Germinació de llavors de Digitaria sanguinalis: paper de les cobertes i requeriments tèrmics

S’han estudiat els principals factors que condicionen la germinació de les llavors de la mala herba Digitaria sanguinalis (forcadella): el paper de les cobertes de la llavor en l’estat de latència i els requeriments tèrmics i lumínics per a la germinació. 1) Les llavors d’aquesta espècie recentment dispersades són latents. L’extracció de glumes i glumel•les millora la capacitat de germinació. El percentatge de germinació és gairebé del 100% si, a més, es danya el pericarp. L’aplicació d’un extracte etílic de glumes i glumel•les causa un retard en la germinació. Això suggereix la possibilitat que hi hagi substàncies inhibidores de la germinació presents en les glumes i glumel•les de les espiguetes de D. sanguinalis. Tractaments d’escarificació amb substàncies químiques com el NaOCl i l’H2O2 augmenten la capacitat de germinació i trenquen l’estat de latència de les cariòpsides. Els resultats suggereixen que hi ha un paper tant de les glumes i glumel•les (presència de substàncies inhibidores) com del pericarp (impermeabilitat al pas d’algunes substàncies). Cal contrastar totes dues hipòtesis en posteriors estudis. 2) Les llavors de D. sanguinalis germinen entre 10 i 42 ºC. La llum estimula la germinació d’aquesta espècie. El màxim percentatge de germinació s’assoleix en temperatures alternants de 20/30 ºC, tant en condicions de llum com de foscor. En condicions de temperatura constants, el màxim percentatge de germinació s’aconsegueix a 30 ºC, però la taxa de germinació és màxima als 28 ºC. Les temperatures òptima i base es troben entre 28 i 30 ºC i entre 9 i 11,5 ºC, respectivament. Les diferències amb els resultats presentats per altres autors poden ser degudes al mètode utilitzat o a diferències genètiques entre diferents poblacions

Genetic analysis and selection for intramuscular fat and oleic acid content in pigs

