Polymorfismus kandidátních genů imunitního systému skotu a jeho vztah k funkčním znakům

Ing. Ladislav Tichý

Doctoral thesis

Polymorphism of bovine immune system candidate genes and its relation to functional traits

Abstract:

Receptory imunitních buněk hrají klíčovou roli při napadení organismu infekčním patogenem. Do této skupiny patří bílkovinné Toll-like receptory, které rozpoznávají široké spektrum pro organismus nebezpečných struktur. Disertační práce se zabývala vztahem mezi jednonukleotidovými polymorfismy v genech těchto receptorů a jejich signálních drah a funkčními znaky skotu. V první časti byla studována variabilita v genu IRAK1 za pomocí technologií Sangerova sekvenování a DNA čipů. Sekvenování regionů odhalilo přítomnost SNP rs480726521 a rs210710958. Technologie DNA čipů byla použita pro stanovení alelických frekvencí polymorfismus rs110533802 pro 10 492 zvířat u 6 plemen skotu. Významně vyšší frekvence mutované alely u dojných plemen vedla k hypotéze o asociaci SNP se znaky mléčné užitkovosti. K odhadu této potenciální asociace u 1016 holštýnských dojnic byl použit statistický model GLM. Statisticky významné výsledky byly nalezeny pro skóre somatických buněk na první (p = 0,0436) a druhé laktaci (p = 0,0135), hloubku vemene (p = 0,0001), celkový znak hodnocení vemene (p = 0,0202), kondici (p = 0,0047), hranatost (p = 0,0450), rámec (p = 0,0134) a úhel paznehtu (p = 0,0283). Pro detekci 10 SNP v genu TLR2 byla použita metoda extenze primeru SNaPshot (Life Technologies, Thermo Fisher Scientific) pro 823 dojnic Českého strakatého skotu (ČESTR). Z aplikace Deník nemocí a léčení (Výzkumný ústav živočišné výroby, v.v.i., Praha Uhříněves) byla sbírána data o výskytu mastitidy. Ve studované populaci byla objeveny absolutní genové vazby mezi polymorfismy a pro tyto skupiny byly nalezeny statisticky významné rozdíly pro heterozygotní genotypy ve výskytu mastitidy na první a druhé laktaci. Pro polymorfismus rs43706434 byl nalezen statisticky významný rozdíl mezi původním homozygotním genotypem CC a heterozygotním genotypem CT. V rámci práce byla také navržena a optimalizována sada pro detekci polymorfismů rs29017188 a rs8193069 v genu TLR4 metodou PCR-HRM. V poslední části byl monitorován výskyt původců mastitid na experimentální farmě Netluky metodou Real-time PCR u dojnic ČESTR. Během screeningu bylo prověřeno 280 vzorků mléka, při kterých byla odhalena nejčastěji přítomnost Corynobacterium bovis (92), Staphylococcus auresus (34), Streptoccoccus uberis (8) a třech dalších bakteriálních patogenů.

Abstract:

Immune cell receptors play a key role when an organism is attacked by infectious pathogens. This group includes protein Toll-like receptors that recognize a wide spectrum of dangerous structures within the organism. The PhD thesis focused on exploring the relationship between single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in the genes of these receptors and their signaling pathways and functional traits in cattle. The first part of the study examined the variability in the IRAK1 gene using Sanger sequencing and DNA microarray technologies. Sequencing of the regions revealed the presence of SNPs rs480726521 and rs210710958. DNA chip technology was utilized to determine the allelic frequencies of the rs110533802 polymorphism in 10,492 animals from 6 different breeds of cattle. The significantly higher frequency of the mutant allele in dairy breeds raised the hypothesis of an association between these SNPs and milk yield traits. To explore this potential association, a GLM statistical model was applied to 1016 Holstein dairy cows, yielding statistically significant results for first (p = 0.0436) and second lactation somatic cell scores (p = 0.0135), udder depth (p = 0.0001), total udder score (p = 0.0202), body condition score (p = 0.0047), angulatiry (p = 0.0450), stature (p = 0.0134), and hoof angle (p = 0.0283). Next, the study focused on detecting 10 SNPs in the TLR2 gene using the SNaPshot primer extension method (Life Technologies, Thermo Fisher Scientific) in 823 dairy cows of the Czech Fleckvieh Cattle (ČESTR) breed. Data on the occurrence of mastitis were collected from the "Diary of Diseases and Treatments" (Institute of Animal Science, Uhříněves, Prague). The study revealed absolute gene linkage between the polymorphisms studied and statistically significant differences were found for heterozygous genotypes in the occurrence of mastitis during the first and second lactation. For the rs43706434 polymorphism, a statistically significant difference was found between the original homozygous CC genotype and the CT heterozygous genotype. Furthermore, the study designed and optimized a kit for the detection of rs29017188 and rs8193069 polymorphisms in the TLR4 gene using the PCR-HRM method. Lastly, the occurrence of mastitis-causing agents at the Netluky experimental farm was monitored using the Real-time PCR method in ČESTR dairy cows. A total of 280 milk samples were examined, with Corynobacterium bovis (92), Staphylococcus aureus (34), Streptococcus uberis (8), and three other bacterial pathogens being the most frequently detected.

Keywords

genotypování, vrozená imunita, mastitida, SNP, diverzita

Keywords

SNP, genotyping, innate immunity, mastitis, diversity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 8. 2023

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Luboš Vostrý, Ph.D.
• Reader: Jindřich Čítek, Bc., externi, Karel Mach, Ph.D., MVDr., externi, Antonín Stratil, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme:
Applied Animal Science