Structural organization of genetic diversity and ethofunctional characterization in the Andalusian donkey breed

Abstract

Tools allowing to understand the evolution of donkey populations in time, the future trends that these populations describe, and the factors conditioning such trends, become invaluably critical when aiming at preserving and later recovering such populations from their endangerment status. Basing on the characteristic lack of information regarding the genealogical background of donkey populations and taking a particular breed as an example, it is possible to infer a model to assess the genetic and demographical structure of other international endangered donkey populations. Then, we can plot selection strategies to implement once such populations have reached the sufficient number of individuals, and are supported by solid enough structures. Microsatellite-tested pedigree analyses were carried out to study the genetic diversity, structure and historical evolution of the Andalusian donkey breed since the 1980s. Despite mean inbreeding was low, highly inbred animals were present. The effective population size based on individual inbreeding rate was about half when based on individual coancestry rate. Nei's distances and equivalent subpopulations number indicated differentiated farms in a highly structured population. Although genetic diversity loss since the founder generations could be considered small, intraherd breeding policies and the excessive contribution of few ancestors to the gene pool could lead to narrower pedigree bottlenecks. Long average generation intervals could be considered when reducing inbreeding. Wright's fixation statistics indicated slight inbreeding between farms. Pedigree shallowness suggested applying new breeding strategies to reliably estimate descriptive parameters and control the negative effects of inbreeding, which could indeed, mean the key to preserve such valuable animal resources avoiding the extinction they potentially head towards. Diversity studies render especially important in donkeys as they reveal the genetic background in the populations and the starting point for making decisions on whether to apply conservation or breeding plans in this functionally misallocated species. Once genetic diversity parameters are balanced, finding new niches for donkeys becomes potentially the most relevant aim to approach in the midterm future for the species. Selection strategies in donkeys are approached from three different perspectives; donkey-assisted therapy and therapeutic riding, fertility and disease resistance, not only as a way to widen the functional spectrum of opportunities of donkeys but also to lengthen their useful lives, and improve their life quality and welfare. Studying the specific genetic background behind functional traits enables quantifying the degree in which such features pass from jacks and jennies onto the new foal generations. As a genetic term, environment means all influences other than inherited factors. Controlling the environmental factors conditioning the expression of certain functional features help to build animal models shedding light in the genetic fraction involved in such functional traits. The functional performance of 300 microsatellite-assisted parentage tested donkeys was studied using REML and Gibbs sampling Bayesian methods for the obtention of genetic parameters and breeding values using BLUP methodology. The first functional niche for which donkeys may be well-suited is linked to their special psychological nature and physical characteristics as facilitators of learning processes and for the development of key life skills and confidence building for a wide spectrum of vulnerable people. Therapeutic riding and asinotherapy take advantage of the physical and psychological interaction between donkeys and patients given the potential application of donkey's characteristics and abilities for the treatment of specific human disorders. The selection of donkeys when the breeding criteria is their suitability for equine-assisted therapies was implemented following two different approaches; the selection for coping styles and cognitive processes and the selection for gaits and kinetics. Aiming at developing suitable models seeking the consolidation of equine assisted-therapy breeding criteria, we studied 29 factors that may potentially influence several cognitive processes in donkeys. These factors not only affect donkeys' short-term behaviour but may also determine their long-term cognitive skills from birth. Thus, animal behaviour becomes a useful tool to obtain past, present or predict information from the situation of a certain animal in a particular area. Operant conditioning and Qualitative Behavioural Assessment (QBA) synergism can provide valuable information about animals' extinction/learning and emotional status. All noncognitive animal inherent features significantly affected four variables (P<0.001), although some were not linearly correlated. On the other hand, the effect power of meteorological factors ranged from 7.9% for the birth season on learning (P<0.05) to 38.8% for birth moon phase on mood (P<0.001). Psychometric testing enables quantifying animal cognitive capabilities and their genetic background. Among these cognitive capabilities, the study of problem-solving coping styles achieves a special relevance as it brings together the need genetically select donkeys displaying a neutral reaction during training, given its implication with handler/rider safety and trainability. Heritabilities for coping style traits were moderate, 0.18 to 0.21. Phenotypic correlations between intensity and mood/emotion or response type were -0.21 and -0.25, respectively. Genetic correlations between the same variables were -0.46 and -0.53, respectively. Phenotypic and genetic correlations between mood/emotion and response type were 0.92 and 0.95, respectively. Principal components and Bayesian analyses were used to compute the variation in cognitive capabilities explained by 13 cognitive processes and their genetic parameters, respectively. Heritabilities ranged 0.06 to 0.38 suggesting the same patterns previously reported for humans and other animal species. By contrast, when considering the selection for therapeutic riding, gaits' heritability estimates ranged from 0.53 to 0.67 for walk and trot, respectively. Genetic correlations ranged from 0.28 to 0.42, for walk/trot and amble/trot, respectively. Our results suggest that gait genetic lines could be developed. Among other breeding criteria, disease resistance and reproduction offer two functional niches to consider given their relationship with donkey life quality and welfare. Breeding programs selecting for disease resistance could address food safety and quality issues in products such as donkey milk, and may be perceived to be more humane. Cutaneous habronematidosis (CH) is a highly prevalent parasitic seasonally recurrent skin disease causes distress and relapsing wounds to the animals. CH hypersensibility heritability was 0.0346. Genetic parameters and breeding values for functional traits enable planning strategies for endangered donkey breed preservation and breeding what may turn into a measure to improve animal welfare indirectly.Multiple births in equids are dangerous situations that compromise the life of the dam and offspring. However, embryo collection techniques take advantage of individuals whose multiple ovulations allow flushing more fertilized embryos from the oviduct. Heritabilities ranged from 0.18 to 0.24. Genetic and phenotypic correlations ranged from 0.496 to 0.846 and 0.206 to 0.607, respectively.

