Medycyna Wet. 2008, 64 (3) 269
Artyku³ przegl¹dowy Review
Uzyskanie wysokiej miêsnoci w tuszy wiñ to aktu-alnie jeden z podstawowych celów prowadzonej pracy hodowlanej trzody chlewnej ze wzglêdów ekonomicz-nych zarówno dla hodowcy, jak i przemys³u miêsnego oraz przetwórstwa. Znajomoæ genetycznych uwarun-kowañ tej cechy jest istotna nie tylko z poznawczego punktu widzenia, ale równie¿ da³aby mo¿liwoæ prak-tyce hodowlanej wyboru osobników o preferowanych genotypach zarówno do tuczu, jak i hodowli zarodo-wej.
Cechy zwi¹zane z jakoci¹ tuszy i miêsa nale¿¹ do grupy tzw. cech ilociowych, które s¹ wynikiem od-dzia³ywania poligenowego, jak równie¿ czynników rodowiskowych. Geny wp³ywaj¹ce na wartoæ tych cech nazywane s¹ genami cech ilociowych (quantita-tive traits loci QTLs) (8). W grupie tych genów wy-ró¿nia siê takie, których udzia³ w kszta³towaniu danej cechy jest szczególnie znacz¹cy i wówczas okrela siê je mianem genów g³ównych (major genes). Zalicza siê do nich m.in. gen podatnoci wiñ na stres (RYR1T),
gen kwanego miêsa wiñ (RN) czy gen wysokiej
plennoci owiec booroola (FecB). Dziêki
dynamiczne-mu rozwojowi metod genetyki molekularnej mo¿liwe sta³o siê poznanie lokalizacji, struktury oraz funkcjo-nowania genów odpowiedzialnych za kszta³towanie siê cech ilociowych. Zanim jednak okrelony gen zosta-nie uznany za gen g³ówny, funkcjonuje pod mianem genu kandydata dla danej cechy ilociowej. Wykorzys-tuj¹c najnowsze metody laboratoryjne mo¿liwe sta³o siê analizowanie wp³ywu okrelonych mutacji punk-towych w genach kandyduj¹cych do statusu genów g³ównych, których produkty uczestnicz¹ w procesach fizjologicznych warunkuj¹cych dan¹ cechê.
W identyfikacji genów wp³ywaj¹cych na kszta³to-wanie siê cech ilociowych wykorzystuje siê dwie
metody. Pierwsza obejmuje mapowanie QTLs pole-gaj¹ce na analizie sprzê¿eñ miêdzy wartoci¹ cech u¿ytkowych a szeregiem polimorficznych markerów, g³ównie mikrosatelitarnych, o znanej lokalizacji w ge-nomie. Istotnoæ sprzê¿enia wskazuje po³o¿enie QTLs w odpowiednim chromosomie.
Druga metoda opiera siê na znajomoci procesów fizjologicznych warunkuj¹cych dan¹ cechê oraz czyn-ników, które w tych procesach uczestnicz¹ (hormony i ich receptory, cytokiny, bia³ka transportuj¹ce i inne). Czynniki te wraz z koduj¹cymi je genami badane s¹ pod k¹tem ich wp³ywu na ostateczny kszta³t cechy, a geny te okrelane s¹ mianem genów kandyduj¹cych, czyli potencjalnie warunkuj¹cych poziom danej cechy. Na podstawie analizy polimorfizmu genu uznanego za gen kandyduj¹cy, którego produkty uczestnicz¹ w procesach fizjologicznych prowadz¹cych do eks-presji danej cechy ilociowej, mo¿liwe jest szybkie doskonalenie cech istotnych z ekonomicznego punktu widzenia. Celowe wydaje siê wiêc podjêcie badañ ma-j¹cych na celu poszukiwanie ewentualnego markera genetycznego powi¹zanego z jakoci¹ tuszy wieprzo-wej, jak równie¿ jakoci¹ miêsa u wiñ.
