Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Phänotypisierung von Schweinen einer F2-Ressourcenpopulation für molekulargenetische Untersuchungen zum Beinschwächesyndrom: histologische Klassifizierug von Knorpelstrukturen, Vergleich mit Exterieur- und Leistungsmerkmalen sowie mRNA-Expressionsanalysen einzelner funktionaler Kandidatengene

Theune, Christiane

Leg problems are of special interest for pig breeding as they are associated with animal and performance losses; therefore, sustainable strategies for the establishment of limb disease free populations are necessary. For this reason, several research projects deal with gathering of leg unsoundness and identification of candidate genes to establish the prerequisites for those strategies. The aim of this study was to accurately phenotype an experimental F2 Duroc x Pietrain population of 139 pigs regarding leg soundness and to evaluate the relations between pathological cartilage alterations and fattening and slaughtering performance. In addition, the mRNA expression of few functional candidate genes should be quantified via real time RT-PCR to detect potential differences between diseased and modified cartilage. The histological findings of proximal and distal joint surfaces of humerus and femur were set in relation with exterior data (fundament angle of the front legs and hind legs as well as position of the hind legs). To be able to highlight the relation among fundament problems and genetic influences of candidate genes, the histological findings were used as base. The pathohistological evaluation was carried out using histological sections of proximal and distal joint surfaces of humerus und femur. The classification scheme was derived from literature and used a categorisation in four classes from 0 to 3. All sections with no pathohistological changes were assigned to class 0. Severe alterations with necroses and/or ossification were classified into class 3. Regarding the exterior, only 12 % of the animals had an optimal fundament. The pathohistological evaluation detected alterations of varying severity in all animals. An accordance of exterior and histopathological scoring could be confirmed for some traits. Data of performance and meat quality were condensed by factor analysis into two factors – “carcass composition” and “meat composition”. A general influence of the factor “carcass composition” could be detected, e.g. on the angle of the hind legs as well as depending on sex on the severity of the alterations of the distal joint surfaces of humerus and femur. The factor “meat composition” was associated with various traits of pathohistology as well as exterior. A general gender difference among the different traits could not be detected within the experimental population. For the analysis of the candidate genes collagen I, II, V, X and TGF- β3 mRNA in cartilage tissue of joints with a histological classification of class 0 and 3 was used. A difference in expression between healthy and diseased cartilage of joint surfaces could not be statistically confirmed by comparison of means. In contrast, significant differences in the mRNA expression of collagen I, collagen V as well as collagen X between individual joint surfaces were found. In the mode of classifying the phenotype by histopathological evaluation established herein for the Duroc x Pietrain resource population was a suitable basis for the present work. The accordance of histological findings and exterior traits was not always present. Therefore the histological recordings of joint alterations should not be neglected in further studies on the genetic principles of leg soundness. The negative relation of joint alterations on production traits, in particular meat composition, could be replenished and supported with new traits. In this study, the selected candidate genes proved to be unsuitable for the distinction of healthy and diseased cartilages. Further studies should in addition to enlargement of animal and sample numbers also increase the spectrum of potential candidate genes. Screening methods as for example microarrays seem promising.

