Genomweite Assoziationsstudie zur Untersuchung der genetischen Variation des postpartalen Dysgalaktie-Syndroms bei Sauen

Abstract

Das Postpartale Dysgalaktie Syndrom (PDS) ist eine wichtige Erkrankung der Sau nach der Geburt. Diese Erkrankung ist unter verschiedenen Bezeichnungen weltweit bekannt, wovon der Begriff des Mastitis-Metritis-Agalaktie-Syndroms vor allem in den europäischen Ländern noch immer verbreitet ist. Da sowohl die Gesundheit und das Wohlbefinden der Sau als auch der Ferkel betroffen sind, führt diese Erkrankung zu großen wirtschaftlichen Verlusten. Eine genetische Prädisposition wurde diskutiert, aber nie im Detail untersucht. In dieser Untersuchung wurden insgesamt 1.680 Sauen beprobt und deren 2.001 Würfe post partum klinisch untersucht. Alle Beprobungen fanden von April 2008 bis Juli 2010 in sechs Betrieben der PIC Deutschland GmbH statt. Die Untersuchung erfolgte 12 bis 48 h post partum und Sauen wurden als PDS-positiv definiert, wenn diese eine Rektaltemperatur größer 39.5°C zeigten und/oder klinische Anzeichen einer Mastitis wie Rötung, Schwellung oder Verhärtungen des Gesäuges und/oder Veränderungen im Ferkelverhalten zu beobachten waren. Als Kontrollsauen wurden in der jeweiligen Abferkelwoche klinisch unauffällige Sauen, nach Möglichkeit gesunde Halb- oder Vollgeschwistersauen zu den jeweils PDS-positiv beprobten Sauen, ausgewählt und nach einer klinischen Untersuchung als PDS-negativ beprobt. Als besondere mögliche Einflussfaktoren wurden die Durchführung einer Geburtseinleitung bzw. eines Geburtseingriffes notiert. Zusätzliche Reproduktions- und Leistungsdaten wurden dokumentiert sowie die Abstammungsinformationen zu den einzelnen Sauen in Form eines Vier-Generationen-Pedigrees zur Verfügung gestellt.Die Varianzkomponenten- und Heritabilitätsschätzung erfolgte mithilfe eines Schwellenwertmodells unter Berücksichtigung des permanenten Umwelteffektes der Wurfnummer und der Effekte Linie und Saison. Die geschätzte Heritabilität von 0,09 bei einer Standardabweichung von 0,03 zeigt die Möglichkeit einer züchterischen Bearbeitung. Für die genomweite Assoziationsstudie wurde ein familienbasiertes Fall-Kontroll-Design gewählt, bei dem möglichst zu den erkrankten Tieren gesunde Halb- oder Vollgeschwistersauen gesucht wurden. Insgesamt 322 PDS-positive Sauen und deren 275 gesunde Halb- oder Vollgeschwister wurden vom Gesamtdatensatz ausgewählt und unter Nutzung des PorcineSNP60 BeadChips von Illumina an 62.163 genomweit verteilten Einzelbasenaustauschpolymorphismen (SNPs) genotypisiert. Die Auswertung beinhaltete eine Hauptkomponentenanalyse auf Basis der genomischen Verwandtschaftsmatrix um sowohl Rassen- als auch Familienunterschiede in der Auswertung zu berücksichtigen. Die statistische Analyse erfolgte hauptsächlich mittels der Programmiersprache R unter Verwendung des R-Paketes GenABEL.Es wurde eine genomweit signifikante Assoziation auf dem porcinen Chromosom (SSC) 17 gefunden. Ein weiterer genomweit signifikant assoziierter SNP wurde unter Verwendung der Annotierungsangabe von Illumina nach Genombild Sscrofa7 auf SSC15 identifiziert. Die genaue Lokalisation ist durch die neueren Genomsequenzierungsarbeiten nicht sicher bekannt, kann aber auf dem chromosomalen Stück Scaffold JH118531.1 innerhalb des Neuropilin-2-Gens (NRP2) lokalisiert werden. Ein moderat signifikant mit PDS assoziierter Bereich auf SSC13 ist vielversprechend für weitere Untersuchungen und das Kandidatengen PRICKLE2 konnte direkt im Bereich des assoziierten SNPs identifiziert werden. In den gefundenen Genombereichen sind sowohl reproduktionsspezifische Genorte (QTL) als auch QTL der Gesäugeanatomie und -funktionalität, QTL für die Körpertemperatur sowie QTL für Entzündungsparameter wie Haptoglobin beschrieben.Innerhalb der linienspezifischen Auswertung wurden bislang keine genomweit signifikanten Ergebnisse identifiziert. Eine weitere detaillierte Untersuchung mit einer größeren Stichprobe pro Linie ist diesbezüglich notwendig.Die Ergebnisse der Heritabilitätsschätzung und der genomweiten Assoziationsstudie bestätigen die in der Literatur