project - EIP-AGRI Operational Group

Development of an economic MD microarray for filiation, disease diagnosis, detection of economically important traits, genomic selection in PRE and di
Desarrollo de chip MD económico para filiación, diagnóstico enfermedades, detección caracteres importancia económica, selección genómica en PRE y herramientas digitales

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Objectives

Development of an innovative economic medium density (MD) SNP-array tailored for the PRE breed that  allows simultaneously the parentage control, the diagnosis of inherited genetic disorders  and chromosomal abnormalities, the detection of genomic variants associated  to traits of economical importance and the development of genomic selection. The genetic information of each animal will be integrated in an easy-to-use digital tool  serving as an auxiliary tool to help breeders to decide, in a scientific basis, the best possible mating for a better genetic progress, but also limiting the disemination of hereditary diseases, and thus increasing the profitaability. 

Objectives

Aplicación innovadora de un chip económico de media densidad (MD) para el PRE que permita simultáneamente el control de filiación, diagnóstico precoz de enfermedades de carácter hereditario (específicas de PRE) y cromosómicas, detección de marcadores moleculares relacionados con caracteres de importancia económica y desarrollo de la selección genómica, junto a una herramienta digital fácil de emplear, que integre la información genética y/o genómica de cada animal, centralizando la infromación para mejora y decidir cruzamientos para un mejor progreso genético, detección y control de enfermedades de carácter hereditario anticipándose a problemas futuros y pérdidas económicas.

Activities

Selection of a reference population (RP) for the PRE breed based on the genealogical and molecular (STR) data available. Genotyping of the RP using high density SNP-arrays. Select a set of reliable SNP´s able to perform parentage testing, genetic diseases and chromosomal abnormalities detection and prediction of reproductive and productive traits. Integrate those markers within a newly-desingned MD (Medium Density) SNP microarray able to perform populational analisys. This MD panel will also allow to develop and validate a a genomic-based breeding program (genomic selection) on the breed. Development of a digital tool on the ANCCE web and apps allowing the use of the genomic data by the breeders.

Activities

Selección de población de referencia para análisis genealógicos, moleculares (STR), antecedentes históricos y genotipado en HD. Seleccionar un panel de marcadores SNPs para la filiación con alta fiabilidad, marcadores genéticos asociados con las principales enfermedades genéticas equinas y otros caracteres de interés. Selección de un panel de marcadores SNPs para el diseño de un array barato de rutina  MD económico a validar con los genotipos STR de la población de referencia, % de imputación de MD a HD correcta, e incremento de fiabilidad promedio en la población de referencia con la valoración genómica. Desarrollo de herramienta digital en web LG y APPS LG para ganaderos con información generada. 
 

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014ES06RDNP001 España - Programa Nacional de Desarrollo Rural
Location
Main geographical location
Sevilla
Other geographical location
Madrid

EUR 570505.34

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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10 Practice Abstracts

Establish channels for disseminating the results of the project to all final recipients (farmers, breeders, associations, researchers, veterinarians, laboratories, etc.). The result has been achieved through different ways. On the one hand, we have designed, elaborated and distributed different dissemination material of the operative group to be distributed in the different fairs that the members of the operative group have attended to disseminate the project. These include umbrellas and bags, among others. On the other hand, scientific articles published in high impact journals have been elaborated to show the most relevant results of the project. Finally, different conferences, congresses and fairs have been attended to make oral communications exposing the project and the main results obtained to reach professionals of the sector from different fields.

Establecer vías de difusión de los resultados del proyecto para todos los destinatarios finales (ganaderos, criadores, asociaciones, investigadores, veterinarios, laboratorios, etc.). El resultado se ha llevado a cabo a través de diferentes vías. Por un lado se ha diseñado, elaborado y distribuido diferentes material de difusión del grupo operativo para su reparto en las diferentes ferias a las que han asistido los miembros del grupo operativo a divulgar el proyecto. Entre ellos están paraguas o bolsas entre otros. Por otro lado se han elaborado artículos científicos publicados en revistas de impacto para mostrar los resultados más relevantes del proyecto. Por último, se han asistido a diferentes jornadas, congresos y ferias para realizar comunicaciones orales exponiendo el proyecto y los principales resultados obtenidos para alcanzar a profesionales del sector de diferentes ámbitos. 

