Sammenhæng mellem genotype for E. coli 0149-F4ab/ac og egenskaberne i avlsmålet

Mange smågrise dør af diarré forårsaget af bakterietypen E. coli O149-F4. Andre grise har derimod vist sig at være resistente over for denne E. coli type, og udvikler som følge deraf ikke denne alvorlige form for diarré. Genetisk resistens mod E. coli bakterier hos smågrise drejer sig oftest om typerne E. coli F4 og E. coli F18. Omkring 40 procent af alle diarrétilfælde hos smågrise forårsages af F4-bakterietypen [5].

F4 betegner en bestemt type bakteriel overfladestruktur eller fimbriae, som er en trådlignende struktur, og som ofte sidder på E. coli af serotypen O149 [2]. Fimbriaerne gør bakterien i stand til at hægte sig fast til specifikke F4-receptorer, som er placeret på grisens tarmceller. Derved undgår bakterien at blive revet med af tarmindholdets passage gennem tarmkanalen og bliver således i stand til at opformere sig intestinalt [7]. Den sekretoriske diarré opstår som følge af bakteriernes udskillelse af enterotoksiner, som trænger ind i tarmcellerne og forstyrrer organismens vand- og elektrolytbalance [4].

I litteraturen er der beskrevet tre undertyper af F4-fimbriaer, ab, ac og ad, som bestemmer fimbriaens struktur. Undertypen ac er den hyppigst optrædende [2].

Grise, som er resistente mod F4ab/ac, har ingen tilhørende specifikke receptorer placeret i tarmepitelet. I disse grise er det derfor ikke muligt for F4ab/ac-bakterietyperne at kolonisere tarmen, hvorfor der ikke fremprovokeres diarré af denne type. Grisene kan dog stadig udvikle diarré, som forårsages af andre bakterietyper. Om en gris er resistent mod fibriaetypen F4ab/ac, altså om den har specifikke receptorer placeret i tarmkanalen eller ej, er bestemt fra fødslen [2].

Det er fundet, at resistens mod F4ab/ac (benævnes fremover blot F4) er genetisk betinget og styres af et enkelt gen. Til dette gen hører de to alleler, ”R” og ”S”, hvor ”R” er den resistensgivende allel. Idet arvegangen er recessiv, er det nødvendigt for et dyr at være homozygotisk på dette lokus, altså have genotypen RR, for at være resistent over for F4. Et dyr med genotype SR og SS er således ikke resistent, men førstnævnte er bærer af resistensallelen og kan videreføre den til dets afkom [3].

På KVL er der udviklet en genmarkørbaseret testmetode, hvormed det er muligt at bestemme et dyrs F4-genotype på baggrund af en blod- eller bruskprøve. DanAvl har fået adgang til anvendelse af testen med begrænset testkapacitet, og på dette grundlag har Landsudvalget for Svin valgt at inddrage F4-genotypen i avlsarbejdet [3].

For at kunne producere resistente dyr med genotypen RR er det nødvendigt, at både so og orne har en ”R”-allel, som kan videregives til afkommet. Frekvensen af ”R”-allelen varierer imidlertid meget blandt racerne. I populationen af både Duroc og Hampshire er frekvensen meget høj, og avlsmateriale fra resistente avlsdyr inden for disse racer kan derfor produceres, så snart behovet opstår. Frekvensen af RR-genotypen var derimod kun 1 procent i Landracepopulationen og 20 procent i Yorkshirepopulationen medio 2003 [3].

På ovennævnte grundlag blev der valgt en strategi for at hæve frekvensen af ”R”-allelen i sorace-populationerne. Over flere generationer skal kravene til avlsdyrenes genotype løbende opstrammes, jf. tabel 1. Landrace- og Yorkshireorner er siden april 2003 blevet indsat på KS-station under hensyntagen til genotype. Medio september 2003 blev de første søer løbet med orner med kendt genotype. Yorkshiresøer blev da løbet med Yorkshireorner med genotypen RR, mens Landracesøer blev løbet med Landraceorner, som enten havde genotypen RR eller SR [8].

Ved at lade F4-genotypen indgå i avlsmålet påvirkes avlsmålets andre egenskaber. Påvirkningen sker ved en reduktion af selektionspotentialet for de andre egenskaber og muligvis ved en direkte effekt af genotypen. I denne rapport undersøges omfanget af sidstnævnte.

