A survey of genetic diversity of cattle suggests two domestication events in Asia and selection by husbandry.

The dissection of complex traits of economic importance to the pig industry requires the availability of a significant number of genetic markers, such as single nucleotide polymorphisms (SNPs). This study was conducted to discover several hundreds of thousands of porcine SNPs using next generation sequencing technologies and use these SNPs, as well as others from different public sources, to design a high-density SNP genotyping assay.A total of 19 reduced representation libraries derived from four swine breeds (Duroc, Landrace, Large White, Pietrain) and a Wild Boar population and three restriction enzymes (AluI, HaeIII and MspI) were sequenced using Illumina's Genome Analyzer (GA). The SNP discovery effort resulted in the de novo identification of over 372K SNPs. More than 549K SNPs were used to design the Illumina Porcine 60K+SNP iSelect Beadchip, now commercially available as the PorcineSNP60. A total of 64,232 SNPs were included on the Beadchip. Results from genotyping the 158 individuals used for sequencing showed a high overall SNP call rate (97.5%). Of the 62,621 loci that could be reliably scored, 58,994 were polymorphic yielding a SNP conversion success rate of 94%. The average minor allele frequency (MAF) for all scorable SNPs was 0.274.Overall, the results of this study indicate the utility of using next generation sequencing technologies to identify large numbers of reliable SNPs. In addition, the validation of the PorcineSNP60 Beadchip demonstrated that the assay is an excellent tool that will likely be used in a variety of future studies in pigs.

The genome organizations of eight phylogenetically distinct species from five mammalian orders were compared in order to address fundamental questions relating to mammalian chromosomal evolution. Rates of chromosome evolution within mammalian orders were found to increase since the Cretaceous-Tertiary boundary. Nearly 20% of chromosome breakpoint regions were reused during mammalian evolution; these reuse sites are also enriched for centromeres. Analysis of gene content in and around evolutionary breakpoint regions revealed increased gene density relative to the genome-wide average. We found that segmental duplications populate the majority of primate-specific breakpoints and often flank inverted chromosome segments, implicating their role in chromosomal rearrangement.

We have developed a panel of 152 whole-genome radiation hybrids by fusing irradiated diploid pig lymphocytes or fibroblasts with recipient hamster permanent cells. The number and size of the porcine chromosome fragments retained in each hybrid clone were checked by fluorescence in situ hybridization with a SINE probe or by primed in situ labeling (PRINS) with SINE-specific primers. A strategy based on the interspersed repetitive sequence polymerase chain reaction (IRS-PCR) was developed for selected clones to determine if the large fragments painted by the SINE probe corresponded to one pig chromosome or to different fragments of several chromosomes. This strategy was buttressed by a double PRINS approach using primers specific for α-satellite sequences of two different groups of swine chromosomes. Genome retention frequency was estimated for each clone by PCR with 32 markers localized on different porcine chromosomes. Of the 152 hybrids produced, 126 were selected on the basis of cytogenetic content and chromosome retention frequency to construct a radiation hybrid map of swine chromosome 8. Our initial results for this chromosome indicate that the resolution of the radiation hybrid map is 18 times higher than that obtained by linkage analysis.

Inbreeding has long been recognized as a primary cause of fitness reduction in both wild and domesticated populations. Consanguineous matings cause inheritance of haplotypes that are identical by descent (IBD) and result in homozygous stretches along the genome of the offspring. Size and position of regions of homozygosity (ROHs) are expected to correlate with genomic features such as GC content and recombination rate, but also direction of selection. Thus, ROHs should be non-randomly distributed across the genome. Therefore, demographic history may not fully predict the effects of inbreeding. The porcine genome has a relatively heterogeneous distribution of recombination rate, making Sus scrofa an excellent model to study the influence of both recombination landscape and demography on genomic variation. This study utilizes next-generation sequencing data for the analysis of genomic ROH patterns, using a comparative sliding window approach. We present an in-depth study of genomic variation based on three different parameters: nucleotide diversity outside ROHs, the number of ROHs in the genome, and the average ROH size. We identified an abundance of ROHs in all genomes of multiple pigs from commercial breeds and wild populations from Eurasia. Size and number of ROHs are in agreement with known demography of the populations, with population bottlenecks highly increasing ROH occurrence. Nucleotide diversity outside ROHs is high in populations derived from a large ancient population, regardless of current population size. In addition, we show an unequal genomic ROH distribution, with strong correlations of ROH size and abundance with recombination rate and GC content. Global gene content does not correlate with ROH frequency, but some ROH hotspots do contain positive selected genes in commercial lines and wild populations. This study highlights the importance of the influence of demography and recombination on homozygosity in the genome to understand the effects of inbreeding.

