Genetic studies of health challenges and behaviour in the Havanese dog breed

Abstract

Havanese is the most registered companion dog breed in Norway, and is generally a healthy and long-lived breed. However, published studies, as well as health surveys conducted by the breed club, indicate a predisposition to some issues, including cataracts, foreleg abnormalities, social fear and distichiasis. This thesis addresses these challenges and provides new information that will be useful in planning an overall breeding strategy.

In paper I, we use a candidate gene-approach to investigate the genetic background of increased levels of social fear, which is observed in almost one in five Havanese. We identify significant associations between two SNPs in a dopamine receptor gene, DRD2, and an increased tendency to react fearful in social situations, classified both through owner questionnaires and a simple behavioural test. Heterozygote individuals display an intermediate phenotype, compared to homozygotes for the protective- or risk allele.

In paper II, we hypothesise that chondrodystrophy, caused by an expressed fibroblast growth factor 4 (FGF4) retrogene on CFA18, may be the cause of the bowed forelegs seen in some Havanese. We genotype 355 Havanese for a linked marker and show that both the wild type- and mutant allele segregate in the breed. The frequency of the risk allele has gradually increased during the past two decades, and today, most Havanese are chondrodystrophic. The results show that heterozygote individuals are significantly taller at the shoulder than chondrodystrophy homozygotes, which indicate association with foreleg shortening, in an incomplete dominant manner. The findings support the hypothesis that angular limb deformities in Havanese are caused by chondrodystrophy.

In paper III, we estimate the prevalence and heritability of distichiasis in Havanese in Norway. The estimated prevalence is moderate (0.145), but most affected individuals are graded mildly affected. The heritability estimates are moderate to high: between 0.276 calculated by a linear model and 0.720 calculated by a Bayesian threshold model.

In paper IV, a genome wide association study is conducted for three forms of cataracts in Havanese. Two SNPs are identified, on CFA20 and CFA21, respectively, that show significant association with posterior polar cataract. Two additional peaks, on CFA4 and CFA30, show putative association with cortical cataract. All the top SNPs are positioned close to cataract candidate genes. The associated regions will be subject to resequencing and fine mapping, with an aim of identifying causative variants. The study also shows that sensitivity of cataract screening is highly influenced by age at examination.

In this thesis, genetic variants associated with increased social fear and posterior polar cataract are identified, but further studies are needed before the findings can be fully utilised in the Havanese breeding program. Until causative variants are identified and can be tested for, increasing the average age of breeding animals is likely the most effective way to improve accuracy of selection and reduce the prevalence of cataracts. Our findings support that chondrodystrophy is contributing to angular limb deformities in the Havanese breed and indicate that the population risk of foreleg pathology could be reduced by increasing the frequency of the healthier, wild type allele. The estimated heritability of distichiasis in Havanese is relatively high, which means it should be possible to control the prevalence of the disorder through phenotypic selection.

Through the use of appropriate genetic methods, the studies provide new knowledge on the genetic background of four important traits in Havanese, which can be implemented in the breeding program to further improve dog health and welfare. The thesis provides an example of how health challenges in dog breed can be systematically addressed through targeted research.

Bichon havanais er den mest registrerte selskapshundrasen in Norge, og er generelt en frisk rase med høy levealder. Publiserte studier, samt helseundersøkelser foretatt av raseklubben, viser imidlertid at rasen er disponert for enkelte tilstander, som katarakt, bøyde forben, sosial frykt og distichiasis (feilstilte øyehår). Denne avhandlingen adresserer disse utfordringene og bidrar med ny informasjon som vil være nyttig ved utarbeidelse av en overordnet avlsstrategi.

I artikkel I undersøkes det om et kandidatgen kan ha sammenheng med den genetiske bakgrunnen for forøkede nivåer av sosial frykt, som er observert hos nesten en av fem havanais. Vi identifiserer signifikante assosiasjoner mellom to SNP’er i et dopamin reseptor-gen, DRD2, og en økt tendens til å reagere med frykt i sosiale situasjoner, klassifisert både ved hjelp av spørreundersøkelser blant eiere, og gjennom en enkel atferdstest. Heterozygote individer viser en intermediær fenotype sammenlignet med individer som er homozygote for enten det gunstige eller det ugunstige allelet.

I artikkel II tester vi en hypotese om at kondrodystrofi forårsaket av et uttrykt FGF4 retrogen på kromosom 18, kan være årsak til de bøyde forbena som sees hos enkelte bichon havanais. Vi genotyper 355 bichon havanais for en koblet markør, og finner at både villtype-allelet og allelet assosiert med kondrodystrofi, segregerer i rasen. Frekvensen av risikoallelet har økt gradvis de siste tyve årene, og i dag er de fleste havanais kondrodystrofe. Resultatene viser at heterozygote individer har en signifikant høyere skulderhøyde enn individer som er homozygot kondrodystrofe, hvilket indikerer assosiasjon med forkortning av forbena, med en ufullstendig dominant nedarving. Funnene underbygger hypotesen om at avvikende forbenstilling hos havanais er forårsaket av kondrodystrofi.

I artikkel III estimerer vi prevalens og arvegrad for distichiasis hos bichon havanais i Norge. Den estimerte prevalensen er moderat (0.145), men de fleste av de affiserte individene er gradert som mildt affisert. Arvegradsestimatene er moderate til høye: mellom 0.276 beregnet ved hjelp av en lineær modell og 0.720 beregnet ved hjelp av en Bayesiansk terskelmodell.

I artikkel IV gjennomføres en genomvid assosiasjonsanalyse for tre former for katarakt hos bichon havanais. To SNP’er identifiseres, på henholdsvis kromosom 20 og 21, som viser signifikant assosiasjon med bakre pol-katarakt. Ytterligere to regioner, på kromosom 4 og 30, viser mulig assosiasjon med kortikal katarakt. Den sterkest assosierte SNP’en i hver av de fire kromosomregionene ligger i nærheten av katarakt kandidatgener. De assosierte regionene vil bli nøye kartlagt, med et mål om å identifisere kausale varianter. Studiet viser også at sensitiviteten av kataraktundersøkelser i stor grad avhenger av alder ved øyelysning.

I avhandlingen identifiseres genvarianter som er assosiert med økt sosial frykt og bakre pol-katarakt, men videre studier er nødvendig før disse resultatene kan implementeres fullt ut i avlsprogrammet for bichon havanais. Det å øke gjennomsnittlig alder på avlsdyr trolig være det raskeste og mest effektive tiltaket for å redusere forekomsten av katarakt, og etter hvert kan en ha stor nytte av å bruke kunnskap om genetiske varianter/kausale gener i avlsarbeidet. Våre funn underbygger at kondrodystrofi er medvirkende årsak til avvikende benstilling hos havanais, og indikerer at populasjonsrisikoen for forbenspatologi kan reduseres ved å øke frekvensen av det sunnere villtypeallelet. Den estimerte arvegraden for distichiasis hos havanais er ganske høy, hvilket innebærer at det skal være mulig å kontrollere prevalensen av sykdommen gjennom seleksjon basert på fenotype.

Gjennom bruk av egnede genetiske metoder gir studiene økt kunnskap om den genetiske bakgrunnen for fire viktige egenskaper hos bichon havanais, som kan benyttes i avlsprogrammet for å ytterligere forbedre hundehelse og -velferd. Avhandlingen gir et eksempel på hvordan helseutfordringer i en hunderase kan adresseres systematisk gjennom målrettet forskning.