Communicate information regarding the task force and the project to the industry and the general public. The result has been the creation of a project web page, as well as the dissemination of news and results of the project through the group's own web page, the members' web page and through different social networks to reach the entire target audience.

Comunicar la información relativa al grupo operativo y el proyecto al sector y público en general. El resultado ha sido la creación de una página web del proyecto, así como la divulgación de las noticias y resultados del proyecto por la propia página web del grupo, la de los miembros y por diferentes redes sociales para alcanzar a todo el público objetivo. 

A digital tool has been designed and developed in both web and mobile app formats for the Studbook (LG). The digital platform has been promoted within the Spanish equine sector. This tool allows breeders to easily and quickly interpret the vast amount of genomic information generated by the SNP marker panel.

The platform centralizes and provides this information to breeders through a single, accessible profile containing all the genetic data of their animal. This will facilitate the rapid and widespread adoption of modern breeding techniques, leading to faster and greater genetic progress, as well as earlier detection of hereditary diseases that often entail significant economic costs—costs that could be avoided.

As a result, breeders will be able to anticipate and prevent future problems and financial losses, ultimately benefiting the profitability of their operations. Furthermore, this digital tool can later be applied to the equine sector of any horse breed, enhancing equine production and selection, improving the economic outlook for breeders and the sector as a whole, and boosting both national and international marketability.

Se ha diseñado y desarrollado una herramienta digital en web y APP del LG. Se ha realizado difusión de la herramienta digital en el sector equino español. Esta plataforma digital permite la utilización de la gran cantidad de información genómica generada por un panel de marcadores SNP de una forma rápida y sencilla de interpretar para el ganadero. Esta herramienta genera la información y la pone a disposición de los ganaderos de manera centralizada en una única ficha accesible al ganadero, con toda la información genética de su animal. Esto va a permitir una rápida y amplia adopción de estas modernas técnicas de cría, así como un progreso genético más elevado y más rápido y la detección más temprana de enfermedades de carácter hereditario que suponen un gasto económico considerable que se podría evitar. De esta forma los ganaderos se van a anticipar y van a evitar problemas futuros y pérdidas económicas y con el consiguiente beneficio económico de la explotación. Esta herramienta digital podrá ser posteriormente aplicada al sector equino de cualquier raza equina, repercutiendo todos estos datos en una mejora de la producción y selección equina, así como en una mejora económica para el ganadero y el sector, lo que aumentará y mejorará su comercialización, tanto a nivel nacional como internacional.

Genomic evaluation models have been developed for the various selection criteria of the PRE breed, and these models have been validated. A validated protocol for genomic evaluation has been designed for the different selection criteria of the PRE using the single-step BLUP (ssBLUP) methodology, according to the suitability of the model for each trait. Additionally, the genetic progress of the PRE breed has been estimated.

Final models for genetic/genomic evaluation using the ssBLUP methodology have been developed for 34 morphological traits and 20 defects, 7 dressage traits, and 3 reproductive efficiency traits.

The validation of the genomic evaluation models was conducted through the increase in reliability and the estimation of genetic progress, measured by the improvement in reliability and the reduction in the generation interval. In morphology, reliability increased between 9.65% and 14.09%. For reproductive traits, the increase ranged from 1.80% to 3.96%, and for dressage traits, reliability increased by 3.0%.

Regarding genetic progress, improvements in selection response were observed, with increases ranging from 2.11% to 8.82% for morphological traits. For reproductive traits, the progress ranged from 1.61% to 5.88%, and for dressage, the response increased by 2.96%.

Se han puesto a punto de los modelos de valoración genómica para los diferentes criterios de selección del PRE y se han validado los modelos de valoración genómica. Se ha diseñado el protocolo validado de valoración genómica para los diferentes criterios de selección del PRE mediante metodología single-step BLUP (ssBLUP), según la adecuación del modelo para cada criterio de selección. Y se ha estimado el progreso genético de la raza PRE. Se han desarrollado los modelos definitivos para la valoración genética/genómica mediante metodología ssBLUP para 34 variables morfológicas y 20 defectos, 7 variables de Doma Clásica y 3 de eficiencia reproductiva.