Tabel 1. Strategi for at hæve frekvensen af ”R”-allelen i de hvide avlspopulationer; krav til genotype ved renracede løbninger

Formål

Det er undersøgt, hvorvidt der er en sammenhæng mellem ”R”-allelen og henholdsvis det samlede avlsindeks og subindeksene for antal levende grise dag 5 efter faring (LG5), tilvækst fra 0 til 30 kg, tilvækst fra 30 til 100 kg, foderudnyttelse, kødprocent, styrke og slagtesvind hos Landrace og Yorkshire. En korrelation til det tidligere subindeks for antal fødte grise pr. kuld (FGK) er ligeledes undersøgt.

Materiale

Datamaterialet omfatter registreringer af F4-genotypen på orner testet med henblik på indsættelse på KS i perioden fra marts 2003 til august 2004. Der er i alt registreringer fra 6.373 individafprøvede dyr fordelt på 3.432 Landraceorner og 2.941 Yorkshireorner.

Af tabel 2 fremgår antal testede henholdsvis Landrace- og Yorkshiredyr for hver F4-genotype. Det må bemærkes, at der er meget få Landracedyr med genotypen RR.

Tabel 2. Fordelingen af forsøgsdyr på F4-genotype

Metode

Datamaterialet er analyseret med en lineær mixed model. Nedenstående modeller blev kørt for hver race.

Model 1: Y = Genotype + Fødselsdato + Kuld(F4-genotype) + e

I model 1 repræsenterer ”Y” responsen af henholdsvis avlsindekset og subindeksene tilvækst fra 0 til 30 kg, tilvækst fra 30 til 100 kg, foderudnyttelse, kødprocent, styrke og slagtesvind. ”Genotype” er en systematisk effekt med de tre niveauer RR, SR og SS. ”Fødselsdato” er inddraget som en kontinuert systematisk effekt med henblik på at korrigere for den lineære sammenhæng for avlsfremgangen i den analyserede periode. Herved tages hensyn til den løbende avlsfremgang, som forsøgsdyrene var underlagt, idet det genetiske niveau for den pågældende gris afhænger af, hvornår denne er blevet født. I alle modeller indgik ”Kuld” som en normalfordelt tilfældig effekt for at korrigere for variationen mellem kuld. Datastrukturen betinger, at ”Kuld” er nested inden for ”Genotype”. Residualerne ”e” antages at følge en normalfordeling.

Model 2: Y = Farens genotype + Fødselsdato  + e

Sammenhængen mellem F4-genotype og subindekset for LG5 samt det tidligere anvendte subindeks FGK blev undersøgt med model 2, hvor ”Y” er responsen af disse subindeks. ”Farens genotype” er inddraget som systematisk effekt med niveauerne RR, SR og SS. ”Fødselsdato” er som i model 1 en kontinuert systematisk effekt, som skal korrigere for avlsfremgangen over tid. Ligeledes antages, at residualerne er normalfordelte. I analyserne fra model 2 indgik 2.827 Landraceorner og 2.189 Yorkshireorner, hos hvilke farens genotype var kendt.

Alle modelparametre blev estimeret med PROC MIXED i SAS^®.

Resultater
Figur 1 viser fordelingen af F4-genotyperne på indeks korrigeret for fødselsdato og kuld hos Landrace og Yorkshire. Antal dyr er plottet mod indekspoints for hver F4-genotype.

Figur 1. Antal dyr fordelt på korrigerede indekspoints for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (venstre). De korrigerede indekspoints er estimeret fra modellen Y = Fødselsdato + Kuld + e

Resultaterne af de statistiske analyser er opsummeret i tabel 3.

Tabel 3. Estimater for sammenhængen mellem F4-genotype og henholdsvis avlsindeks og subindeks

Hos både Landrace og Yorkshire fandtes, at indeks fordelt på de tre F4-genotyper, er signifikant forskellige (LL: p = 0,0002, YY: p < 0,0001), jf. tabel 3. Dyr med genotype RR havde det højeste indeks, mens genotypen SS gav det laveste indeks.

I analysen, hvor LG5 var responsen, fandtes en signifikant forskel (LL: p < 0,0001, YY: p = 0,0003) mellem F4-genotyperne hos begge racer, hvor bedste resultat fremkom hos orner med genotype RR og dernæst SR og SS, jf. tabel 3.

