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Tipo: Dissertação
Título: Effects of thermal environment and dietary phosphorus levels in pig gene expression
Título(s) alternativo(s): Efeitos da temperatura ambiente e níveis de fósforo dietético na expressão gênica de suínos
Autor(es): Weller, Mayara Morena Dél Cambre Amaral
Primeiro Orientador: Guimarães, Simone Eliza Facioni
Primeiro coorientador: Donzele, Juarez Lopes
Segundo coorientador: Lopes, Paulo Sávio
Primeiro avaliador: Silva, Bruno Alexander Nunes
Segundo avaliador: Gasparino, Eliane
Resumo: The purpose of this study was to identify genes encoding the electron transport chain (ETC) complexes that are present differentially expressed in the Longissimus dorsi (LD) of pigs and their expression patterns according to levels available of phosphorus (aP) in the diet and thermal environment in the two different growth phase. Two experiments were carried out using 48 higher-lean growth pigs from two different growth phases: phase 1 from 15 to 30 kg and phase 2 from 30 to 60 kg. These experiments were designed as a 2 x 3 (2 different environment temperatures X 3 levels of dietary aP) factorial treatments comprising of 6 treatments and each growth phase. Twenty -four pigs from growth phase 1 (15 to 30 kg) with initial weight of 15 ± 0.41kg, distributed in a completely randomized design with 6 treatments and 6 replications. These pigs were allotted to either thermoneutral (24.5 ± 1.2ºC and RH at 76.3 ± 8.5% or heat stress (34.1 ± 0.8ºC and RH at 70.1 ± 8.1%) and then allotted to one of the 3 levels of dietary aP (0.107, 0.321 or 0.535%). Twenty-four pigs from growth phase 2 (30 to 60 kg) with initial weight of 30.19 ± 0.30 kg, distributed in a completely randomized design with 6 treatments and 6 replications. These pigs were allotted to either thermoneutral ( 21.9 ± 1.4ºC and RH at 76.9 ± 5.7%) or heat stress (31.6 ± 0.7ºC and RH at 72.8 ± 5.9%) and then allotted to one of the 3 levels of dietary aP (0.116, 0.306 or 0.496%). The expression profiles of ND1, ND2, SDHD, CYTB, COX1, COX2, COX3, ATP5J2 and ATP6 genes were analyzed by quantitative real-time PCR from samples of LD. The ND1, ND2, CYTB, COX1, ATP5J2 and ATP6 genes showed reduce expression (P<0.05) in phase 1 pigs maintained under heat stress compared to those kept in thermoneutral environment. In pigs from growth phase 2 maintained under heat stress, the ND2, SDHD, CYTB, COX1, COX2, COX3, ATP5J2 and ATP6 genes showed reduce expression (P<0.05) compared to those kept in thermoneutral environment. The lower expression of these genes in pigs exposed to high temperatures provides evidence of the effect of heat stress by decreasing oxidative metabolism (oxidative phosphorylation) in order to reduce heat production, which reflecting on reduction of requirement for daily aP intake. Part of this effect is associated with concomitant reduction in voluntary feed intake and another part is suggested to be due to an increased production of reactive oxygen species in the mitochondria induced by heat stress resulting in downregulation of these genes. Significant different levels of expression were observed across aP levels. In pigs from growth phase 1, the ND1, ND2, CYTB, COX1, ATP5J2 and ATP6 genes were differentially expressed across aP levels (P<0.05) in the thermoneutral and ND2 gene in the hot environments. In pigs from growth phase 2, COX3 and ND2 genes were respectively differentially expressed across aP levels (P<0.05) in the thermoneutral and hot environments. These data revealed strong evidence that phosphorus is one of the key factors that regulates oxidative phosphorylation with direct implications on animal performance. To confirm the hypothesis that heat-stressed pigs have enhanced production of ROS, we performed a second experiment focused to identify changes in expression of genes encoding antioxidant systems (manganese superoxide dismutase, glutathione peroxidase e catalase) in pigs from high lean meat deposition at 2 different growth phases (15 to 30kg and 30 to 60kg) submitted to hot and thermoneutral environments. Based on qRT-PCR analyses, these genes were significantly upregulated in heat-exposed pigs. In general, data from this study are the first to reveal the effects of dietary phosphorus levels on gene expression related to oxidative phosphorylation and its implications on animal performance. Moreover, it is shown that high temperatures not only causes reduction in oxidative metabolic capacity, but also stimulate the ROS production in LD mitochondria which leading to oxidative damages, such as, repression of transcription of ETC complexes and likely reducing their activity in the mitochondria, which resulted in worse pig performance. The results obtained with this study will contribute to better understand the role of phosphorus in energy metabolism and will bring new insights into the comprehension of the changes metabolism and mitochondrial functioning in response to high temperature.
Abstract: O objetivo do estudo foi identificar genes codificantes para os complexos enzimáticos da cadeia tranpostadora de elétrons (CTE) que apresentam-se diferencialmente expressos no músculo Longissimus dorsi (LD) de suínos bem como seus padrões de expressãos de acordo níveis de fósforo disponíveis (Pd) na dieta e ambientes térmicos em duas fases de crescimento. Dois experimentos foram realizados utilizando-se 48 suínos de alto potencial genético para deposição de carne em duas diferentes fases de crescimento: a fase 1 de 15 a 30 kg e fase 2 de 30 a 60 kg. Estas experimentos foram construidos em modelo fatorial 2 X 3 (2 diferentes temperaturas ambientais X 3 níveis de Pd na dieta) constituindo 6 tratamentos em cada fase de crescimento. Vinte e quatro suínos da fase da 1 (15 a 30 kg) com peso inicial de 15 ± 0,41 kg, foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado, com 6 tratamentos e 6 repetições. Estes animais foram alojados ou no ambiente termoneutro (24,5 ± 1,2 º C e umidade relativa em 76,3 ± 8,5%) ou no ambiente de calor (34,1 ± 0,8 º C e umidade relativa em 70,1 ± 8,1%) e, em seguida, distribuídos para um dos 3 níveis de Pd na dieta (0.107, 0.321 ou 0.535%). Vinte e quatro suínos da fase de 2 (30 a 60 kg) com peso inicial de 30,19 ± 0,30 kg, foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado com 6 tratamentos e 6 repetições. Estes animais foram alojados ou ambiente termoneutro (21,9 ± 1,4 º C e umidade relativa em 76,9 ± 5,7%) ou ambiente de calor (31,6 ± 0,7 º C e umidade relativa em 72,8 ± 5,9%) e, em seguida, distribuídos para um dos 3 níveis de Pd na dieta (0.116 , 0.306 ou 0.496%). Os perfis de expressão dos genes ND1, ND2, SDHD, CYTB, COX1, COX2, COX3, ATP5J2 e ATP6 foram analisados pelo PCR quantitativo em tempo real (qRT-PCR) a partir de amostras de LD. Os genes ND1, ND2, CYTB, COX1, ATP5J2 e ATP6 foram menos expressos (P< 0.05) nos suínos da fase 1 mantindo em estresse por calor em relação aqueles mantidos no ambiente termoneutro. Nos suíno da fase 2 de crescimento que estavam mantidos em estresse por calor apresentaram redução (P < 0.05) na expressão dos genes ND2, SDHD, CYTB, COX1, COX2, COX3, ATP5J2 e ATP6, em relação aqueles submetido ao ambiente termoneutro. A menor expressão desses genes nos suínos estressados por calor, prove evidências dos efeitos das altas temperaturas sob o metabolismo oxidativo a fim de reduzir a produção de calor o que refletiu na redução da exigência de consumo diário de fósforo. Parte desse efeito pode estar associado a concomitante redução do consumo vonlutário e outra parte é sugerido ser devido ao aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) nas mitocôndrias induzido pelo estresse por calor. Quanto a mudança nos padrões de expressão desses genes entre os níveis de Pd, verificou-se que nos suínos da fase 1, os genes ND1, ND2, CYTB, COX1, ATP5J2 e ATP6 mostraram-se diferencialmente expressos (P<0.05) entre os níveis de Pd no ambiente termoneutro e o gene ND2 no ambiente de calor (P<0.05). Nos suínos da fase 2, os genes COX3 e ND2 foram diferencialmente expressos (P<0.05), respectivamente, entre os níveis de Pd no ambiente termoneutro e ambiente de calor. Os dados apresentados revelam uma forte evidência de que o nutriente fósforo é um dos fatores chave que regulam a fosforilação oxidativa com implicação direta sobre a performance animal. Para a confirmação dessa hipótese de que suínos estressados por calor apresentam aumento na produção de ROS, foi realizado um segundo experimento que objetivou avaliar o perfil de expressão dos genes associados sistema antioxidante (manganes- superóxido dismutase, glutathiona peroxidase e catalase) em suínos de 2 diferentes fases de crescimeto submetido à ambientes de termoneutralidade e estresse por calor. Baseado em análises de qRTPCR, estes genes foram significativamente mais expressos em suínos expostos ao estresse de calor. Em geral, os dados deste estudo são os primeiros a revelar os efeitos de diferentes níveis de fósforo disponível na expressão de genes relacionados com a fosforilação oxidativa e suas implicações sobre o desempenho de suínos. Além disso, é demonstrado que elevadas temperaturas não só induzem a redução da capacidade metabólica oxidativa, como também, estimulam a produção de ROS em mitocôndrias de músculo LD o que leva a danos oxidativos mitocondriais, tais como, repressão da transcrição e provavelmente redução na atividade dos complexos da cadeia transportadora de elétrons, o que refletiu na piora da performance animal. Tais informações irão contribuir para melhor compreensão do papel do fósforo no metabolismo energético e maior entendimento sobre as mudanças no metabolismo e funcionamento mitocondrial em resposta à altas temperaturas.
Palavras-chave: Pig production
qRT-PCR
Produção de suínos
qRT-PCR
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA::GENETICA ANIMAL
Idioma: eng
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Genética animal; Genética molecular e de microrganismos; Genética quantitativa; Genética vegetal; Me
Programa: Mestrado em Genética e Melhoramento
Citação: WELLER, Mayara Morena Dél Cambre Amaral. Efeitos da temperatura ambiente e níveis de fósforo dietético na expressão gênica de suínos. 2012. 79 f. Dissertação (Mestrado em Genética animal; Genética molecular e de microrganismos; Genética quantitativa; Genética vegetal; Me) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2012.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/4763
Data do documento: 16-Fev-2012
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