Genetischer Inzuchtkoeffizient (COI)
Der genetische Inzuchtkoeffizient (COI) ist die genaueste Methode zur Messung der Inzucht. Im Gegensatz zu COI-Berechnungen auf Stammbaumbasis wertet der genetische COI die tatsächlichen DNA-Stücke Ihres Hundes aus, um festzustellen, welcher Anteil auf Inzucht zurückzuführen ist. Der genetische COI von unserem Partnerlabor wertet über 230.000 Marker aus und kann Inzucht in weitaus mehr vergangenen Generationen erkennen und bessere Informationen über strategische Zuchtkreuzungen liefern, als es bei Stammbaumberechnungen normalerweise der Fall wäre.
Im Gegensatz zu stammbaumbasierten COIs, bei denen es sich um eine statistische Schlussfolgerung handelt, die auf der Wahrscheinlichkeit basiert, einen Prozentsatz des Genoms von einem Vorfahren zu erben, liefert unser Partnerlabor einen genaueren genetischen COI-Prozentsatz. COI bewertet, wie verwandt die Eltern eines Hundes sind. Genetisch ausgedrückt bedeutet dies, wie ähnlich ein Chromosomensatz eines Hundes dem anderen ist (denken Sie daran, dass Hunde von jedem Elternteil einen Chromosomensatz erben). Es werden fast alle unserer über 200.000 Marker verwendet, um Chromosomensegmente zu identifizieren, die mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt wurden. Im Vergleich dazu können Tests, die nur kleine Teile des Genoms bewerten oder die Homozygotie auf der Grundlage der „Identität nach Bundesstaat“ schätzen, lange Inzuchtspuren (manchmal ganze Chromosomen) übersehen. Mit über 200.000 im Genom verteilten Markern deckt unser Test lange (und kurze) Inzuchtspuren auf,
Wenn sich eng verwandte Hunde paaren, spricht man von Inzucht. „Inzucht ist die Paarung von genetisch eng verwandten Individuen oder Organismen, die zu einer erhöhten Homozygotie und damit zu einer Zunahme des Auftretens rezessiver Merkmale führt“, so Nature . „Dies kann zu einer Inzuchtdepression führen: einer verminderten biologischen Fitness der Population.“
„Inzucht ist, vereinfacht gesagt, die Paarung eng verwandter Individuen. Im weiteren Sinne handelt es sich um die Paarung eng verwandter Individuen in einer Population über viele Generationen hinweg“, so der Wissenschaftler Aron Sams. „Bei allen vom Menschen domestizierten Arten kommt es zu einem gewissen Grad an Inzucht, um gewünschte Merkmale in einer Rasse zu konzentrieren.“
Unterschiede zwischen genetischem COI und Stammbaum-basiertem COI
Zur Messung des Inzuchtkoeffizienten verlassen sich Züchter traditionell auf die Methode der Stammbaumbewertung, bei der davon ausgegangen wird, dass jeder Elternteil 50 % seiner DNA gleichmäßig über jedes Chromosom weitergibt. In der Praxis variiert jedoch der Prozentsatz der DNA der eigenen Eltern, die an ihre Nachkommen weitergegeben wird, aufgrund der Rekombination. Über viele Generationen hinweg können diese Unterschiede in der Vererbung zu einer erheblichen Abweichung zwischen dem tatsächlichen COI des Hundes und dem geschätzten COI aus der Abstammungsmethode führen (die Ergebnisse des genetisch basierten COI können um bis zu 70 % vom COI auf Stammbaumbasis abweichen).
Die auf Stammbaum basierende Methode geht außerdem davon aus, dass Gründerhunde in einem bestimmten Stammbaum völlig unabhängig sind, obwohl Rasseanalysen zeigen, dass dies selten der Fall ist. Darüber hinaus erfordert die Stammbaummethode die sorgfältige Aufzeichnung jedes Wurfs über Dutzende von Generationen hinweg, und es können Fehler auftreten.
Auch wenn es sicherlich wichtig ist, detaillierte Stammbaumaufzeichnungen zu führen, ist die Verwendung eines genetischen COI ein einfacheres und genaueres Mittel zur Beurteilung der Auswirkungen auf die Inzucht und der langfristigen Gesundheit innerhalb von Zuchtprogrammen.
Stammbaumbasierter COI
Diese Schätzungen basieren auf der Verwandtschaft von Personen in einem Stammbaum. 25 % ist der Wert einer Mutter-Sohn- oder Vollgeschwisterpaarung; 12,5 % sind der Wert einer Großeltern-Enkel- oder Halbgeschwisterpaarung; und 6,25 % ist der Wert aus der Verpaarung eines Cousins ersten Grades. Diese Werte summieren sich. Logischerweise haben alle Individuen COIs zwischen 0 % (vollständige Auszucht) und 100 % (vollständige Inzucht). Drei Generationen vollgeschwisterlicher Verpaarungen würden also zu einem COI von 50 % führen.
