Specifik gen gynnar hästars rörelsemönster

En framgångsrik travhäst måste kunna trava riktigt fort utan att falla in i galopp och för islandshästen är gångarten pass en viktig egenskap. Nu har forskare vid SLU och Uppsala universitet upptäckt varför vissa hästar klarar detta bättre än andra. De sensationella rönen har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature.

Travhästen måste kunna trava i högt tempo utan att falla i galopp. Nu har forskningen visat att en specifik gen ger egenskapen. Foto: Petri Johansson, Kanal 75

Det är en specifik gen, DMRT3, som ger vissa hästar speciella egenskaper när det gäller rörelsemekanik. Genen har en avgörande betydelse för om en häst kan gå i passgång eller om den kan trava i hög hastighet utan att börja galoppera.

Finns hos viss raser

Genen finns hos ett antal hästraser i världen, däribland islandshäst och vissa varmblodiga travhästar. Upptäckten ger ny grundläggande kunskap om hur nervceller i ryggmärgen koordinerar benens rörelsemönster hos hästar, möss och andra ryggradsdjur inklusive oss människor.

Forskarna vid SLU och Uppsala universitet har dragit nytta av den betydande variation i gångarter som finns hos hästar. Alla hästar kan skritta, trava och galoppera, men vissa hästar kan också utföra andra gångarter, till exempel islandshästens tölt och flygande pass.

Specifik gen avgörande betydelse

Lisa Andersson, doktorand vid SLU har studerat ett stort antal hästar för att komma fram till de sensationella rön som nu presenteras.Foto: Jenny Svennås-Gillner, SLU

När studien inleddes 2010 vid SLU ville forskarna kartlägga den genetiska bakgrunden till varför bara vissa islandshästar klarar av att gå i passgång.

– Vi var säkra på att det fanns en stark genetisk komponent för denna egenskap men vi blev nästan chockade när vi upptäckte att det bara var en specifik gen, DMRT3, som hade en avgörande betydelse, säger Lisa Andersson, doktorand på institutionen för husdjursgenetik vid SLU, som i slutet av september ska försvara sin avhandling där bland annat studien om den specifika genen ingår.

Samtidigt hade professor Klas Kullanders forskargrupp vid Uppsala universitet upptäckt att samma gen, DMRT3, fanns i en hittills okänd typ av nervcell i ryggmärgen hos möss. Denna nervcell har en karaktär och placering som kan förklara hur det nervnätverk som koordinerar rörelser är uppbyggt.

Viktig upptäckt på spåren

När de två forskargrupperna, som båda ingår i SciLife Lab i Uppsala, jämförde sina resultat blev det uppenbart att man nu hade kommit en viktig upptäckt på spåren.

Forskarna kunde visa att den specifika mutationen som förklarar passgången är en förändring av ett enskilt baspar i genen DMRT3 som innebär att det färdiga proteinet blir cirka 30 procent mindre än det normalt ska vara.

– Det är fantastiskt roligt när tvärvetenskapliga samarbeten kan ge så banbrytande upptäckter. DMRT3 proteinets funktion var okänd i den vetenskapliga litteraturen före publikationen av denna artikel. Proteinet finns hos alla ryggradsdjur och det är högst troligt att det också har en central roll för människans rörelsemönster, säger Klas Kullander.

Avvikande rörelsemönster

Forskarna undersökte även andra hästraser och fann att denna mutation förekommer i hög frekvens hos flera hästraser med avvikande rörelsemönster som till exempel Tennessee walking horse från USA och Paso fino från Sydamerika. Lite oväntat fann de också att DMRT3-mutationen är vanlig bland travhästar.

– Vi har visat att DMRT3-mutationen finns i travhästar som kan trava rent i hög fart och att de allra bästa travhästarna har denna mutation i dubbel uppsättning, säger Leif Andersson, professor vid Uppsala universitet och SLU, som ledde jakten på DMRT3-mutationen i häst.

När en häst ökar farten så ska den normalt gå över från trav till galopp, men då blir en travhäst diskvalificerad på tävling.

– Vår tolkning är att DMRT3-mutationen hämmar övergången från trav till galopp och gör det möjligt att trava rent i mycket hög fart, förklarar Leif Andersson.

