代謝産物ゲノムワイド関連研究（MGWAS）および遺伝子メタボライト相互作用ネットワーク分析は、ブタの飼料効率のための潜在的なバイオマーカーを明らかにしています

代謝産物は生物系の究極の反応を表しているため、メタボロミクスは遺伝子型と表現型の間のリンクと見なされます。飼料効率は、持続可能な豚の生産における最も重要な表現型の1つであり、主な繁殖目標特性です。私たちは、飼料効率（残留飼料摂取量（RFI））、遺伝子型（PorcinesNP80ビードチップ）データ、および代謝データ、および代謝データを含む59のDUROCと49のLandrace Pigsを含む、以前に公開された研究から合計108個の豚から、代謝およびゲノムデータセットを利用しました。（LC-MSシステムから派生した45の最終代謝物データセット）。これらのデータセットを利用して、私たちの主な目的は、飼料効率の高または低いものとして分類されたPIGSのパフォーマンステストの開始時と終了時に収集された血漿中の45の異なる代謝物濃度に影響を与える遺伝子変異体（単一ヌクレオチド多型（SNP））を特定することでした。（RFI値に基づく）。その後、ゲノム全体の重要な遺伝的変異は、飼料効率のために繁殖プログラムにおける潜在的な遺伝的またはバイオマーカーとして使用できます。もう1つの目的は、豚の飼料効率の遺伝的変異の根底にある生化学的メカニズムを明らかにすることでした。これらの目的を達成するために、まず、混合線形モデルに基づいて代謝物ゲノムワイド関連研究（MGWAS）を実施し、17の代謝物と関連する152のゲノム全体の重要なSNP（p値<1.06×10-6）を発見しました。52の遺伝子に注釈が付けられた90の重要なSNPが含まれています。染色体のみでは、イソヴァリルリルカルニチンとプロピオニルカルニチンに関連する51の重要なSNPが強力な連鎖不均衡（LD）にあることがわかりました。FBXL4に注釈が付けられた強力なLDのSNPは、3つのSNP（ALGA0004000、ALGA0004041、およびALGA0004042）がFBXL4およびCCNCのイントロン領域にある2つのハプロタイプブロックで構成されていました。相互作用ネットワークは、CCNCとFBXL4がイソヴァリルカルニチンとプロピオニルカルニチンに関連するハブ遺伝子N6AMT1によってリンクされていることを明らかにしました。さらに、3つの代謝産物（つまり、イソヴァリルカルニチン、プロピオニルカルニチン、およびピルビン酸）を、低いRFIブタに基づいて1つのグループにクラスター化されました。この研究は、飼料効率に違いがあるブタの包括的な代謝産物ベースのゲノムワイド関連研究（GWAS）分析を実施し、生物学的相互作用ネットワークだけでなく、重要な遺伝的変異と生物学的相互作用ネットワークがある重要な代謝産物を提供しました。高飼料と低飼料の効率的なブタの特定された代謝物の遺伝的変異、遺伝子、およびネットワークは、飼料効率のための潜在的な遺伝的またはバイオマーカーと見なすことができます。

Metabolites represent the ultimate response of biological systems, so metabolomics is considered the link between genotypes and phenotypes. Feed efficiency is one of the most important phenotypes in sustainable pig production and is the main breeding goal trait. We utilized metabolic and genomic datasets from a total of 108 pigs from our own previously published studies that involved 59 Duroc and 49 Landrace pigs with data on feed efficiency (residual feed intake (RFI)), genotype (PorcineSNP80 BeadChip) data, and metabolomic data (45 final metabolite datasets derived from LC-MS system). Utilizing these datasets, our main aim was to identify genetic variants (single-nucleotide polymorphisms (SNPs)) that affect 45 different metabolite concentrations in plasma collected at the start and end of the performance testing of pigs categorized as high or low in their feed efficiency (based on RFI values). Genome-wide significant genetic variants could be then used as potential genetic or biomarkers in breeding programs for feed efficiency. The other objective was to reveal the biochemical mechanisms underlying genetic variation for pigs' feed efficiency. In order to achieve these objectives, we firstly conducted a metabolite genome-wide association study (mGWAS) based on mixed linear models and found 152 genome-wide significant SNPs (p-value < 1.06 × 10-6) in association with 17 metabolites that included 90 significant SNPs annotated to 52 genes. On chromosome one alone, 51 significant SNPs associated with isovalerylcarnitine and propionylcarnitine were found to be in strong linkage disequilibrium (LD). SNPs in strong LD annotated to FBXL4, and CCNC consisted of two haplotype blocks where three SNPs (ALGA0004000, ALGA0004041, and ALGA0004042) were in the intron regions of FBXL4 and CCNC. The interaction network revealed that CCNC and FBXL4 were linked by the hub gene N6AMT1 that was associated with isovalerylcarnitine and propionylcarnitine. Moreover, three metabolites (i.e., isovalerylcarnitine, propionylcarnitine, and pyruvic acid) were clustered in one group based on the low-high RFI pigs. This study performed a comprehensive metabolite-based genome-wide association study (GWAS) analysis for pigs with differences in feed efficiency and provided significant metabolites for which there is significant genetic variation as well as biological interaction networks. The identified metabolite genetic variants, genes, and networks in high versus low feed efficient pigs could be considered as potential genetic or biomarkers for feed efficiency.