Evaluating the effects of the leptin receptor gene on pigs and pork

Abstract

El receptor de la leptina és un receptor d’alta afinitat que s'uneix a la leptina, una hormona clau que regula la ingesta d'aliments i l'equilibri energètic en mamífers. Les mutacions defectuoses en el gen del receptor de la leptina (LEPR) causen resistència a la leptina en alterar la funció del receptor. En porcs, l'al·lel recessiu T del polimorfisme de sentit erroni rs709596309 C>T de LEPR s’associa amb nivells elevats de leptina circulant i a una major acumulació de greix. Aquesta tesi, que s’emmarca dins la recerca actual del Grup de Millora Genètica Animal de la Universitat de Lleida–Agrotecnio Center, investiga l'impacte d'aquest polimorfisme en els caràcters de producció i qualitat en una línia de porcs Duroc orientada a mercats prèmium, així com la seva influència en la composició de la microbiota intestinal. El primer experiment (Capítol 1), es va centrar a avaluar la influència de LEPR en el comportament i el rendiment dels garrins fins al deslletament. Els resultats mostren que els garrins TT pesen més en nèixer, són més vitals i comencen a mamar abans. Per això, creixen més durant la lactació i pesen més al deslletament que els garrins dels altres genotips. En un segon experiment, es va investigar la influència de LEPR sobre el rendiment dels porcs durant l’engreix i els caràcters de qualitat de la canal i de la carn (Capítol 2), així com també sobre la composició d’àcids grassos volàtils de cadena curta i de la microbiota en la femta (Capítol 3). Els resultats van confimar que els porcs TT són menys eficients en la producció de carn de porc i produeixen una canal d’inferior qualitat. Tot i que pesen més, les seves canals contenen menys carn magra, són més curtes i tenen menys llom. A part del marbrejat i d’un major contingut d'àcids grassos saturats, els canvis observats en els altres caràcters de qualitat de la carn són probablement massa subtils per apreciats pels consumidors. L'efecte de LEPR sobre el marbrejat excedeix el que té sobre el greix intramuscular, cosa que suggereix que els músculs dels porcs TT presenten un patró de distribució de greix diferent. El genotip TT provoca un canvi en la microbiota intestinal a favor dels gèneres que degraden midó en lloc dels que degraden la proteïna. S’han identificat catorze gèneres com a responsables d'aquest canvi, tot i que només cinc d’ells son independents de la quantitat d'aliment ingerit. S’ha comprovat que la ingesta d’aliment és un factor clau en l’alteració de la microbiota intestinal i que el gènere Oscillospiraceae UCG-005 té potencial com a biomarcador intestinal específic de LEPR associat amb l’obsesitat. En un tercer experiment (Capítol 4), es va identificar una nova variant d’alt impacte en les races criolles colombianes Casco de Mula i Zungo. Aquesta variant, que es del tipus splice-donor, és una deleció de 7 pb amunt de l'intró entre els exons 15 i 16 (SSC6: 146829573-146829580 pb). Els resultats obtinguts recolzen el paper clau de LEPR en la regulació de la ingesta d'aliments i de l'adipositat en porcs, i confirmen que els beneficis de l'al·lel T  més enllà del seu valor en recerca , es limiten a mercats on el marbrejat es valora prou com per compensar la pèrdua associada en l’eficiència alimentària i la qualitat de la canal.