El contingut i la composició en àcids grassos del greix intramuscular (GIM) afecten la qualitat de la carn de porc. En particular, augmentar el contingut d’àcid oleic (C18:1) milloraria la seva qualitat pel que fa a atributs organolèptics i tecnològics i propietats nutricionals. Aquesta tesi doctoral forma part d’una línia de recerca del Grup de Millora Genètica del Porcí de la Universitat de Lleida, amb l’objectiu final de trobar estratègies per millorar genèticament la qualitat de la carn de porc a través de GIM i C18:1. Es divideix en tres parts. La Part 1 discuteix les implicacions d’aplicar un enfocament estadístic específic per a dades composicionals per analitzar aquests caràcters. Es va mostrar que, com que la variabilitat de la composició del greix de la carn de porc és baixa, les tècniques estadístiques estàndards sobre percentatges bruts són suficientment robustes per la majoria d’anàlisis, incloent les que es realitzen a continuació. En la Part 2, en una línia Duroc, es va estimar que GIM i C18:1 tenen una heretabilitat alta similar (0.51−0.56, per a GIM, i 0.44−0.50, per a C18:1) i una correlació favorable entre ells (0.47). A més, existeixen escenaris de selecció en què aquests caràcters i el creixement magre es poden millorar simultàniament. Es va demostrar experimentalment que (1) GIM i C18:1 responen a la selecció basada en valors de millora a partir de dades fenotípiques de parents, i (2) l’espessor de greix dorsal es pot modificar independentment de GIM i C18:1. No obstant, la selecció per GIM i C18:1 basada en dades preses en un múscul té respostes correlacionades desiguals en altres músculs i teixits adiposos. En la Part 3 es van analitzar les variacions de la seqüència del gen estearoil-CoA desaturasa (SCD), que codifica l’enzim limitant en la biosíntesi de C18:1. Es va mostrar que hi ha una variant funcional en el gen SCD amb un efecte additiu de +0.75% en C18:1 i +1.00% en contingut total d’àcids grassos monoinsaturats, però sense efecte en GIM o engreixament de la canal. Aquesta associació es va confirmar en un estudi d’associació genòmica que també va revelar variacions de nucleòtids en el locus del gen del receptor de la leptina (LEPR) que afecten el nivell d’engreixament i, en conseqüència, la composició del greix. L’ús de marcadors en aquests dos loci va millorar substancialment la precisió en les prediccions de GIM i C18:1. Es conclou que és possible seleccionar amb èxit per GIM i C18:1 en carn de porc i es discuteixen diversos escenaris sobre com implementar aquesta selecció a la pràctica.El contenido y la composición en ácidos grasos de la grasa intramuscular (GIM) afectan la calidad de la carne de cerdo. En particular, aumentar el contenido de ácido oleico (C18:1) mejoraría su calidad en cuanto a atributos organolépticos y tecnológicos y propiedades nutricionales. Esta tesis doctoral forma parte de una línea de investigación del Grupo de Mejora Genética del Porcino de la Universitat de Lleida, con el objetivo final de encontrar estrategias para mejorar genéticamente la calidad de la carne de cerdo a través de GIM y C18:1. Se divide en tres partes. La Parte 1 discute las implicaciones de aplicar un enfoque estadístico específico para datos composicionales para analizar estos caracteres. Se mostró que, como la variabilidad de la composición de la grasa de la carne de cerdo es baja, las técnicas estadísticas estándares sobre porcentajes brutos son suficientemente robustas para la mayoría de análisis, incluyendo los que se realizan a continuación. En la Parte 2, en una línea Duroc, se estimó que GIM y C18:1 tienen una heredabilidad alta similar (0.51−0.56, para GIM, y 0.44−0.50, para C18:1) y una correlación favorable entre ellos (0.47). Además, existen escenarios de selección en que estos caracteres y el crecimiento magro se pueden mejorar simultáneamente. Se demostró experimentalmente que (1) GIM y C18:1 responden a la selección basada en valores de mejora a partir de datos fenotípicos de parientes, y (2) el espesor de grasa dorsal se puede modificar independientemente de GIM y C18:1. No obstante, la selección por GIM y C18:1 basada en datos tomados en un músculo tiene respuestas correlacionadas desiguales en otros músculos y tejidos adiposos. En la Parte 3 se analizaron las variaciones de la secuencia del gen estearoil-CoA desaturasa (SCD), que codifica el enzima limitante en la biosíntesis de C18:1. Se mostró que hay una variante funcional en el gen SCD con un efecto aditivo de +0.75% en C18:1 y +1.00% en contenido total de ácidos grasos monoinsaturados, pero sin efecto en GIM o engrasamiento de la canal. Esta asociación se confirmó en un estudio de asociación genómica que también reveló variaciones de nucleótidos en el locus del gen del receptor de la leptina (LEPR) que afectan el nivel de engrasamiento y, en consecuencia, la composición de la grasa. El uso marcadores en estos dos loci mejoró substancialmente la precisión en las predicciones de GIM y C18:1. Se concluye que es posible seleccionar con éxito por GIM y C18:1 en carne de cerdo y se discuten varios escenarios sobre como implementar esta selección en la práctica.Intramuscular fat (IMF) content and fatty acid composition affect the quality of pork. In particular, increasing oleic acid (C18:1) content would improve pork quality in terms of organoleptic and technological attributes and also of nutritional properties. This thesis dissertation is part of a line of research conducted by the Pig Breeding and Genetics Group of the University of Lleida, with the aim of finding strategies to genetically improve pork quality by increasing IMF and C18:1. It is divided into three parts. Part 1 discusses the implications of applying a specific statistical approach for compositional data to analyze these traits. It is shown that, because of the low variability of fatty acid composition in pork, the standard statistical techniques on raw percentages are robust enough for most genetic analyses, including those performed next. In Part 2, the genetic parameters associated to IMF and C18:1 were estimated in a purebred Duroc line. Both traits have a similar high heritability (0.51−0.56, for IMF, and 0.44−0.50, for C18:1) and a favorable genetic correlation between them (0.47). Furthermore, there exist selection scenarios where these traits and lean growth can be improved simultaneously. It was proved experimentally that (1) IMF and C18:1 respond effectively to selection on estimated breeding values based on phenotypic data of relatives, and (2) backfat thickness can be modified independently of IMF and C18:1. However, selection for IMF and C18:1 based on records from one muscle has unequal correlated responses on other muscles and fat tissues. In Part 3, the sequence variation of the stearoyl- CoA desaturase (SCD) gene, the gene producing the rate-limiting enzyme in the biosynthesis of C18:1, was analyzed. It was shown that there is a functional variant in the promoter of the SCD gene with an average additive effect of +0.75% and +1.00% on C18:1 and total monounsaturated fatty acids, respectively, but no effect on IMF or carcass fatness. This was confirmed in a genome-wide association study which also revealed nucleotide variations in the leptin receptor (LEPR) gene locus affecting overall fatness and, as a result, fat composition. The use markers at both loci substantially enhanced the accuracy of prediction of IMF and C18:1. It is concluded that it is possible to successfully select for increased IMF and C18:1 in pork. In light of the results obtained several scenarios are discussed on how to implement such selection in practice

Evaluation of sequencing strategies for whole-genome imputation with hybrid peeling

