Identification of expression quantitative trait loci (eQTL) and candidate genes associated with water holding capacity in porcine meat [Elektronische Ressource] / von Mehmet Ulas Cinar

Mehmet Ulas Cinar

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• Publié par: rheinische_friedrich-wilhelms-universitat_bonn
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 39
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Institut für Tierwissenschaften, Abt. Tierzucht und Tierhaltung
der Rheinischen Friedrich – Wilhelms – Universität Bonn




Identification of expression quantitative trait loci (eQTL) and candidate genes
associated with water holding capacity in porcine meat


I n a u g u r a l – D i s s e r t a t i o n
zur Erlangung des Grades

Doktor der Agrarwissenschaft
(Dr. agr.)

der
Hohen Landwirtschaftlichen Fakultät
der
Rheinischen Friedrich – Wilhelms – Universität
zu Bonn


vorgelegt im September 2010

von

Mehmet Ulas Cinar

aus

Istanbul, Turkei





































Referent : Prof. Dr. Karl Schellander
Korreferent: Prof. Dr. Brigitte Petersen
Tag der mündlichen Prüfung: 02. Dezember 2010
Erscheinungsjahr: 2011

Diese Dissertation ist auf dem Hochschulschriftenserver der ULB Bonn elektronisch
publiziert (http://hss.ulb.uni-bonn.de/diss_online).




















This dissertation is dedicated to my parents and my dear sister Fatma
Zeynep Cinar for their love, endless support and encouragement


























































Identifizierung von expressions quantitativ trait Loci (eQTL) und
Kandidatengenen für das Wasserhaltevermögen im Schweinefleisch

Die Beurteilung von Fleischqualität durch den Konsumenten ist definiert durch
sensorische Merkmale, wie Saftigkeit, Muskel pH, Wasserhaltevermögen und Farbe.
Das Wasserhaltevermögen in Bezug auf den Tropfsaftverlust hat sowohl eine genetische
als auch eine ökologische Komponente mit geringer bis mittlerer Heritabilität. Die
Anzahl der Gene die an dem Merkmal Tropfsaftverlust beteiligt sind, sind bislang noch
unbekannt. Das Ziel dieser Studie war es, geeignete Kandidatengene, die für den
Tropfsaftverlust im Schweinefleisch verantwortlich sind, zu identifizieren.
Für die Kandidatengenanalyse und ihre eQTL Positionen wurden zwanzig Gene
selektiert. Zur Erstellung der Expressionsprofile von 300 DUPI Tieren wurde einerseits
eine quantitative Real-Time PCR verwendet, sowie das GenomeLab GeXP Multiplex
Verfahren. Zur Normalisierung der Expression wurden mehrere Referenz Gene
eingesetzt. Die Analyse zeigte das die Gene Peroxisome proliferator activated receptor
gamma, coactivator 1 alpha (PPARGC1) und Alpha 1 microglobulin/bikunin (AMBP) in
Vergleich zwischen hohem und niedrigem Tropfsaftverlust unterschiedlich
exprimierten. Darüber, hinaus zeigte die Expression weiterer Gene signifikante
Assoziationen mit verschiedenen Parametern der Fleischqualität. Die Analyse der eQTL
erbrachte das diese Gene in der DUPI Population trans-reguliert waren. Durch die
Verwendung verschiedener QTL Modelle wurde auf SSC2 in der Nähe des Markers
S0141 eine vielversprechende chromosomale Region für Tropfsaftverlust entdeckt, dies
konnte durch Fachliteratur bestätigt werden. Durch die Übereinstimmung entdeckter
eQTL mit QTL in der DUPI Population und in anderen Schweine Populationen konnten
weitere vielversprechende chromosomale Regionen für zukünftige Feinkartierungen
und Assoziationsstudien a werden.






Identification of expression quantitative trait loci (eQTL) and candidate genes
associated with water holding capacity in porcine meat

Consumer assessment of meat quality is defined by the characteristics of sensory
experience such as juiciness, muscle pH, water-holding capacity and colour. Water-
holding capacity in terms of drip loss has a genetic as well as environmental component
with low to medium heritability. The number of genes involved in the development of
drip loss is unknown. The aim of this study was to identify the candidate genes and their
transcriptional regulation responsible for the drip loss in pig meat.
Twenty genes were selected for the candidate gene analysis and for their eQTL study.
For the expression of genes quantitative real-time PCR and GenomeLab GeXP multi-
plex were used in 300 DUPI animals. Multiple housekeeping genes were used for the
accurate gene expression normalization. Analysis revealed expression of peroxisome
proliferator activated receptor gamma, coactivator 1 alpha (PPARGC1) and alpha 1
microglobulin/bikunin (AMBP) genes were differentially regulated in animals with
higher drip loss compared to lower drip loss. Moreover, expression of other genes
showed significant association with different meat quality parameters. eQTL analysis
showed that these genes are trans-regulated in DUPI population. By using different
QTL models, on SSC2 vicinity of marker S0141 was detected as the most promising
chromosomal region for drip loss supported by the literature as well. Ovelapping of
detected eQTL with QTL in DUPI population and other pig populations showed
promising chromosomal regions for further fine mapping and association studies.








