Etablierung von Genmarkern zur Resistenzzüchtung gegen die Pleuropneumonie beim Schwein

Abstract

Das Bakterium Actinobacillus pleuropneumoniae ist bekannt als eines der wichtigsten respiratorischen Pathogene in der kommerziellen Schweineproduktion. Durch die Erkrankung kommt es zu hohen wirtschaftlichen Verlusten aufgrund von akuter oder chronischer Pleuropneumonie, die in eine verminderte Performance und gesteigerte Mortalität mündet.Eine antibiotische Therapie und Impfungen gewährleisten lediglich begrenzten Schutz gegen die Auswirkungen der Erkrankung, wobei die vermehrte Anwendung von Antibiotika besonders im Nutztierbereich nicht mehr zu rechtfertigen ist. Genetisch determinierte Krankheitsresistenz bildet in diesem Zusammenhang eine potentielle Alternative, um den Verbrauch an Antibiotika zu senken, ohne den Tierschutz und das Wohlbefinden der betroffenen Tiere zu gefährden. In vorangegangenen Studien konnten mehrere QTL über kontrollierte Infektionsstudien innerhalb einer Kreuzungsrasse zwischen Hampshire- und Deutsche-Landrasse-Tieren entdeckt werden, die bis zu 30 % der phänotypischen Varianz erklären konnten. Aufbauend auf diese Studie war das Ziel dieser Arbeit, die für die Resistenz gegen die porzine Pleuropneumonie verantwortlichen Marker (QTN) zu finden. Es wurden dabei 163 Schweine aus einer für A. pleuropneumoniae unterschiedlich empfänglichen Deutsche-Landrasse-Population mit dem A. pleuropneumoniae-Serotyp-7 über eine standardisierte Aerosol-Vernebelung infiziert. Phänotypen wurden daraufhin exakt auf klinischer, pathologischer und mikrobiologischer Basis definiert. Anschließend wurden jeweils 37 der am meisten und am wenigsten betroffenen Tiere über Next-Generation-Sequencing genotypisiert und Assoziationen zwischen Genotyp und Phänotyp über eine genomweite Assoziationsstudie erstellt. Die genomweite Assoziationsstudie konnte Polymorphismen innerhalb der Deutsche-Landrasse-Population identifizieren, die auf den Chromosomen 2, 12 und 15 genomweite Signifikanz zum Phänotyp gezeigt haben. Die Varianten konnten einzeln von 18,5 % bis zu 32,9% der Varianz erklären. In Kombination war es den Polymorphismen möglich, 52,8 % der Varianz zu erklären - bei einem P-Wert von 1,09e10-11. Dabei waren die betroffenen Gene in die Pathogenese der Infektion mit A. pleuropneumoniae involviert.Mit der hier vorliegenden Arbeit konnten wir die polygenetische Basis der Resistenz gegen Pleuropneumonie aufzeigen. Dabei kommen positive Genvarianten innerhalb von kommerziellen Schweinepopulationen vor, und es ist möglich, diese durch eine gezielte Züchtung in Schweinepopulationen einzubringen. Dennoch müssen Folgestudien die Allelfrequenz innerhalb anderer Populationen nachvollziehen und den genetischen Hintergrund weiter beleuchten. The bacteria Actinobacillus pleuropneumoniae is one of the most important respiratory pathogens in commercial pig production. Infection with the pathogen results in high economic losses due to acute and chronic pleuropneumonia and therefore decreased performance and an increased mortality.Antibiotic therapy and vaccination only result in limited protection against the recuperation from the disease. Especially in livestock species, the increased usage of antibiotics is not feasible anymore.Therefore, genetically determined disease resistance could be part of an alternative path to decreased antibiotic usage in combination with increased animal welfare and consumer acceptance. Previous studies could discover multiple QTL through controlled infection experiments with a crossbred Hampshire/Landrace population that could explain up to 30 % of the phenotypic variance. In this context, the aim of this study was to discover the genetic variants (markers) directly responsible for disease resistance against porcine pleuropneumonia (QTN). 163 pig from a German Landrace breed, known for its diverse susceptibility to pleuropneumonia, were used in a controlled aerosol infection experiment with A. pleuropneumonia serotype 7 (AP76). Resulting phenotypes were defined on clinical, pathological and microbiological basis.Thirty-seven of the most and least resistant animals, respectively, were genotyped through next generation sequencing. The associations between genotype and phenotype were calculated through a genome-wide association study (GWAS).Genome-wide association study revealed polymorphisms in the Landrace population on chromosomes 2, 12 and 15 of genome-wide significance with relation to the phenotype. They could each explain between 18.5 % and 32.9 % of the phenotypic variance. Combined variants could explain up to 52.8 %, with a p-value of 1.09e10-11 , and the affected genes were highly involved in the pathomechanism of the infection with A. pleuropneumoniae. Therefore, this study could show the polygenetic background of the disease resistance against pleuropneumonia in swine. Genetic variants with a positive impact on resistance of swine against A. pleuropneumoniae are part of commercial populations, and it is possible to breed for disease resistance. Nevertheless, follow up studies for the calculation of allele frequencies in other swine populations and further illumination of the genetic background of the disease resistance against pleuropneumonia in swine is necessary to establish resilient quantitative trait nucleotides usable in the swine industry.