SNP-Screening in Kandidatengenen auf Chromosom 2 und 12 für die Resistenz gegen Actinobacillus pleuropneumoniae beim Schwein

Abstract

Die Pleuropneumonie, verursacht durch Actinobacillus pleuropneumoniae, stellt eine weltweit bedeutsame und schwerwiegende Erkrankung des Respirationstraktes beim Schwein dar. Aktuelle Therapie- und Prophylaxemaßnahmen führen nicht zum gewünschten nachhaltigen Erfolg und alternative Bekämpfungsstrategien sind erforderlich. Neue Untersuchungen weisen auf erhebliche Resistenzunterschiede von Schweinen gegen A. pleuropneumoniae hin: Tiere einer Hampshire-Population zeigten sich weniger empfänglich als Tiere von Populationen der Rassen Pietrain und der Deutschen Landrasse. In Vorversuchen wurden acht Quantitative Trait Loci (QTL) mit Assoziation zu klinischen, pathologischen und mikrobiologischen Merkmalen der Pleuropneumonie kartiert. Eine eQTL-Analyse ergab vielversprechende Kandidatengene. Dabei stellten sich zwei Hotspots auf Chromosom 2 nahe dem Marker Swr345 und auf Chromosom 12 nahe dem Marker S0143 heraus.Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Ein- bzw. Ausgrenzung von Kandidatengenen für weitere Feinkartierungsarbeiten. Hierzu wurde zunächst ein SNP-Screening in neun Kandidatengenen durchgeführt. Anschließend wurden die Assoziationsgrade von sieben informativen SNPs mit dem QTL untersucht. Dabei wurden die SNP-Genotypen nacheinander als zusätzliche Marker und als fixe Effekte berücksichtigt.Im Fokus der Ergebnisse stand der SNP NR3C1 c.1483G>A: Bei 14 von 17 Phänotypen sank der LOD-Score des QTL unter Berücksichtigung des SNP als fixen Effekt und bei zehn von 17 Phänotypen stieg der LOD-Score unter Berücksichtigung des SNPs als zusätzlichen Marker an. Dies spricht für einen Zusammenhang zwischen SNP und Merkmal. Allerdings zeigen die benachbarten SNPs ähnlich hohe Assoziationen, sodass der SNP NR3C1 c.1483G>A nicht sicher von den anderen SNPs als QTN-Kandidat abgegrenzt werden kann. Aufgrund der engen Kopplung der einzelnen Marker miteinander innerhalb von F2-Familien, reicht die durchgeführte Methode zur Feinkartierung nicht aus. Die Assoziationsstudie ließ einen Einfluss der Genotypen des SNP rs81509148 (im NR3C1-Gen an Position c.*2122) auf die phänotypischen Merkmale erkennen. Der SNP rs81509148 ist möglicherweise mit der kausalen Mutation gekoppelt, stellt allerdings nicht das QTN dar. In der vorliegenden Arbeit konnte das NR3C1-Gen als potentielles Kandidatengen bestätigt werden. Der Transkriptionsfaktor NR3C1 wirkt vor allem als Repressor proinflammatorischer Gene.Im nächsten Schritt sollten die SNPs in einer kommerziellen Population mit segregierenden Resistenzunterschieden bezüglich A. pleuropneumoniae untersucht und parallel weitere SNPs mittels genotyping by sequencing Verfahren einbezogen werden. Pleuropneumonia caused by Actinobacillus pleuropneumoniae is an important and severe disease of the porcine respiratory tract worldwide. Known therapy plans and prophylaxis do not lead to sustainable success and alternative disease-control strategies are needed. Recent researches provide significant differences in resistance to A. pleuropneumoniae among pigs: The Hampshire pigs of the investigated population appeared to be least susceptible in comparison to Pietrain pigs and German Landrace pigs. Eight Quantitative Trait Loci (QTL) for clinical, pathological and microbiological traits were mapped in pretests. An eQTL-analysis identified promising candidate genes. There were two hotspots on chromosome 2 near marker Swr345 and on chromosome 12 near marker S0143.The aim of the present study was to exclude and to choose candidate genes for fine mapping. It should provide an indication of Quantitative Trait Nucleotides (QTN). A first approach was a SNP screening in nine candidate genes. Then QTL-analysis tested the effect of seven informative polymorphisms on the QTL. SNP-genotypes were included one after another as additional markers and as fixed effects.As a result SNP NR3C1 c.1483G>A was an interesting mutation: 14 of 17 LOD scores decreased including this SNP as a fixed effect and ten of 17 LOD scores increased including this SNP as a marker. These facts supported an association between SNP and trait. However the nearby SNPs show similar associations. Therefore SNP NR3C1 c.1483G>A can certainly not be defined as QTN-candidate. There is a close link between the single markers within a F2 family. The chosen method cannot be used for fine mapping. The association study hypothesizes an association between genotypes of SNP rs81509148 (position c.*2122 in gene NR3C1) and phenotypically traits. SNP rs81509148 is probably linked with the causative mutation but it is not the QTN. The present study confirms gene NR3C1 as a potential candidate gene. NR3C1 is a transcription factor which represses proinflammatory genes.The next approach should be to analyze these SNPs in a commercial population with segregated differences in resistance to A. pleuropneumoniae. In addition methods of genotyping by sequencing should include more SNPs.