V

Contents

Abstract III
List of abbreviations IX
List of tables
List of figures

1 Introduction 1

2 Literature review 3
2.1 The skeletal muscle development 3
2.1.1 Prenatal development of skeletal muscle 3
2.1.2 Postnatal muscle growth 6
2.1.3 Skeletal muscle to meat conversion 8
2.2 Meat quality in pigs 9
2.2.1 Muscle pH 10
2.2.1.1 Muscle pH 45 minutes post-mortem (pH ) 10 45
2.2.1.2 Muscle pH 24 hours post-mortem (pH or pH ) 11 24 u
2.2.2 Drip loss 12
2.2.3 Water-holding capacity 13
2.3 Molecular genetic methods for dissecting 14

quantitative traits in pigs
2.3.1 Muscle transcriptome analysis for identifiying the 15

positional candidate genes for pig meat quality
2.3.2 Expression QTL (eQTL) and applications in farm 19

animals
2.3.3 QTL analysis and important genes related to 24

growth performance and meat quality traits

3 Materials and method 26
3.1 Materials 26
3.1.1 Animals 26 VI
3.1.2 Materials for laboratory analysis 28
3.1.2.1 Chemicals, kits, biological and other materials 28
3.1.2.2 Buffers, reagents and media 29
3.1.2.3 Used softwares 31
3.1.2.4 Equipment 31
3.2 Methods 32
3.2.1 Phenotypes 33
3.2.2 DNA extraction 34
3.2.3 Marker analysis 34
3.2.4 RNA isolation of muscle samples 35
3.2.5 Microarray analysis and selection of genes 36
3.2.6 Reverse transcription and cDNA synthesis 38
3.2.7 PCR product purification 38
3.2.8 Ligation 39
3.2.9 Transformation 39
3.2.10 Colony screening and plasmid DNA isolation 40
3.2.11 M13 PCR and sequencing for product confirmation 41
3.2.12 Quantitative Real-Time PCR (qPCR) 42
3.2.13 mRNA expression with GenomeLab (GeXP) 43
3.3 Statistical analysis 46
3.3.1 Statistical analysis of QTL 46
3.3.1.1 Characterization of markers 46
3.3.3.2 Linkage analysis and genetic map construction 47
3.3.3.3 eQTL analysis 47
3.3.3.4 Significant threshold 51
3.3.3.5 Gene expression association with meat quality 51
traits

4 Results 53
4.1 Meat quality traits 53
4.2 Transcript abundance 53
4.3 Validation of microarray results in A2M, ACTB, 55

ALB, AMBP, ANGPTL4, APOA1, APOC3, ATF4, VII
CAPNS1, CYP2C33, GC, GSTA2, HMBS, PI,
PPARGC1, PPP1R3B, RBP4, SERPINA3-2, TBP,
TF, TNC, TTR and TYROBP genes
4.4 Regression analysis between meat quality traits and 56
expression of A2M, ALB, AMBP, ANGPTL4,
APOA1, APOC3, CAPNS1, CYP2C33, GC, PI,
PPARGC1, PPP1R3B, RBP4, SERPINA3-2, TF,
TNC, TTR and TYROBP genes
4.5 Step-wise regression analysis between meat quality 58

traits and gene expression values
4.6 Differentially regulation of genes in high vs low 59

drip loss, pH and pH 1 24
4.7 Result of eQTL under the line-cross model 61
4.8 Result of eQTL under the two-QTL model 62
4.9 Result of eQTL under imprinting model 63

5 Discussion 67
5.1 eQTL analyses of PPARGC1, ALB, PPP1R3B, 67
GSTA2, SERPINA3-2, RBP4, APOC3, AMBP,
GC, APOA1, TF, ATF4, TNC, PI, and CAPNS1
5.2 Association of muscle specific gene expression 72
profile with meat quality traits and contribution of
the genes in meat quality
5.2.1 Peroxisome proliferator–activated receptor- 72

coactivator-1 (PPARGC1)
5.2.2 Apolipop