Hestens genetiske evolution kortlagt

Et fuldt genom af en hest, der levede for 700.000 år siden, er blevet sekventeret af danske forskere.


Przewalski hest

Godt gemt i permafrost i en afsidesliggende dal i Canada fandt man i 2003 et lille stykke fossilknogle. Knoglen viste sig at stamme fra bagbenet på en hest, og man kunne fastslå, at den var mellem 560.000 og 780.000 år gammel. Takket være stadig mere avancerede metoder til at ekstrahere og sekventere selv meget små mængder DNA lykkedes det forskere fra Center for Geogenetik på Københavns Universitet (KU) med Ludovic Orlando og Eske Willerslev i spidsen at få isoleret nok brugbart DNA til en dybdegående analyse. Sidste år overdrog de 12 milliarder små digitale DNA fragmenter til forskere ved DTU Systembiologi, som nu har samlet det kæmpe puslespil: Den præcise rækkefølge af basepar, der udgør fortidshestens samlede genom.

Fossilknogle, Foto: Ludovic Orlando

Ludovic Orlando

Eske Willerslev

For at nå frem til et helt genom for en ukendt fortidshest har DTU-forskerne sammenlignet hvert eneste lille stykke DNA med alt, hvad man overhovedet kender af gener i dag fra dyr, bakterier og virus. For kun ca. en pct. af DNA’et fra knoglen tilhørte faktisk hesten. Resten stammer fra andre organismer, fortrinsvis bakterier. Og når der er milliarder af DNA-sekvenser, er det en opgave, som tager lang tid, enorm computerkraft og en masse viden, forklarer Thomas Sicheritz-Pontén fra Center for Biologisk sekvensanalyse ved DTU Systembiologi. Her har man de supercomputere og den ekspertise, der skal til for at producere de værdifulde dataset, som hele genomer er.

DTU forskerne Thomas Sicheritz-Pontén, Bent Petersen og Josef Vogt har arbejdet med hestegenomet i næsten et år. Men projektet, som er et stort internationalt samarbejde med mange partnere, omfatter også langt mere end den 700.000 år gamle hest.

”Vi har også kortlagt og analyseret genomet fra den eneste nulevende vildhest, Przewalski’s fra de mongolske stepper, og for et æsel samt for fem forskellige moderne fremavlede hesteracer bl.a. araberhesten, den islandske hest og norsk fjordhest”, fortæller Bent Petersen

Med de nye resultater, som netop er publiceret i Nature, kan man tilføje en stor vigtig gren på det evolutionære træ; nemlig alt hvad der vedrører arten hest. Alle genomerne bliver en del af den offentligt tilgængelige database NCBI, og herved er grunden nu lagt for mange spændende nye forskningsprojekter omkring hestens oprindelse og udvikling og ikke mindst, hvad det har betydet genetisk, at mennesket har gjort hesten til husdyr og fremavlet forskellige specifikke egenskaber.

”Det er nu, at det rigtig spændende begynder. Med de nye genomer kan man f.eks. begynde at forske i, hvad det er for specifikke gener, der gør araberhesten til en hurtigløber eller islænderhesten til en stærk arbejdshest,” siger Thomas Sicheritz-Pontén.

http://ing.dk/artikel/danske-forskere-har-sekventeret-hestegenom-ud-fra-en-700000-aar-gammel-knogle-160018

http://www.dtu.dk/Nyheder/Nyhed?id=%7BC67BC37C-4BD1-490A-847D-0926B92CC8D2%7D

http://www.nature.com/news/first-horses-arose-4-million-years-ago-1.13261

Hvorfor fik Miss Russell så stor betydning for avlen?

Min artikel fra 2004 "Miss Russell - dronning blandt dronninger" forsøgte at besvare spørgsmålet: Hvorfor fik Miss Russell og de andre nøglehopper så stor betydning for avlen?

Miss Russell (1865-1898)

Der blev angivet to forskellige svar. Det første svar var fra Marianna Haun, der i 1997 i sin bog  “The X-Factor, What is it & how to find it" lancerede X-faktor teorien, hvor hun antager, at fuldblodshoppen Pocahontas (1837) er kilden til fænomenet “store hjerter”, der beskrives som årsag til særlig gode resultater for væddeløbsheste.

