Influence of the metagenome on resistance to stress and diseases in rabbits

Abstract

[ES] En los últimos años, la varianza ambiental ha despertado un gran interés en la mejora genética animal. La varianza ambiental se ha relacionado con la capacidad del animal para adaptarse a nuevos desafíos ambientales, es decir, con el bienestar animal. Varios estudios han encontrado que la varianza ambiental está bajo control genético. Esto tiene implicaciones para la producción ganadera, ya que la selección para reducir la varianza ambiental puede ser una forma útil de disminuir la susceptibilidad a enfermedades y estrés en los animales, es decir, sería una forma útil de mejorar el bienestar animal. En cuanto a la susceptibilidad a las enfermedades y al estrés, la microbiota intestinal tiene un papel importante en el desarrollo del sistema inmunológico y la activación del eje hipotalámico-pituitario-adrenal (HPA) en el huésped. Se llevó a cabo un experimento de selección divergente para la varianza ambiental del tamaño de la camada al nacimiento en conejos durante trece generaciones. Los objetivos de este estudio fueron analizar la respuesta inflamatoria de la línea alta y baja con el fin de estudiar el efecto de la selección por variabilidad ambiental del tamaño de la camada sobre la susceptibilidad a enfermedades, y detectar genes microbianos asociados con la variabilidad ambiental del tamaño de camada que nos permitan separar la línea alta y la baja. Para ello, se midieron varios marcadores inflamatorios y bioquímicos en 39 hembras de la línea alta y baja, y se realizó un análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales (PLS-DA) utilizando 34 hembras de la línea alta y 36 hembras de la línea baja. Todos los animales pertenecían a la 13ª generación de selección. La línea alta mostró menor recuento de leucocitos en sangre (WBC) (-0,87 x103 / µl) y porcentaje de basófilos (-0,11%) y mayor concentración de TNF-¿ (+13,8 pg / ml), proteína C reactiva (PCR) (+ 38,1 µg / ml), bilirrubina (+0,08 µmol / L), colesterol (+0,14 µmol / L+0,14 µmol / L), gamma-glutamil transferasa (GGT) (+0,35 U / L) y fosfatasa alcalina (ALP) (+2,4 U / L) en comparación con la línea baja. Por lo que la línea alta mostró una mayor respuesta inflamatoria y susceptibilidad a enfermedades infecciosas. El análisis metagenómico se llevó a cabo en los animales del estudio anterior. La secuenciación del genoma bacteriano se realizó por paired-end (2x150) en Illumina NextSeq 550. Se identificaron un total de 3046 genes microbianos. Los resultados del PLS-DA mostraron que la proyección de los datos sobre las cuatro variables latentes tuvieron un buen coeficiente de ajuste (R² = 0.85) y de validación cruzada (Q² = 0.52). Se observó una buena separación entre líneas y, la gráfica mostro cómo las variables se relacionan con cada línea y que las dos líneas están correlacionadas negativamente. En conclusión, nuestros resultados sugieren que la selección por varianza ambiental del tamaño de camada está relacionada con la susceptibilidad a enfermedades en el animal a través de la modificación de su microbiota intestinal.