Landracedyr med genotype RR havde i gennemsnit en svagt signifikant højere værdi (p = 0,0438) for styrke end dyr med genotype SR og SS. For kødprocent og slagtesvind fandtes hos Landrace, at dyr med genotype RR havde det ringeste subindeks overgået af dyr med genotype SR og dernæst SS, og subindeks for disse egenskaber var signifikant forskellige (kødprocent: p = 0,0008; slagtesvind: p < 0,0001). For Landrace var der ingen signifikant forskel blandt dyr med forskellig F4-genotype mht. daglig tilvækst fra 0 til 30 kg, daglig tilvækst fra 30 til 100 kg og foderudnyttelse samt det tidligere avlsmål FGK.

Yorkshiredyr med genotype RR havde det ringeste subindeks for daglig tilvækst fra 30 til 100 kg (p = 0,002), foderudnyttelse (p < 0,0001) og slagtesvind (p = 0,0003) overgået af dyr med genotype SR og SS. Omvendt fandtes for FGK, at Yorkshireorner med genotype RR havde det gennemsnitligt bedste subindeks, og at sub-indeksene for FGK var signifikant forskellige (p < 0,0001). Hos Yorkshireornerne var der ingen forskel blandt dyr med forskellig F4-genotype med henblik på daglig tilvækst fra 0 til 30 kg, kødprocent samt styrke.

Figurerne 2-8 i appendiks viser histogrammer for hvert registreret subindeks. Af disse kan forskellen blandt dyr med forskellig genotype ses afhængigt af genotypens sammenhæng til det pågældende subindeks.

Resultaterne viser en positiv sammenhæng mellem dyr med genotypen RR og avlsindekset, således at ”R”-allelen medførte en stigning i indeks. Dette er dog ikke ensbetydende med, at den ønskede genotype har en positiv sammenhæng til samtlige subindeks, jf. tabel 3.

Undersøgelsen af F4-genotypens korrelation til subindeksene viste for begge racer en positiv sammenhæng mellem genotypen RR og LG5, og dette må ses som en væsentlig årsag til den gunstige sammenhæng mellem indeks og ”R”-allelen i populationen. Hos Yorkshire fandtes endvidere en positiv sammenhæng mellem RR-genotypen og det tidligere anvendte avlsmål for frugtbarhed, FGK (p < 0,0001), mens dette ikke var tilfældet hos Landrace (p = 0,23). Dette er i overensstemmelse med en tidligere funden genetisk kovarians mellem LG5 og FGK, som er høj hos Yorkshire, men lav hos Landrace [6].

At der for begge racer fandtes en positiv korrelation mellem den ønskede genotype RR og LG5 kan skyldes, at LG5 inddrager overlevelse i de første fem levedage. Grisene er konstant udsatte for F4-patogenet. Resistens mod F4 hos dyr med genotypen RR er således både af betydning med henblik på diarré i forbindelse med fravænning, men det optræder også hos nyfødte grise. Grise med genotypen RR kan derfor formodes at have bedre overlevelseschancer i forhold til grise med anden genotype. Dette kunne desuden forklare, at en positiv korrelation mellem genotypen RR og subindeks for LG5 ikke nødvendigvis betyder, at der også er en positiv korrelation til subindekset for FGK. Hvis grisene dør inden for de første fem levedage, vil subindekset for FGK kunne være højt, mens det er lavt for LG5.

Idet den positive korrelation til LG5 var størst for genotypen RR og efterfulgtes af genotypen SR, synes sammenhængen mellem genotype og overlevelse de første fem dage efter faring at være tilknyttet ”R”-allelen. Dette indikerer, at det ikke kun er genotypen RR, som medfører større modstandsdygtighed de første levedage grundet F4-resistens, men også grise med genotypen SR vil da være mere modstandsdygtige end grise med genotypen SS. Resultatet kan deraf tyde på en intermediær effekt af resistensgenet.

Der fandtes ingen sammenhæng mellem RR-genotypen og subindekset for tilvækst fra 0 til 30 kg hos begge racer. Det kunne dog have været forventeligt, at netop tilvæksten fra 0 til 30 kg var påvirket af, om grisene på et tidspunkt har haft diarré eller været utrivelige på anden vis.

Tilvæksten fra 30 til 100 kg var mindst hos dyr med genotypen RR hos Yorkshire, mens der ikke var nogen signifikant forskel hos Landrace. Samme resultat fandtes for foderudnyttelse.

Genotypen RR havde en positiv sammenhæng til styrke (p = 0,044) som det eneste subindeks foruden LG5, dog kun hos Landrace. Der var ingen sammenhæng til styrke hos Yorkshire. For kødprocent og slagtesvind havde dyr med RR-genotypen hos Landrace det laveste subindeks. Hos Yorkshire blev der ligeledes fundet en negativ korrelation til slagtesvind, men ingen signifikant sammenhæng til kødprocent (p = 0,09).

