关于胡库尔马（Hucul horses）昆虫叮咬过敏反应的小规模全基因组关联研究

《Journal of Equine Veterinary Science》：Small Genome-wide association study of insect bite hypersensitivity in Hucul horses

本研究利用Equine80K微阵列对127匹Hucul马进行全基因组关联分析，发现ECA20染色体区域与IBH易感性相关，涉及DST基因调控及多个候选基因，为遗传育种提供依据。

　　

A. 布瓦什恰克（B?aszczak）| K. 奥尔恰克（Olczak）| M. 斯特凡纽克-斯穆基尔（Stefaniuk-Szmukier）| I. 托姆奇克-沃罗纳（Tomczyk-Wrona）| A.D. 穆西亚尔（Musia?）| J. 格热戈尔奇克（Grzegorczyk）| B. 德卢戈什（D?ugosz）| T. 斯马托拉（Szmato?a）| K. 罗普卡-莫利克（Ropka-Molik）

波兰克拉科夫动物生产国家研究院农场动物生物多样性保护与马匹育种系，克拉科夫斯卡1号街32-083巴利采（Balice）

摘要

背景：昆虫叮咬过敏（IBH）是马匹中常见的过敏性皮肤病，严重影响动物福利，并具有遗传倾向。 目的：了解IBH的遗传基础有助于改进管理和育种策略。 方法：使用Equine80K BeadChip微阵列来识别与Hucul马匹IBH发生相关的基因组区域。 结果：未检测到全基因组范围内的显著SNP；然而，在ECA5、ECA15和ECA20上发现了具有提示意义的SNP。其中ECA20上的信号最强，有三个SNP位于DST基因上游约5.32 Mb的区域，这表明可能存在调控作用。DST基因编码dystonin蛋白，这是一种细胞骨架连接蛋白，在角质形成细胞中表达，并定位于真皮-表皮交界处的半桥粒上，与其在皮肤完整性和过敏反应中的生物学作用相关。此外，该区间内的其他几个基因（COL21A1、KIAA1586、ZNF451、PRIM2、BAG2、RAB23、KHDRBS2、LGSN、PTP4A1、PHF3、BEND6）也可能影响IBH的易感性。 结论：这些发现支持IBH易感性具有遗传因素，并指出20号染色体上的某些调控变异可能是关键因素。需要进一步的功能研究和精细定位，以确定致病突变并验证候选基因的作用，从而指导未来的育种和管理措施，降低Hucul马匹中IBH的发病率。

引言

马匹会接触到各种节肢动物外寄生虫，包括通过刺穿皮肤吸血的昆虫。这些寄生虫会引发宿主的多种防御反应，如先天炎症、适应性免疫反应和行为变化。昆虫叮咬过敏（IBH），也称为“甜痒症”或“夏季湿疹”，是马匹中最常见的皮肤病（皮炎）[1]。该病由对Culicoides属昆虫叮咬的过敏反应引起，较少见的情况下也由Simulium属昆虫引起（由于交叉反应），尤其是其唾液中的特定蛋白质[2]。这种IgE介导的I型过敏反应与Th2偏向的免疫反应相关，表现为白细胞介素4和13水平升高。虽然所有接触Culicoides的马匹都会产生抗原特异性T细胞，但只有易感个体才会表现出临床症状，而健康的马匹则通过分泌IL-10和TGF-β的FoxP3?调节性T细胞来控制炎症[3]。

IBH存在于许多马品种中，包括设得兰矮种马、威尔士矮种马、利皮扎马、设得兰马、阿拉伯马、夸特马、纯种马、田纳西步行马、摩根马、克莱德代尔马和弗里斯兰马。此外，不同毛色的马匹也出现过IBH[4-9]。在波兰品种如Hucul马和西里西亚马中也有报道。甜痒症的特征性症状是瘙痒，通常从晚春持续到晚秋。受影响的马匹鬃毛和尾巴上的毛发容易断裂，皮肤增厚，并伴有剧烈抓挠，严重时可能导致开放性伤口，使马匹无法用于骑乘。由于持续的瘙痒和不适，马匹的行为也会发生变化，从而显著影响其福利。该病主要影响4-5岁以上的马匹，并且每年病情都会恶化[5,7]。

