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.

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.

Unplanned crossbreeding between a native livestock and a specific productive breed was one of the main reasons that caused the loss of valuable genetic resources in native livestock. To avoid further loss and damage of genetic resources in the native livestock, introgressed individuals should be distinguished to eliminate them by preventing any further employment in future mating plans. In general, the genetic diversity of native livestock had already decreased and mass elimination of introgressed individuals from the population endangers their existence. To solve this problem, high-resolution markers are required to discriminate between introgressed variation and native variation. Here, we applied ddRAD-Seq markers for native Japanese horse Taishu that has undergone recent genetic introgression. Genome-wide ddRAD-Seq markers can distinguish five breeds of native Japanese horses and Anglo-Arabian introgressed breeds. We found the signatures of genetic introgression of Anglo-Arabian at only two chromosomes; however, the signatures were separated in their genome suggesting that it might not be the cause of recent introgression. The genetic diversity of Taishu was less than other Japanese breeds and the decreasing genetic diversity is an urgent issue compared to genetic introgression. Although few signatures of recent introgression were detected, a lot of shared SNPs (10% of all SNPs in Taishu) were detected between Taishu and Anglo-Arabian. To avoid misestimation of the presence and degree of introgression in native livestock, information regarding shared SNPs and population genetic approaches need to be assessed by using the large number of genome-wide markers such as ddRAD-Seq.

Circulating microRNAs (miRNAs) are stable in body fluids and can serve as biomarkers for various diseases and physiological states. Although pregnancy-related miRNAs have been identified in various mammals, studies on parturition-related circulating miRNAs in mares are limited. Therefore, this study aimed to identify parturition-related miRNAs and examine their potential applications in the prediction of parturition date. miRNAs were extracted from the plasma of Thoroughbred mares 30 days (295-326 days pregnant) and 5 (323-352 days pregnant) - 0 (328-357 days pregnant) days before parturition, followed by small RNA sequencing (small RNA-seq) and reverse transcription quantitative PCR (RT-qPCR). Additionally, we measured plasma progestin concentrations in mares using an enzyme-linked immunosorbent assay. Small RNA-seq data indicated that 18 miRNAs were affected by parturition proximity. Among the 18 miRNAs, two novel miRNAs and three known miRNAs (miR-361-3p, miR-483, and miR-99a) showed significant changes at 5-0 days before parturition compared with that at 30 days to parturition. Plasma progestin concentrations were higher at 5-3 days to parturition than at 30 days to parturition, and then decreased on the day of parturition. Conclusively, this study provides basic knowledge of parturition-related circulating miRNAs in mares, and identifies miRNAs that could potentially be used as biomarkers to predict parturition in mares.

The Thoroughbred horse is a highly valued domestic animal population under strong selection for athletic phenotypes. Here we present a high resolution genomics-based analysis of inbreeding in the population that may form the basis for evidence-based discussion amid concerns in the breeding industry over the increasing use of small numbers of popular sire lines, which may accelerate a loss of genetic diversity. In the most comprehensive globally representative sample of Thoroughbreds to-date (n = 10,118), including prominent stallions (n = 305) from the major bloodstock regions of the world, we show using pan-genomic SNP genotypes that there has been a highly significant decline in global genetic diversity during the last five decades (FIS R2 = 0.942, P = 2.19 x 10-13; FROH R2 = 0.88, P = 1.81 x 10-10 ) that has likely been influenced by the use of popular sire lines. Estimates of effective population size in the global and regional populations indicate that there is some level of regional variation that may be exploited to improve global genetic diversity. Inbreeding is often a consequence of selection, which in managed animal populations tends to be driven by preferences for cultural, aesthetic or economically advantageous phenotypes. Using a composite selection signals approach, we show that centuries of selection for favourable athletic traits among Thoroughbreds acts on genes with functions in behaviour, musculoskeletal conformation and metabolism. As well as classical selective sweeps at core loci, polygenic adaptation for functional modalities in cardiovascular signalling, organismal growth and development, cellular stress and injury, metabolic pathways and neurotransmitters and other nervous system signalling has shaped the Thoroughbred athletic phenotype. Our results demonstrate that genomics-based approaches to identify genetic outcrosses will add valuable objectivity to augment traditional methods of stallion selection and that genomics-based methods will be beneficial to actively monitor the population to address the marked inbreeding trend.

The Greying with age phenotype involves loss of hair pigmentation whereas skin pigmentation is not reduced and a predisposition to melanoma. The causal mutation was initially reported as a duplication of a 4.6 kb intronic sequence in Syntaxin 17. The speed of greying varies considerably among Grey horses. Here we demonstrate the presence of two different Grey alleles, G2 carrying two tandem copies of the duplicated sequence and G3 carrying three. The latter is by far the most common allele, probably due to strong selection for the striking white phenotype. Our results reveal a remarkable dosage effect where the G3 allele is associated with fast greying and high incidence of melanoma whereas G2 is associated with slow greying and low incidence of melanoma. Epigenetic analysis, based on nanopore sequencing of genomic DNA, reveals a drastic reduction in DNA methylation in part of the duplicated sequence harboring MITF binding sites. The copy number expansion transforms a weak enhancer to a strong melanocyte-specific enhancer that underlies hair greying (G2 and G3) and a drastically elevated risk of melanoma (G3 only).

Gene doping is prohibited in horse sports and can involve the administration of exogenous genes, called transgenes, to postnatal animals. Quantitative polymerase chain reaction (qPCR) methods have been developed to detect gene doping; however, these generally require DNA extraction from the plasma prior to qPCR. In this study, we developed two methods, direct droplet digital PCR (ddPCR) and nested ddPCR, to detect the equine erythropoietin (EPO) transgene without DNA extraction. Direct ddPCR used pretreated plasma and PCR to detect the EPO transgene spiked at 10 copies/μL. Nested ddPCR utilised pre-amplification using nontreated plasma, purification of PCR products and PCR to detect the EPO transgene spiked at 1 copy/μL in plasma. These methods successfully detected the EPO transgene after intramuscular injection into horses. Since each method has different detection sensitivity, the combined use of direct ddPCR for screening and nested ddPCR for confirmation may complement each other and prevent the occurrence of false positives, allowing the reliable detection of gene-doped substances. One advantage of these methods is the small amount of sample required, approximately 2.2-5.0 μl, owing to the lack of a DNA extraction step. Therefore, these tests could be applied to small volume samples as an alternative to conventional gene doping tests.