Background: For assembling large whole-genome sequence datasets for routine use in research and breeding, the sequencing strategy should be adapted to the methods that will be used later for variant discovery and imputation. In this study, we used simulation to explore the impact that the sequencing strategy and level of sequencing investment have on the overall accuracy of imputation using hybrid peeling, a pedigree-based imputation method that is well suited for large livestock populations. Methods: We simulated marker array and whole-genome sequence data for 15 populations with simulated or real pedigrees that had different structures. In these populations, we evaluated the effect on imputation accuracy of seven methods for selecting which individuals to sequence, the generation of the pedigree to which the sequenced individuals belonged, the use of variable or uniform coverage, and the trade-off between the number of sequenced individuals and their sequencing coverage. For each population, we considered four levels of investment in sequencing that were proportional to the size of the population. Results: Imputation accuracy depended greatly on pedigree depth. The distribution of the sequenced individuals across the generations of the pedigree underlay the performance of the different methods used to select individuals to sequence and it was critical for achieving high imputation accuracy in both early and late generations. Imputation accuracy was highest with a uniform coverage across the sequenced individuals of 2× rather than variable coverage. An investment equivalent to the cost of sequencing 2% of the population at 2× provided high imputation accuracy. The gain in imputation accuracy from additional investment decreased with larger populations and higher levels of investment. However, to achieve the same imputation accuracy, a proportionally greater investment must be used in the smaller populations compared to the larger ones. Conclusions: Suitable sequencing strategies for subsequent imputation with hybrid peeling involve sequencing ~2% of the population at a uniform coverage 2×, distributed preferably across all generations of the pedigree, except for the few earliest generations that lack genotyped ancestors. Such sequencing strategies are beneficial for generating whole-genome sequence data in populations with deep pedigrees of closely related individuals.The authors acknowledge the financial support from the BBSRC ISPG to The Roslin Institute (BBS/E/D/30002275), from Genus plc, Innovate UK (grant 102271), and from grant numbers BB/N004736/1, BB/N015339/1, BB/L020467/1, and BB/M009254/1

A sequence variant in the diacylglycerol O-acyltransferase 2 gene influences palmitoleic acid content in pig muscle

Abstract The bulk of body fat in mammals is in the form of triacylglycerol. Diacylglycerol O-acyltransferase 2 (DGAT2) catalyses the terminal step in triacylglycerol synthesis. The proximity of DGAT2 with stearoyl-CoA desaturase (SCD) in the endoplasmic reticulum may facilitate provision of de novo SCD-mediated fatty acids as substrate for DGAT2. Here, we first searched for sequence variants in the DGAT2 gene to then validate their effect on fat content and fatty acid composition in muscle, subcutaneous fat and liver of 1129 Duroc pigs. A single nucleotide polymorphism in exon 9 (ss7315407085 G > A) was selected as a tag variant for the 33 sequence variants identified in the DGAT2 region. The DGAT2-G allele increased DGAT2 expression in muscle and had a positive impact on muscular C14 and C16 fatty acids at the expense of C18 fatty acids. Although there was no evidence for an interaction of DGAT2 with functional SCD genotypes, pigs carrying the DGAT2-G allele had proportionally more palmitoleic acid relative to palmitic acid. Our findings indicate that DGAT2 preferentially uptakes shorter rather than longer-chain fatty acids as substrate, especially if they are monounsaturated, and confirm that fatty acid metabolism in pigs is subjected to subtle tissue-specific genetic regulatory mechanisms

Identification of a missense variant in the porcine AGPAT gene family associated with intramuscular fat content through whole-genome sequencing

The 1-acylglycerol-3-phosphate O-acyltransferases (AGPATs) are enzymes that catalyze the conversion of lysophosphatidic acid to phosphatidic acid, which is a precursor of triacylglycerol, the main fat reservoir in mammals. We used whole-genome sequencing of 205 pigs to identify 6639 genetic variants in the porcine AGPAT gene family. Of these, 166 common variants in the AGPAT5 gene had significant associations with fat content and composition traits. We preselected a missense single nucleotide polymorphism in exon 6 of AGPAT5 (rs196952262, A>G) for validation of its associations in 1034 pigs from the same Duroc line. The A allele showed a positive additive effect for intramuscular fat content (+1.12% ± 0.21, p < 0.001, for gluteus medius and +0.89% ± 0.33, p < 0.01, for longissimus). We also observed significant associations with fatty acid composition that were, at least in part, independent of the increased intramuscular fat. The A allele resulted in more monounsaturated fatty acids (+0.34% ± 0.15, p < 0.05, for longissimus) and a greater monounsaturated/polyunsaturated fatty acids ratio (+0.11 ± 0.04, p < 0.01, for gluteus medius and +0.13 ± 0.05, p < 0.05, for longissimus). The effect of the AGPAT5 variant on intramuscular fat was more noticeable in fatter pigs, and AGPAT5 interacts with other genes that affect overall fatness such as LEPR. AGPAT5 was the most expressed gene of the AGPAT family in pig skeletal muscle. This variant can be used as a marker in assisted selection for modulating pig fat deposition and fatty acid content.This research was supported by the Spanish Ministry of Science, Innovation & Universities and the EU Regional Development Funds (grant RTI2018-101346-B-I00). EM is recipient of a UdL-Santander Predoc scholarship