Fights, flights and genes: contribution of behaviour genetics to equine athletic performance

June, 2019

Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala
VH Degree project defense by Paulina Berglund
“Can behavioural profiles explain eye-temperature variation from exercise among trotting horses”

April 30 to May 1, 2019

First sample collection at Bjerke racetrack in Oslo (Norway). In total, we collected behavioural and eye temperature data of 33 horses belonging to the breeds Swedish-Norwegian Coldblooded trotter (n=9) and Standardbred trotter (n=24). Photos during the collection of phenotypes using the infrared camera (FLIR I6, FLIR Systems, Inc).

Kunskap om vilka genetiska faktorer som styr och reglerar djurs såväl människors beteende är begränsad. Beteendestrategier och kognitiv förmåga är viktiga faktorer för att hantera stressande utmaningar. Rädsla/ångest och ilska/aggression försämrar hälsa, livskvalitet och sociala interaktioner. Psykisk ohälsa är en stor belastning för välbefinnandet hos såväl människor som djur, och påverkar ekonomin för individer och samhälle. Mycket är känt om sådana känslors fysiologi och neuroanatomi, men det fattas kunskap om den genetiska regleringen - särskilt varför vissa individer är mer känsliga för stress. Förmågan att tolerera eller hantera stress varierar hos både människor och djur, och inom och mellan könen.

Målet med denna studie är kartlägga genetiska faktorer som påverkar beteende och stresstålighet. Häst är en utmärkt modellorganism för sådana studier då de uppvisar en stor variation i flera olika beteenden såsom stresskänslighet och samtidigt har en fördelaktig populationsstruktur för att framgångsrikt kunna kartlägga viktiga gener. Som ett bevis att hästen är en väl fungerande genetisk modell kan nämnas att vi tidigare gjort viktig upptäckt när det gäller förståelsen av hur hästars och alla ryggradsdjurs rörelsemönster koordineras, då vi visade att en förändring av en enda bokstav i den s.k. DMRT3 genen har en avgörande betydelse för hästars rörelsemönster (Andersson et al. 2012, Nature). Mutationen har via studier hos möss lett till fundamental kunskap för hur nätverk av nervceller i ryggmärgen fungerar. Forskningen är ett bra exempel på hur studier av enskilda egenskaper hos hästen kan leda till ny betydelsefull grundläggande kunskap inom andra ämnesområden, i detta fall neurobiologi. På ett liknande sätt vill vi nu använda hästen för att identifiera gener som reglerar olika grundläggande beteenden.

Den nordiska kallblodstravaren har visat sig vara en idealisk genetisk modell för att identifiera gener som reglerar fysisk prestationsförmåga. Nya preliminära forskningsresultat från studier av denna hästras tyder på att gener för kognitiv förmåga kan spela en nyckelroll för tävlingsframgång. Detta ger oss en möjlighet att studera psykologiska egenskaper viktiga för tävlingsframgång (t ex stresstålighet, viljan att vinna). I syfte att förbättra hästars välfärd vill jag med detta projekt kartlägga gener som reglerar de beteendeprofiler som är centrala för atletisk prestationsförmåga. Jag ämnar ta fördel den gynnsamma populationsstrukturen, den omfattande variationen i beteende, samt väl dokumenterad tävlingsdata som finns hos häst. I mina analyser kommer jag använda genetiska varianter (skillnader i en enda bas) spridda i hela arvsmassan hos ett stort antal individer i tre olika hästraser. Beteendet hos hästarna kommer att utvärderas av experter inom etologi vid SLU. Jag kommer sedan att jämföra genetiska markörer i arvsmassan mellan grupper av hästar som har tydliga skillnader i beteendeprofiler. Därefter används andra generationens sekvenseringsteknik för att läsa av hela arvsmassan hos noga utvalda enstaka hästar för att påvisa de orsakande mutationerna. Jag planerar att kombinera den allra senaste teknologin inom genomanalys med djup kunskap kring hästens beteende för att identifiera gener associerade till psykologiska egenskaper som är kritiska för fysisk prestationsförmåga. Det är tidigare visat att kognition är exempel på en egenskap som människan föredrog redan under tiden för tämjningen/domesticeringen av hästen. De identifierade genetiska varianterna kommer därför även att studeras hos historiska prover från häst tagna före, under och efter tiden för domesticeringen.

Värdet av denna forskning är flerfaldig. Forskningen är betydelsefull genom att:

• Vi kommer att ta fram ny grundläggande kunskap om de gener som reglerar beteende och stresstålighet och att dessa gener sedan kan studeras i andra arter som till exempel människa. Hästen skulle alltså i detta avseende kunna fungera som en modell för de humana sjukdomar som rör psyket. För framtida funktionella studier kan möss eller zebrafisk som bär på mutationerna studeras för att lära mer om de bakomliggande molekylära mekanismerna.
• Vi förväntar oss att uppnå ökad förståelse för ursprunget till hästens beteende genom att analysera prover från pre- och post domesticeringen. Eftersom det är troligt att vi kartlägger gener som styr flykt-och kampresponsen kan vi undersöka hur denna respons eventuellt har påverkats av tämjningen av hästen.

Will be listed here.

Anna Jansson, Professor, Department of Anatomy, Physiology and Biochemistry (AFB), Division of Anatomy and Physiology, SLU

Brandon D Velie, Lecturer, School of Life and Environmental Sciences, University of Sydney

Eric Strand, Professor of Equine Surgery, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Companion Animal Clinical Sciences, NMBU

Gabriella Lindgren, Senior Lecturer, Department of Animal Breeding and Genetics, Division of Molecular Genetics, SLU. Guest professor, Department of Biosystems, KU Leuven

Linda Keeling, Professor, Department of Applied Animal Science and Welfare, SLU

Maria Wilbe, Researcher, Department of Animal Breeding and Genetics, Division of Molecular Genetics, SLU

Marina Solé, Researcher, Department of Animal Breeding and Genetics, Division of Molecular Genetics, SLU

Mikael Mattsson, Senior Researcher, Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet and RISE (Research Intitutes of Sweden)

Nadine Buys, Professor, Department of Biosystems, KU Leuven

Paulina Berglund, Masters student, Department of Animal Breeding and Genetics, Division of Molecular Genetics, SLU

Sigrid Lykkjen, Associate Professor, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Companion Animal Clinical Sciences, NMBU

Steven Janssens, Senior Researcher, Department of Biosystems, KU Leuven