W ostatnim dziesiêcioleciu, w ró¿nych orodkach naukowych-badawczych poddawano analizie kolejne geny okrelane jako geny kandyduj¹ce dla cech jako-ci tuszy: geny czynników wzrostowych, geny z rodzi-ny MyoD, gen leptyrodzi-ny i jej receptora, gen receptora melanokortiny (MC4R): (2, 8, 12, 15). Niektóre wyni-ki tych badañ wykaza³y istotne zale¿noci pomiêdzy polimorfizmem w tym fragmentach genów a warto-ci¹ analizowanych cech. Nie zidentyfikowano dotych-czas takiego genu, którego polimorfizm mia³by uni-wersalne oddzia³ywanie dla wszystkich ras wiñ, co by³o charakterystyczne dotychczas dla mutacji
punk-Chromosom 4 zwi¹zany z QTL jakoci tuszy u wiñ
ARKADIUSZ TERMAN, PAWE£ URBAÑSKI*, MAREK KMIEÆ
Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierz¹t Wydzia³u Biotechnologii i Hodowli Zwierz¹t AR, ul. Doktora Judyma 6, 71-466 Szczecin
*Instytut Genetyki i Hodowli Zwierz¹t PAN, Jastrzêbiec, ul. Postêpu 1, 05-552 Wólka Kosowska
Terman A., UrbañskiP., Kmieæ M.
Chromosome 4 and its relationship to QTL affecting carcass quality in pigs
Summary
The first study of quantitative trait loci (QTL) in pigs showed that genetic factors controlling important economic traits were located on swine chromosome 4. In recent years, the theory that chromosome 4 in pigs contains many QTL loci affecting growth, carcass and meat quality has been confirmed. It would be interesting to show porcine chromosome 4 as a genetic marker for carcass and meat quality traits.
Medycyna Wet. 2008, 64 (3) 270
towej genu RYR1 (C1843T). Dlatego te¿ w dalszym ci¹gu prowadzi siê badania maj¹ce na celu zidentyfi-kowanie okrelonego genu (genów), których polimor-fizm warunkuje zró¿nicowanie miêsnoci tuszy obser-wowane miêdzy ró¿nymi rasami wiñ.
W zwi¹zku z tym, i¿ chromosom 4 od wielu lat znaj-duje siê w centrum zainteresowañ wielu naukowców jako miejsce po³o¿enia QTLs powi¹zanych z jakoci¹ tuszy, istnieje prawdopodobieñstwo, ¿e geny tam zlo-kalizowane mog¹ w sposób znacz¹cy wp³ywaæ na po-ziom tych cech. W 1994 r. szwedzcy naukowcy z Uni-wersytetu Rolniczego w Uppsali po raz pierwszy zma-powali QTLs zlokalizowane w chromosomie 4 (1). Naukowcy ci wykazali, ¿e w rejonie chromosomu 4, zawartym miêdzy loci S0001 i ATP1B1 znajduj¹ siê geny wp³ywaj¹ce na zawartoæ t³uszczu w tuszy oraz gruboæ s³oniny grzbietowej. Wykazano ponadto, ¿e poddany badaniom rejon chromosomu 4 ograniczony przez loci Sw835 i ATP1B1 zawiera geny wp³ywaj¹ce na gruboæ t³uszczu podskórnego. Jako hipotetyczny gen ten oznaczono i nazwano symbolem FAT1. Mimo 10-letnich badañ, w tym porównawczych analiz map SSC4 z HSA1 i HSA8, nie uda³o siê dotychczas zna-leæ nie tylko przyczynowej mutacji genowej, ale nawet wytypowaæ obiecuj¹cych genów kandyduj¹cych (10). W ostatnich latach w chromosomie 4 zmapowano wiele innych genów, które ze wzglêdu na produkty bia³kowe, jakie koduj¹, sta³y siê przyczynkiem do ba-dañ w kierunku poprawy cech zwi¹zanych z jakoci¹ miêsa wieprzowego.
Jednym z genów zmapowanym w chromosomie 4 wini, który wzbudzi³ du¿e zainteresowanie w ostat-nim okresie, jest gen diacylglicerolacylotransferazy 1 (DGAT1). Bia³ko bêd¹ce produktem tego genu posia-da aktywnoæ enzymatyczn¹ i w zwi¹zku z tym od-grywa bardzo istotn¹ rolê w przemianach triglicery-dów (3). Gen DGAT1 odgrywa równie¿ du¿e znacze-nie w hodowli byd³a jako potencjalny marker gene-tyczny dla cech zwi¹zanych z mlecznoci¹ krów (5, 17). Wykryto bowiem, ¿e zwierzêta nie bêd¹ce nosi-cielami mutacji punktowej, powoduj¹cej zamianê lizy-ny w alaninê, cechowa³a wy¿sza zawartoæ t³uszczu w mleku.