Selvom RR-genotypen som ovenfor anført havde en negativ eller ingen sammenhæng til de fleste subindeks, medførte den overordnet en positiv effekt på det samlede avlsindeks. Vægtningen af de forskellige egenskaber i avlsmålet kan i denne sammenhæng være en forklarende faktor. LG5 vægtes i avlsmålet, så det økonomiske udbytte kommer til at udgøre 69 procent [9], og den positive sammenhæng til ”R”-allelen har således været stor nok til, at den samlede effekt af genotypen RR blev positiv med hensyn til avlsindekset.

Det skal erindres, at fordelingen af antal dyr i hver genotypegruppe ikke var optimal og ikke ens for begge racer. At kun 2 procent af Landracedyrene, jf. tabel 2, havde genotypen RR, betyder, at de beskrevne sammenhænge kan ændre sig, når der med tiden kan inddrages flere Landracedyr, som har genotypen RR, i tilsvarende analyser. Hos Yorkshire var der en bedre fordeling blandt forsøgsdyrene, jf. tabel 2 og figur 1, og de fundne estimater herfra vil derfor være mere robuste.

I besætningerne er tilvækst fra 0 til 30 kg, tilvækst fra 30 til 100 kg, styrke samt kødprocent blevet målt som en direkte præstation af forsøgsdyret. Disse resultater er sammenholdt med tilsvarende estimater fra slægtninge, hvilket giver et forholdsvist sikkert bestemt estimat. De andre analyserede egenskaber er kun vurderet på baggrund af præstationer fra slægtninge. Analyseresultaterne herfra kommer således udelukkende til at udgøre ”estimater på et estimat”, hvorved sikkerheden på disse falder.

Det er vigtigt at huske på, at de selekterede dyr, som er resistente mod F4ab/ac, stadig er udsatte for diarré forårsaget af bakterier, som har en anden fimbriaestruktur. Den igangværende selektion forhindrer således ikke alle tilfælde af diarré, men forventes at medføre en reduktion i det samlede antal tilfælde.

Det kan konkluderes, at RR-genotypen, som medfører resistens mod E. coli O149-F4ab/ac, i disse undersøgelser har haft en positiv korrelation til avlsindekset hos Landrace og Yorkshire.

Grundlaget for den positive sammenhæng beror på den fundne positive korrelation mellem ”R”-allelen og LG5. Denne var større end de negative sammenhænge, som fandtes for andre subindeks.

Genotypen RR var negativt korreleret til slagtesvind hos begge racer. Hos Yorkshire havde RR-genotypen yderligere en negativ sammenhæng til egenskaberne tilvækst fra 30 til 100 kg samt foderudnyttelse. Foruden slagtesvind fandtes hos Landrace, at forekomsten af ”R”-allelen havde en negativ korrelation til kødprocent.

Hos Yorkshire fandtes en positiv sammenhæng mellem RR-genotypen og det tidligere avlsmål, FGK.

De fundne resultater indikerer, at der kan være tale om en intermediær effekt af resistensgenet på de undersøgte egenskaber.

Deltagere
Konsulent Thomas Muurmann Henriksen, Landsudvalget for Svin
Konsulent Anders Vernersen, Landsudvalget for Svin

Histogrammer over fordelingen af dyr efter F4-genotyperne RR, SR og SS for subindeksene LG5, tilvækst fra 0 til 30 kg, tilvækst fra 30 til 100 kg, foderudnyttelse, styrke, kødprocent og slagtesvind, som er korrigerede for fødselsdato efter modellen Y = Fødselsdato + e.

Figur 2. Antal dyr fordelt på korrigerede subindekspoints for LG5 for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (nederst)

Figur 3. Antal dyr fordelt på korrigerede subindekspoints for tilvækst fra 0 til 30 kg for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (nederst)

 

Figur 4. Antal dyr fordelt på korrigerede subindekspoints for tilvækst fra 30 til 100 kg for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (nederst)

Figur 5. Antal dyr fordelt på korrigerede subindekspoints for foderudnyttelse for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (nederst)

 

Figur 6. Antal dyr fordelt på korrigerede subindekspoints for styrke for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (nederst)

 

Figur 7. Antal dyr fordelt på korrigerede subindekspoints for kødprocent for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (nederst)

 

Figur 8. Antal dyr fordelt på korrigerede subindekspoints for slagtesvind for hver F4-genotype hos Landrace (øverst) og Yorkshire (nederst)