Det andet svar kom fra Norman Hall, der i sin bog “QUEEN AMONG QUEENS, The Power Behind The Throne” skriver, at kilden til X-faktor genet skal findes helt tilbage i fuldblodsavlens oprindelse, og at sporet fører til helbrødrene Flying Childers (1715) og Bartlets Childers(1716), sønner af Darley Arabian (ca. 1680-1720) eller faktisk helt tilbage til deres mormor, Spanker Mare (ca.1690).

Flying Childers er stamfaderen til den amerikanske traverrace via Messenger (1780-1808) og Hambletonian 10 (1849-1876). Bartlets Childers har dannet en linie, som via Eclipse (1764) er blevet den dominerende hingstelinie i fuldblodsavlen.

Der er imidlertid ikke videnskabelig dokumentation for nogen af disse forklaringer. Jeg tror dog, at nogle egenskaber er knyttet til X-kromosomet, men tvivler på teorien om det store hjerte. Årsagen er, at jeg af Rikke Buhl fik lov til at gennemgå materialet fra undersøgelserne i forbindelse med hendes Ph.D. afhandling, ”Development of cardiac dimensions assessed by echocardiography in young standardbred trotters”, som hun forsvarede på KVL den 8. oktober 2004. Meningen var, at jeg skulle prøve at finde en sammenhæng mellem måleresultater, væddeløbskarrierer og X-faktor afstamning. Jeg måtte imidlertid konkludere, at der ikke kunne konstateres nogen signifikant sammenhæng.

Som sagt vil jeg ikke afskrive X-kromosomets betydning som bærer af bestemte egenskaber, men der mangler stadig viden om, hvilke egenskaber det er. Hvis man definerer X-faktor teorien som nedarvning af egenskaber knyttet til X-kromosomet, så tror jeg stadig på X-faktor teorien. Det kan meget vel være en effekt på det cardiovaskulære system, hvis det ikke er selve hjertets størrelse, der bestemmes af X-kromosomet.

Også mtDNA må have stor betydning. Ellers er det vanskeligt at forklare, hvorfor enkelte hoppelinier har produceret så mange af verdens bedste væddeløbere. Jeg kan altså ikke udpege én teori som den vigtigste. Genetik er et kompliceret samspil af mange faktorer.

For at vende tilbage til det oprindelige spørgsmål, om hvorfor Miss Russell og de andre nøglehopper fik så stor betydning for avlen, så mener jeg, at den nyeste forskning  har hjulpet os på vej til et svar, idet en forskergruppe  på Universitetet i Uppsala har opdaget et enkelt genpar (DMRT3), der bestemmer om en hest er født med at kunne bevæge sig hurtigt i trav eller pasgang uden at slå over i galop. Opdagelsen er beskrevet i artiklen "Franske avlshingste bør testes for nyopdaget gen".

Forskergruppen har også konstateret, at alle amerikanske travere og pacere har dette specielle genpar, altså at begge gener på dette locus er af den specielle muterede type, DMRT3. Da genet er recessivt, er dette nødvendigt for at egenskaben slår igennem. DMRT3 genotypen for amerikanske travere og pacere angives som aa, idet recessive gener skrives med små bogstaver.

Alle fuldblodsheste  og koldblodsheste har DMRT3 genotypen CC, hvorimod 67% af islændere med fire gangarter har DMRT3 genotypen Ca og 31% har genotypen aa. Af islændere med fem gangarter har 98% genotypen aa.

Hvorfor fik Miss Russell så stor betydning i avlen? Mit svar er, at det skyldes hendes farfar, Canadian Pilot, der var pacer. Han har altså haft muterede DMRT3 gener og dermed DMRT3 genotypen aa.

Den almindelige opfattelse dengang var, at man bedst producerede en god traver ved at krydse de hopper, der viste de bedste evner for trav, med fuldblodshingste. Derved håbede man at forbedre både hurtighed og udholdenhed. De fleste hopper har sandsynligvis været af DMRT3 genotype CC, enkelte hopper kan have været Ca på grund af pacerafstamning, og alle fuldblodshingste var CC.