Badania nad wiñskim genem DGAT1 zosta³y pod-jête stosunkowo niedawno dopiero w 2002 r. Non-neman i Rohrer (11) zidentyfikowali 15 nowych mu-tacji punktowych typu SNPs zarówno w intronach, jak i w rejonach koduj¹cych. Cztery z wykrytych mutacji, zlokalizowane kolejno w eksonach 8, 9, 13 i 17 sta³y siê przedmiotem podjêtych dwa lata temu badañ hisz-pañskich naukowców (9). Prowadz¹c badania na ma-teriale obejmuj¹cym ³¹cznie oko³o 90 wiñ nale¿¹cych do piêciu ras europejskich: iberia, landrace, wielka bia³a, meishan i pietrain okrelono czêstoæ wystêpo-wania poszczególnych mutacji punktowych. W odnie-sieniu do transwersji C/G i dwóch tranzycji C/T zlo-kalizowanych w eksonach 8, 13 i 17 badane zwierzêta okaza³y siê monomorficzne. Miêdzyrasowe
zró¿nico-wanie w czêstoci alleli stwierdzono tylko dla tranzy-cji G/A. We wszystkich przebadanych rasach allel G wystêpowa³ ze znacznie wy¿sz¹ frekwencj¹, jednak ze wzglêdu na ma³¹ liczbê przebadanych zwierz¹t po-szczególnych ras badania te nale¿y uznaæ jedynie za wstêpne, które nale¿a³oby zweryfikowaæ na bardziej licznym stadzie zwierz¹t.
Ze wzglêdu na istniej¹cy stan wiedzy na temat genu DGAT1 oraz produktu bia³kowego przez niego kodo-wanego celowe wydaje siê wiêc podjêcie badañ nad poszukiwaniem nowych mutacji w tym genie, a na-stêpnie zbadanie zale¿noci miêdzy poszczególnymi genotypami a cechami miêsnoci tuszy.
Kolejnym genem mog¹cym mieæ du¿e znaczenie w produkcji i hodowli trzody chlewnej ze wzglêdu na lokalizacjê w chromosomie 4 (4q21.-23) jest gen AGL. Produktem bia³kowym tego genu jest enzym zaanga-¿owany w degradacjê glikogenu, posiadaj¹cy aktyw-noæ 4-a-glukotransferazy i 1,6-amylo-glukozydazy, a jak wiadomo, poziom glikogenu w miêniu jest jed-nym z wa¿niejszych wyznaczników jakoci miêsa. Koæwin-Podsiad³a i wsp. (7) wykazali, ¿e wartoæ potencja³u glikolitycznego przekraczaj¹ca 130 µmol/g w momencie uboju zwierz¹t stwarza lepsze warunki do g³êbszej glikogenolizy, co z kolei powoduje silniej-sze zakwasilniej-szenie tkanki miêniowej w 24., 48. i 96. godz. post mortem oraz janiejsz¹ barwê miêsa.
Ludzki gen AGL o wielkoci 85 kpz zbudowany z 35 eksonów podzielonych sekwencjami intronowy-mi zosta³ zmapowany w chromosointronowy-mie 1. Pos³u¿y³ on nastêpnie do badañ nad wiñskim genem AGL, ponie-wa¿ zaprojektowane sekwencje starterowe by³y wy-konane na bazie sekwencji eksonów 26 i 27 genu AGL cz³owieka, a fragment wielkoci oko³o 4,2 kb sklono-wano i zsekwencjonosklono-wano (13).
Stratil i wsp. (13) zidentyfikowali w wiñskim ge-nie AGL mutacjê typu Indel, polegaj¹c¹ na insercji/ delecji fragmentu wielkoci 275 pz. W przebadanych rasach wiñ allel L (long) bêd¹cy wynikiem tej muta-cji wystêpowa³ ze znacznie wy¿sz¹ czêstoci¹ w po-równaniu do allelu S (short), a takie rasy, jak: wielka bia³a, pietrain, black pied prestice i hampshire cecho-wa³a ca³kowita monomorficznoæ wzglêdem allelu L. Podczas dalszej analizy opracowano kolejny polimor-fizm w genie AGL, który rozpoznawany jest enzymem restrykcyjnym AvaII. Miejsce polimorficzne znajduje siê w obrêbie elementu SINE (735-739), sekwencji charakterystycznej dla allelu L. U zwierz¹t homozy-gotycznych SS wzglêdem mutacji Indel polimorfizm AvaII by³ nieobecny, podczas gdy u heterozygot LS wystêpowa³ tylko jeden z alleli (A lub B) bêd¹cych wynikiem tej mutacji. Frekwencja alleli A i B by³a ró¿na w ró¿nych rasach. U wiñ meishan, duroc i czech meat pig wy¿sz¹ czêstoæ wykazywa³ allel A, nato-miast u pietrain obydwa allele wystêpowa³y z podob-n¹ czêstoci¹ (13). Badania dotycz¹ce powi¹zañ tych polimorfizmów z jakoci¹ tuszy wiñ nie by³y dotych-czas prowadzone.
