Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Identification of quantitative trait loci (QTL) for radiological alterations in the navicular bone of Hanoverian warmblood horses

Diesterbeck, Ulrike Sigrid

The objectives of the present thesis were to collect a family material showing both a high incidence of radiologically visible alterations in the navicular bone as well as a genetic predisposition to these radiological changes for the identification of quantitative trait loci (QTL) responsible for radiologically visible alterations in the navicular bone in Hanoverian warmblood horses.   The family material comprised 155 horses descending from 46 stallions. The size of the examined half-sib groups ranged from three to 19. Radiographs were taken of both front limbs of the navicular region in the dorsoproximo-palmarodistal projection according to OXspring (1935). The radiographs of the navicular bone were analysed according to the scheme of BRUNKEN (1986) and appraised by experienced veterinariens. The following prevalences were determined: deformed canales sesamoidales (DCS), 40.0 %; for radiological changes in the contour (RAC), 23.2 %; and for radiological alterations in the structure (RAS), 25.8 %. The estimated heritabilities for the single characteristics were h² = 0.63 ± 0.19 (DCS), h² = 0.53 ± 0.28 (RAS), h² = 0.24 ± 0.13 (RAC). Moderatly positive additive genetic correlations were estimated between DCS and RAS (rg = 0.27 ± 0.14) as and between DCS and RAC (rg = 0.38 ± 0.08), while RAC and RAS were negatively additively genetically correlated (rg = -0.79 ± 0.10). The whole genome scan comprised 161 microsatellite markers equally distributed over all autosomes and the X-chromosome. The 17 half-sib families were comprised of on average 8.47 progeny or grandchildren and 181 animals were genotyped. The average information content (PIC) of the microsatellits used was 60.5 %. Increasing the marker density with 52 additional markers, QTL with high Zmeans and LODscores on ECA2, 3, 10 and 15 were refined. Non-parametric linkage analyses based on identical-by-descent (IBD) mapping were separately performed for the traits DCS, RAC and RAS. Chromosome-wide significant QTL for the different traits were found on 17 equine chromosomes and the region from 45.50 cM to 49.80 cM on equine chromosome 10 linked with DCS and the microsatellitemarker UCD380 at 48.00 cM on ECA2 linked with RAC were also genome-wide significant. Chromosome-wide significant QTL were detected for DCS on five chromosomes. Chromosome-wide significant QTL for RAC were found on ten equine chromosomes and for RAS on six equine chromosomes. The uneven distribution of the QTL between the traits analysed indicates that different genes may be responsible for the different traits. Positional candidate genes for osteoarthritis (OA) were identified in syntenic human chromosome regions for QTL on equine chromosomes 2, 3, 4 and 10. As navicular bone disease resembles human OA but is not identical to human osteoarthritis, it is not clear if osteoarthritis genes may be really useful candidates for equine navicular disease. The genome scan carried out in this study was a first step towards the identification of candidate genome regions harbouring genes responsible for the development of radiologically visible alterations in the navicular bones of horses.

Hintergrund dieser Studie war, ein Familienmaterial zu sammeln, welches eine hohe Inzidenz von radiologischen Strahlbeinveränderungen genetischer Prädisposition besitzt, um quantitative Merkmalsgenorte (QTL), die ursächlich an diesen Veränderungen beteiligt sind, zu identifizieren.   Das Familienmaterial umfasste 155 Nachkommen von 46 Hengsten. Die Größe der Halbgeschwistergruppen lag zwischen 3 und 19. Röntgenbilder nach OXSPRING (1935) lagen jeweils von beiden Vordergliedmaßen vor. Die Röntgenbilder wurden nach dem Schema von BRUNKEN (1986) beurteilt. Es konnten die folgenden Prevalenzen ermittelt werden: deformierte Canales sesamoidales (DCS), 40,0%; Konturveränderungen (RAC), 23,3% und Strukturveränderungen (RAS), 25,8%. Die geschätzten Heritabilitäten für die einzelnen Merkmale betrugen h² = 0,63 ± 0,19 (DCS), h² = 0,53 ± 0,28 (RAS), h² = 0,24 ± 0,13 (RAC). Mittlere positive additive genetische Korrelationen wurden zwischen DCS und RAS (rg = 0,27 ± 0,14) und zwischen DCS und RAC (rg = 0,38 ± 0,08) geschätzt, während RAC und RAS negative additive genetisch korreliert waren (rg = -0,79 ± 0,10). Der gesamte Genomscan wurde mit 161 Mikrosatellitenmarkern, welche gleichmäßig über alle Autosomen und das X-Chromosom verteilt waren, durchgeführt. Die 17 Halbgeschwisterfamilien umfassten im Mittel 8,47 Nachkommen oder Enkel. Genotypisiert wurden 181 Tiere. Der mittlere Informationsgehalt der Mikrosatelliten betrug 60,5%. In einem zweiten Schritt wurde die Markerdichte auf den Pferdechromosomen (ECA) 2, 3, 10 und 15 mit 52 Mikrosatellitenmarkern erhöht. Die nicht-parametrische Kopplungsanalyse, basierend auf dem identical-by-descent (IBD)-Verfahren, wurde für die einzelnen Merkmale (DCS, RAC, RAS) durchgeführt. Auf insgesamt 17 Chromosomen konnten chromosomenweit signifikante QTL für die verschiedenen Merkmale gefunden werden. Die Region auf ECA10 von 45,50 cM bis 49,80 cM zeigte sich für das Merkmal DCS und der Marker UCD380 für das Merkmal RAC auch genomweit signifikant. Chromosomenweit signifikante QTL konnten für das Merkmal DCS auf fünf, für das Merkmal RAC auf zehn und für das Merkmal RAS auf sechs Pferdechromosomen gefunden werden. Die ungleiche Verteilung der QTL zwischen den Merkmalen läßt vermuten, dass unterschiedliche Gene an der Entstehung der einzelnen Merkmale beteiligt sind. Positionelle Kandidatengene für Osteoarthritis (OA) wurden in syntänen menschlichen Chromosomenregionen für die Pferdechromosomen 2, 3, 4 und 10 gefunden. Da die Podotrochlose der menschlichen Osteoarthritis ähnelt könnten diese Gene nützliche Kandidaten zur Aufklärung sein. Der Genomscan war ein erster Schritt um Kandidatengenomregionen mit Genen, welche radiologische Strahlbeinveränderungen hervorrufen, zu identifizieren.

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Diesterbeck, Ulrike Sigrid: Identification of quantitative trait loci (QTL) for radiological alterations in the navicular bone of Hanoverian warmblood horses. Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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