The impact on meat quality of strategies to improve feed conversion efficiency in pigs and the functional networks underpinning the relationship

Abstract

Feed efficiency (FE) is defined as a measure of efficiency in converting metabolizable energy acquired from macronutrients into body mass. The overall aims of this thesis were to identify genomic regions associated with FE in a commercial line of Maxgro boars, to evaluate the molecular and phenotypic relationship between FE and meat quality in Maxgro x (German Landrace x Large White) pigs and to investigate the molecular mechanisms contributing to differences in FE, in liver, fat and skeletal muscle tissue. Firstly, 952 boars having measures of FE traits were genotyped and used for a genome-wide association study. Most of the quantitative trait loci identified by this method were described for the first time, although some of them were located not far from previously associated genomic regions. Secondly, three metabolically important tissues, including muscle, adipose and liver were analysed. Significant differences in meat traits such as sensory profile, texture and cook loss suggest a minor impairment of meat quality from high-FE pigs. This group also exhibited leaner carcasses and greater muscle content. Ontology analysis predicted a more efficient immune defence in the muscle of high-FE pigs, which may indicate that these animals are also more efficient in conserving resources for growth. Shifts in carbohydrate conversion into glucose in FE-divergent muscle may underpin the altered post-mortem muscle pH profiles between FE groups. Moreover, differences in amino acid metabolism may influence growth in FE-divergent muscle, whereas decreased degradation of fibroblasts could impact on collagen turnover and alter tenderness of meat. Transcriptomic profiling of adipose tissue of FE-divergent pigs suggested the establishment of a dense extracellular matrix and inhibition of capillary formation might be underlying mechanisms to achieve suppressed adipogenesis. Furthermore, gene expression patterns in the liver of high-FE pigs suggested improved hepatic absorption of carbohydrates and cholesterol, and enhanced reverse cholesterol transport. The liver of high-FE pigs may be characterised by higher protein turnover and increased epithelial cell differentiation, whilst enhanced quantity of invariant natural killer T-cells and viability of natural killer cells could induce a faster and more effective hepatic response to inflammatory stimuli.

<strong>Strategien zur Verbesserung der Futterverwertung bei Schweinen und ihre Auswirkungen auf die Fleischqualität sowie Einblicke in die funktionellen Netzwerke, die dieser Beziehung zugrunde liegen </strong><br /> Die Futterverwertung (FE) beschreibt die Effektivität der Umwandlung von metabolisierbarer Energie aus Makronährstoffen in Körpermasse. Die übergeordneten Ziele dieser Arbeit waren genomische Regionen zu bestimmen, die mit der Ausprägung von FE-Merkmalen in einer kommerziellen Linie von Maxgro Ebern in Zusammenhang stehen; molekulare und phänotypische Beziehung zwischen FE und Fleischqualität in einer Maxgro x (German Landrace x Large White) Population aufzuzeigen; und zugrundeliegende molekulare Mechanismen in drei FE-relevanten Geweben zu identifizieren. Im ersten Teil der Studie wurden 952 FE-getestete Eber genotypisiert und im Rahmen einer genomweiten Assoziationsstudie analysiert. Die meisten der mit dieser Methode identifizierten Quantitative Trait Loci wurden erstmals beschrieben, obwohl einige von ihnen in der Nähe von zuvor assoziierten genomischen Regionen lagen. Der zweite Teil dieser Dissertation betrachtet Muskel-, Fett- und Lebergewebe. Signifikante Unterschiede in den Fleischmerkmalen, wie zum Beispiel von sensorischen Profilen, Fleischtextur und Kochverlust, deuten auf eine geringfügige Verminderung der Fleischqualität bei Schweinen mit hoher FE hin. Andererseits wies diese Gruppe magerere Schlachtkörper und einen höheren Muskelanteil auf. Die Analyse der Genontologie prognostizierte eine erhöhte Effizienz der Immunabwehr im Muskel von Schweinen mit hoher FE, was darauf hindeuten könnte, dass diese Tiere auch effizienter in ihrer Ressourcennutzung für Wachstumsprozesse sind. Verschiebungen in der muskulären Umwandlung von Kohlenhydraten zu Glukose zwischen FE-divergenten Tieren wurden auch auf Ebene der post-mortalen pH-Profile zwischen den Gruppen abgebildet. Darüber hinaus könnten Unterschiede im Aminosäurestoffwechsel das Muskelwachstum beeinflussen, während ein verminderter Fibroblastenabbau den Kollagenumsatz und die Zartheit des Fleisches beeinflussen kann. Transkriptionelle Unterschiede im Fettgewebe FE-divergenter Schweine implizieren, dass die Bildung einer dichten extrazellulären Matrix und die Hemmung der Kapillarbildung grundlegende Mechanismen sein könnten, um die Adipogenese zu unterdrücken. Die Analyse der hepatischen Genontologie deutete auf eine verbesserte Aufnahme von Kohlenhydraten und Cholesterin sowie einen verbesserten Rücktransport von Cholesterin aus der Peripherie in Schweinen mit hoher FE hin. Zudem implizieren die Ergebnisse Unterschiede im Proteinumsatz und in der Reaktion auf Entzündungsreize.