Idealerweise reicht der Stammbaum bis zur Gründung der Rasse zurück. Tatsächlich reichen die meisten Stammbäume jedoch nur etwa 5 bis 10 Generationen zurück. Die meisten COI-Rechner gehen davon aus, dass die ursprünglichen Vorfahren im Stammbaum nicht verwandt sind. Daher könnte ein COI, der aus einem Stammbaum der 5. Generation berechnet wird, viel niedriger sein als der, der aus einem Stammbaum der 10. Generation berechnet wird. Dies ist wahrscheinlich viel niedriger als der tatsächliche COI, wenn der vollständige Stammbaum bis zu den Gründern der Rasse bekannt wäre. Aus diesem Grund gibt es keine allgemeingültige Antwort darauf, was ein „guter“ COI ist; Es hängt alles davon ab, wie vollständig der Stammbaum ist. Darüber hinaus können aufgrund des Segregationsprinzips zwei Individuen mit identischen erwarteten COIs aus einem Stammbaum sehr unterschiedliche Inzuchtgrade aufweisen. Dies hängt davon ab, welche Individuen welche Chromosomenabschnitte erben.
Markerbasierte Inzucht
Diese Schätzungen verwenden Dutzende oder Hunderte weit auseinander liegende Marker, um die Inzucht abzuschätzen. Jeder Marker kann heterozygot oder homozygot (je nach Bundesland identisch) sein. Die allgemeine Locus-Heterozygotie (HL) des Panels korreliert im Allgemeinen mit Inzucht. Allerdings hängen die absoluten Werte von HL von den gewählten Markern ab. Da ein seltener Marker, der homozygot ist, ein stärkerer Beweis für Inzucht (Identität durch Abstammung) ist als ein häufiger Marker, der homozygot ist, können unterschiedliche Gewichtungen zur Berechnung von Statistiken wie der internen Verwandtschaft (IR) verwendet werden. Dieser variiert zwischen -1 und 1. Dennoch ist der größte Teil des Genoms mit keinem Marker verknüpft. Daher erkennen Schätzer die meisten Inzuchtgebiete nicht. Dadurch eignen sich markerbasierte Schätzer kaum für die Unterscheidung zwischen Personen mit ähnlichen COIs (weniger als 5–10 % unterschiedlich).
Genomweiter COI
Diese Schätzung ist der Goldstandard zur Messung der Inzucht. Es erfordert mindestens Zehntausende Marker, die über das Genom verteilt sind. Das ist es, was wir hier bei Embark tun. Mit dieser Auflösung können die tatsächlichen Inzuchtgebiete direkt als Spuren homozygoter Marker beobachtet werden. Ab einer bestimmten Größe stellen diese Läufe fast immer Identität durch Abstammung dar, und daher können wir den Inzuchtkoeffizienten (den Anteil des Genoms, der durch Abstammung identisch ist) leicht berechnen. Bei Embark verwenden wir etwa 1 Million Basenpaare, bekannt als 1 Centimorgan, als Mindestgröße jeder Spur. Das liegt daran, dass wir uns seit der Gründung der Rasse für Inzucht interessieren; Denken Sie daran, dass dies bei den meisten Haushunderassen normalerweise 50 bis 100 Generationen her ist.
Die direkte Berechnung des COI anhand genomweiter Daten hat mehrere Vorteile. Es ist kein Stammbaum erforderlich. Es hängt auch nicht von der Markerhäufigkeit ab und es sind keine komplizierten Statistiken erforderlich, um seltene/häufige Marker zu korrigieren. Und schließlich ist es zwischen den Studien direkt vergleichbar, da es nicht von den Besonderheiten der verwendeten Marker oder der untersuchten Populationen abhängt. Betrachten Sie die beiden Situationen in der Abbildung unten: Während die beiden Stammbäume denselben errechneten COI haben ( Einschub), ergibt die genomweite Berechnung zwei drastisch unterschiedliche COIs.
Die beiden vorstehenden Abbildungen geben Inzuchtwerte über den gleichen Wurf aus. Der Unterschied ist deutlich erkennbar und muss zum Handeln anregen, denn die genaue Bestimmung der Inzuchtgebiete ist entscheidend für die Identifizierung rezessiver Krankheitsmutationen durch Homozygotiekartierung. Es dient auch dazu, die Risiken der Inzucht innerhalb und zwischen Rassen genauer zu verstehen. Obwohl ein gewisses Maß an Inzucht bei den meisten reinrassigen Hunderassen nicht vermieden werden kann und das Inzuchtrisiko nicht die einzige Überlegung bei der Partnerauswahl sein sollte, ist die Reduzierung der Inzuchtlast in einer Population ein wertvolles Ziel.
Verfasst von Adam Boyko, PhD, Chief Science Officer von Embark, und Aaron Sams, PhD, Forschungswissenschaftler.