La validación de los modelos de valoración genómica se realizó mediante el incremento de fiabilidad y la estimación del progreso genético estimado por el incremento de la fiabilidad y la disminución del periodo intergeneracional. En morfología, la fiabilidad aumentó entre 9,65% y 14,09%. Para los rasgos reproductivos, el aumento fue del 1,80% al 3,96% y en doma clásica la fiabilidad subió un 3,0%. En cuanto al progreso genético, se observó una mejora en las respuestas a la selección con incrementos entre 2,11% a 8,82% para los caracteres morfológicos. Para los rasgos reproductivos, el progreso fue del 1,61% a 5,88%, y en doma clásica, la respuesta aumentó un 2,96%.

The reference population selected consists of 4,000 breeding animals with the highest genetic influence on PRE horses, based on the number of their offspring under performance testing, and has been established for the implementation of genomic selection.

This population is composed of 22% males and 78% females, with average ages of 7.9 and 22.9 years, respectively. Fifty percent of the animals are 23 years old or younger, and 25% are between 1 and 3 years old. They come from 1,941 studs, with an average of 2 animals per stud, although in 14 studs, 20 or more individuals were selected.

The average inbreeding coefficient is 7.55%, and the average relatedness is 10.67%. Males have an average of 37.3 offspring, and females 10.8. Regarding phenotypic records, 2,710 animals are under morphological performance control, 53 under dressage performance control, and 2,252 females are under reproductive efficiency control. In terms of genetics, 2,828 have genetic evaluations for functional conformation, 1,603 for dressage, and 2,760 for reproductive efficiency.

The reference population has been genotyped, and the genotypes have been processed to generate a list of markers analyzed for parentage, coat color, monogenic diseases, as well as polygenic diseases.

Finally, high-density imputation was performed, yielding highly reliable genotype results based on the genotypes from the EQUIGENE chip.

Se ha elegido la población de referencia constituida por 4000 reproductores de máxima influencia genética sobre los caballos PRE, basados en su número de descendientes en control de rendimientos para la puesta a punto de la selección geniomica.

Esta población está formada por un 22% de machos y un 78% de hembras, con edades promedio de 7,9 y 22,9 años, respectivamente. El 50% de los animales tiene 23 años o menos y el 25% tiene entre 1 y 3 años. Provienen de 1.941 ganaderías, con un promedio de 2 animales por ganadería, aunque en 14 ganaderías se han seleccionado 20 o más individuos. 

La consanguinidad media es del 7,55% y el parentesco promedio es del 10,67%. Los machos tienen un promedio de 37,3 hijos y las hembras 10,8 hijos. En cuanto a los valores fenotípicos, 2.710 animales están en control de rendimientos morfológicos, 53 en control de doma clásica y 2.252 hembras en control de eficiencia reproductiva. En cuanto a la genética, 2.828 tienen valoración genética para conformación funcional, 1.603 para doma clásica y 2.760 para eficiencia reproductiva.

Se ha genotipado la población de referencia y se han procesado los genotipos para obtener un listado de marcadores analizados para filiación, el color de la capa, enfermedades monogénicas, así como las enfermedades de origen poligénico.

Finalmente se imputo a alta densidad, obteniendo resultados con una alta fiabilidad de los genotipos a partir de los genotipos del chip EQUIGENE.

A medium-density (MD) chip (ARRAY) has been designed and manufactured, and it has been validated in the PRE breed. This cost-effective chip, named EQUIGENE, is specifically tailored for the Purebred Spanish Horse (PRE) and enables simultaneous parentage verification, early diagnosis of hereditary diseases (including those specific to the PRE breed, such as “gato neck”), detection of chromosomal abnormalities, identification of molecular markers associated with economically important traits, and the development of genomic selection in PRE horses.

To achieve this, a total of 1,240 genetic markers were selected based on scientific studies and international databases, focused on economically relevant traits in horses, such as genetic diseases, behavior, athletic performance, and coat color. The chip includes 26,017 markers for high-density imputation and 15,705 for medium-density imputation, both with over 99% efficiency. Additionally, 1,115 markers were chosen for the equine Y chromosome (ECAY), distributed across the chromosome, and 1,000 mitochondrial markers were included, which are essential for maternal lineage studies. Furthermore, the 376 markers from the ISAG-recommended panel for parentage analysis were incorporated.

