We report a high-quality draft sequence of the genome of the horse (Equus caballus). The genome is relatively repetitive but has little segmental duplication. Chromosomes appear to have undergone few historical rearrangements: 53% of equine chromosomes show conserved synteny to a single human chromosome. Equine chromosome 11 is shown to have an evolutionary new centromere devoid of centromeric satellite DNA, suggesting that centromeric function may arise before satellite repeat accumulation. Linkage disequilibrium, showing the influences of early domestication of large herds of female horses, is intermediate in length between dog and human, and there is long-range haplotype sharing among breeds.

Whole transcriptome sequencing (RNA-seq) has become a standard for cataloguing and monitoring RNA populations. One of the main bottlenecks, however, is to correctly identify the different classes of RNAs among the plethora of reconstructed transcripts, particularly those that will be translated (mRNAs) from the class of long non-coding RNAs (lncRNAs). Here, we present FEELnc (FlExible Extraction of LncRNAs), an alignment-free program that accurately annotates lncRNAs based on a Random Forest model trained with general features such as multi k-mer frequencies and relaxed open reading frames. Benchmarking versus five state-of-the-art tools shows that FEELnc achieves similar or better classification performance on GENCODE and NONCODE data sets. The program also provides specific modules that enable the user to fine-tune classification accuracy, to formalize the annotation of lncRNA classes and to identify lncRNAs even in the absence of a training set of non-coding RNAs. We used FEELnc on a real data set comprising 20 canine RNA-seq samples produced by the European LUPA consortium to substantially expand the canine genome annotation to include 10 374 novel lncRNAs and 58 640 mRNA transcripts. FEELnc moves beyond conventional coding potential classifiers by providing a standardized and complete solution for annotating lncRNAs and is freely available at https://github.com/tderrien/FEELnc.

Abstract The domestic dog has evolved to be an important biomedical model for studies regarding the genetic basis of disease, morphology and behavior. Genetic studies in the dog have relied on a draft reference genome of a purebred female boxer dog named “Tasha” initially published in 2005. Derived from a Sanger whole genome shotgun sequencing approach coupled with limited clone-based sequencing, the initial assembly and subsequent updates have served as the predominant resource for canine genetics for 15 years. While the initial assembly produced a good quality draft, as with all assemblies produced at the time it contained gaps, assembly errors and missing sequences, particularly in GC-rich regions, which are found at many promoters and in the first exons of protein coding genes. Here we present Dog10K_Boxer_Tasha_1.0, an improved chromosome-level highly contiguous genome assembly of Tasha created with long-read technologies, that increases sequence contiguity >100-fold, closes >23,000 gaps of the Canfam3.1 reference assembly and improves gene annotation by identifying >1200 new protein-coding transcripts. The assembly and annotation are available at NCBI under the accession GCF_000002285.5.

1 Abstract A high-quality reference genome assembly, a biobank of diverse equine tissues from the Functional Annotation of the Animal Genome (FAANG) initiative, and incorporation of long-read sequencing technologies, have enabled efforts to build a comprehensive and tissue-specific equine transcriptome. The equine FAANG transcriptome reported here provides up to 45% improvement in transcriptome completeness across tissue types when compared to either RefSeq or Ensembl transcriptomes. This transcriptome also provides major improvements in the identification of alternatively spliced isoforms, novel noncoding genes, and 3’ transcription termination site (TTS) annotations. The equine FAANG transcriptome will empower future functional studies of important equine traits while providing future opportunities to identify allele-specific expression and differentially expressed genes across tissues.