Forskarna vid SLU och Uppsala universitet tycker att upptäckten av denna mutation är ett praktexempel på hur genetiska studier av husdjurens egenskaper ger ny baskunskap om geners funktioner och viktiga biologiska mekanismer.

Fakta: SciLife Lab är ett samarbete mellan Stockholms universitet, Karolinska Institutet, KTH och Uppsala universitet. SLU är medlem av organisationens nationella referenskommitté.

Mer information om forskningsprojektet finns på www.capiletgenetics.com

Genvariant ger flygande pass hos islandshäst

Det är en specifik gen, DMRT3, som ger vissa hästar speciella egenskaper när det gäller rörelsemekanik. Genen har en avgörande betydelse för om en häst kan gå i passgång eller om den kan trava i hög hastighet utan att börja galoppera.

Isländsk häst och ryttare tävlar i 100 m flygande pass i Selfoss, Island. Foto: Freyja Imsland

Genom forskningen vid SLU och Uppsala universitet finns nu möjligheten att testa om en till exempel en islandshäst har den genetiska förutsättningar för att bli en fyr- eller femgångare.

Forskarna har identifierat den specifika genvariant som gör att islandshästar kan gå i pass. Denna gen kallas DMRT3 och kodar för ett protein som har en central roll för ryggmärgens koordination av benens rörelsemönster.

I en viss position i denna gen är C den variant som de flesta hästraser har. Denna variant har dock muterat till ett A vilket resulterar i ett förkortat protein. Proteinet finns i specifika celler i ryggmärgen, så kallade neuroner, och just dessa korsar ryggradens mitt.

Forskarnas hypotes är att neuronernas kapacitet ändras på grund av mutationen vilket tar bort den strikta regleringen i ryggmärgen. Hästarna kan då röra de laterala benparen samtidigt – något som normalt förhindras. Detta har sedan selekterats för i flera hästraser som till exempel islandshästen.

Forskning på hästens gångarter

Det har bedrivits molekylärgenetisk forskning på hästar under flera år, bland annat på olika färger, ögonsjukdomen MCOA-syndrom och sommareksem. I en utökad forskningsstudie började forskarna även intressera sig för islandshästens unika gångarter.

Med målet inställt på att försöka hitta en gen med effekt på flygande pass läste de av stora delar av arvsmassan på 70 hästar, varav 40 klassificerade som femgångare och 30 som fyrgångare.
De hittade då en enda kromosomregion som nästan perfekt urskilde fyrgångarna och femgångarna.

Enkel nedärvning

Forskarna hade trott att pass var en mycket komplex egenskap (t.ex. som längd och vikt) där både miljö och många gener i samspel avgör hästens rörelsemönster. Nu insåg de att om man istället för att se till passens kvalitet endast fokuserade på dess förekomst - så hittade de ett väldigt enkelt nedärvningsmönster, ungefär som många av hästens färger.

Det muterade anlaget A ger pass och detta är recessivt, det betyder att hästen måste ha anlaget i dubbel uppsättning (AA) för att kunna gå i pass. Om istället en häst har minst ett icke-muterat anlag (CA eller CC) kan den inte gå i flygande pass utan blir en fyrgångare.

Forskarna bekräftade upptäckten genom att testa ytterligare hästar. Till detta använde de i stället avelsbedömda hästar och den passpoäng som finns registrerad i Worldfengur (stambok för islandshäst).

Tabell 1 visar fördelningen av genotyper för avelsbedömda fyrgångare respektive femgångare. Flera förhållanden är värt att notera. Av 65 testade femgångshästar var bara 1 CA. Denna är med största sannolikhet felaktigt klassificerade. Hästen har en ganska låg poäng för pass och att döma utifrån dess fortsatta tävlingskarriär är den troligen en fyrgångare. Vidare var även hans mor bedömd som fyrgångare och exakt 50 procent av hans bedömda avkommor som han fått tillsammans med avelsbedömda femgångsston, är visade som fyrgångare. Detta stämmer perfekt med en recessiv arvsgång.

Tabell 1. Fördelningen av genotyper mellan fyrgångare och femgångare

CC CA AA
Femgångare 0 1 64
Fyrgångare 2 85 41

Ett annat förhållande värt att notera är att utav de 128 hästarna som avelbedömts som fyrgångare borde 32 procent kunna gå pass. Här får man dock ha i åtanke att de inte erhållit någon beskrivning av hästens eventuella passförmåga från tränarna. Sannolikt kan många av dessa gå i pass.