对冰岛马的研究表明，如果父母一方或双方都患有IBH，其子女患夏季湿疹的风险显著增加[7]。通过分离分析确定了该病的遗传方式，排除了常染色体隐性和显性单基因遗传的可能性[10]。对瑞典出生的冰岛马进行的IBH遗传分析表明其遗传性为中等，并支持多基因遗传模式。研究者使用阈值 sire模型估计遗传性为0.33，并认为遗传选择可以有效降低疾病发病率[10]。此外，环境因素（如风、降雨、温度和植被）也会影响Culicoides蚊子的活动和分布[7]。总体而言，虽然遗传因素决定了个体对IBH的易感性，但环境中的蚊虫暴露在疾病表现和严重程度中起关键作用。目前尚缺乏高敏感性和特异性的IBH诊断测试[11]。由于缺乏有效的治疗方法且该病对动物福利有负面影响，本研究旨在使用Equine80K BeadChip微阵列（Illumina，美国加利福尼亚州圣地亚哥）来识别与Hucul马IBH发生相关的基因组区域。

伦理批准

克拉科夫动物生产国家研究院的当地伦理委员会确认本研究无需伦理委员会监督。当地动物实验伦理委员会的决定编号为KRA1_870_2024。

表型评估与马匹

2022-2024年间，在采样过程中收集了关于个别马匹IBH临床症状的数据，基于可见的临床症状（图1）以及对马主和饲养员的详细访谈。

人群分层分析

对Hucul马队列进行的主成分分析（PCA）显示，受IBH影响的个体与未受影响的个体之间没有明显的遗传分层。前两个主成分分别解释了41%和16%的总遗传变异。样本的分布重叠表明人群结构较为简单，说明病例对照状态并未受到研究人群内部遗传亚结构的干扰。

全基因组关联研究

基于SNP数据的调整后p值……

讨论

冰岛马因其隔离的进化环境而成为研究IBH的理想模型。在冰岛生活时，由于该地区不存在IBH的主要致病因子Culicoides属昆虫，因此冰岛马不会患上夏季湿疹。然而，当这些马被引入欧洲大陆（Culicoides属昆虫普遍存在）后，大约50%的马在两年内会出现IBH症状。这一显著差异突显了环境暴露在触发疾病中的作用。

结论

本研究首次对封闭且遗传独特的Hucul马进行了全基因组关联分析。虽然未检测到全基因组范围内的显著关联，但在ECA5、ECA15和ECA20上发现了具有提示意义的SNP。最显著的区域包括SH2D2A和SRD5A2基因内的变异，这些基因可能参与免疫调节和皮肤屏障的完整性。这些发现表明可能存在相关的基因组机制……

作者贡献

概念构思：卡塔日娜·奥尔恰克（Katarzyna Olczak）； 数据整理：伊沃娜·托姆奇克-沃罗纳（Iwona Tomczyk-Wrona）； 数据分析：托马什·斯马托拉（Tomasz Szmato?a）； 资金获取：伊沃娜·托姆奇克-沃罗纳（Iwona Tomczyk-Wrona）； 研究实施：阿德里安娜·多米尼卡·穆西亚尔（Adrianna Dominika Musia?）、阿格涅什卡·格热戈尔奇克（Agnieszka Grzegorczyk）、亚历山德拉·布瓦什恰克（Aleksandra B?aszczak）； 方法学：莫妮卡·斯特凡纽克-斯穆基尔（Monika Stefaniuk-Szmukier）； 项目管理：伊沃娜·托姆奇克-沃罗纳（Iwona Tomczyk-Wrona）； 资源提供：卡塔日娜·奥尔恰克（Katarzyna Olczak）、博古斯瓦娃·德卢戈什（Bogus?awa D?ugosz）、亚历山德拉·布瓦什恰克（Aleksandra B?aszczak）； 软件使用：托马什·斯马托拉（Tomasz Szmato?a）； 监督：卡塔日娜·罗普卡-莫利克（Katarzyna Ropka-Molik）； 验证：博古斯瓦娃·德卢戈什（Bogus?awa D?ugosz）； 可视化：

资助信息

本研究得到了动物生产国家研究院的法定资助（编号501-150-311）。

CRediT作者贡献声明

A. 布瓦什恰克（A. B?aszczak）：撰写初稿、数据整理、资源提供、研究实施； K. 奥尔恰克（K. Olczak）：资源提供、概念构思； M. 斯特凡纽克-斯穆基尔（M. Stefaniuk-Szmukier）：撰写初稿、方法学设计； I. 托姆奇克-沃罗纳（I. Tomczyk-Wrona）：项目管理、资金获取、数据整理； A.D. 穆西亚尔（A.D. Musia?）：研究实施； J. 格热戈尔奇克（J. Grzegorczyk）：研究实施； B. 德卢戈什（B. D?ugosz）：撰写、审稿与编辑、验证、资源提供； T. 斯马托拉（T. Szmato?a）：数据可视化、软件使用； K. 罗普卡-莫利克（K. Ropka-Molik）：监督。