In total, the chip contains 90,938 SNPs, covering a wide range of markers for various purposes, including 45,675 filler SNPs to ensure complete genome coverage.

Se ha diseñado y fabricado un chip (ARRAY) de media densidad (MD) y se ha validado en la raza PRE. Este chip económico para el PRE, llamado EQUIGENE, permite simultáneamente el control de filiación, el diagnóstico precoz de enfermedades de carácter hereditario (incluyendo aquellas particulares y específicas de la raza PRE, como puede ser el cuello de gato) y cromosómico, la detección de marcadores moleculares relacionados con caracteres de importancia económica y el desarrollo de la selección genómica en el PRE.

Para ello, se ha seleccionado un total de 1.240 marcadores genéticos basados en estudios científicos y bases de datos internacionales, enfocados en características económicas importantes para los caballos, como enfermedades genéticas, comportamiento, rendimiento deportivo y color de la capa. Se han incluido 26.017 marcadores para imputación a alta densidad y 15.705 para imputación a densidad media, con una eficiencia superior al 99%. Además, se eligieron 1.115 marcadores para el cromosoma Y equino (ECAY), distribuidos a lo largo de dicho cromosoma, y 1.000 marcadores mitocondriales, clave para estudios de herencia materna. Por otro lado, se incluyeron los 376 marcadores del panel recomendao por la ISAG para análisis de filiación. En total, se incluyeron 90.938 SNPs en el chip, abarcando una variedad de marcadores para distintos fines, incluidos 45.675 SNPs de relleno para asegurar una cobertura completa del genoma.

A panel of SNP markers has been selected to enable high-density (HD) imputation using a medium-density chip. The panel includes 56,621 markers specifically chosen for HD imputation. These markers exhibit low linkage disequilibrium (LD), meaning low dependency between them, which makes them suitable for the imputation process.

Using this panel, it is possible to predict between 246,385 and 483,772 markers at varying levels of reliability, demonstrating the accuracy of the method. Even when very high precision was required (less than 1% error per marker), it was still possible to predict between 244,747 and 383,783 markers.

Se ha seleccionado un panel de marcadores SNPs que permite la imputación a alta densidad (HD) para su utilización en un chip de media densidad. Se incluyen 56.621 marcadores seleccionados para hacer la imputación a HD. Estos marcadores muestran baja dependencia entre ellos, es decir, un LD (desequilibrio de ligamiento) menor, haciéndolos útiles para este proceso de imputación a alta densidad. Estos marcadores son capaces de predecir entre 246.385 y 483.772 marcadores con distintos niveles de fiabilidad, mostrando la precisión del método. Incluso cuando se exigió una precisión muy alta (menos del 1% de error por marcador), se pudieron predecir entre 244.747 y 383.783 marcadores.

Genetic markers associated with diseases and traits of economic interest in the PRE (Purebred Spanish Horse) have been selected. A total of 1,103 genetic markers related to simple inheritance traits—such as genetic diseases, athletic performance, and coat color—have been chosen. Additionally, 167 markers associated with complex traits like fertility or polygenic diseases (i.e., those influenced by multiple genes) have been included. These markers have been previously studied in both PRE horses and other breeds. Furthermore, 308 markers have been added to detect chromosomal abnormalities previously observed in the PRE breed, providing an additional tool for monitoring the genetic health of the animals.

All this information has been integrated into a medium-density (MD) chip (ARRAY) called EQUIGENE, which facilitates the application of genetics in the breeding of PRE horses, and serves as a tool for marker-assisted selection (MAS). This will enable breeders to make more accurate and timely decisions when selecting breeding stock, based on specific genetic information.

