The domestication of the chicken over a period of several thousand years and its later specialization into meat producing (broiler) and egg producing (layer) lines is an informative model of domestication and phenotypic evolution. A study using massively parallel sequencing of domestic chicken and its wild ancestor, the red jungle fowl, reveals a number of 'selective sweeps', where benign genetic variations closely linked to a mutation that dramatically enhances survival increase in frequency relative to other alleles. Most striking of these — found in all domestic chickens — is one at a locus encoding thyroid stimulating hormone receptor, which has a key role in metabolism and vertebrate reproductive timing. This sweep may be related to a classic feature of domesticated animals, the absence of the strict regulation of seasonal reproduction found in wild populations. Several of the selective sweeps detected in broilers overlap genes associated with growth, appetite and metabolic regulation. Here, the genomes of birds representing eight populations of domestic chickens are compared with the genome of their wild ancestor, the red jungle fowl. The results reveal selective sweeps of favourable alleles and mutations that may have contributed to domestication. One selective sweep, for instance, occurred at the locus encoding the thyroid stimulating hormone receptor, which is important in metabolism and in the timing of vertebrate reproduction. Domestic animals are excellent models for genetic studies of phenotypic evolution1,2,3. They have evolved genetic adaptations to a new environment, the farm, and have been subjected to strong human-driven selection leading to remarkable phenotypic changes in morphology, physiology and behaviour. Identifying the genetic changes underlying these developments provides new insight into general mechanisms by which genetic variation shapes phenotypic diversity. Here we describe the use of massively parallel sequencing to identify selective sweeps of favourable alleles and candidate mutations that have had a prominent role in the domestication of chickens (Gallus gallus domesticus) and their subsequent specialization into broiler (meat-producing) and layer (egg-producing) chickens. We have generated 44.5-fold coverage of the chicken genome using pools of genomic DNA representing eight different populations of domestic chickens as well as red jungle fowl (Gallus gallus), the major wild ancestor4. We report more than 7,000,000 single nucleotide polymorphisms, almost 1,300 deletions and a number of putative selective sweeps. One of the most striking selective sweeps found in all domestic chickens occurred at the locus for thyroid stimulating hormone receptor (TSHR), which has a pivotal role in metabolic regulation and photoperiod control of reproduction in vertebrates. Several of the selective sweeps detected in broilers overlapped genes associated with growth, appetite and metabolic regulation. We found little evidence that selection for loss-of-function mutations had a prominent role in chicken domestication, but we detected two deletions in coding sequences that we suggest are functionally important. This study has direct application to animal breeding and enhances the importance of the domestic chicken as a model organism for biomedical research.

Abstract Here we present a new high-quality canine reference genome with gap number reduced 41-fold, from 23,836 to 585. Analysis of existing and novel data, RNA-seq, miRNA-seq and ATAC-seq, revealed a large proportion of these harboured previously hidden elements, including genes, promoters and miRNAs. Short-read dark regions were detected, and genomic regions completed, including the DLA, TCR and 366 cancer genes. 10x sequencing of 27 dogs uncovered a total of 22.1 million SNPs, Indels and larger structural variants (SVs). 1.4% overlap with protein coding genes and could provide a source of normal or aberrant phenotypic modifications.

Abstract A previous selective sweep analysis of horse racing performance revealed a 19.6 kb candidate region approximately 50 kb downstream of the Endothelin 3 ( EDN3 ) gene. EDN3 and other endothelin family members are associated with blood pressure regulation in humans and other species, but similar association studies in horses are lacking. We hypothesized that the sweep region includes a regulatory element acting on EDN3 transcription, ultimately affecting blood pressure regulation and athletic performance in horses. Selective sweep fine- mapping identified a 5.5 kb haplotype of 14 SNPs shared within Coldblooded trotters (CBT) and Standardbreds (SB). Most SNPs overlapped potential transcription factor binding sites, and haplotype analysis showed significant association with all tested performance traits in CBTs and earnings in SBs. From those, two haplotypes were defined: an elite performing haplotype (EPH) and a sub-elite performing haplotype (SPH). While the majority of SNPs in the haplotype were part of the standing variation already found in pre-domestication horses, there has been an increase in the frequencies of the alternative alleles during the whole history of horse domestication. Horses homozygous for EPH had significantly higher plasma levels of EDN3, lower levels of EDN1, and lower exercise-related blood pressure compared to SPH homozygous horses. Additionally, a global proteomic analysis of plasma from EPH or SPH homozygous horses revealed higher levels of proteins involved in pathways related to immune response and complement activation in the SPH horses. This is the first study to demonstrate an association between the EDN3 gene, blood pressure regulation, and athletic performance in horses. The results advance our understanding of the molecular genetics of athletic performance, exercise-related blood pressure regulation, and biological processes activated by intense exercise. Author summary The horse is one of the most common species used for studying athletic performance. For centuries, horses have been used by humans for transportation, agriculture and entertainment and this has resulted in selection for various traits related to athletic performance. A previous study discovered that a genetic region close to the Endothelin3 gene was associated with harness racing performance. Endothelin3 is known to be involved in blood pressure regulation and therefore we hypothesized that this region influences blood pressure and racing performance in horses. In this study we have used additional horses and fine-mapped the candidate region and we also measured blood pressure in Coldblooded trotters during exercise. Horses with two copies of the elite-performing haplotype had higher levels of Endothelin3 in plasma, lower blood pressure and better racing performance results, compared to horses with two copies of the sub-elite performing haplotype. We also discovered that horses with the sub-elite performing haplotype had higher levels of proteins related to the immune system in plasma. This study is the first to link Endothelin3 to blood pressure regulation and performance in horses. It broadens the understanding of the biological mechanisms behind blood pressure regulation as well as inflammation and coagulation system in relation to racing performance.