Gliedmaßenerkrankungen sind von besonderem Interesse für die Schweinezucht, weil sie mit Tierverlusten und Leistungseinbußen einhergehen und deshalb nachhaltige Strategien zur Etablierung gliedmaßengesunder Populationen nötig sind. Aus diesem Grund befassen sich bereits mehrere Forschungsvorhaben mit der Erfassung von Gliedmaßenerkrankungen und mit der Identifikation von Kandidatengenen, um die Voraussetzungen für derartige Strategien zu schaffen. Ziel dieser Studie war eine Experimentalpopulation von 139 Schweinen einer F2-Generation einer Duroc x Pietrain-Ressourcenpopulation hinsichtlich der Gliedmaßengesundheit exakt zu phänotypisieren und Zusammenhänge zwischen pathologischen Knorpelveränderungen und Merkmalen der Mast- und Schlachtleistung zu prüfen. Des Weiteren sollte die mRNA-Expression einiger funktionaler Kandidatengene mittels Echtzeit-RT-PCR zur Detektion möglicher Unterschiede zwischen degeneriertem und unverändertem Gelenkknorpel quantifi­ziert werden. Die histologischen Befunde der proximalen und distalen Gelenkflächen von Humerus und Femur wurden mit den Exterieurdaten (Fundamentmerkmale der Winkelungen von Vorder- und Hintergliedmaßen sowie der Stellung der Hintergliedmaße) in Beziehung gesetzt. Um mögliche Zusammenhänge zwischen Fundamentproblemen und genetischen Ein­flüssen durch einige funktionelle Kandidatengene zu prüfen, wurden die histologischen Befunde als Basis verwendet. Die pathohistologische Beurteilung erfolgte an Schnitten der proximalen und distalen Gelenkoberflächen von Humerus und Femur. Das verwendete Klassifizierungsschema wurde aus der Literatur abgeleitet und sah die Unterteilung in vier Klassen von 0 bis 3 vor. Der Klasse 0 wurden die Schnitte zugeordnet, die keine pathohisto­logischen Veränderungen aufwiesen. Hochgradig massive Veränderungen mit Nekrosen und/ oder Verknöcherungszonen kennzeichneten dagegen die Schnitte der Klasse 3. Im Exterieur wiesen nur 12 % der beurteilten Tiere ein optimales Fundament auf. In der pathohisto­logischen Beurteilung wurden bei allen Tieren Alterationen unterschiedlicher Schweregrade festgestellt. Eine Übereinstimmung der Exterieur- und der histopathologischen Beurteilungs­systeme konnte bei einigen Merkmalen bestätigt werden. Die Daten der Mast- und Schlacht­leistung wurden in einer Faktorenanalyse zu zwei Faktoren – „Schlachtkörperbeschaffenheit“ und „Fleischbeschaffenheit“ – komprimiert. Ein genereller Einfluss des Faktors „Schlacht­körperbeschaffenheit“ konnte u. a. auf die Winkelung hinten sowie, in Abhängigkeit vom Ge­schlecht, auf den Grad der Alterationen an den distalen Gelenkflächen von Humerus und Fe­mur abgesichert werden. Der Faktor „Fleischbeschaffenheit“ konnte mit mehreren Merkmalen der Pathohistologie sowie des Exterieurs assoziiert werden. Ein genereller Geschlechtsunter­schied in den verschiedenen Merkmalen wurde in der Ressourcenpopulation nicht festgestellt. Als funktionale Kandidatengene wurden die mRNAs von Kollagen I, II, V, X sowie TGF-β3 in Knorpelgeweben von Gelenken untersucht, die histopathologisch als „Histologie/Tier“-Gruppe 0 und 3 klassifiziert wurden. Ein Expressionsunterschied zwischen gesundem und erkranktem Gelenkknorpel der einzelnen Gelenkoberflächen konnte durch einen Mittelwertsvergleich nicht abgesichert werden. Dagegen wurden signifikante Unterschiede in der mRNA-Expression des Kollagen I, Kollagen V sowie des Kollagen X zwischen einzelnen Gelenkoberflächen aufgedeckt. Der hier definierte, anhand des erstellten histologischen Beurteilungsschemas objektivierbare Phänotyp der Ressourcenpopulation aus Duroc- und Pietrain-Schweinen war als Basis der weiteren Analysen geeignet. Die Übereinstimmung zwischen den Histologiebefunden und Exterieurmerkmalen war nicht überall vorhanden, weshalb auf die histologische Erfassung der Gelenkveränderungen im Rahmen von weiterführenden Untersuchungen zu den genetischen Grundlagen der Fundamentstabilität nicht verzichtet werden sollte. Der negative Zusammenhang von Gelenkveränderungen mit Produktionsmerkmalen, insbesondere der Fleischbeschaffenheit, konnte mit neuen Merkmalen ergänzt und belegt werden. Die untersuchten mRNAs zeigten in dieser Studie keine Unterschiede zwischen gesundem und krankem Gelenkknorpel und daher erscheinen die entsprechenden Gene als Kandidatengene nicht geeignet. In weiterführenden Untersuchungen sollte neben einer Erweiterung der Tier- und Probenzahlen auch das Spektrum möglicher Kandidatengene erweitert werden, wobei Screeningmethoden wie z. B. Mikroarrays vielversprechend erscheinen.

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Theune, Christiane: Phänotypisierung von Schweinen einer F2-Ressourcenpopulation für molekulargenetische Untersuchungen zum Beinschwächesyndrom: histologische Klassifizierug von Knorpelstrukturen, Vergleich mit Exterieur- und Leistungsmerkmalen sowie mRNA-Expressionsanalysen einzelner funktionaler Kandidatengene. Hannover 2008. Tierärztliche Hochschule.

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