Abstract Background The domestic pig (Sus scrofa) is important both as a food source and as a biomedical model given its similarity in size, anatomy, physiology, metabolism, pathology, and pharmacology to humans. The draft reference genome (Sscrofa10.2) of a purebred Duroc female pig established using older clone-based sequencing methods was incomplete, and unresolved redundancies, short-range order and orientation errors, and associated misassembled genes limited its utility. Results We present 2 annotated highly contiguous chromosome-level genome assemblies created with more recent long-read technologies and a whole-genome shotgun strategy, 1 for the same Duroc female (Sscrofa11.1) and 1 for an outbred, composite-breed male (USMARCv1.0). Both assemblies are of substantially higher (>90-fold) continuity and accuracy than Sscrofa10.2. Conclusions These highly contiguous assemblies plus annotation of a further 11 short-read assemblies provide an unprecedented view of the genetic make-up of this important agricultural and biomedical model species. We propose that the improved Duroc assembly (Sscrofa11.1) become the reference genome for genomic research in pigs.

Maximum lifespan of a species is the oldest that individuals can survive, reflecting the genetic limit of longevity in an ideal environment. Here we report methylation-based models that accurately predict maximum lifespan (r=0.89), gestational time (r=0.96), and age at sexual maturity (r=0.87), using cytosine methylation patterns collected from over 12,000 samples derived from 192 mammalian species. Our epigenetic maximum lifespan predictor corroborated the extended lifespan in growth hormone receptor knockout mice and rapamycin treated mice. Across dog breeds, epigenetic maximum lifespan correlates positively with breed lifespan but negatively with breed size. Lifespan-related cytosines are located in transcriptional regulatory regions, such as bivalent chromatin promoters and polycomb-repressed regions, which were hypomethylated in long-lived species. The epigenetic estimators of maximum lifespan and other life history traits will be useful for characterizing understudied species and for identifying interventions that extend lifespan.

Abstract DNA-methylation profiles have been used successfully to develop highly accurate biomarkers of age, epigenetic clocks, for many species. Using a custom methylation array, we generated DNA methylation data from n=238 porcine tissues including blood, bladder, frontal cortex, kidney, liver and lung, from domestic pigs ( Sus scrofa domesticus ) and minipigs (Wisconsin Miniature Swine™). We present 4 epigenetic clocks for pigs that are distinguished by their compatibility with tissue type (pan-tissue and blood clock) and species (pig and human). Two dual-species human-pig pan-tissue clocks accurately measure chronological age and relative age, respectively. We also characterized CpGs that differ between minipigs and domestic pigs. Strikingly, several genes implicated by our epigenetic studies of minipig status overlap with genes ( ADCY3, TFAP2B, SKOR1 , and GPR61 ) implicated by genetic studies of body mass index in humans. In addition, CpGs with different levels of methylation between the two pig breeds were identified proximal to genes involved in blood LDL levels and cholesterol synthesis, of particular interest given the minipig’s increased susceptibility to cardiovascular disease compared to domestic pigs. Thus, inbred differences of domestic and minipigs may potentially help to identify biological mechanisms underlying weight gain and aging-associated diseases. Our porcine clocks are expected to be useful for elucidating the role of epigenetics in aging and obesity, and the testing of anti-aging interventions.

The domestic pig ( Sus scrofa ) is important both as a food source and as a biomedical model with high anatomical and immunological similarity to humans. The draft reference genome (Sscrofa10.2) of a purebred Duroc female pig established using older clone-based sequencing methods was incomplete and unresolved redundancies, short range order and orientation errors and associated misassembled genes limited its utility. We present two annotated highly contiguous chromosome-level genome assemblies created with more recent long read technologies and a whole genome shotgun strategy, one for the same Duroc female (Sscrofa11.1) and one for an outbred, composite breed male (USMARCv1.0). Both assemblies are of substantially higher (>90-fold) continuity and accuracy than Sscrofa10.2. These highly contiguous assemblies plus annotation of a further 11 short read assemblies provide an unprecedented view of the genetic make-up of this important agricultural and biomedical model species. We propose that the improved Duroc assembly (Sscrofa11.1) become the reference genome for genomic research in pigs.

Although survival has improved in recent years, the prognosis of patients with advanced pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) remains poor. Despite substantial differences in anatomy, physiology, genetics, and metabolism, the overwhelming majority of preclinical testing relies on transgenic mice. Hence, while mice have allowed for tremendous advances in cancer biology, they have been a poor predictor of drug performance/toxicity in the clinic. Given the greater similarity of sus scrofa pigs to humans, we engineered transgenic sus scrofa expressing a LSL-KRASG12D-TP53R167H cassette. By applying Adeno-Cre to pancreatic duct cells in vitro, cells self-immortalized and established tumors in immunocompromised mice. When Adeno-Cre was administered to the main pancreatic duct in vivo, pigs developed extensive PDAC at the injection site hallmarked by excessive proliferation and desmoplastic stroma. This serves as the first large animal model of pancreatic carcinogenesis, and may allow for insight into new avenues of translational research not before possible in rodents.