Se han seleccionado marcadores genéticos de enfermedades y de caracteres de interés económico en el PRE. Se han seleccionado 1.103 marcadores genéticos relacionados con características de herencia simple, como enfermedades genéticas, rendimiento deportivo y color de la capa. Además, se han seleccionado 167 marcadores relacionados con caracteres complejos como la fertilidad o enfermedades de origen poligénico (es decir, que dependen de varios genes), los cuales ya han sido estudiados tanto en caballos PRE como en otras razas. Por último, se han añadido 308 marcadores que permiten detectar alteraciones cromosómicas previamente observadas en el PRE, lo que añade una herramienta complementaria para el control de la salud genética de los animales. Todo esto se ha integrado en un chip (ARRAY) llamado EQUIGENE, de media densidad (MD) que facilita el uso de la genética en la cría del caballo PRE, así como herramienta de selección asistida por marcadores (MAS). Esto permitirá a los ganaderos tomar decisiones más precisas y tempranas al elegir sus reproductores, basándose en información genética concreta.

A panel of SNP markers has been selected for parentage verification, chosen for their highest reliability and ideal allele frequencies, ensuring greater accuracy in determining the parentage of an animal. Specifically, markers with the highest polymorphic information content (PIC) and the highest exclusion probability (PE) in parentage testing were selected. Despite applying very strict criteria, 3,131 suitable markers were identified, distributed across all chromosomes.

Se ha seleccionado un panel de marcadores SNP para realizar los controles de filiación, que presentan la máxima fiabilidad y con frecuencias genéticas ideales, lo que garantiza una mayor precisión al determinar la paternidad o maternidad de un animal. Es decir, se han seleccionado aquellos con el máximo contenido de información polimórfica (PIC) y la máxima probabilidad de exclusión (PE) en las pruebas de filiación. A pesar de aplicar criterios muy estrictos, se encontraron 3.131 marcadores adecuados, distribuidos en todos los cromosomas.

A reference population consisting of 1,056 Purebred Spanish Horses (667 males and 389 females) has been defined, selected based on their high genetic influence and low relatedness—key factors for improving the accuracy of genetic evaluations. These animals originate from 710 studs, with an average age of 18 years for males and 21 for females. The population shows an average inbreeding coefficient of 6.74% and an average coancestry of 4.55%. On average, stallions have 58 offspring and mares 10, totaling 41,366 descendants across more than 11,000 studs. Of these, 14,495 are under morphological-functional performance testing, 769 in dressage, 15,617 have genetic evaluations for morphological aptitude for dressage, and 1,053 for dressage discipline. Additionally, 783 animals in the reference population have their own morphological-functional performance records, and 79 have dressage records, further reinforcing their value as a foundation for genetic improvement.

The genomic profile of this population was obtained using the Axiom Equine Genotyping 670K array, generating 623,516 useful variants distributed evenly across the 33 chromosome pairs. Of these, 188,851 are highly informative, providing a greater degree of genomic information and thus capturing the breed’s genomic variability with high precision.

Se ha definido una población de referencia formada por 1.056 caballos de Pura Raza Española (667 machos y 389 hembras), seleccionados por su alta influencia genética y bajo nivel de parentesco, clave para mejorar la precisión de las valoraciones genéticas. Proceden de 710 ganaderías, con una edad media de 18 años los machos y 21 las hembras, una consanguinidad media del 6,74% y una coascendencia promedio del 4,55%. Los sementales tienen en promedio 58 crías y las hembras 10, sumando 41.366 descendientes repartidos en más de 11.000 ganaderías. De estos, 14.495 están en control de rendimiento morfofuncional, 769 en doma clásica, 15.617 valorados genéticamente para aptitud morfológica para doma y 1.053 para la disciplina de doma clásica. Además, 783 animales de la población de referencia tienen control propio de rendimiento morfofuncional y 79 en doma, lo que refuerza su valor como base para la mejora genética.

El perfil genómico de esta población se obtuvo mediante el array Axiom Equine Genotyping 670K, generando 623.516 variantes útiles, distribuidas de forma homogénea en los 33 pares de cromosomas. De estas, 188.851 son altamente informativas, aportando un mayor grado de información genómica y por tanto capturando con gran precisión la variabilidad genómica de la raza.

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Contacts

Project coordinator

  • REAL ASOCIACIÓN NACIONAL DE CRIADORES DE CABALLOS DE PURA RAZA ESPAÑOLA (ANCCE)

    Project coordinator

Project partners

  • LIFE TECHNOLOGIES S.A.

    Project partner

  • REAL FEDERACION ESPAÑOLA DE ASOCIACIONES DE GANADO SELECTO (RFEAGAS)

    Project partner