Medycyna Wet. 2008, 64 (3) 271
Stratil i wsp. (14), analizuj¹c chromosom 4, opisali inny gen, a mianowicie AMPD1, który ze wzglêdu na po³o¿enie w chromosomie 4 w obrêbie QTLs wa¿nych dla cech jakoci tuszy mo¿e byæ rozpatrywany jako obiecuj¹cy gen kandyduj¹cy. Bia³ko bêd¹ce produk-tem tego genu nale¿y do du¿ej rodziny enzymów cha-rakterystycznych dla ssaków, a mianowicie katalizu-j¹cych przemianê AMP w IMP w miêniach szkiele-towych i odgrywa wa¿n¹ rolê w cyklu przemian zasad purynowych. W intronie 7 genu AGL zidentyfikowa-no tranzycjê A®C, rozpoznawan¹ enzymem RsaI. Dwa allele, A i C, bêd¹ce wynikiem tranzycji wystêpowa³y tylko u wiñ meishan z czêstoci¹ A = 0,33 i B = 0,67. Natomiast pozosta³e poddane analizie rasy (wielka bia³a, krajowa, pietrain, hampshire, black pied presti-ce, czech meat pig, i duroc) charakteryzowa³y siê mo-nomorficznymi formami allelu A, jednak ze wzglêdu na ma³¹ liczbê zwierz¹t ujêtych do tych badañ oraz brak jakichkolwiek informacji na temat powi¹zañ po-limorfizmu z cechami tuszy, interesuj¹ce by³oby zwe-ryfikowanie tych informacji.
Inni badacze (16), poszukuj¹c markerów genetycz-nych zlokalizowagenetycz-nych w chromosomie 4, zwi¹zagenetycz-nych z QTLs dla cech jakoci tuszy, wykryli kilka pojedyn-czych podstawieñ nukleotydowych w genie koduj¹-cym bia³ko laminê LMNA, zarówno typu A, jak i C. Lamina jest bia³kiem zaanga¿owanym w aktywacjê replikacji, transkrypcji, jak równie¿ w regulacjê cyk-lów komórkowych oraz wzrost i rozwój miêni (6). Ze wzglêdu na pe³nione funkcje oraz fakt umiejsco-wienia locus w 4 chromosomie (4) mo¿e stanowiæ w po³¹czeniu z metodami genetyki molekularnej istot-ne ród³o informacji w przypadku analizy cech zwi¹-zanych z u¿ytkowoci¹ miêsn¹ wiñ.
Z dostêpnych danych pimiennictwa wynika, ¿e w chromosomie 4 u wini znajduje siê wiele loci dla genów istotnych z punktu widzenia poprawy wartoci cech zwi¹zanych z u¿ytkowoci¹ tuczn¹ i miêsn¹ wiñ. Istotnym wiêc wydaje siê fakt próby podjêcia badañ zmierzaj¹cych do analizy ju¿ wykrytych oraz detekcji nowych mutacji punktowych w genach, które zlokali-zowane s¹ w chromosomie 4 w pobli¿u QTLs powi¹-zanych z jakoci¹ tuszy wieprzowej.
Pimiennictwo
1.Andersson L., Haley C. S., Ellegren H., Knott A. S., Johansson M., Anders-son K., AndersAnders-son-Eklund L., Lilja-Edfors I., Fredholm M., HansAnders-son I., Hakansson J., Lundstrõm K.: Genetic mapping of quantitative trait loci for growth and fatness in pigs. Sci. 1994, 263, 1771-1774.
2.Bruun C. S., Jørgensen C. B., Nielsen V. H., Andersson L. M., Fredholm M.: Evaluation of the porcine melanocortin 4 receptor (MC4R) gene as a positio-nal candidate for a fatness QTL in a cross between Landrace and Hampshire. Anim. Genet. 2006, 37, 359-362.