Det finns, som alla känner till, många anledningar till att man väljer att visa sin häst som fyrgångare även fast den skulle kunna gå i flygande pass. Exempel på orsaker är att hästen inte känns mogen mentalt eller fysiskt eller på grund av att hästens eller ryttarens utbildningsnivå inte är tillräcklig.

Forskarna kan dock inte utesluta att en eller flera andra genetisk faktorer ”tar bort” förmåga till pass och detta är något som de forskar vidare på. Kort sammanfattat kan man alltså säga att det inte är helt säkert att en AA häst kan lära sig flygande pass - men att det är väldigt osannolikt att en CC eller CA häst kan göra det.

En tredje intressant sak som går att utläsa av tabell 1 är det väldigt låga antalet CC hästar. Forskarna har även genotypat ett större antal slumpmässigt utvalda islandshästar varav bara några få hade en avelsbedömning och även där var andelen CC låg. För att en häst ska kunna bli CC krävs att två fyrgångshästar paras. Man vet att de CC hästar som de har testat kan tölta, någon till och med utmärkt!  

Mutationen finns även hos andra raser

Forskarna har även hittat mutationen i hög frekvens hos alla andra så kallade gångartsraser som de har undersökt. Till gångartsraser räknas hästar som kan gå i fler än de tre grundgångarterna skritt, trav och galopp. I Europa är den vanligaste representanten för gångartshästar just islandshästen men i t.ex. Nord- och Sydamerika finns det många fler. Några exempel är American Saddlebreed, Tennessee Walking Horse, Rocky Mountain Horse, Paso Fino, Peruvian Paso och Campolina.

Intressant nog hittades även mutationen i hög frekvens hos varmblodiga travare. Här har de kunnat visa att den påverkar travförmåga positivt. Hästar som är AA kan nämligen hålla trav i en högre hastighet utan att gå över i galopp. Forskningen kan visa att CA hästar har lägre avelsvärden (BLUP), tjänar mindre och kommer mer sällan till start än AA hästar.

Resultaten förvånade kanske inte de som har sett en travare gå i passgång innan start eller något som kan liknas vid tölt under ryttare. Även hos den kallblodiga travaren förekommer mutationen om än i lägre frekvens. Man har ännu inte hittat mutationen hos tyngre hästar framavlade för dragarbete, snabba sprinters som tävlar i galopp eller hos dressyr och hopphästar.

Hur forskningen började

Det började med ett forskningsprojekt på sommareksem. Studierna på denna sjukdom fortgår för övrigt fortfarande. I sommareksemstudien hade forskarna läst av arvsmassan på över femtio tusen punkter på 209 hästar. Det var ett stort projekt, både kostnadsmässigt och tidsmässigt.

Med data i hand bestämde forskarna sig därför för att utnyttja den genetiska informationen maximalt genom att samla in så mycket information som möjligt om de i studien ingående hästarna. Ett frågeformulär om bland annat hästarnas hälsa, temperament och exteriör skickades ut. Formuläret var ganska omfattande och sjuttio hästägare besvarade frågorna.

Efter att ha satt ihop genetiska data med beskrivningen av varje häst fann de den plats i arvsmassan där fyrgångshästarna och femgångshästarna skiljer sig åt.

Nya möjligheter

Det är nu möjligt att testa om en häst har genetiska förutsättningar för att bli en fyr- eller en femgångare. Om hästen går i ren pass är den med största sannolikhet AA. Den som har en häst som man tror är en fyrgångare kan låta testa hästen för att få besked.  Det kan också vara intressant att använda testet på föl efter minst en fyrgångsförälder. Det ger information om hästens genetiska förutsättningar för pass redan innan den sätts i träning.

Typning kan ske på husdjursgenetiska laboratoriet vid SLU i Uppsala: http://www.slu.se/sv/fakulteter/vh/institutioner/institutionen-for-husdjursgenetik/om-institutionen/hgenlabtest/. Mer information om forskningsprojektet finns på www.capiletgenetics.com

Specifik gen gynnar rörelsemönster

Läs mer om forskning inom husdjursgenetik: