血中β-ヒドロキシ酪酸濃度のために集中的に採取されたホルスタイン乳牛における高ケトニン血症GWASとパリティ依存性SNPの関連

Hyperketonemia GWAS and parity dependent SNP associations in Holstein dairy cows intensively sampled for blood β-hydroxybutyrate concentration.

• Ryan S Pralle
• Nichol E Schultz
• Heather M White
• Kent A Weigel

抄録

高ケトン血症（HYK）は分娩後早期の乳牛が罹患する代謝障害であるが、HYK の感受性に寄与するゲノムバリアントの同定はこれまでに限られていた。我々は、集中的なスクリーニングプロトコルに基づいて HYK 表現型を用いたゲノムワイド関連研究（GWAS）を実施し、遺伝子型とパリティグループ（GWIS）との相互作用を調べ、アノテーションされた代謝経路の充実度を評価した。ホルスタイン牛を分娩後に実験に登録し、産後 5 日から 18 日の間の 4 つの時点で血液サンプルを採取した。血液中のβ-ヒドロキシ酪酸（BHB）濃度は、ハンドヘルド BHB メーターを用いて牛側で定量した。少なくとも 1 つの血液サンプルで BHB が 1.2 mmol/L 以上の場合、牛は HYK 症例としてラベル付けされ、他のすべての牛は非 HYK 対照牛とみなされました。品質管理手続きの後、1,710 頭の牛と 58,699 個の遺伝子型が、さらなる解析のために利用可能であった。GWAS および GWIS は、前方特徴選択線形混合モデル法を用いて実施した。ARS-BFGL-NGS-91238 と HYK 感受性との関連、および BovineHD0600024247 と BovineHD1400023753 の HYK に対するパリティ依存性の関連が確認された。これらの SNP 関連にアノテーションされた候補遺伝子は、ヒトおよびげっ歯類モデルにおいて、肥満、糖尿病、インスリン抵抗性、脂肪肝と関連していることが明らかになっている。エンリッチメント解析の結果、HYKの病因に寄与する代謝経路として焦点接着と軸索誘導が明らかになったが、インスリン分泌と感受性に関連する経路の遺伝的変異は、パリティ依存性の問題でHYK感受性に影響を与える可能性がある。結論として、本研究では、HYK感受性の遺伝的リスクに寄与するいくつかの新規なマーカー関連や代謝経路を提案する。

Hyperketonemia (HYK) is a metabolic disorder that affects early postpartum dairy cows; however, there has been limited success in identifying genomic variants contributing to HYK susceptibility. We conducted a genome-wide association study (GWAS) using HYK phenotypes based on an intensive screening protocol, interrogated genotype interactions with parity group (GWIS), and evaluated the enrichment of annotated metabolic pathways. Holstein cows were enrolled onto the experiment after parturition and blood samples were collected at 4 timepoints between 5 to 18 days postpartum. Concentration of blood β-hydroxybutyrate (BHB) was quantified cow-side via a handheld BHB meter. Cows were labeled as a HYK case when at least one blood sample had BHB ≥ 1.2 mmol/L and all other cows considered non-HYK controls. After quality control procedures, 1,710 cows and 58,699 genotypes were available for further analysis. The GWAS and GWIS were performed using the forward feature select linear mixed model method. There was evidence for an association between ARS-BFGL-NGS-91238 and HYK susceptibility, as well as parity-dependent associations to HYK for BovineHD0600024247 and BovineHD1400023753. Candidate genes annotated to these SNP associations have been previously associated with obesity, diabetes, insulin resistance, and fatty liver in humans and rodent models. Enrichment analysis revealed focal adhesion and axon guidance as metabolic pathways contributing to HYK etiology, while genetic variation in pathways related to insulin secretion and sensitivity may affect HYK susceptibility in a parity dependent matter. In conclusion, the present work proposes several novel marker associations and metabolic pathways contributing to genetic risk for HYK susceptibility.