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Genomic variation and molecular mechanisms of the host response to gastrointestinal nematodes in small ruminants

Aboshady, Hadeer M. (2020). Genomic variation and molecular mechanisms of the host response to gastrointestinal nematodes in small ruminants. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2020:13
ISBN 978-91-7760-544-7
eISBN 978-91-7760-545-4
[Doctoral thesis]

[img] PDF - Published Version
2MB

Abstract

Gastrointestinal nematode (GIN) infections are one of the major constrains for sheep and goat production worldwide. One of the promising control strategies is the genetic selection for resistant animals as there are no issues due to anthelmintic resistance and it aligns to demands for chemical-free food. Exploring possible phenotypic and genomic markers that could be used in breeding scheme besides understanding the mechanisms responsible for resistance were the main goals of this thesis. Thesis consists of General introduction, a brief description of GIN biology and methods to control GIN with focus on phenotypic and genomic markers, four papers and General discussion. In paper Ⅰ, a systematic review and meta-analysis were conducted to re-analyse and summarize the findings on immunoglobulins response to GIN in the literature and discuss the potential to use immunoglobulins as biomarkers of the host resistance. A conceptual model summarizing the role of immunoglobulins in resistance to GIN is proposed. In paper Ⅱ, transcriptome profiling of the abomasal mucosa and lymph node tissues were compared between non-infected, resistant and susceptible Creole goats experimentally infected with Haemonchus contortus. Results indicated that the maintenance of the integrity of the mucosa has probably the priority for the host at late infection stage. In paper Ⅲ, the dynamics of the response of the abomasal mucosa of resistant and susceptible Creole goats experimentally infected with H. contortus were compared. The immune response was activated through many relevant pathways including the Th1 immune response at different time post-infection. Interestingly, the results showed a simultaneous time series activation of Th2 related genes in resistant compared to susceptible kids. In paper Ⅳ, the genomic variants of Creole goats resistant and susceptible to H. contortus were discovered from RNAsequencing data at four different times post-infection. Single nucleotide polymorphisms, insertions and deletions that distinguish the resistant and the susceptible groups were identified and characterized through functional analysis. The T cell receptor signalling pathway was one of the top significant pathways that distinguish the resistant from the susceptible group with genomic variants in 78% of genes in this pathway.

Authors/Creators:Aboshady, Hadeer M.
Title:Genomic variation and molecular mechanisms of the host response to gastrointestinal nematodes in small ruminants
Alternative abstract:
LanguageAbstract
French

Les infections par les nématodes gastro-intestinaux (NGI) constituent l’une des contraintes principales de production chez les ovins et les caprins dans le monde. Une des solutions prometteuse est la sélection génétique d’animaux résistants aux NGI. Cette sélection permettrait de réduire l’utilisation des anthelminthiques et donc l’apparition de souches de NGI résistants à ces molécules, et de répondre à la demande sociétale de produits animaux sans résidus. Les principaux objectifs de cette thèse étaient de caractériser des marqueurs phénotypiques et génomiques qui pourraient être utilisés dans des schémas de sélection et de comprendre les mécanismes physiologiques sous-jacents. Ce manuscrit de thèse est structuré de la manière suivante : une introduction générale suivie d’une brève description de la biologie des NGI et des méthodes de contrôle en mettant l’accent sur les marqueurs phénotypiques et génomiques, puis les quatre articles scientifiques et la discussion générale. Dans l’article I, une revue systématique et une méta-analyse ont été réalisées pour ré-analyser et résumer les résultats de la littérature sur la réponse humorale contre les NGI et discuter de la possibilité d’utiliser les immunoglobulines comme biomarqueurs de la résistance de l’hôte. Un modèle conceptuel résumant le rôle des immunoglobulines dans la résistance au NGI est proposée. Dans l’article II, les transcriptomes de la muqueuse abomasale et des ganglions drainants d’animaux résistants et sensibles infestés par Haemonchus contortus et non-infestés ont été comparés. Les résultats ont montré qu’à un stade tardif de l'infestation le maintien de l'intégrité de la muqueuse est probablement la priorité pour l'hôte. Dans l’article III, les dynamiques de la réponse de l’hôte au niveau de la muqueuse abomasale ont été comparées entre animaux résistants et sensibles infestés par H. contortus. Nous avons montré l’activation de nombreuses voies de signalisation, notamment la voies Th1 et Th2 de manière concomitante. Dans l’article IV, des variants génomiques (SNP, insertions et délétions) de la résistance aux NGI ont été mis en évidence à partir des données de séquençage des ARN et caractérisés par une analyse fonctionnelle. L’une des voies de signalisation qui distinguent le mieux les deux génotypes est celle des récepteurs de lymphocytes T, près de 78% des gènes de cette voie de signalisation présentent des variants génomiques.