Robert Alexander på Woodburn Farm, Kentucky, foretog derimod den genistreg, at han i 1858 købte Pilot Jr. for at gennemføre et systematisk og omhyggeligt planlagt eksperiment med henblik på at producere avlshopper ved at anvende ham til en række (indavlede) fuldblodshopper. Det var så meningen, at de hoppeføl, der kom ud af forbindelsen, skulle anvendes som avlshopper og føres til travhingste. Da Canadian Pilot som pacer må have haft DMRT3 genotypen aa, har sønnen Pilot jr. haft genotypen aa eller Ca. Afkom efter Pilot jr. har dermed haft en god chance for at blive genotype Ca, og som følge deraf har Pilot jr. kunnet udbrede det muterede DMRT3 a-gen til en stor del af populationen efter ham. 

Et af de hoppeføl, der kom ud af Robert Alexanders eksperiment var Miss Russell, og hun blev bl.a. mor til verdensrekordhoppen Maud S (2:08 3/4 i 1879). I alt producerede hun 17 føl, hvoraf flere har haft stor indflydelse på travavlen i mange lande. Et andet hoppeføl efter Pilot jr. var Tackey, mor til Pilot Medium, som blev far til Peter the Great.

Franske hingstelinier og slægtskabsgrad

Slægtskabsgraden i forhold til de liniedannende hingste siger efter min mening mere om en hest end hingstelinien gør, fordi hestens totale genetiske arv, genotypen, afhænger af hele hestens stamtavle og ikke kun af hestens hingstelinie. For franske travheste er dette endnu mere udtalt end for amerikanske travere, idet slægtskabet for de franske heste er fordelt mere jævnt ud på stamhestene, og graden af slægtskab med de enkelte liniedannere derfor generelt er væsentligt mindre. Årsagen er, at man stort set ikke bruger linieavl og indavl i Frankrig.

I det følgende er der opstillet en beregning af slægtskabsgraden for de bedste franske avlshingste i forhold til de liniedannende hingste. Hingstene er udvalgt efter en statistik over hingste rangeret efter total indtjening  og gennemsnitlig indtjening for afkom født i perioden 2003-2010. Slægtskabsgraden er defineret som andelen af potentielt identiske gener(%).

En tilsvarende beregning for de bedste amerikanske avlshingste kan ses på et tidligere blogindlæg: Slægtskabsgrad....

Andel af potentielt identiske gener (%) for franske hingste født 1981-1996 og liniedannende hingste født 1880-1940:

Klik på billedet for at forstørre det

Andel af potentielt identiske gener (%) for franske hingste født 1997-2005 og liniedannende hingste født 1880-1940:

Klik på billedet for at forstørre det

Andel af potentielt identiske gener (%) for franske hingste født 1981-1996 og liniedannende hingste født 1940-1980:

Klik på billedet for at forstørre det

Andel af potentielt identiske gener (%) for franske hingste født 1997-2005 og liniedannende hingste født 1940-1980:

Klik på billedet for at forstørre det

Slægtskabsgrad er vigtigere end hingstelinie

Avlshingste bliver traditionelt inddelt efter hingstelinier. I hver generation er der enkelte hingste, der dominerer avlen og som giver arven videre til en eller flere sønner, der igen er så dominerende, at de kan fortsætte den direkte hingstelinie. Hingstens totale genetiske arv, genotypen, afhænger dog ikke kun af hingstelinien men af hele hingstens stamtavle. Det er formentlig af praktiske grunde, at man har begrænset sig til at fokusere på hingstelinierne, da det er meget kompliceret at tage hensyn til det samlede slægtsskab.

I det følgende er der opstillet en beregning af slægtskabsgraden for de mest betydende avlshingste i forhold til de liniedannende hingste. Slægtskabsgraden er defineret som andelen af identiske gener (%).

Andel af potentielt identiske gener (%) for amerikanske hingste født 1895-1975 og liniedannende hingste født 1880-1940:

Klik på billedet for at forstørre det

Andel af potentielt identiske gener (%) for amerikanske hingste født 1976-1994 og liniedannende hingste født 1880-1980:

Klik på billedet for at forstørre det

Andel af potentielt identiske gener (%) for amerikanske hingste født 1995-2005 og liniedannende hingste født 1880-1980:

Klik på billedet for at forstørre det

Andel af potentielt identiske gener (%) for amerikanske hingste født 1995-2005 og liniedannende hingste født 1980-2000:

Klik på billedet for at forstørre det

Når der over tabellerne står, at det er amerikanske heste, er det ikke helt rigtigt, idet der er medtaget enkelte svenske, italienske og tyske heste af amerikansk afstamning.