Las herramientas que permiten entender la evolución de las poblaciones de burros en el tiempo, las tendencias futuras que estas poblaciones describen, y los factores condicionantes de dichas tales tendencias, se vuelven incalculablemente críticas cuando se pretende preservar y luego recuperar dichas poblaciones de su estado de peligro. Basándose en la falta de información característica sobre el trasfondo genealógico de las poblaciones de burros y tomando una raza particular como ejemplo, es posible inferir un modelo para evaluar la estructura genética y demográfica de otras poblaciones de burros en peligro. Entonces, podemos trazar estrategias de selección para implementar una vez que dichas poblaciones han alcanzado el número suficiente de individuos, y están apoyadas por estructuras suficientemente sólidas. Se realizaron análisis de pedigrí probados por microsatélites para estudiar la diversidad genética, la estructura y la evolución histórica de Raza Asnal Andaluza desde la década de 1980. A pesar de que la consanguinidad media era baja, animales altamente consanguíneos estaban presentes. El tamaño efectivo de la población basado en la tasa de consanguinidad individual fue aproximadamente la mitad que cuando se basaba en la tasa de coascendencia individual. Las distancias de Nei y el número de subpoblaciones equivalentes indicaron explotaciones diferenciadas en una población altamente estructurada. Aunque la perdida de diversidad genética desde las generaciones fundadoras podría considerarse pequeña, las políticas de cría intra rebaño y la contribución excesiva de pocos antepasados al patrimonio génico podría conducir a cuellos de botella en el pedigrí más estrechos. Los largos intervalos de generación medios podrían considerarse para reducir la consanguinidad. Los estadísticos de fijación de Wright indicaron una consanguinidad leve entre explotaciones. La superficialidad del pedigrí sugería aplicar nuevas estrategias de cría para estimar parámetros descriptivos fiablemente y controlar los efectos negativos de la consanguinidad, lo que podría significar la clave para preservar estos valiosos recursos animales evitando la extinción hacia la que potencialmente se dirigen. Los estudios de diversidad adquieren una especial importancia en los burros, ya que revelan el trasfondo genético de las poblaciones y el punto de partida para tomar decisiones sobre la aplicación de planes de conservación o de selección en esta especie funcionalmente desubicada. Una vez que se equilibran los parámetros de diversidad genética, encontrar nuevos nichos para los burros se convierte en el objetivo más relevante a afrontar para el futuro a medio plazo para la especie. Las estrategias de selección en los burros se afrontan desde tres perspectivas diferentes; terapia asistida por burro y la equitación terapéutica, la fertilidad y la resistencia a enfermedades, no solo como una manera de ampliar el espectro funcional de las oportunidades de los burros, sino también para alargar su vida útil, y mejorar su calidad de vida y bienestar. Estudiar el trasfondo genético específico detrás de los caracteres funcionales permite cuantificar el grado en que tales características pasan de gargiones y burras a las nuevas generaciones de ruchos. Como término genético, el ambiente implica a todas las influencias que no sean factores heredados. Controlar los factores ambientales que condicionan la expresión de ciertas características funcionales ayuda a construir modelos animales arrojando luz en la fracción genética involucrada en tales rasgos funcionales. El rendimiento funcional de 300 burros con filiación confirmada con microsatélites fue estudiado utilizando métodos REML y bayesianos por muestreo de Gibbs para la obtención de parámetros genéticos y valores de cría utilizando la metodología BLUP. El primer nicho funcional para el que los burros pueden ser adecuados, está ligado a su especial naturaleza psicológica y características físicas como facilitadores de los procesos de aprendizaje y para el desarrollo de habilidades clave de la vida y la construcción de confianza para un amplio espectro de personas vulnerables. La equitación terapéutica y la asinoterapia aprovechan la interacción física y psicológica entre los burros y los pacientes, dada la posible aplicación de las características y capacidades del burro para el tratamiento de trastornos humanos específicos. La selección de burros cuando los criterios de cría son su idoneidad para