Genome-wide association study for the genetic differences between marcha batida and marcha picada gaits in Mangalarga Marchador equine

O gene DMRT3 tem sido descrito como o principal gene a atuar na determinação da marcha em diversas raças equinas. O alelo A do SNP 23:g.22999655C>A do DMRT3 foi apontado como responsável por essa característica. Na raça brasileira Mangalarga Marchador, a qual apresenta dois padrões de marcha com características bem definidas, os genótipos AA e CA vem sendo associados à marcha picada e o genótipo CC à marcha batida. O objetivo geral do presente prospectar regiões genômicas associadas às marchas batida e picada em equinos Mangalarga Marchador. Foram utilizados 1.230 dados fenotípicos sobre o tipo de andamento (marcha batida N = 1.006; marcha picada N = 227) e, considerando a totalidade da genealogia conhecida para cada animal, 3172 animais no pedigree. Primeiramente foram testadas estratégias de modelagem para esta característica a fim de determinar os efeitos a serem considerados no modelo, bem como a melhor forma de inclusão (efeito fixo ou aleatório). Posteriormente, foi estudada a relação entre as frequências alélicas e genotípicas do gene DMRT3 com os padrões de parentesco e endogamia de acordo com cada tipo de marcha. Um estudo de associação genômica ampla em passo único (considerando informações de animais genotipados e não-genotipados simultaneamente) foi conduzido para verificar regiões genômicas, polimorfismos de nucleotídeo único e genes relacionados com a determinação do tipo de marcha em cavalos Mangalarga Marchador. Vinte e dois polimorfismos de nucleotídeo único localizados nos cromossomos 4(N = 5), 6 (2), 16 (1), 23 (11), 26 (1) e 29 (2), foram responsáveis por 42,43% da variância genética aditiva. Foram associados ao tipo de marcha 69 genes, mas cerca de 39 não estavam anotados em equinos. Foi conduzido um blast a fim de recuperar a função mais provável destes genes. Foram encontradas oito vias metabólicas associadas ao tipo de marcha. Os principais genes envolvidos estavam relacionados à percepção de estímulos externos, metabolismo energético-oxidativo, sistema imune e aprendizado e ritmo da locomoção. Não foi possível identificar a(s) variante(s) causal(ais) do tipo de marcha, contudo este estudo foi o primeiro e verificar que a possível determinação genética do tipo de marcha em cavalos Mangalarga Marchador passa por diferenças em níveis metabólicos que garantem a adaptação dos animais ao tipo de andamento.The DMRT3 gene has been described as the main gene to act in gait determination in several equine breeds. The allele A of the SNP 23:g.22999655C>A of DMRT3 gene was identified as responsible for this trait. In the Brazilian Mangalarga Marchador breed, which presents two gait patterns with characteristics well defined, the AA and CA genotypes have been associated with marcha picada gait and CC genotype with marcha batida gait. The general aim of this study was to prospect genomic regions associated with marcha batida and marcha picada gaits in Mangalarga Marchador equines. 1,230 phenotypic data were used on the type of gait (marcha batida N = 1.006; marcha picada N = 227) and, considering the totality of known genealogy for each animal, 3,172 animals in the pedigree. Firstly, modelling strategies were tested for this trait in order to determine the effects to be considered in the model, as well as the best form of inclusion (fixed or random effect). Based on the best modelling strategy to be used, the relationship between the allelic and genotypic frequencies of the DMRT3 gene with kinship and inbreeding patterns was studied according to each type of gait. A single-step wide genomic association study (considering information from both genotyped and non-genotyped animals simultaneously) was conducted to verify genomic regions, single nucleotide polymorphisms and genes related to determination of gait type in Mangalarga Marchador horses. Twenty two single nucleotide polymorphisms located on chromosomes 4 (N = 5), 6 (2), 16 (1), 23 (11), 26 (1) and 29 (2) were responsible for 42.43% of the additive genetic variance. 69 genes were associated with gait type, but about 39 were not annotated in horses. A blast was conducted in order to recover the most likely function of these genes. Eight metabolic pathways were found associated with gait type and the main genes involved were related to the perception of external stimuli, energy-oxidative metabolism, immune system and learning and rhythm of locomotion. It was not possible to identify the causal variant(s) of the type of gait; however, this study was the first and to verify that the possible genetic determination of gait type in Mangalarga Marchador horses goes through differences in the metabolic levels that guarantee the adaptation of the animals to the type of gait