[EN] In recent years, the environmental variance has aroused great interest in animal genetics. Environmental variance has been related to the animal's capacity to adapt to new environmental challenges, i.e., animal welfare. Several studies have reported that environmental variance is under genetic control. This has implications for livestock production, since selection to reduce environmental variance may be a useful way to decrease the susceptibility to diseases and stress in animals, i.e., to improve animal welfare. Concerning susceptibility to diseases and stress, it is well known that gut microbiota has an important role in the development of the immune system and the activation of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis in the host. A divergent selection experiment for the environmental variance of litter size at birth was carried out in rabbits during thirteen generations. The aims of this study were to analyse theinflammatory response of the high and the low line in order to study the effect of selection for the environmental variability of litter size on susceptibility to diseases, and to analyse the existence of microbial genes associated with the environmental variability of litter size that allows us to separate the high and the low line. For these purposes, several inflammatory and biochemical markers were measured in 39 females from the high and the low line, and partial least square discriminant analysis (PLS-DA) was performed using 34 females from the high line and 36 females from the low line. All animals belonged to the 13th generation of selection. The high line showed lower white blood leukocyte count (WBC) (-0.87 x103/µl) and percentage of basophils (-0.11%) and higher concentration of TNF-¿ (+13.8 pg/ml),C-reactive protein (CRP) (+38.1µg/ml), bilirubin (+0.08 µmol/L), cholesterol (+0.14 µmol/L), gamma-glutamyl transferase (GGT) (+0.35 U/L) and alkaline phosphatase (ALP) (+2.4 U/L) compared to the low line. Therefore, the high line showed higher inflammatory response and susceptibility to infectious and diseases. Metagenomic analysis was carried out on the animals of previous study. Bacterial genome sequencing was performed by paired-end (2x150) in Illumina NextSeq 550. A total of 3046 microbial genes were identified. The PLS-DA score plot showed that the projection of data on the four latent variables had a good adjustment coefficient (R2=0.85) and a good cross-validation (Q2=0.52). A good separation was observed between lines and, the loading plot shows how the variables relate to each line and that the two lines are negatively correlated. In conclusion, our findings suggest that selection for the environmental variability of litter sizeis related to susceptibility to diseases in animal through modification of its gut microbiota.

[CA] En els últims anys, la varianza ambiental ha despertat un gran interés en la millora genètica animal. La varianza ambiental s’ha relacionat amb la capacitat de animal per a adaptar-se a nous desafiaments ambientals, és a dir, amb el benestar animal. Diversos estudis han trobat que la varianza ambiental està baix control genètic. Açò té implicacions per a la producció ramadera, ja que la selecció per a reduir la varianza ambiental pot ser una forma útil de disminuir la susceptibilitat a malalties i estrés en els animals, és a dir, seria una forma útil de millorar el benestar animal. Quant a la susceptibilitat a les malalties i a l’estrés, la microbiota intestinal té un paper important en el desenrotllament del sistema immunològic i l’activació de l’eix hipotalámico-pituitario-adrenal (HPA) en l’hoste. Es va dur a terme un experiment de selecció divergent per a la varianza ambiental de la grandària de la ventrada al naixement en conills durant tretze generacions. Els objectius d’este estudi van ser analitzar la resposta inflamatòria de la línia altai baixa a fi d’estudiar l’efecte de la selecció per variabilitat ambiental de la grandària de la ventrada sobre la susceptibilitat a malalties, i detectar gens microbians associats amb la variabilitat ambiental de la grandària de ventrada que ens permeten separar la línia alta i la baixa. Per a això, es van mesurar diversos marcadors inflamatoris i bioquímics en 39 femelles de la línia alta i baixa, i es va realitzar una anàlisi discriminant de mínims quadrats parcials (PLS-DA) utilitzant 34 femelles de la línia alta i 36 femelles de la línia baixa. Tots els animals pertanyien a la 13a generació de selecció. La línia alta va mostrar menor recompte de leucòcits en sang (WBC) (-0,87 x103 /µl) i percentatge de basòfils (-0,11%) i major concentració de TNF (+13,8 pg /ml) , proteïna C reactiva (PCR) (+ 38,1 µg / ml) , bilirubina (+0,08 µmol / L), colesterol (+0,14 µmol / L+0,14 µmol / L) , gamma-glutamil transferasa (GGT) (+0,35 U / L) i fosfatasa alcalina (ALP) (+2,4 U / L) en comparació amb la línea baixa. Pel que la línia alta va mostrar una major resposta inflamatòria i susceptibilitat a malalties infeccioses. L’anàlisi metagenómico es duc a terme en els animals de l’estudi anterior. La seqüenciació del genoma bacterià es va realitzar per paired-end (2x150) en Illumina NextSeq 550. Es van identificar un total de 3046 gens microbians. Els resultats del PLS-DA van mostrar que la projecció de les dades sobre les quatre variables latents van tindre un bon coeficient d’ajust (R² = 0.85) i de validació encreuada (Q² = 0.52). Es va observar una bona separació entre línies i, la gràfica va mostrar com les variables es relacionen amb cada línia i que les dos línies están correlacionades negativament. En conclusió, els nostres resultats suggerixen que la selecció per varianza ambiental de la grandària de ventrada està relacionada amb la susceptibilitat a malalties en l’animal a través de la modificació del seu microbiota intestinal.