Abstract Traditional genetic mapping studies using inbred crosses are a powerful tool for identifying chromosomal regions associated with ethanol-related traits, but typically have very large confidence intervals which make identification of specific and potentially causal candidate genes difficult. Diversity Outbred (DO) mice offer the ability to map quantitative trait loci (QTLs) associated with ethanol-drinking behaviors at a high resolution that allows for easier identification of candidate genes. Here, we exposed a population of 636 male DO mice to four weeks of intermittent ethanol access via a three-bottle choice paradigm, identifying 3 significant (Chrs 3, 4, and 12) and 12 suggestive loci for ethanol-drinking behaviors. The confidence intervals for these loci were narrow (1-4 Mbp for significant QTLs). We then further analyzed positional candidate genes using transcriptomics data from prefrontal cortex samples taken from 220 of these animals, as well as human GWAS data and prior gene set data for ethanol or other drugs of abuse. These results represent the highest-resolution genetic mapping of ethanol consumption behaviors in mice to date, providing for the identification of novel loci and candidate genes for progressive ethanol consumption, including Car8 --the lone gene with a significant cis- eQTL in strong linkage disequilibrium with our QTL for last week ethanol consumption on Chr 4.

Progressive increases in ethanol consumption is a hallmark of alcohol use disorder (AUD). Persistent changes in brain gene expression are hypothesized to underlie the altered neural signaling producing abusive consumption in AUD. To identify brain regional gene expression networks contributing to progressive ethanol consumption, we performed microarray and scale-free network analysis of expression responses in a C57BL/6J mouse model utilizing chronic intermittent ethanol by vapor chamber (CIE) in combination with limited access oral ethanol consumption. This model has previously been shown to produce long-lasting increased ethanol consumption, particularly when combining oral ethanol access with repeated cycles of intermittent vapor exposure. The interaction of CIE and oral consumption was studied by expression profiling and network analysis in medial prefrontal cortex, nucleus accumbens, hippocampus, bed nucleus of the stria terminalis, and central nucleus of the amygdala. Brain region expression networks were analyzed for ethanol-responsive gene expression, correlation with ethanol consumption and functional content using extensive bioinformatics studies. In all brain-regions studied the largest number of changes in gene expression were seen when comparing ethanol naïve mice to those exposed to CIE and drinking. In the prefrontal cortex, however, unique patterns of gene expression were seen compared to other brain-regions. Network analysis identified modules of co-expressed genes in all brain regions. The prefrontal cortex and nucleus accumbens showed the greatest number of modules with significant correlation to drinking behavior. Across brain-regions, however, many modules with strong correlations to drinking, both baseline intake and amount consumed after CIE, showed functional enrichment for synaptic transmission and synaptic plasticity.