De klassiske amerikanske hingstelinier er:

• McKinney f.1887
• Bingen f.1893
• Axworthy f.1892
• Peter the Great f.1895

Af disse er det faktisk kun Peter the Greats hingstelinie, der er levende. De andre hingste findes dog stadig i betydeligt omfang i stamtavlen for vore dages travheste. Axworthy-blodet udgør f.eks. 14-15% i stort set alle amerikanske travere, uanset hvilken hingstelinie de tilhører. De tilsvarende tal for McKinney, Bingen og Peter the Great er henholdsvis 9-10%, 7-8% og 19-20%.

Hingstelinierne kan være misvisende. Det paradoksale er nemlig, at nogle hingste indeholder en større procentdel blod fra andre linier end deres egen. Et eksempel herpå er Sierra Kosmos, der tilhører Axworthy hingstelinien, men indeholder 9,3% McKinney, 7,2% Bingen, 13,1% Axworthy og 21,9% Peter the Great. For Florican er forholdet endnu mere misvisende. Han tilhører Axworthy hingstelinien, men indeholder 24,1% Peter the Great og kun 14,7% Axworthy.

Liniedannerne fra perioden 1940-1960 er:

• Florican f.1947
• Rodney f.1944
• Star's Pride f.1947
• Victory Song f.1943

Typisk indeholder vore dages travheste 16-20% Florican, 20-25% Rodney, 30-40% Star's Pride og 20-25% Victory Song.

Fra perioden 1960-1980 må følgende hingste karakteriseres som liniedannere:

• Speedy Crown f.1968
• Arnie Almahurst f.1970
• Super Bowl f.1969
• Nevele Pride f.1965
• Noble Victory f.1962

Der er blevet linieavlet hårdt på Speedy Crown med eksempler som:

• Royal Prestige (65,1% Speedy Crown og 39,3% Nevele Pride)
• Armbro Goal (62,4% Speedy Crown)
• Alf Palema (46,0% Speedy Crown og 45,5% Super Bowl)
• Victory Dream (46,7% Speedy Crown og 28,3% Noble Victory)
• Donerail (47,2% Speedy Crown og 37,4% Noble Victory)
• Deliberate Speed (63,0% Speedy Crown og 38,1% Nevele Pride)
• Muscles Yankee (46,6% Speedy Crown og 37,3% Noble Victory)
• Legendary Lover K (57,9% Speedy Crown, 33,4% Arnie Almahurst og 29,4% Super Bowl)
• Deweycheatumnhowe (47,1% Speedy Crown og 41,1% Noble Victory)

Nogle hingste har både Speedy Crown og Arnie Almahurst kraftigt repræsenteret i stamtavlen. Det er f.eks. Pine Chip, General November, Enjoy Lavec, Legendary Lover K, Scarlet Knight, Gigant Neo, Civil Action og Muscle Mass.

Super Bowl er ligesom Speedy Crown blevet benyttet intensivt til linieavl. Nogle eksempler er:

• Express Ride (65,0% Super Bowl og 40,4% Arnie Almahurst)
• Supergill (65,3% Super Bowl og 35,5% Nevele Pride)
• Royal Troubador (67,6% Super Bowl og 40,3% Speedy Crown)
• Super Arnie (64,5% Super Bowl og 41,6% Arnie Almahurst)
• American Winner (65,0% Super Bowl og 30,0% Speedy Crown)
• Malabar Man (43,5% Super Bowl og 33,4% Nevele Pride)
• Viking Kronos (45,5% Super Bowl og 36,6% Nevele Pride)
• Credit Winner (45,8% Super Bowl, 36,0% Speedy Crown og 30,9% Nevele Pride)

Ligesom ved kombinationen Speedy Crown/Arnie Almahurst er Super Bowl/Nevele Pride en kombination, der forstærker linieavlen indenfor samme hingstelinie. Eksempler på dette er Supergill, Giant Force, Striking Sahbra, Rite On Line, Malabar Man, Viking Kronos, Credit Winner, SJ's Caviar, From Above, Chocolatier og Crazed.

