Meyer, Heinrich H. D. (Prof. Dr. Dr. habil.); Adamski, Jerzy (Prof. Dr. Dr. habil.)
Language:
en
Subject group:
LAN Landbauwissenschaft
Controlled terms:
Legehenne; Federfressen; Vererbung; Genanalyse
TUM classification:
LAN 610d; BIO 790d
Abstract:
Feather pecking is a complex trait which may be caused by endogenous factors (i.e. genetic factors or, physiological control mechanisms) or environmental factors (feeding, density, housing conditions). The objective of this study was to identify and characterise candidate genes responsible for feather pecking in laying hens. In this study, in order to facilitate the determination of a possible genetic predisposition to that complex trait, feather pecking was considered to be a redirected exploratory behaviour occurring when there is no opportunity for normal exploration, which may consequently trigger off severe feather pecking. Differences in intrinsic exploratory behaviour can be best measured in freshly hatched chicks in a well-defined and easily controlled environment.
The exploratory behaviour of two chicken lines differing in the tendency to feather pecking (High versus Low Feather Pecking) was investigated. Observations of the freshly hatched chicks in a well-defined environment showed differences in the locomotory activity taking the form of exploratory episodes of the chicks from the two investigated lines. The number of exploratory episodes was significantly higher in the chicks from the High Feather Pecking line (P<0.001). Blood and brain samples were collected and used for further molecular analyses.
Seven candidate genes (HOXB8, TPH1, TPH2, ACADS, CRHR1, PRKG1, PRKG2) were identified from literature. The coding regions of five candidate genes (HOXB8, TPH1, TPH2, ACADS, CRHR1) were screened for single nucleotide polymorphisms (SNPs). All found SNPs were silent.
RNAs isolated from chicken brains of Low and High Feather Pecking lines were subjected to two-colour microarray experiments using the Chicken Neuroendocrine array from ARK-Genomics. A loop design was applied. A statistical analysis was carried out using a clone-by-clone mixed model approach, applied to each technical replicate. P-values for each clone were calculated as an average of P-values across technical replicates. Eight clones met the significance criteria and, on the basis of their sequences BLASTed against the chicken genome sequence, four candidate genes (HSC70, MBP, APOA1, TLR7) were selected for further detailed analysis. To increase a statistical power the joint analysis of all three technical replicates for each clone was applied. The clones and genes obtained after this alternative statistical analysis were not further analysed.
Realtime quantitative RT-PCR carried out for all eleven candidate genes revealed a different expression for five of them (P<0.05): TPH2, PRKG1, HSC70, MBP, APOA1.
The two main conclusions that can be drawn in this study are:
· There is a significant difference in exploratory behaviour between the High Feather Pecking and Low Feather Pecking line (in line with the hypothesis of feather pecking being redirected exploratory behaviour)
· There is a significant difference in gene expression of five candidate genes. A general tendency for lower expression of almost all analysed candidate genes in the High Feather Pecking line was observed during realtime quantitative RT-PCR
This study was conducted as a comprehensive effort to elucidate the genetic foundations of the complex trait feather pecking. The results of the study have revealed some very interesting differences in the behaviour and gene expression in the two observed lines (High and Low Feather Pecking) which should be further analysed in the future.
Translated abstract:
Federpicken ist ein komplexes Merkmal, welches durch angeborene Faktoren wie genetische Prädisposition oder physiologische Regelmechanismen und Umweltfaktoren wie Fütterung, Platzangebot und andere Haltungsbedingungen verursacht wird. Ziel dieser Untersuchung war es, potentielle Kandidatengene für das Federpicken bei Leghennen zu identifizieren und zu charakterisieren. Um die mögliche genetische Prädisposition zu dieser komplexen Eigenschaft feststellen zu können, wurde als Grundlage für diese Studie angenommen, dass Federpicken ein umorientiertes Erkundungsverhalten darstellt, welches auftritt wenn kein normales Erkundungsverhalten möglich ist. Die Unterschiede im angeborenen Erkundungsverhalten können am besten bei frisch geschlüpften Kücken in einer gut definierten und leicht kontrollierbaren Umgebung gemessen werden.
Untersucht wurde das Erkundungsverhalten bei zwei Hennenlinien, die sich durch die Veranlagung zum Federpicken unterscheiden (hohe bzw. niedrige Veranlagung zum Federpicken). Die Beobachtungen frisch geschlüpfter Küken aus beiden Linien in einer gut definierten Umwelt haben Aktivitätsunterschiede in der Lokomotion, gemessen anhand der Art der Erkundungsverhaltenepisoden, aufgezeigt. Die Zahl der Erkundungsverhaltenepisoden war bedeutend höher bei den Küken aus der Linie mit hoher Veranlagung zum Federpicken (P<0.001). Es wurden weiterhin Blut- und Hirnproben entnommen um molekulargenetische Analysen durchzuführen.
Sieben potentielle Kandidatengene wurden aufgrund der Literatur (HOXB8, TPH1, TPH2, ACADS, CRHR1, PRKG1, PRKG2) identifiziert. In der Protein-kodierende Region von fünf Kandidatengenen (HOXB8, TPH1, TPH2, ACADS, CRHR1) wurde nach Polymorphismen gesucht. Alle identifizierten Polymorphismen hatten keinen Einfluss auf die Aminosäuresequenz.
RNA aus Kükengehirnen der beiden Linien wurde einem Mikroarray-Experiment mit dem neuroendokrinen Array von ARK-Genomics unterzogen. Dazu wurde das Loop-Design genutzt. Zur statistischen Analyse wurde ein "clone-by-clone" gemischtes Model gewählt, welches für jedes technische Replikat verwendet wurde. Die P-Werte für jeden Klon wurden als Mittelwert des P-Wertes der technischen Replikate berechnet. Acht Klonen erreichten die Signifikanzgrenze. Mit Hilfe ihrer Sequenz, die gegen das Hühnergenom geBLASTet wurde, konnten vier Gene (HSC70, MBP, APOA1, TLR7) für die weitere Untersuchung ausgewählt werden. Um die statistische Power der Auswertung des Microarray - Experimentes zu erhöhen wurde eine gemeinsame Analyse der drei technischen Replikate durchgeführt. Die dadurch erhaltenen Klone und Gene wurden allerdings nicht weitergehend untersucht.
Realtime RT-PCR Analysen mit allen elf Kandidatengenen, ergaben eine unterschiedliche Expression für fünf dieser Gene (P<0.05): TPH2, PRKG1, HSC70, MBP, APOA1.
Aus der oben beschriebenen Untersuchung können zwei grundsätzliche Schlussfolgerungen gezogen werden:
· Es besteht ein wesentlicher Unterschied im Erkundungsverhalten zwischen Tieren der Linien mit hoher und niedriger Veranlagung für das Federpicken. Dies stützt die Hypothese, dass es sich beim Federpicken um ein umorientiertes Erkundungsverhalten handelt.
· Es gibt signifikante Unterschiede in der Genexpression von fünf Kandidatengenen. Eine generelle Tendenz zu einer erniedrigten Expression von nahezu allen untersuchten Kandidatengenen in der Linie mit hoher Veranlagung für das Federpicken wurde bei der Real time quantitative RT-PCR festgestellt.
Das Bestreben dieser Studie war es in einem umfassenden Ansatz die genetische Grundlage für das komplexe Merkmal des Federpickens zu untersuchen. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen sehr interessante Unterschiede im Verhalten und in der Genexpression zwischen den beiden Linien mit hoher und niedriger Veranlagung für das Federpicken, welche in Zukunft weitergehend untersucht werden sollten.
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