las terapias asistidas por équidos se implementó siguiendo dos enfoques diferentes; la selección de estrategias de afrontamiento y procesos cognitivos, y la selección de la marcha y el movimiento. Con el objetivo de desarrollar modelos adecuados que buscan la consolidación de criterios de selección para terapia asistida equina, estudiamos 29 factores que potencialmente pueden influir en varios procesos cognitivos en burros. Estos factores no solo afectan el comportamiento a corto plazo de los burros, sino que también pueden determinar sus habilidades cognitivas a largo plazo desde el nacimiento. Por lo tanto, el comportamiento animal se convierte en una herramienta útil para obtener información pasada, presente o futura de la situación de un determinado animal en un área en particular. La sinergia entre el condicionamiento operante y la evaluación cualitativa del comportamiento (QBA) pueden proporcionar información valiosa sobre la extinción/aprendizaje y estado emocional de los animales. Todas las características no cognitivas inherentes a los animales afectaban significativamente a las cuatro variables testadas (P<0.001), aunque algunas no estaban correlacionadas linealmente. Por otro lado, la potencia de efecto de los factores meteorológicos oscil6 entre el 7.9% para la estación de nacimiento sobre el aprendizaje (P <0.05) y el 38.8% para la fase lunar en el momento del nacimiento sobre el estado de ánimo (P<0.001). Las pruebas psicométricas permiten cuantificar las capacidades cognitivas de los animales y su origen genético. Entre estas capacidades cognitivas, el estudio de las estrategias de afrontamiento para resolución de problemas logra una relevancia especial, ya que mina la necesidad de seleccionar genéticamente burros que muestran una reacción neutral durante el entrenamiento, dada su implicación con la seguridad del entrenador/jinete y la capacidad de entrenamiento. Las heredabilidades para las estrategias de afrontamiento eran moderadas, de 0.18 a 0.21. Las correlaciones fenotípicas entre intensidad de respuesta y estado de ánimo/emoción o el tipo de respuesta fueron -0.21 y -0.25, respectivamente. Las correlaciones genéticas entre las mismas variables fueron —0.46 y —0.53, respectivamente. Las correlaciones fenotípicas y genéticas entre el estado de ánimo/emoción y el tipo de respuesta fueron 0.92 y 0.95, respectivamente. Los componentes principales y análisis bayesianos se utilizaron para calcular la variación en las capacidades cognitivas explicadas por 13 procesos cognitivos y sus parámetros genéticos, respectivamente. Las heredabilidades variaron entre 0.06 a 0.38 sugiriendo los mismos patrones reportados previamente para los seres humanos y otras especies animales. Por el contrario, al considerar la selección para la equitación terapéutica, las estimaciones de la heredabilidad de los aires variaron de 0.53 a 0.67 para el paso y el trote, respectivamente. Las correlaciones genéticas variaron entre 0.28 a 0.42, entre el paso/trote y la ambladura/trote, respectivamente. Nuestros resultados sugieren que podrían desarrollarse líneas genéticas de acuerdo a los aires. Entre otros criterios de cría, la resistencia a enfermedades y la reproducción ofrecen dos nichos funcionales a considerar dada su relación con la calidad de vida del burro y el bienestar. Los programas de cría que seleccionan la resistencia a las enfermedades podrían abordar problemas de inocuidad y calidad de los alimentos en productos como la leche de burro, y pueden percibirse como más humanitarios. La habronematidosis cutánea (CH) es una enfermedad parasitaria recurrente de la piel de alta prevalencia, que causa angustia y heridas recidivantes a los animales. La heredabilidad de la hipersensibilidad de CH fue de 0.0346. Los parámetros genéticos y los valores de cría de rasgos funcionales permiten estrategias de planificación para la preservación y la selección de las razas de burro en peligro que pueden convertirse en una medida para mejorar el bienestar animal indirectamente. Los nacimientos múltiples en équidos son situaciones peligrosas que comprometen la vida de la madre y la descendencia. Sin embargo, las técnicas de recolección de embriones aprovechan individuos cuyas ovulaciones múltiples permiten la obtención de un número mayor de embriones más fecundados del oviducto. Las heredabilidades oscilaron entre 0.18 y 0.24. Las correlaciones genéticas y fenotípicas variaron entre 0.496 a 0.846 y de 0.206 a 0.607, respectivamente.