Genetic basis of reproductive performance and antibody response in pigs during a porcine reproductive and respiratory syndrome outbreak

Abstract

Total antibody response, measured as sample-to-positive ratio (S/P ratio), has been proposed as an indicator trait to improve reproductive performance in pigs infected with the porcine reproductive and respiratory syndrome (PRRS) virus (PRRSV). The objectives of this work were to evaluate the genetic basis of reproductive performance in pigs and to perform host-genetic analyses for S/P ratio in Duroc and Landrace sows that experienced a PRRS outbreak. Serum samples were taken from 1231 purebred sows (690 Duroc and 541 Landrace) after a PRRS outbreak for subsequent PRRSV ELISA analysis and SNP genotyping. These sows had 29799 SNP genotypes one, with farrowing performance data during the outbreak on: number of piglets born alive (NBA), stillborn piglets (NSB), mummified piglets (NM), piglets born dead (NBD; NSB+NM), total number of piglets born (TNB; NBA+NBD), and piglets weaned (NW). Heritability and genome-wide association studies (GWAS) were performed for S/P ratio and reproductive traits, separately per breed. Genomic prediction accuracies (GPA) were obtained for each trait within and between breeds. Heritability estimates (±standard error) of S/P ratio during the PRRS outbreak were moderate, with 0.35±0.08 for Duroc and 0.34±0.09 for Landrace. For S/P ratio, the GWAS identified a major quantitative trait locus (QTL) on chromosome (chr) 7 [24-25 megabases (Mb)] explaining 15% of the genetic variance (GV), and one on chr 8 (25 Mb) explaining 2.4% GV for Duroc. For Landrace, GWAS identified a QTL on chr 7 (23-24 Mb) explaining 31% GV, and another one on chr 7 (108-109 Mb) explaining 2.2% GV. Heritability estimates for reproductive traits were overall low for both breeds. Favorable genetic correlations between S/P ratio with NBA (0.61±0.34) and NBD (-0.33±0.32) were observed for Landrace sows during the PRRS outbreak. Few QTL were identified in Duroc and Landrace sows for reproductive traits. GPA were moderate to high for S/P ratio for the within-breed prediction. On the other hand, GPA were low to moderate for most reproductive traits. The results indicate that reproductive traits are lowly heritable during a PRRS outbreak with few QTL identified in Duroc and Landrace sows. These results also validate previous studies that S/P ratio in PRRSV-infected sows is heritable and favorably genetically correlated with some reproductive traits during a PRRS outbreak. S/P ratio has then the potential to be used as an indicator trait to improve the reproductive performance of PRRSV-infected sows.

A produção total de anticorpos (Sample-to-Positive ratio; S/P ratio) vem sendo proposta como uma característica indicadora para melhorar o desempenho reprodutivo de porcas infectadas com o vírus da PRRS (PRRSV). Os objetivos deste trabalho foram avaliar a base genética do desempenho reprodutivo de matrizes suínas durante um surto de PRRS e a sua relação com o sistema imune. Amostras de sangue foram coletadas de 1231 porcas de raça pura (690 Duroc e 541 Landrace) após um surto de PRRS para a realização do teste ELISA e posterior genotipagem. Essas matrizes tiveram dados de desempenho reprodutivo coletados durante o surto da doença em relação ao número de leitões nascidos vivos (NBA), natimortos (NSB), mumificados (NM), nascidos mortos (NBD; NSB + NM), total de nascidos (TNB; NBA + NBD) e desmamados (NW), sendo genotipadas para 29799 marcadores do tipo SNPs. As estimativas de herdabilidade e os estudos de associação genômica ampla (GWAS) foram realizados para S/P ratio e características reprodutivas para cada raça separadamente. As estimativas de herdabilidade (±erro padrão) de S/P ratio durante o surto de PRRS foram moderadas, com 0,35±0,08 para Duroc e 0,34±0,09 para Landrace. Para S/P ratio, o GWAS identificou um importante locus de característica quantitativa (QTL) no cromossomo (chr) 7 [24-25 megabases (Mb)], explicando 15% da variação genética (VG) e outro no chr 8 (25 Mb) explicando 2,4% VG para Duroc. O GWAS também identificou dois QTLs no chr 7 (23-24 Mb; 108-109 Mb) explicando, respectivamente, 31% e 2.2% VG para Landrace. As estimativas de herdabilidade para as características reprodutivas foram, de modo geral, baixas nas duas raças. Correlações genéticas favoráveis foram observadas entre S/P ratio e NBA (0.61±0.34) e NBD (-0.33±0.32) em porcas da raça Landrace durante o surto da doença. Poucos QTL foram identificados para características reprodutivas em porcas das raças Duroc e Landrace. Acurácias de Predição Genômica (APG) foram medianas a altas para S/P ratio em SNPAll, SNPMHC e SNPRest para a predição dentro da raça. No entanto, APG foram baixas para características reprodutivas. Os resultados indicam que as características reprodutivas apresentam baixa herdabilidade durante o surto de PRRS, com poucos QTL identificados. Estes resultados validam a utilização de S/P ratio como uma característica indicadora, herdável e geneticamente correlacionada com características reprodutivas de interesse durante um surto de PRRS.