Distinctive color patterns in dogs are an integral component of canine diversity. Color pattern differences are thought to have arisen from mutation and artificial selection during and after domestication from wolves 1,2 but important gaps remain in understanding how these patterns evolved and are genetically controlled 3,4 . In other mammals, variation at the ASIP gene controls both the temporal and spatial distribution of yellow and black pigments 3,5-7 . Here we identify independent regulatory modules for ventral and hair cycle ASIP expression, and we characterize their action and evolutionary origin. Structural variants define multiple alleles for each regulatory module and are combined in different ways to explain five distinctive dog color patterns. Phylogenetic analysis reveals that the haplotype combination for one of these patterns is shared with arctic white wolves and that its hair cycle-specific module likely originated from an extinct canid that diverged from grey wolves more than 2 million years before present. Natural selection for a lighter coat during the Pleistocene provided the genetic framework for widespread color variation in dogs and wolves.

ABSTRACT BACKGROUND The Ehlers Danlos syndromes (EDS) are a heterogeneous group of heritable disorders affecting connective tissues. The mutations causing the various forms of EDS in humans are well characterized, but the genetic mutations causing EDS-like clinical pathology in dogs are not known, thus hampering accurate clinical diagnosis. RESULTS Clinical analysis of two independent cases of skin hyperextensibility and fragility, one with pronounced joint hypermobility was suggestive of EDS. Whole genome sequencing revealed de novo mutations of COL5A1 in both cases, confirming the diagnosis of the classical form of EDS. The heterozygous COL5A1 p.Gly1013ValfsTer260 mutation characterized in case 1 introduced a premature termination codon and would be expected to result in α1(V) mRNA nonsense-mediated mRNA decay and collagen V haploinsufficiency. While mRNA was not available from this dog, biochemical analysis of the dermis suggested reduced collagen V in the dermis and ultrastructural analysis demonstrated variability in collagen fibril diameter and the presence of collagen aggregates, termed ‘collagen cauliflowers’, consistent with COL5A1 mutations underlying classical EDS. In the second case DNA sequencing demonstrated a p.Gly1571Arg missense variant in the COL5A1 gene. While samples were not available for further analysis, such a glycine substitution would be expected to destabilize the strict molecular structure of the collagen V triple helix and thus affect protein stability and/or integration of the mutant collagen into the collagen V/collagen I heterotypic dermal fibrils. CONCLUSIONS This is the first report of genetic variants in the COL5A1 gene causing the clinical presentation of EDS in dogs. These data provide further evidence of the important role of collagen V in dermal collagen fibrillogenesis. Importantly from the clinical perspective we show the utility of DNA sequencing, combined with the established clinical criteria, in the accurate diagnosis of EDS in dogs.

Abstract This study investigated the dominant blue eyes (DBE) trait linked to hearing impairment and variable white spotting in Maine Coon cats. Fifty-eight animals descending from 2 different DBE lineages, the Dutch and the Topaz lines, were sampled. They comprised 48 cats from the Dutch bloodline, including 9 green-eyed and 31 blue-eyed cats, with some individuals exhibiting signs of deafness, and 8 stillborn kittens. Samples from the Topaz lineage included 10 blue-eyed animals. A brainstem auditory evoked response test revealed a reduced to absent response to auditory stimuli and absent physiological waveforms in all of the 8 examined DBE animals. We sequenced the genome of 2 affected cats from the Dutch line and searched for variants in 19 candidate genes for the human Waardenburg syndrome and pigmentary disorders. This search yielded 9 private protein-changing candidate variants in the genes PAX3, EDN3, KIT, OCA2, SLC24A5, HERC2, and TYRP1. The genotype–phenotype cosegregation was observed for the PAX3 variant within all animals from the Dutch lineage. The mutant allele was absent from 461 control genomes and 241 additionally genotyped green-eyed Maine Coons. We considered the PAX3 variant as the most plausible candidate—a heterozygous nonsense single base pair substitution in exon 6 of PAX3 (NC_051841.1:g.205,787,310G>A, XM_019838731.3:c.937C>T, XP_019694290.1:p.Gln313*), predicted to result in a premature stop codon. PAX3 variants cause auditory–pigmentary syndrome in humans, horses, and mice. Together with the comparative data from other species, our findings strongly suggest PAX3:c.937C>T (OMIA:001688-9685) as the most likely candidate variant for the DBE, deafness, and minimal white spotting in the Maine Coon Dutch line. Finally, we propose the designation of DBERE (Rociri Elvis Dominant Blue Eyes) allele in the domestic cat.

