Genomic analysis of fatty acid composition and gut microbiota in pigs

La carne de cerdo es una de las carnes más consumidas en el mundo, cuyo valor se ve afectado por su calidad y las preferencias del consumidor. La composición de los ácidos grasos (AGs) en músculo y tejido adiposo modifica la calidad de la carne. Del mismo modo, la microbiota intestinal, a través de la producción de metabolitos como los ácidos grasos volátiles, puede también afectar su calidad. Sin embargo, la relación entre el genoma del cerdo y su microbiota intestinal no está bien estudiada. En la presente tesis se han realizado una serie de trabajos con el fin de profundizar en los mecanismos genéticos implicados en la determinación de la composición de los AGs. Además, se ha estudiado la composición de la microbiota a lo largo del intestino y su interacción con el genoma porcino. Se realizaron estudios de asociación del genoma completo (GWAS) entre 38.424 Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) y 60 caracteres fenotípicos relacionados con la composición de los AGs en músculo y grasa dorsal de 441 cerdos pertenecientes a tres retrocruces de la población experimental IBMAP: BC1_LD (25% Ibérico y 75% Landrace), BC1_PI (25% Ibérico y 75% Pietrain), y BC1_DU (25% Ibérico y 75% Duroc). El GWAS reveló nueve regiones del genoma porcino asociadas con doce caracteres de la grasa dorsal y seis regiones asociadas con seis medidas de la grasa intramuscular. Dentro de estas regiones, se identificaron 50 genes como candidatos funcionales a explicar la variación de estos caracteres. Los genes más relevantes fueron ELOVL3, ELOVL6, ELOVL7, FADS2, FASN y SCD. Además, el polimorfismo ELOVL6:c.‑394G>A fue el más asociado con los porcentajes de C14:0, C16:0, y C16:1(n-7) en grasa dorsal. Para estudiar otras variantes genéticas aparte de los SNPs, se detectaron 1.928.746 indels con tres programas (Dindel, SAMtools mpileup, y GATK) mediante los datos de secuenciación del genoma completo de siete fundadores (dos machos Ibéricos y cinco hembras Landrace) del material IBMAP. Se genotiparon diez indels localizados en genes relacionados con el metabolismo lipídico en los 441 cerdos de los tres retrocruces, encontrándose a distintas frecuencias alélicas. En la grasa intramuscular, el indel C1QTNF12:c.557_559delCCG presentó una asociación significativa con el porcentaje de ácido eicosadienoico (C20:2(n-6)). Para describir la composición de la microbiota a lo largo del intestino, se recogió el contenido luminal de cinco regiones (duodeno, yeyuno, íleo, colon proximal y distal) de trece cerdos Ibéricos. Posteriormente, mediante el método de amplificación y secuenciación del gen 16S rRNA, se identificaron 1.669 operational taxonomic units (OTUs) agrupados en 179 géneros, siendo los más abundantes Lactobacillus, Clostridium y Prevotella. Las muestras de colon eran más ricas en especies y se parecían más entre cerdos que las muestras del intestino delgado. Además, las predicciones funcionales del metagenoma a lo largo del intestino mostraron que sus rutas energéticas eran distintas. Finalmente, se estudió la asociación entre el genoma del cerdo y su microbiota intestinal. Se obtuvo la composición de la microbiota del recto de 285 cerdos Ibérico × Duroc mediante la amplificación y secuenciación del gen del 16S rRNA, identificándose un total de 1.257 OTUs agrupados en 101 géneros y 18 filos, siendo los filos más abundantes Firmicutes y Bacteroidetes. El GWAS reveló 17 regiones del genoma porcino asociadas con la abundancia relativa de los géneros Akkermansia, CF231, Phascolarctobacterium, Prevotella, SMB53 y Streptococcus. Dentro de estas regiones, se identificaron 38 genes como candidatos a modular la composición de la microbiota intestinal por su relación con el sistema inmunitario y el metabolismo de los mucopolisacáridos y los ácidos biliares.Pork is one of the most consumed meats worldwide and it is subjected to consumer’s preferences. Meat quality is affected by fatty acid (FA) composition in muscle and adipose tissues. Gut microbiota composition can also affect meat quality through the production of metabolites such as short-chain fatty acids. However, the relationship between pig genome and gut microbiota is not fully understood. In the current thesis, several studies have been performed to improve our knowledge about the genetic determinism of FA composition. In addition, the composition of the microbiota along the pig gut and its interaction with the host genome has been also analysed. Genome-wide association studies (GWAS) were performed among 38,424 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and 60 phenotypic traits related to FA composition in backfat and muscle. This analysis was performed in 441 pigs from three different backcrosses: BC1_LD (25% Iberian and 75% Landrace), BC1_PI (25% Iberian and 75% Pietrain), and BC1_DU (25% Iberian and 75% Duroc) belonging to the IBMAP experimental population. Nine regions of the pig genome were associated with twelve backfat traits, while six regions were associated with six intramuscular fat (IMF) traits. A total of 50 candidate genes were proposed to explain the variation in these traits. The most promising candidate genes were ELOVL3, ELOVL6, ELOVL7, FADS2, FASN and SCD. Furthermore, ELOVL6:c.‑394G>A was the most associated SNP with the percentages of C14:0, C16:0, and C16:1(n-7) in backfat. With the aim of detecting other variants apart from SNPs, we performed an indel detection with the whole genome sequencing data from seven founders (two Iberian boars and five Landrace sows) of the IBMAP pigs. A total of 1,928,746 indels were found in common among the three programs used (Dindel, SAMtools mpileup, and GATK). Ten indels inside genes related with lipid metabolism (ASPH, C1QTNF12, CAPN9, CCR7, CRP, GZMA, JMJD1C, LYST, PEX19 and SAMD4B) were genotyped in pigs belonging to the three IBMAP backcrosses, obtaining different allelic frequencies. The C1QTNF12:c.557_559delCCG indel was associated with the percentage of eicosadienoic acid (C20:2(n-6)) in IMF. To describe the microbiota composition along the pig gut, luminal contents of five gut sections (duodenum, jejunum, ileum, and proximal and distal colon) were collected in thirteen Iberian pigs. A total of 1,669 operational taxonomic units (OTUs) grouped in 179 genera were found using the 16S rRNA gene sequencing method. Lactobacillus, Clostridium and Prevotella were the three most abundant genera. Colon samples were more similar among pigs and richer in species than small intestine samples were. The metagenome predictions showed that the energy pathways were different along gut sections. Finally, to reveal the association between host genome and gut microbiota in pigs, the microbiota composition of the rectum of 285 Iberian × Duroc pigs was obtained using the 16S rRNA gene sequencing method, finding 1,257 OTUs distributed in 101 genera and 18 phyla. Firmicutes and Bacteroidetes were the most abundant phyla. GWAS identified 17 genomic regions of the pig genome associated with the relative abundance of six genera (Akkermansia, CF231, Phascolarctobacterium, Prevotella, SMB53 and Streptococcus). A total of 38 candidate genes, related with the host defence system and the metabolism of mucopolysaccharides and bile acids, were suggested to be modulators of the gut microbiota composition