ABSTRACT Transcriptomic analyses are commonly used to identify differentially expressed genes between patients and controls, or within individuals across disease courses. These methods, whilst effective, cannot encompass the combinatorial effects of genes driving disease. We applied rule-based machine learning (RBML) models and rule networks (RN) to an existing paediatric Systemic Lupus Erythematosus (SLE) blood expression dataset, with the goal of developing gene networks to separate low and high disease activity (DA1 and DA3). The resultant model had an 81% accuracy to distinguish between DA1 and DA3, with unsupervised hierarchical clustering revealing additional subgroups indicative of the immune axis involved or state of disease flare. These subgroups correlated with clinical variables, suggesting that the gene sets identified may further the understanding of gene networks that act in concert to drive disease progression. This included roles for genes i) induced by interferons ( IFI35 and OTOF ), ii) key to SLE cell types ( KLRB1 encoding CD161), or iii) with roles in autophagy and NF-κB pathway responses ( CKAP4 ). As demonstrated here, RBML approaches have the potential to reveal novel gene patterns from within a heterogeneous disease, facilitating patient clinical and therapeutic stratification.

The control of transcription is crucial for homeostasis in mammals. A previous selective sweep analysis of horse racing performance revealed a 19.6 kb candidate regulatory region 50 kb downstream of the Endothelin3 ( EDN3 ) gene. Here, the region was narrowed to a 5.5 kb span of 14 SNVs, with elite and sub-elite haplotypes analyzed for association to racing performance, blood pressure and plasma levels of EDN3 in Coldblooded trotters and Standardbreds. Comparative analysis of human HiCap data identified the span as an enhancer cluster active in endothelial cells, interacting with genes relevant to blood pressure regulation. Coldblooded trotters with the sub-elite haplotype had significantly higher blood pressure compared to horses with the elite performing haplotype during exercise. Alleles within the elite haplotype were part of the standing variation in pre-domestication horses, and have risen in frequency during the era of breed development and selection. These results advance our understanding of the molecular genetics of athletic performance and vascular traits in both horses and humans.

Elite performing exercise requires an intricate modulation of the blood pressure to support the working muscles with oxygen. We have previously identified a genomic regulatory module that associates with differences in blood pressures of importance for elite performance in racehorses. This study aimed to determine the effect of the regulatory module on the protein repertoire. We sampled plasma from 12 Coldblooded trotters divided into two endothelial regulatory module haplotype groups, a sub-elite performing haplotype (SPH) and an elite performing haplotype (EPH), each at rest and exercise. The haplotype groups and their interaction were interrogated in two analyses, i) individual paired ratio analysis for identifying differentially abundant proteins of exercise (DAPE) and interaction (DAPI) between haplotype and exercise, and ii) unpaired ratio analysis for identifying differentially abundant protein of haplotype (DAPH). The proteomics analyses revealed a widespread change in plasma protein content during exercise, with a decreased tendency in protein abundance that is mainly related to lung function, tissue fluids, metabolism, calcium ion pathway and cellular energy metabolism. Furthermore, we provide the first investigation of the proteome variation due to the interaction between exercise and related blood pressure haplotypes, which this difference was related to a faster switch to the lipoprotein and lipid metabolism during exercise for EPH. The molecular signatures identified in the present study contribute to an improved understanding of exercise-related blood pressure regulation.

There is a need to accurately call human leukocyte antigen (HLA) genes from existing short-read sequencing data, however there is no single solution that matches the gold standard of lab typing. Here we aimed to combine results from available software, minimising the biases of applied algorithm and HLA reference. The result is a robust HLA population resource for the published 1 000 Swedish genomes, and a framework for future HLA interrogation. HLA 2-field alleles were called using four imputation and inference methods for the classical eight genes (class I: HLA-A, -B, -C; class II: HLA-DPA1, -DPB1, -DQA1, -DQB1, -DRB1). A high confidence population set (SweHLA) was determined using an n-1 concordance rule for class I (four software) and class II (three software) alleles. Results were compared across populations and individual programs benchmarked to SweHLA. Per allele, 875 to 988 of the 1 000 samples were genotyped in SweHLA; 920 samples had at least seven loci. While a small fraction of reference alleles were common to all software (class I=1.9% and class II=4.1%), this did not affect the overall call rate. Gene-level concordance was high compared to European populations (>0.83%), with COX and PGF the dominant SweHLA haplotypes. We noted that 15/18 discordant alleles (delta allele frequency > 2) were previously reported as disease-associated. These differences could in part explain across-study genetic replication failures, reinforcing the need to use multiple software. SweHLA demonstrates a way to use existing NGS data to generate a population resource agnostic to individual HLA software biases.

Although thousands of genomic regions have been associated with heritable human diseases, attempts to elucidate biological mechanisms are impeded by a general inability to discern which genomic positions are functionally important. Evolutionary constraint is a powerful predictor of function that is agnostic to cell type or disease mechanism. Here, single base phyloP scores from the whole genome alignment of 240 placental mammals identified 3.5% of the human genome as significantly constrained, and likely functional. We compared these scores to large-scale genome annotation, genome-wide association studies (GWAS), copy number variation, clinical genetics findings, and cancer data sets. Evolutionarily constrained positions are enriched for variants explaining common disease heritability (more than any other functional annotation). Our results improve variant annotation but also highlight that the regulatory landscape of the human genome still needs to be further explored and linked to disease.