Belted cattle have a circular belt of unpigmented hair and skin around their midsection. The belt is inherited as a monogenic autosomal dominant trait. We mapped the causative variant to a 54 kb segment on bovine chromosome 3. Whole genome sequence data of 2 belted and 130 control cattle yielded only one private genetic variant in the critical interval in the two belted animals. The belt-associated variant was a copy number variant (CNV) involving the quadruplication of a 6 kb non-coding sequence located approximately 16 kb upstream of the TWIST2 gene. Increased copy numbers at this CNV were strongly associated with the belt phenotype in a cohort of 239 cases and 1303 controls (p = 1.3 x 10E-278). We hypothesized that the CNV causes aberrant expression of TWIST2 during neural crest development, which might negatively affect melanoblasts. Functional studies showed that ectopic expression of bovine TWIST2 in neural crest in transgenic zebrafish led to a decrease in melanocyte numbers. Our results thus implicate an unsuspected involvement of TWIST2 in regulating pigmentation and reveal a non-coding CNV underlying a captivating Mendelian character.

Abstract Severe equine asthma (SEA) shares clinical and pathological features with human neutrophilic asthma, serving as a rare natural model for this condition. To uncover the elusive immune mechanisms driving SEA, we performed single-cell mRNA sequencing (scRNA-seq) on cryopreserved bronchoalveolar cells from 11 Warmblood horses, five controls and six with SEA. We identified six major cell types, showing significant heterogeneity and novel subtypes. Notably, we observed monocyte-lymphocyte complexes and detected a robust Th17 signature in SEA, with CXCL13 upregulation in intermediate monocytes. Asthmatic horses exhibited expansion of the B cell population, Th17 polarization of the T cell populations, and dysregulation of genes associated with T cell function. Neutrophils demonstrated enhanced migratory capacity and heightened aptitude for neutrophil extracellular trap formation. These findings provide compelling evidence for a predominant Th17 immune response in neutrophilic SEA, driven by dysregulation of monocyte and T cell genes. The dysregulated genes identified through scRNA-seq have potential as biomarkers and therapeutic targets for SEA and provide insights into human neutrophilic asthma. One Sentence Summary Single-cell mRNA sequencing identifies a predominant Th17-mediated immune response in severe equine asthma

Muscular dystrophies represent a group of disorders characterized by progressive muscle degeneration and weakness. An important subgroup are the dystrophin-related muscular dystrophies caused by variants in the DMD gene. They can be divided into the more severe Duchenne muscular dystrophy and the milder Becker muscular dystrophy. Here, we characterize the clinical, histopathological and molecular genetic aspects of two male Entlebucher Mountain Dogs with clinical signs of muscular dystrophy. The two dogs presented with marked dysphagia starting at the age of several weeks and in the later course recognizable exercise intolerance with highly increased serum creatine kinase levels. Histopathological signs of a dystrophic myopathy represented by degeneration of muscle fibers and signs of regeneration were present. Whole genome sequencing of one affected dog identified an intragenic 8.6 kb duplication in the X-chromosomal DMD gene, c.7528-4048_7645 + 4450dup. No other protein-changing variants in candidate genes for muscular dystrophy were identified. The duplication includes exon 52 of DMD and is predicted to lead to a frameshift and truncation of 30% of the wild-type open reading frame. Genotyping of the whole family confirmed the presence of the mutant allele in both affected dogs and the unaffected dam. The correct co-segregation of the mutant allele in the affected family as well as knowledge from humans and other species suggest the identified DMD variant as the most likely candidate variant for the muscular dystrophy phenotype in the two investigated dogs.