Speedy Crown og Super Bowl dominerer i stamtavlen hos de hingste, der hører til deres egne hingstelinier. Det gør Noble Victory ikke på samme måde. Ofte er der næsten samme slægtskabsgrad for 3-4 liniedannere. Det gælder f.eks. for Conway Hall, Broadway Hall, Windsongs Legacy, Majestic Son og Donato Hanover.

Liniedannerne fra perioden 1980-1990 er:

• Valley Victory f.1986
• American Winner f.1990
• Garland Lobell f.1981

Chocolatier med 47,1% Valley Victory og 47,1% American Winner er et eksempel på en god kombination. Donato Hanover er et andet eksempel med 47,7% Garland Lobell og 36,1% Valley Victory.

Liniedannerne fra perioden 1990-2000 ser ud til at blive:

• Yankee Glide f.1994
• Muscles Yankee f.1995
• Credit Winner f.1997
• Conway Hall f.1995

Ken Warkentin (72,3% Yankee Glide) er indavl på Yankee Glide eller rettere på hans ophav.
Deweycheatumnhowe (75,9% Muscles Yankee) og Muscle Mass (76,6% Muscles Yankee) er indavl på Muscles Yankee og hans ophav.
Chocolatier (70,1% Credit Winner) og Crazed (70,7% Credit Winner) er indavl på Credit Winner og hans ophav.

Der er kommet nogle fremragende individer ud af ovennævnte indavl, men for racen som helhed må det frygtes, at tilsvarende indavl i stor stil vil få negative konsekvenser. Derfor er det tilrådeligt at anvende franske hingste i et vist omfang, hvilket man også gør i Skandinavien. USA og Canada derimod har hidtil ikke haft sucess med anvendelsen af fransk blod. Det skyldes naturligvis, at den amerikanske travsport er indrettet på sprinterløb for 2- og 3-årige heste, som heste med fransk blod ikke er specielt velegnede til.

Franske travere kan have problemer med travet. Se her hvorfor.

Hestens genom
En hest har 64 kromosomer i hver eneste celle (31 autosompar og 1 par kønskromosomer). Kønskromosomerne kaldes X- og Y-kromosomer. Et sted på kromosomerne, der styrer en bestemt egenskab, kaldes et locus. Et locus indeholder et gen fra faderen og et gen fra moderen. Hvert gen består af et stort antal DNA-sekvenser.

I 1995 startede et internationalt forskningsprojekt med det formål at identificere og kortlægge hestens gener, og i 2007 nåede man målet.
Hestens genom (arvemasse)  med  30.763.255 DNA-sekvenser var da samlet i en database, og rækkefølgen af sekvenserne var fastlagt og ordnet langs de 32 kromosompar.


Leif Andersson




Leif Andersson, Klas Kullander og Lisa S. Andersson samt deres respektive forskerteams på Universitetet i Uppsala har netop publiceret en artikel, hvori det dokumenteres, at et enkelt genpar bestemmer, om en hest kan holde sig i trav eller pas i stedet for at slå over i galop ved høj hastighed. Forskergruppen har også konstateret, at alle amerikanske travere har dette specielle genpar, altså at begge gener på dette locus er af den specielle muterede type, DMRT3. Da genet er recessivt, er dette nødvendigt for at egenskaben slår igennem.

Forskerne har samtidig konstateret, at allele frekvensen af den muterede gentype, DMRT3, kun er 77% for de 47 undersøgte franske travere. Det vil derfor være en god idé at undersøge, om travere med fransk blod har et eller to eksemplarer af dette gen, inden man køber eller avler på en sådan hest.



Klas Kullander

En beskrivelse af opdagelsen kan læses på SLU's hjemmeside:
http://www.slu.se/en/about-slu/fristaende-sidor-eng/whats-on/news/2012/8/a-single-gene-has-a-major-impact-on-gaits-in-horses-and-in-mice/  

Den videnskabelige dokumentation for ovennævnte kan læses på følgende link:
http://www.nature.com/nature/journal/v488/n7413/full/nature11399.html