El receptor de la leptina es un receptor de alta afinidad que se une a la leptina, una hormona clave que regula la ingesta de alimentos y el equilibrio energético en los mamíferos. Las mutaciones defectuosas en el gen del receptor de la leptina (LEPR) causan resistencia a la leptina al alterar la función del receptor. En cerdos, el alelo recesivo T del polimorfismo sin sentido rs709596309 C>T de LEPR se asocia con un aumento de los niveles circulantes de leptina y una mayor deposición de grasa. Esta tesis, realizada como parte de una investigación en curso en el Grupo de Mejora Genética Animal de la Universidad de Lleida y el Centro Agrotecnio-CERCA, investiga el impacto de este polimorfismo en los rasgos de producción y calidad en una línea de cerdo Duroc criado para mercados premium, así como su influencia en la composición de la microbiota intestinal. El primer experimento (capítulo 1) se centró en evaluar el efecto del LEPR sobre el comportamiento y el rendimiento de los lechones hasta el destete. Los resultados muestran que los lechones TT son más pesados al nacer, muestran una mayor vitalidad y empiezan a mamar antes. En consecuencia, presentan un mejor crecimiento durante la lactación y alcanzan un peso superior al destete en comparación con los lechones de otros genotipos. En un segundo experimento, se investigó la influencia del LEPR en el rendimiento post-destete, la canal y los rasgos de calidad de la carne de cerdo (Capítulo 2), así como en la composición fecal de ácidos grasos de cadena corta y microbiota (Capítulo 3). Los resultados confirmaron que los cerdos TT son menos eficientes en la producción de carne de cerdo y tienen peor calidad de canal. Aunque son más pesadas, sus canales contienen menos carne magra, son más cortas y tienen lomos más ligeros. Aparte de un mayor veteado y un mayor contenido de ácidos grasos saturados, los cambios en otros rasgos de calidad de la carne de cerdo son probablemente demasiado sutiles para ser perceptibles por los consumidores. El efecto del LEPR sobre el marmoleo se extiende más allá de la grasa intramuscular, lo que sugiere que los músculos de los cerdos TT presentan un patrón de distribución de la grasa diferente. El genotipo TT también induce un cambio en la microbiota intestinal, resultando en un enriquecimiento de los géneros que degradan el almidón en lugar de los que degradan las proteínas. Se han identificado catorce géneros que contribuyen a este cambio, pero sólo cinco eran independientes de la ingesta de alimento. La ingesta de alimento demostró ser un factor importante en la alteración de la microbiota intestinal, y el género Oscillospiraceae UCG-005 muestra potencial como biomarcador LEPR-específico asociado a la obesidad. En un tercer experimento (Capítulo 4), se identificó una nueva variante donadora de empalme de alto impacto de LEPR en las razas criollas colombianas Casco de Mula y Zungo. Esta variante consiste en una deleción de 7 pb que se extiende aguas arriba en el intrón entre los exones 15 y 16 (SSC6: 146829573-146829580 pb). Los resultados aportan más pruebas del papel crucial de LEPR en la regulación de la ingesta de alimento y la adiposidad en cerdos, y confirman que los beneficios del alelo T -más allá de su valor en investigación- se limitan a los mercados en los que el marmoleo se valora lo suficiente como para compensar la pérdida asociada en la eficiencia alimentaria y la calidad de la canal.

The leptin receptor is a high-affinity receptor that binds leptin, a key hormone that regulates food intake and energy balance in mammals. Defective mutations in the leptin receptor gene (LEPR) cause leptin resistance by impairing receptor function. In pigs, the recessive T allele of the missense polymorphism rs709596309 C>T of LEPR is associated with increased circulating leptin levels and greater fat deposition. This thesis, conducted as part of ongoing research at the Animal Breeding Group of the Universitat de Lleida and the Agrotecnio-CERCA Center, investigates the impact of this polymorphism on production and quality traits in a Duroc pig line bred for premium markets, as well as its influence on intestinal microbiota composition. The first experiment (Chapter 1) focussed on evaluating the effect of LEPR on piglet behaviour and performance up to weaning. Findings show that TT piglets are heavier at birth, display greater vitality, and begin suckling earlier. As a result, they exhibit improved growth during lactation and reach a higher weight at weaning compared to piglets with other genotypes. In a second experiment, the influence of LEPR on post-weaning performance, carcass, and pork quality traits (Chapter 2), as well as on faecal short-chain fatty acid and microbiota composition (Chapter 3), was investigated. The results confirmed that TT pigs are less efficient at producing pork and have poorer carcass quality. Although they are heavier, their carcasses contain less lean meat, are shorter, and have lighter loins. Aside from increased marbling and a higher saturated fatty acid content, changes in other pork quality traits are likely too subtle to be perceptible to consumers. The effect of LEPR on marbling extends beyond intramuscular fat, suggesting that the muscles of TT pigs display a different fat distribution pattern. The TT genotype also induces a shift in the gut microbiota, resulting in an enrichment of starch-degrading rather than protein-degrading genera. Fourteen genera have been identified as contributors to this change, but only five were independent from feed intake. Feed intake proved to be a major factor in altering intestinal microbiota, and the genus Oscillospiraceae UCG-005 shows potential as a LEPR-specific biomarker associated with obesity. In a third experiment (Chapter 4), a novel, high-impact, splice-donor variant of LEPR was identified in the Colombian Creole breeds Casco de Mula and Zungo. This variant consists of a 7-bp deletion that extends upstream in the intron between exons 15 and 16 (SSC6: 146829573-146829580 bp). The findings provide further evidence of the crucial role of LEPR in regulating feed intake and adiposity in pigs, and confirm that the benefits of the T allele  beyond its value in research are confined to markets where marbling is sufficiently valued to offset the associated loss in feed efficiency and carcass quality.