Identificación de variantes genéticas deletéreas en el transcriptoma de vacas frisonas infectadas de manera natural por Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis
Gerard Badia Bringué1, Stephanie Lam2, Ángela Cánovas2, Marta Alonso-Hearn1
(1)-NEIKER – Instituto Vasco de Investigacion y Desarrollo Agrario (2)-University of Guelph
La paratuberculosis bovina (PTB) es una enteritis granulomatosa crónica causada por Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis
(MAP) que provoca pérdidas económicas muy importantes al sector de vacuno de leche en todo el mundo. El control de la enfermedad se fundamenta en la aplicación de medidas higiénico-sanitarias en las explotaciones y en el diagnóstico y eliminación de animales infectados. Sin embargo, el diagnóstico está fuertemente condicionado por la falta de sensibilidad de las técnicas de diagnóstico disponibles, por lo que es necesario desarrollar nuevas estrategias de control de la PTB como la selección genética de animales más resistentes o menos susceptibles al a infección por MAP. Análisis previos de asociación a genoma completo (genome-wide association studies, GWAS) han permitido identificar polimorfismos de un solo nucleótido (single nucleotide polymorphisms, SNPs) asociados a la susceptibilidad/resistencia a la PTB. Sin embargo, estos SNPs se localizan en regiones no codificantes, por lo que la identificación de los genes y los mecanismos que influyen en la susceptibilidad/resistencia a la PTB es difícil. El objetivo de este estudio fue identificar SNPs en regiones codificantes del genoma, con efecto deletéreo en las correspondientes proteínas y que aparecieran únicamente en animales sin lesiones o con lesiones focales o difusas asociadas a la PTB. Para ello se utilizaron datos de secuenciación de RNA (RNA-Seq) de muestras de sangre y válvula ileocecal de vacas sin lesiones (N = 4) y con lesiones focales (N = 5) y difusas (N = 5), y se aplicó el flujo de trabajo descrito por Lam et al. (2020), para identificar todas las variantes presentes en los genes expresados en esas muestras. Las lecturas de RNA-Seq se alinearon al genoma de referencia de Bos taurus (ARS-UCD1.2.109) usando
el programa STAR. Para identificar todas las variantes presentes en las lecturas alineadas, se usó el programa BCFtools. Las variantes
identificadas se analizaron mediante Variant Effect Prediction (VEP) para identificar las que tenían efectos deletéreos, y los genes afectados por variantes deletéreas se analizaron con ClusterProfiler para identificar sus funciones, ya que cambios en su función podrían impactar en la regulación de rutas metabólicas importantes. Los SNPs identificados se distribuían a lo largo de todo el genoma, aunque los cromosomas 18 y 23 acumulaban más densidad de SNPs. Se realizaron comparaciones entre los tres grupos para identificar variantes que aparecían únicamente en cada uno de los grupos, obteniéndose un total de 2.128 SNPs únicos de la comparación control vs focal, 2.194 SNPs en la comparación control vs difusa, 2.388 en la comparación focal vs control, 1.956 SNPs en la comparación difusa vs control, 1.939 SNPs en la comparación focal vs difusa, y 1.656 SNPs en la comparación difusa vs focal. De las 856, 625 y 603 variantes identificadas únicamente en vacas sin lesiones, con lesiones focales y con lesiones difusas; 31, 15 y 31 tenían efecto deletéreo, respectivamente. Los SNPs con efecto deletéreo de las vacas sin lesiones se localizaban en regiones codificantes de los genes CHGA, AP3B1 y BOLA. Estos genes están relacionados con producción de colesterol, rutas pro-inflamatorias y presentación de antígenos. Los SNPs deletéreos en estos genes podrían mejorar la homeostasis del colesterol y aumentar la resistencia a la infección por MAP. En vacas con lesiones focales, los SNPs con efecto deletéreo afectaban los genes ORMDL3
y KANK2, asociados a la inhibición de muerte celular programada, procesos de biosíntesis y metabolismo celular. Estos genes están asociados a diferentes enfermedades inflamatorias humanas, por lo que mutaciones deletéreas en estos genes pueden afectar a su función, lo cual podría resultar en el control de la inflamación y carga de MAP propia de los estadios subclínicos de la infección. En las vacas con lesiones difusas, los SNPs deletéreos afectaban a varios miembros de la familia de genes BOLA. Determinadas variantes con efecto deletéreo en los genes BOLA podrían influir en la capacidad del sistema inmune de responder de manera adecuada a la infección por MAP. Por tanto, las variantes en los genes BOLA detectados en las vacas sin lesiones podrían estar confiriendo más resistencia, mientras que las identificados en vacas con lesiones difusas conferirían una mayor susceptibilidad mediante la exacerbación de la respuesta pro-inflamatoria, tal y como se ha observado en humanos. Los resultados permiten ahondar en el conocimiento del papel de la genética en el desarrollo de lesiones asociadas a la PTB y las variantes identificadas podrían usarse para la identificación y selección de animales más susceptibles o resistentes a la infección por MAP.
Financiacion:
RTI2018-094192-R-C21 y PID2021-122197OR-C21 financiados por AEI/10.13039/501100011033 y FEDER, “una manera de hacer Europa”.
Bibliografía:
Lam S, Zeidan J, Miglior F, Suárez-Vega A, Gómez-Redondo I, Fonseca PAS, Guan LL, Waters S, Cánovas A. Development and comparison of RNA-sequencing pipelines for more accurate SNP identification: practical example of functional SNP detection associated with feed efficiency in Nellore beef cattle. BMC Genomics. 2020 Oct 8;21(1):703. doi: 10.1186/s12864-020-07107-7.
