Identification of Quantitative Trait Loci (QTL) for canine hip dysplasia in German shepherd dogs

Marschall, Yvonne

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Identification of Quantitative Trait Loci (QTL) for canine hip dysplasia in German shepherd dogs

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Das Ziel dieser Arbeit war die Identifizierung von quantitativen Merkmalsgenorten (QTL) für die Hüftgelenkdysplasie (HD) beim Deutschen Schäferhund. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde zunächst ein Genomscan mit Mirkrosatelliten durchgeführt und anschließend wurden die aufgedeckten QTL durch eine SNP-Analyse überprüft und weiter eingeengt. Im Genomscan wurden 459 Deutsche Schäferhunde aus 11 väterlichen Halbgeschwisterfamilien, bestehend aus 285 Nachkommen und ihren Eltern, mit 261 Mikrosatelliten genotypisiert. Alle caninen Chromosomen wurden mit Mikrosatelliten abgedeckt. Der HD-Phänotyp und die Pedigreedaten waren für alle Hunde verfügbar. Hunde mit dem HD-Grad A wurden als frei und Hunde mit den HD-Graden B bis E als betroffen angesehen. Die Genotypdaten wurden mit einer nichtparametrischen Kopplungsanalyse, die auf dem identical-by-descent (IBD) Verfahren beruht, auf Kopplung mit HD analysiert. Es wurden 19 canine Chromosomen aufgedeckt, die QTL für HD enthalten: 1, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 14, 16, 18, 19, 21, 22, 26, 29, 32, 33, 34 und 35. Davon erreichten 9 QTL die genomweite Signifikanz. Diese waren auf den caninen Chromosomen 1, 3, 4, 8, 9, 16, 19, 26 und 33. Zur weiteren Feinkartierung dieser QTL wurden Single Nucleotide Polymorphismen (SNP)-Marker in den QTL-Regionen entwickelt. Dazu wurden 129 Gene mit insgesamt 312 Polymerasekettenreaktion (PCR) -Produkten untersucht. Es wurden 177 SNPs in 94 PCR-Produkten identifiziert, wovon allerdings nur 104 SNPs für den Deutschen Schäferhund informativ waren. Für die Assoziationsstudie wurden 30 SNPs aufgrund ihrer Lokalisation zu gekoppelten Mikrosatelliten und aufgrund von Haplotyp-Informationen ausgewählt. Zunächst wurden mit diesen SNPs 190 unverwandte Deutsche Schäferhunde genotypisiert. Bei einem Verdacht auf Assoziation wurden weitere 259 Deutsche Schäferhunde hinzugezogen. Von den insgesamt 449 Hunden hatten 229 den HD-Grad A, 174 den HD-Grad C und 46 den HD-Grad D. Für den Test auf Assoziation wurden die Hunde mit dem HD-Grad A als frei angesehen und gegen die Gruppe der Hunde mit HD-Grad C oder D, der Hunde mit HD-Grad C und der Hunde mit HD-Grad D als betroffene Tiere getestet. Für jede der drei Analysen wurde der Informationsgehalt der SNPs bestimmt und auf das Vorliegen des Hardy-Weinberg-Gleichgewichtes untersucht. Es wurden assoziierte SNPs (CHD-SNPs) gefunden. Von den assoziierten SNPs waren nicht alle im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Für jeden CHD-SNP wurden Additiv- und Dominanzeffekte, sowie das relative Risiko HD zu entwickeln in Form von Odds Ratios geschätzt. Der Anteil an erklärter phänotypischer Varianz wurde geschätzt. Die CHD-SNPs erwiesen sich als geeignete Marker für die markergestützte Selektion gegen HD beim Deutschen Schäferhund.

The aim of this work was to identify quantitative trait loci (QTL) for canine hip dysplasia (CHD) in the German shepherd dog. To reach this aim, a whole genome scan was performed with microsatellite markers. QTL identified by linkage were subsequently verified and refined by using intragenic single nucleotide polymorphisms (SNPs). For the whole genome scan, 459 German shepherd dogs, belonging to 11 paternal half-sib families and including 285 offspring and their parents, were genotyped for 261 microsatellite markers. All canine chromosomes were covered with microsatellites, and information on CHD phenotypes and pedigree was available for all dogs. Dogs scored as CHD grade A were considered as unaffected, and dogs scored as CHD grades B to E were considered as affected. Marker genotypes were combined with pedigree and phenotype data and analysed using non-parametric linkage analysis based on identical by descent (IBD) mapping. The linkage study revealed putative QTL on the following 19 canine chromosomes: 1, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 14, 16, 18, 19, 21, 22, 26, 29, 32, 33, 34 and 35. Genome-wide significance was reached by nine QTL, located on canine chromosomes 1, 3, 4, 8, 9, 16, 19, 26 and 33. To further refine the QTL, SNPs were subsequently developed in the respective genome regions. For this purpose, 129 genes in the QTL regions with a total of 312 polymerase chain reaction (PCR) products were scanned for SNPs using an automatic sequencer (MegaBACE 1000). In total, 177 SNPs in 94 PCR products from 65 genes were identified, but only 104 of them were informative for the German shepherd dog. For the association study, 30 of the SNPs were chosen due to their location close to the linked microsatellite markers and within the haplotypes shared by the CHD-affected dogs. At first, a group of 190 unrelated German shepherd dogs was genotyped for these SNPs. In case of indications for an association, genotyping was performed for further 259 unrelated German shepherd dogs. Among all 449 genotyped dogs, 229 were scored as CHD grade A, 174 as CHD grade C, and 46 as CHD grade D. For association testing, dogs scored as CHD grade A were considered as unaffected. Dogs scored as CHD grade C or D, only dogs scored as CHD grade C or only dogs scored as CHD grade D were considered as affected, resulting in three sets of analyses. In each case, information content of the SNP markers was determined, and tests for Hardy-Weinberg equilibrium were performed. Genotype data were then tested for association. SNPs were found to be associated with CHD (CHD-SNPs). Of the associated SNPs, not all SNPs were in Hardy-Weinberg equilibrium. For each of the CHD-SNPs, additive and dominance effects as well as relative risks to develop CHD in the form of Odds ratios were estimated. Definition of the unfavourable allele was according to the results of the analysis of CHD-A vs. CHD-C/D. The proportion of variance explained by the CHD-SNPs was estimated. The CHD-SNPs are therefore considered to represent suitable markers for marker assisted selection against CHD in the German shepherd dog.