3.Cases S., Smith S. J., Zheng Y. W.: Identification of a gene encoding an acyl CoA: diacylglycerol acyltransferase, a key enzyme in triacylglycerol synthe-sis. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1998, 95, 13018-13023.
4.Goureau A., Yerle M., Schmitz A., Riquet J., Milan D., Pinton P., Frelat G., Gellin J.: Human and porcinecorrespondence of chromosome segments using-bidirectional chromosome painting. Genomics 1996, 36, 252-262. 5.Grisart B. W., Coppieters F., Farnir L., Karini C., Forol P., Berzi N.,
Cambi-sano M., Mni S., Revol P., Simon R., Spelman M., Georges R.: Positional candidate cloning of a QTL in dairy cattle. Identification of a missense
muta-tion in the bovine DGAT1 gene with major effect on milk yield and compo-sition. Gen. Res. 2002, 12, 222-231.
6.Gruenbaum Y., Goldman R. D., Meyuhas R., Mills E., Margalit A., Fridkin A., Dayani Y., Prokocimer M., Enosh A.: The nuclear lamina and its functions in the nucleus. Int. Rev. Cytol. 2003, 226, 1-62.
7.Koæwin-Podsiad³a M., Krzêcio E., Antosik K., Popiech E., Grze B., Zybert A., Sieczkowska H.: The preliminary investigations under the determinant of culinary and technological usefulness of pork meat. Anim. Sci. Pap. Rep. 2004,
8.Kury³ J.: Geny cech ilociowych zwierz¹t gospodarskich aktualny stan ba-dañ. Prace Mat. Zoot. 2000, 56, 7-50.
9.Mercade A., Sanchez A., Folch J. M.: Exclusion of the acyl CoA: diacyl-glycerol acyltransferase 1 gene (DGAT1) as a candidate for a fatty acid com-position QTL on porcine chromosome 4. J. Anim. Breed. Genet. 2005, 122, 161-164.
10.Moller M., Berg F., Riquet J., Pomp D., Archibald A., Anderson S., Feve K., Zhang Y., Rotschild M., Milan D., Andersson L., Tuggle Ch. K.: High-reso-lution comparative mapping of pig Chromosome 4, emphasizing the FAT1 region. Mamm. Gen. 2004, 109, 4823-4840.
11.Nonneman D., Rohrer G. A.: Linkage mapping of porcine DGAT1 to a region of chromosome 4 that contains QTL for growth and fatness. Anim. Gen. 2002, 33, 468-469.
12.Stachowiak M., Mackowski M., Madeja Z., Szydlowski M., Buszka A., Kaczmarek P., Rubis B., Mackowiak P., Nowak K. W., Switonski M.: Poly-morphism of the porcine leptin gene promoter and analysis of its association with gene expression and fatness traits. Biochem. Gen. 2007, 45, 245-253. 13.Stratil A., Blakova P., Kopeèny M., Bartenschlager H., Van Poucke M.,
Peelman L. J., Fontanesi L., Davoli R., Scotti E., Russo V., Geldermann H.: Characterization of a SINE indel polymorphism in the porcine AGL gene and assignment of the gene to chromosome 4q. Anim. Gen. 2003, 34, 146--148.
14.Stratil A., Knoll A., Moser G., Kopeèny M., Geldermann H.: The porcine adenosine monophosphate deaminase 1 (AMPD1) gene maps to chromo-some 4. Anim. Gen. 2000, 31, 147-148.
15.Urbañski P.: Geny warunkuj¹ce tempo wzrostu i ot³uszczenie tuszy wiñ. Prace Mat. Zoot. 2003, 49-65.
16.Wagenknecht D., Stratil A., Bartenschlager H., Van Poucke M., Peelman L.J., Majzlik I., Geldermann H.: SNP identification, linkage and radiation hybrid mapping of the porcine lamin A/C (LMNA) gene to chromosome 4q. J. Anim. Breed. Genet. 2006, 123, 280-283.
17.Winter A., Kramer W., Werner F. A. O., Kollers S., Kata S., Durstewitz G., Buitkamp J., Womack J. E., Thaller G., Fries R.: Association of a lysine-232/ alanine polymorphism in a bovine gene encoding acyl-CoA: diacylglycerol acyltransferase (DGAT1) with variation at a quantitative trait locus for milk fat content. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2002, 9300-9305.
Adres autora: dr in¿. Arkadiusz Terman, ul. Doktora Judyma 6, 71-466 Szczecin; e-mail: arkadiusz.terman@biot.ar.szczecin.pl
