Identification of candidate genes for boar taint using RNA deep sequencing

Abstract

The aim of the present study was to identify candidate genes for boar taint using RNA deep sequencing. For this purpose, two experiments were performed. In the first experiment, transcriptome profiling was analyzed in the testis and liver tissues between boars with high and low androstenone levels in their backfat and polymorphisms that appeared on the differentially expressed genes. In the second experiment, differential gene expression analysis was performed in the liver tissues of boars with high skatole and low skatole in their backfat, differential exon expression and association analysis of gene variants that appeared on the selected differentially expressed genes. In the first experiment, the total number of reads produced for each testis and liver sample ranged from 13.2 to 33.2 million and 12.7 to 46.0, respectively. In testis samples, 46 genes were differentially regulated, whereas 25 genes showed differential expression in the liver. Differentially regulated genes in high androstenone testis and liver samples were enriched in metabolic processes such as lipid metabolism, small molecule biochemistry and molecular transport. Moreover, polymorphism and association analysis revealed mutations in IRG6, MX1, IFIT2, CYP7A1, FMO5 and KRT18 genes that could be potential candidate markers for androstenone levels in boars. In the second experiment, the total number of reads produced for each liver sample ranged from 11.8 to 39.0 million with a median of 22.8 million. Approximately 448 genes were differentially regulated at a strict false discovery rate (FDR) <0.05. Among them, 383 genes were significantly up-regulated in higher skatole group and 65 were significantly downregulated (p<0.01, FC > 1.5). Differentially regulated genes in high skatole liver samples were enriched in metabolic processes such as small molecule biochemistry, protein synthesis, carbohydrate metabolism, energy production, lipid metabolism and amino acid metabolism. Gene expression analysis identified candidate genes in ATP binding, cytochrome P450, keratin, phosphoglucomutase, isocitrate dehydrogenase and solute carier family. Additionally, association analysis suggested that gene variants in ATP5B, KRT8, PGM1 and SLC22A7 might be potential candidate markers for skatole levels in boars. Furthermore, differential exon usages analysis of three genes (ATP5B, KRT8 and PGM1) revealed significant differential exons expression of these genes between the high and low skatole group. The results of these two experiments postulated several metabolic pathways, genes and their polymorphisms, and differential exon expressions that might be involved in the controlling of boar taint compounds levels with an aim to indetify potential candidate genes for boar taint related traits. However, further validation is required to confirm the effect of these genetic markers in other animal populations.

<strong>Identifizierung von Kandidatengenen für Ebergeruch mittels RNA Deep Sequenzierung</strong><br /> Das Ziel dieser Studie war es Kandidatengene für Ebergeruch mittels RNA Deep Sequenzierung zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden zwei Experimente durchgeführt. Im ersten Versuch wurden Transkriptionsprofile im Hoden- und Lebergewebe von Ebern mit hohem und niedrigem Androstenongehalt im Rückenspeck analysiert und Polymorphsimen, die bei unterschiedlich exprimierten Gene auftraten, wurden identifiziert. In dem zweiten Experiment wurde unterschiedlich exprimierten Gene im Lebergewebe von Ebern mit hohem und niedrigem Skatolgehalt im Rückenspeck analysiert. Ebenfalls wurden alternative exon transkripts identifiziert sowie eine Assoziationsanalyse der Genvarianten, die bei den ausgewählten unterschiedlich exprimierten Genen zu beobachten waren, durchgeführt. Im ersten Experiment rangierte die Gesamtzahl an „reads“ für jede Hodenprobe zwischen 13,2 und 33,2 Million und für jede Leberprobe zwischen 12,7 und 46,0 Millionen. Bei den Hodenproben waren 46 Gene unterschiedlich reguliert, dagegen zeigten nur 25 Gene eine unterschiedliche Expression in der Leber. Die identifizierten Gene in den Hodenund Leberproben mit hohem Androstenongehalt traten in metabolischen Prozessen wie dem Lipidmetabolismus, der Biochemie der kleinen Moleküle sowie dem molekularen Transport auf. Zudem zeigten die Polymorphismen und Assoziationsanalyse Mutationen in den Genen IRG6, MX1, IFIT2, CYP7A1, FMO5 und KRT18, die potentielle Kandidatenmarker für den Androstenongehalt beim Eber sein könnten. Im zweiten Versuch lag die Gesamtzahl an „reads“ für jede Leberprobe zwischen 11,8 und 39,0 Millionen. Mit einem Signifikanzlevel von p<0,05 waren etwa 448 Gene unterschiedlich reguliert. Von diesen Genen waren bei der Gruppe mit hohem Skatolgehalt 383 signifikant hoch-reguliert sowie 65 Gene signifikant runter-reguliert. Bei den Leberproben mit hohem Skatolgehalt traten die unterschiedlich regulierten Gene bei metabolischen Prozessen wie der Biochemie der kleinen Moleküle, der Proteinsynthese, der Energieproduktion, dem Metabolismus von Kohlenhydraten, Lipiden und Aminosäuren auf. Durch die Genexpressionsanalyse wurden Kandidatengene in der ATP Bindungs-, der Cytochrom P450, der Keratin, der Phosphoglucomutase, der Isocitrat Dehydrogenase sowie der Solute Carrier Familie identifiziert. Zusätzlich wurde durch die Assoziationsanaylse gezeigt, dass die Genvarianten von ATP5B, KRT8, PGM1 und SLC22A7 mögliche Kandidatenmarker für den Skatolgehalt von Ebern sein könnten. Des Weiteren wurde eine Analyse der alternative exon transkripts für drei Gene durchgeführt (ATP5B, KRT8 und PMG1) und signifikant unterschiedliche Expression der Exons dieser Gene zwischen der niedrigen und hohen Skatolgruppe gezeigt. Die Ergebnisse dieser zwei Untersuchungen ergaben mehrere Stoffwechselwege, Gene und ihre Polymorphismen sowie unterschiedliche Exonexpressionen, die an der Kontrolle des Ebergeruchs beteiligt sein könnten. Hierbei war das Ziel, potentielle Kandidatengene für die Ebergeruchsmerkmale zu identifizieren. Dennoch werden weitere Validierungen benötigt, um den Effekt dieser genetischen Marker in anderen Schweinepopulationen zu bestätigen.