Genetic studies of distichiasis in the Staffordshirebull terriers and cataract in Norwegian buhunds

Abstract

Denne avhandlingen tar for seg de to vanligste øyesykdommene hos hunderasene Norsk buhund og Staffordshire bull terrier. De to første artiklene i avhandlingen omhandler øyesykdommen distichiasis hos Staffordshire bull terrier. Distichiasis er en sykdom der det vokser feilstilte øyehår innenfor raden av de normale øyevippene. De feilstilte øyehårene kan føre til irritasjon og skader på hornhinnen. Fordi det er sett en økt forekomst hos enkelte hunderaser, antas distichiasis å ha en arvelig bakgrunn. Lidelsen er relativt vanlig hos hund, men er også sett hos en rekke andre arter som menneske, katt, hest, ilder og storfe. Den første artikkelen ser på forekomsten og arvegraden av distichiasis hos Staffordshire bull terrier i Norge. Vi har studert øyelysningsdata og stamtavler fra 4177 hunder. Mer enn halvparten av hundene fikk gjennomført en øyeundersøkelse ved åtte ukers alder, før valpen ble levert fra oppdretter til eieren. Vi undersøkte om denne tidlige undersøkelsen ga en sikker distichiasis diagnose. Vi fant en signifikant forskjell i sjansen for en positiv distichiasis diagnose hos de hundene som kun ble undersøkt som valper og de hundene som også ble undersøkt som voksne hunder, etter fylte ett år. Forekomsten av distichiasis hos valpene var rundt 3%, mens forekomsten hos voksne hunder var på om lag 19%. Basert på disse funnene konkluderte vi med at det er stor usikkerhet rundt en negativ diagnose hos valpene. Arvegradsberegningene ble derfor basert på hunder med øyelysningsdata etter fylte ett år. For å beregne arvegraden brukte vi både stamtavledata og data fra genetiske markører fra mikromatriser. Arvegraden lå mellom 0,37 - 0,48, noe som ansees som moderat til høy arvelighet. Med denne kunnskapen bør det være gode muligheter til å redusere forekomsten av distichiasis hos Staffordshire bull terrierne ved økt bruk av hunder uten feilstilte øyehår i avl. Artikkel II er en genetisk assosiasjonsstudie der vi har brukt genetiske markører jevnt fordelt utover hele genomet for å finne en sammenheng mellom genetiske markører og distichiasis. Vi identifiserte fire potensielt relevante genetiske regioner på kromosom 1, 18, 32 og 34. Videre studier må til for å verifisere disse regionene. I tillegg så vi på muligheten for å bruke alle genetiske markørene fra micromatrisen til å forutse hvor stor sannsynlighet det er for at en hund vil utvikle feilstilte øyehår eller ikke. Ved bruk av de genetiske markørene kunne vi rangere hundene basert på genetisk risiko på rasenivå. På individ-nivå var resultatene ikke nøyaktige nok, men metoden kan brukes på samme måte som tradisjonelle avlsverdier og avlsindekser beregnet fra stamtavler. Den siste artikkelen, artikkel III, omhandler en spesiell type katarakt («grå stær») som er vanlig forekommende hos Norsk buhund. Denne sykdommen er kalt pulverulent nukleær katarakt (PNK) eller buhundkatarakt. Forandringen affiserer den indre kjernen til linsen. Sykdommen forekommer hos om lag halvparten av alle undersøkte buhunder. I artikkel III har vi brukt genetiske markører fordelt utover hele genomet for å finne en assosiasjon mellom katarakt hos buhund og de genetiske markørene. Vi fant en region på kromosom 37 som er assosiert med buhundkatarakt. Området inneholder mer enn 50 gener, inklusive fem aktuelle gener som tidligere har vist å være assosiert med lignende forandringer hos andre arter, blant annet mennesker. Vi har sekvensert fire av disse genene med sangersekvensering uten å identifisere en mutasjon som har sammenheng med sykdommen. Det femte genet hadde ingen kjent sammenheng med PNK da sekvenseringen ble utført. Videre sekvensering av regionen må gjøres for å finne en mutasjon som har sammenheng med sykdommen og som kan brukes som hjelpemiddel i avlsarbeidet, og forhåpentligvis til å utvikle en gentest.

This thesis addresses the two most common eye disorders in the dog breeds, Norwegian buhund and Staffordshire bull terrier.

The first two papers focus on the eye disease distichiasis in Staffordshire bull terriers. Distichiasis is a condition where abnormal eyelashes grow inside the row of the regular eyelashes. These misplaced eyelashes can cause irritation and lesions to the cornea. Given the increased occurrence in certain dog breeds, distichiasis is believed to be a hereditary condition. The condition is relatively common in dogs but has also been observed in various other species, such as humans, cats, ferrets, horses, and cattle.

Paper I examines the prevalence and heritability of distichiasis in Staffordshire bull terriers in Norway. We studied eye examination data and pedigrees from 4177 dogs. Over half of the dogs underwent an eye examination around eight weeks of age. We investigated whether this early screening provided a reliable diagnosis of distichiasis. We found a significant difference in the risk of being diagnosed with distichiasis in the eye examination performed as a puppy and the eye examination of the same dogs as adult dogs. The overall prevalence of distichiasis in puppies was around 3%, while the prevalence in adult dogs was approximately 19%. Based on these findings, we concluded that there is considerable uncertainty around a negative diagnosis in puppies. Therefore, heritability calculations were based on dogs with eye examination data after one year of age. By using both pedigree data and genetic marker data from microarrays, the heritability ranged from 0.37 to 0.48, which is considered moderately to highly heritable. With this knowledge, there should be good prospects for reducing the prevalence of distichiasis in Staffordshire bull terriers through increased use of dogs without displaced eyelashes.

Paper II describes a genetic association study where we used genetic markers distributed throughout the entire genome to find an association between genetic markers and distichiasis. We identified four potential genetic regions on chromosomes 1, 18, 32, and 34. Further studies are needed to verify these regions. Additionally, we explored the possibility of using all genetic markers on the microarray to predict the likelihood of a dog developing displaced eyelashes. By using the genetic markers, we could rank dogs based on genetic risk at the population level. However, the results were not precise enough on an individual level. Still, the method can be used like traditional breeding values with indices calculated from pedigrees.

The last paper, paper III, focuses on a specific type of cataract affecting Norwegian buhund, called pulverulent nuclear cataract (PNC). This disorder affects the nucleus of the lens. Around half of all examined buhund dogs are affected by PNC. In paper III genetic markers distributed throughout the genome were used to look for an association between PNC and these genetic markers. We identified a region on chromosome 37 associated with the cataract. This region contains more than 50 genes, including five genes that have previously caused similar changes in humans and other species. We sequenced four of these genes in a subset of cases and controls using Sanger sequencing, but we did not find any causative mutation. The fifth gene was not known as a candidate gene at the time when the sequencing was performed. Whole genome sequencing of affected dogs and controls is in progress to identify risk variants that can be used to support breeding and hopefully develop a genetic test.