Swedish

Infektioner med gastrointestinala nematoder (GIN) är en av de största begränsningarna för får- och getproduktion över hela världen. En av de lovande kontrollstrategierna är avel för resistenta djur eftersom det då inte finns några problem på grund av anthelmintisk resistens och det stämmer bra överens med efterfrågan på kemikaliefri mat. Huvudmålet för denna avhandling var att undersöka möjliga fenotypiska och genomiska markörer som kan användas i avelsprogram samt att förstå de mekanismer som är ansvariga för resistens.

Avhandlingen består av allmän introduktion, en kort beskrivning av biologin för GIN och metoder för att kontrollera GIN med fokus på fenotypiska och genomiska markörer, fyra artiklar och allmän diskussion. I artikel I genomfördes en systematisk granskning och metaanalys för att analysera och sammanfatta resultaten i litteraturen om immunoglobuliners svar på GIN och diskutera potentialen att använda immunoglobuliner som biomarkörer för resistens hos värden. En konceptuell modell som sammanfattar immunoglobuliners roll i resistens mot GIN föreslås. I artikel II jämfördes transkriptomprofilering av bukslemhinnan och lymfkörtelvävnader mellan icke-infekterade, resistenta och mottagliga kreolska getter som experimentellt infekterats med Haemonchus contortus. Resultaten indikerade att upprätthållandet av slemhinnans integritet troligen har prioritet för värden vid sen infektion. I artikel III jämfördes dynamiken i responsen hos bukslemhinnan hos resistenta och mottagliga kreolska getter som experimentellt infekterats med H. contortus. Immunsvaret aktiverades genom många relevanta reaktionsvägar inklusive Th1-immunsvaret vid olika tidpunkter efter infektion. Intressant nog visade resultaten en samtidig aktivering av Th2-relaterade gener hos resistenta jämfört med mottagliga kid. I artikel IV upptäcktes de genomiska varianterna hos kreolska getter som var resistenta och mottagliga för H. contortus från RNA-sekvenseringsdata vid fyra olika tidpunkter efter infektion. Variation i enstaka baspar, insertioner och deletioner som skiljer de resistenta och mottagliga grupperna identifierades och karakteriserades genom funktionell analys. T-cellreceptorsignalvägen var en av de viktigaste reaktionsvägarna som skiljer den resistenta från den mottagliga gruppen med genomiska varianter i 78% av generna i denna reaktionsväg.

Series/Journal:Acta Universitatis Agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2020
Number:2020:13
Number of Pages:72
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IAboshady H. M., M.J. Stear, A. M. Johansson, E. Jonas, J.C. Bambou* (2019). Immunoglobulins as Biomarkers for Gastrointestinal Nematodes Resistance in Small Ruminants. (submitted)
IIAboshady H. M., N. Mandonnet, M. J. Stear, R. Arquet, M. Bederina, J. Sarry, G. Tosser-Klopp, C. Klopp, A. M. Johansson, E. Jonas, J.C. Bambou* (2019). Transcriptome variation in response to gastrointestinal nematode infection in goats. PLoS ONE 14(6): e0218719. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218719
IIIAboshady H. M.; N. Mandonnet; Y. Félicité; J. Hira; A. Fourcot; C. Barbier; A. M. Johansson; E. Jonas; J.C. Bambou* (2019). Dynamic transcriptomic changes of goat abomasal mucosa in response to Haemonchus contortus infection. (submitted)
IVAboshady H. M., N. Mandonnet, A. M. Johansson, E. Jonas, J.C. Bambou*. Genomic variants from RNA-seq for goats resistant or susceptible to gastrointestinal nematode infection. (submitted)
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Animal Breeding and Genetics
ISBN for printed version:978-91-7760-544-7
ISBN for electronic version:978-91-7760-545-4
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Article category:Other scientific
Full Text Status:Public
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 404 Agricultural Biotechnology > Genetics and Breeding
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 403 Veterinary Science > Medical Bioscience
Keywords:small ruminants, Haemonchus contortus, genetic resistance, immune response, transcriptome
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-p-104536
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-p-104536
ID Code:16710
Faculty:VH - Faculty of Veterinary Medicine and Animal Science
Department:(VH) > Dept. of Animal Breeding and Genetics
Deposited By: SLUpub Connector
Deposited On:26 Feb 2020 14:23
Metadata Last Modified:20 May 2020 10:51

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