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.

ABSTRACT The CRISPR/Cas9 genome editing tool has the potential to improve the livestock breeding industry by allowing for the introduction of desirable traits. Although an efficient and targeted tool, the CRISPR/Cas9 system can have some drawbacks, including off-target mutations and mosaicism, particularly when used in developing embryos. Here, we introduced genome editing reagents into single-cell bovine embryos to compare the effect of Cas9 mRNA and protein on the mutation efficiency, level of mosaicism, and evaluate potential off-target mutations utilizing next generation sequencing. We designed guide-RNAs targeting three loci (POLLED, H11, and ZFX) in the bovine genome and saw a significantly higher rate of mutation in embryos injected with Cas9 protein (84.2%) vs. Cas9 mRNA (68.5%). In addition, the level of mosaicism was higher in embryos injected with Cas9 mRNA (100%) compared to those injected with Cas9 protein (94.2%), with little to no unintended off-target mutations detected. This study demonstrates that the use of Cas9 protein, rather than Cas9 mRNA, results in a higher editing efficiency in bovine embryos while lowering the level of mosaicism. However, further optimization must be carried out for the CRISPR/Cas9 system to become feasible for single-step embryo editing in a commercial system.

ABSTRACT Introducing useful traits into livestock breeding programs through gene knock-ins has proven challenging. Typically, targeted insertions have been performed in cell lines, followed by somatic cell nuclear transfer cloning, which can be inefficient. An alternative is to introduce genome editing reagents and a homologous recombination (HR) donor template into embryos to trigger homology-directed repair (HDR). However, the HR pathway is primarily restricted to actively dividing cells (S/G2-phase) and its efficiency is low in zygotes, especially for the introduction of large DNA sequences. The homology-mediated end joining (HMEJ)-based strategy harnesses HDR by direct injection of embryos, and has been shown to have an improved knock-in efficiency in non-dividing cells. The knock-in efficiency for a 1.8kb gene was contrasted when combining a gRNA/Cas9 ribonucleoprotein complex with either a traditional HR donor template, or a HMEJ template in bovine zygotes. The HMEJ template resulted in a significantly higher rate of gene knock-in as compared to the HR template (37.0% and 13.8%; P < 0.05). Additionally, more than a third of the knock-in embryos (36.9%) were non-mosaic. This approach will facilitate the one-step introduction of gene constructs at a specific location of the bovine genome and contribute to the next generation of elite cattle.

Background: Transcriptome interpretation relies on a good-quality reference transcriptome for accurate quantification of gene expression as well as functional analysis of genetic variants. The current annotation of the horse genome lacks the specificity and sensitivity necessary to assess gene expression especially at the isoform level, and suffers from insufficient annotation of untranslated regions (UTR). We built an annotation pipeline for horse and used it to integrate 1.9 billion reads from multiple RNA-seq data sets into a new refined transcriptome. Results: This equine transcriptome integrates eight different tissues from 59 individuals and improves gene structure and isoform resolution while providing considerable tissue-specific information. We utilized four levels of transcript filtration in our pipeline, aimed at producing several transcriptome versions that are suitable for different downstream analyses. Our most refined transcriptome includes 36,876 genes and 76,125 isoforms, with 6474 candidate transcriptional loci novel to the equine transcriptome. Conclusions: We have employed a variety of descriptive statistics and figures that demonstrate the quality and content of the transcriptome. The equine transcriptomes that are provided by this pipeline show the best tissue-specific resolution of any equine transcriptome to date and can serve several types of downstream analyses.

The potential of mesenchymal stem cells (MSCs) for tissue repair and regeneration has garnered great attention. While MSC interaction with microbes at sites of tissue damage and inflammation is likely, especially in the gut, the consequences of bacterial association have yet to be elucidated. This study investigated the effect of Salmonella enterica ssp enterica serotype Typhimurium on MSC trilineage differentiation path and mechanism. Through examination of key markers of differentiation, immunomodulatory regulators, and inflammatory cytokines, we demonstrated that Salmonella altered osteogenic and chondrogenic differentiation pathways in human and goat adipose-derived MSCs. Gene expression profiles defined signaling pathway alterations in response to Salmonella association not observed in epithelial cells. We uncovered significant differential expression (P < 0.05) of genes associated with anti-apoptotic and pro-proliferative responses in MSCs during Salmonella challenge. These observations led us to conclude that bacteria, specifically Salmonella, induce pathways that influence functional differentiation trajectories in MSCs, thus implicating substantial microbial influence on MSC physiology and immune activity.