beschriebene individuelle genetische Disposition, an PDS zu erkranken. Trotz der eher geringen Erblichkeit von 0,09 wurden drei Genombereiche lokalisiert, in denen sowohl direkt die Kandidatengene PRICKLE2 und NRP2 als auch mehrere reproduktionsspezifische QTL beschrieben sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen. So sind sowohl Bestätigungsstudien mit weiteren Sauen als auch Studien mit unabhängigem Tiermaterial denkbar. The Postpartum Dysgalactia Syndrome in sows is an important disease after parturition. Several other terms for this complex disease are widely spread with mastitis-metritis-agalactiae-syndrome as the most common in European countries. Regarding sows and piglets health and welfare this disease has a relevant economic impact. A possible genetic background of this disease has been discussed, but has never been investigated in detail. In this study, 1,680 sampled sows and 2,001 clinically recorded litters were used for analyses.Sampling took place in six farms affiliated with PIC Germany GmbH from April 2008 to July 2010. The clinical investigation took place between 12 to 48 h postpartum and sows were defined as affected when they showed rectal temperatures above 39.5°C and/or clinical signs of mastitis such as reddening, swelling or hardening and/or changes in piglets behavior. Healthy half- or fullsib sows from the same farrowing group were selected and sampled as control sows after clinical investigation. The necessity for partus induction and to apply birth assistance was recorded. Additionally, fertility and performance parameters as well as lineage information in the form of the four-generation-pedigree were provided. Variance components and heritability were estimated with a single trait repeatability model. Estimated heritability averaged 0.09 with a standard deviation of 0.03 and emphasizes the importance of optimizing hygiene and management conditions as well as considering the genetic predisposition for susceptibility to PDS. The genome-wide association study was designed as a family-based case-control-study with matched sampling of PDS-affected sows and healthy half- or fullsib control sows. In total, 322 affected and their 275 unaffected healthy control sows were selected for genotyping on 62,163 Single Nucleotide Polymorphism (SNP) using the Illumina Porcine SNP60 BeadChip.Statistical analysis included principal components analysis using the genomic kinship to correct for genetic differences between pig breeding lines or families in an adjusted score test. Statistics were done in use of the package GenABEL within the R statistical environment.A genome-wide significantly associated SNP was identified on porcine chromosome (SSC) 17. Further significant result with genome-wide significance was detected on an unplaced scaffold with an older annotation on SSC15 within the neuropilin-2-gene (NRP2). Another promising associated genomic region was detected on SSC13 and the gene PRICKLE2 is located within the most associated SNP. Several quantitative trait loci (QTL) were described in these genomic regions including QTL for reproduction as well as mammary gland condition as for example teat number and non-functional nipples QTL, as well as QTL for body temperature, gestation length and haptoglobin. Within the line-specific analysis no genome-wide significant variants were detected. However, further studies with a higher sample size per line might confirm moderate variants.In summary, the results of the estimation of variance components and the genome-wide association study approve the existence of individual genetic predisposition for PDS as already mentioned in literature. Even this syndrome is only a low heritable trait with a heritability of 0.09, three promising genome regions on SSC13, SSC15 and SSC17 were identified to be associated with PDS. Several topic-related QTLs and the genes PRICKLE2 (SSC13) and NRP2 (SSC15) were located in these regions.The results of this study encourage further investigations as for example confirmation as well as replication studies in different sow populations.