of which 695 transcripts were found being higher and 558 transcripts lower expressed in normal compared to inverted teats. Validation of five selected genes using real-time PCR revealed a significantly higher expression of connective tissue growth factor (<i>CTGF</i>) and insulin-like growth factor 2 (<i>IGF-II</i>) in inverted teats, whereas growth differentiation factor 8 (<i>GDF8</i>) was highly expressed in normal teats. For both epidermal growth factor (<i>EGF</i>) and epidermal growth factor receptor (<i>EGFR</i>) no differentially expression could be verified. In conclusion, this study promotes the functional candidate genes <i>CTGF, IGF-II</i>, and <i>GDF8</i> as candidates for the inverted teat defect in pigs. Also for two of the genes selected from the literature, relaxin 3 (RLN3) and G-protein coupled receptor 135 (<i>GPCR135</i>) were higher expressed in teats from affected sows compared to normal sow using real-time PCR. Two polymorphisms were detected in <i>RLN3</i> and <i>GPCR135</i>, a significant association between the haplotype of RLN3 and the inverted teat defect was found. </p>

<p><b>Identifizierung und Validierung funktioneller Kandidatengene für den Stülpzitzendefekt beim Schwein</b><br /> Die Stülpzitze ist der häufigste Erbfehler des Gesäuges von Schweinen. Die Anzahl der Gene, die an der Entwicklung dieses Defektes beteiligt sind, ist unbekannt. Das Ziel dieser Untersuchung war die Erstellung eines genomweiten Genexpressionsprofils in Geweben des Gesäuges von Sauen während der Laktation, die Auswertung der Unterschiede zwischen normalen und Stülpzitzen und die Charakterisierung von funktionellen Kandidatengenen für den Stülpzitzendefekt beim Schwein. Proben von normalen und Stülpzitzen wurden von laktierenden Sauen gesammelt. Die RNA wurde extrahiert und für die Microarray Analysen mit genomweiten porcinen Affymetrix- Arrays verwendet. Proben wurden weiterhin mit einer real-time PCR untersucht, um die Ergebnisse der Expressionanalyse von ausgewählten Genen zu verifizieren. Zusätzlich wurden drei Gene aufgrund ihrer beschriebenen Funktion in Publikationen ausgewählt. Ihre Expressionsprofile wurden erstellt und die Assoziation mit der Gesäugequalität in experimentellen und kommerziellen Schweinepopulationen analysiert.<br /> Die genomweite Expressionanalyse ergab beim Vergleich von normalen und Stülpzitzen 1253 unterschiedlich exprimierte Transkripte, von diesen waren 695 Transkripte stärker und 558 geringer exprimiert in normalen im Vergleich zu Stülpzitzen. Die Validierung von fünf ausgewählten Genen mit eine real-time <i>PCR</i> zeigte die signifikant stärkere Expression des <i>CTGF</i> (Connective tissue growth factor) und des <i>IGF-II</i> (Insulin-like growth factor 2) Gens in Stülpzitzen, während <i>GDF8</i> (Growth differentiation factor 8) in normalen Zitzen stärker exprimiert war. Für die beiden Gene <i>EGF</i> (Epidermal growth factor) und <i>EGFR</i> (Epidermal growth factor receptor) konnte die unterschiedliche Expression nicht bestätigt werden. Zusammenfassend zeigt diese Untersuchung die mögliche Bedeutung der Kandidatengene <i>CTGF, IGF-II</i> und <i>GDF8</i> für den Stülpzitzendefekt beim Schwein. Es konnte ebenfalls mit einer real-time <i>PCR</i> nachgewiesen werden, dass zwei der aus der Literatur ausgewählte Gene <i>RLN3</i> (Relaxin 3) und <i>GPCR135</i> (G-protein coupled receptor 135) in Zitzen von betroffenen Sauen stärker exprimiert waren im Vergleich zu Geweben von Sauen ohne Gesäugedefekt. Es wurden jeweils zwei Polymorphismen in den Sequenzen von <i>RLN3</i> und <i>GPCR135</i>, detekiert, eine signifikante Assoziation wurde zwischen den Haplotypen des <i>RLN3</i> Gens zu der Stülpzitze nachgewiesen.</p>