Door Carol Beuchat PhD Met toestemming overgenomen en vertaald vanaf de website van het Institute of Canine Biology
Eén van de problemen met strenge selectie in een gesloten genenpool is dat honden gestaag meer en meer genetisch hetzelfde worden. Hoewel selectieve fok met raszuivere honden als resultaat heeft dat de honden meer consistent worden, heeft het ook de keerzijde dat een ras in een genetisch gesloten circuit vast komt te zitten, waaruit ontsnappen onmogelijk is. Als je de richting van selectie moet wijzigen, bijvoorbeeld richting een andere eigenschap of weg van een genetische aandoening, moet je honden vinden die de genetische diversiteit hebben die nodig is om die selectie in een andere richting mogelijk te kunnen maken. Genetische diversiteit is het basismateriaal voor selectie: zonder kun je niets veranderen.
Hoeveel genetische diversiteit is er in jouw ras? Hoe kun je de honden vinden die de genetische variatie bezitten waar jij naar op zoekt bent?
Er zijn enkele verschillende manieren om te bepalen hoeveel genetische diversiteit er in je ras is, maar laten we kijken naar de manier die verwantschaps coëfficiënten gebruikt, waarover we het eerder hadden (zie deel 1,2 en 3 in deze serie).
Laten we zeggen dat we een populatie dieren hebben die niet nauw verwant is. Als we de genen van elke hond vergelijken met elke andere hond in de populatie, kunnen we elke hond zijn gemiddelde verwantschap berekenen, wat ik in een eerder bericht uitlegde. Omdat we weten dat de honden in onze populatie relatief onverwant zijn, weten we dat de waardes voor de gemiddelde verwantschap laag zullen zijn (ze variëren tussen de 0 en 1). Als we de gemiddelde verwantschap van alle honden in de populatie in een grafiek zetten, krijgen we een grafiek die eruit ziet zoals die hieronder links voor Labrador Retrievers, waarbij alle waardes minder dan ongeveer 0.06 zijn. Aan de andere kant, als we een populatie van nauw verwante honden hebben, zou een grafiek er zoals de laatste rechtsonder, voor Ierse Wolfshonden uit kunnen zien, waarbij de waardes boven de 0,3 liggen. Als je de grafieken voor de andere rassen hieronder bekijkt, zie je dat de distributie voor de gemiddelde verwantschap aanzienlijk varieert.
Wat vertellen deze grafieken ons over genetische diversiteit?
Herinner je dat de gemiddelde verwantschap (mK) de gemiddelde verwantschap van een hond t.o.v. alle anderen in een populatie is. De Labrador Retriever is één van de meest populaire rassen in de wereld, dus hun aantal is groot, en er zijn (sub)populaties; showhonden, jachthonden, huishonden die genetisch allemaal iets van elkaar verschillen en populaties in verschillende landen zullen waarschijnlijk onderling ook verschillen. Dit is een ras met VEEL genetische diversiteit en de gemiddelde verwantschap waardes zijn meestal laag. Maar als je nog een grafiek zou maken met daarin alleen showlijnen, zou de verdeling waarschijnlijk vertekend zijn met hogere waardes omdat deze honden nauwer verwant zijn aan elkaar dan dat ze verwant zijn aan jachtlijnen.
Als je de Labradors met de Ierse Wolfshonden vergelijkt, is de grafiek onevenredig verdeeld met veel hogere waardes. Dit geeft in deze populatie van meer dan 200 honden aan dat de gemiddelde verwantschap erg hoog is. De uitzondering is een paar honden die ver beneden de meerderheid uitkomt en niet nauw verwant is tot het gros van de populatie. Dit geeft aan dat de meeste honden nauw verwant zijn aan elkaar.
Omdat de verwantschaps coëfficiënt is gebaseerd op de genen die hetzelfde zijn omdat ze geërfd zijn van dezelfde voorouders, kunnen we deze grafieken interpreteren in termen van relaties. Als je een neef en nicht paart die verder niet in geteeld zijn, is de voorspelde inteelt coëfficiënt van hun nakomelingen 0.0625 of 6.25% Als we naar de grafiek voor de Labrador Retrievers hierboven kijken, zien we dat de meeste waardes van gemiddelde verwantschap lager zijn dan 0.06. Dus, kunnen we zeggen voor deze populatie dat gemiddeld de Labradors minder verwant zijn dan een neef en nicht.
Je kunt hetzelfde doen voor de grafieken voor de andere rassen, waarbij je deze kaart kunt gebruiken waarbij familierelaties zijn weergegeven in verwantschaps coëfficiënten:
Dus, kijkend naar de grafiek voor de Ierse Wolfshonden (rechts onder), zie je dat de meeste honden een gemiddelde verwantschap hebben van > 0.25; dus, gemiddeld zijn de meeste honden meer verwant aan elkaar dan een volle broer en zus. Stel je een familie reünie voor met een paar tantes, ooms, neven en nichten en 134 van jouw broers en zussen. Dit is een ras met een erg hoge graad van gemiddelde verwantschap t.o.v. elkaar. Hetzelfde geldt voor de Cavalier King Charles Spaniels. In het kleine voorbeeld van de Havanezer waren er 2 clusters honden, één met een relatief hoog niveau van verwantschap t.o.v. elkaar en één met een relatief lage verwantschap.
Er zijn verschillende manieren om genetische diversiteit in je ras te begrijpen. Hier hebben we je laten zien hoe je de verwantschaps coëfficiënt kunt gebruiken om informatie te krijgen over de gemiddelde niveaus van verwantschap in een populatie honden. Dit eens weer een gereedschap die je kunt toevoegen aan je genetische gereedschapskist!
Ongeveer 80% van de ziekten die nu bekend zijn bij honden wordt veroorzaakt door een enkelvoudige recessieve mutatie. Door het gebruik van moderne DNA technologie die ons in staat stelt duizenden of miljoenen markers in het genoom van een hond te onderzoeken, kunnen we meestal deze beschadigde allelen vinden en een test ontwikkelen die fokkers helpt bij de screening van hun honden.
Veel aandoeningen zijn echter niet het resultaat van een enkelvoudige mutatie. Bij deze zijn er misschien tientallen of zelfs honderden genen betrokken. Het ontwikkelen van een test die honden zonder symptomen identificeert, maar die wel zieke nakomelingen zal geven, is niet erg waarschijnlijk voor de meeste van deze aandoeningen. Dit is een heel groot probleem voor fokkers, omdat veel van deze ziekten, zoals kanker, epilepsie, auto-immuunziektes ernstig zijn en een steeds groter probleem worden. Doch lijkt het erop dat ze voorkomen bij verwante honden, dus weten we dat genen een belangrijke rol spelen. Hoe kunnen we deze ziekten beheersen als we geen DNA test hebben? We kunnen verwantschaps coëfficiënten gebruiken. Blijf dit volgen.
Verwantschaps coëfficiënten geven informatie over de verwantschap van honden door het beoordelen van paarsgewijze genetische gelijkenis. Een statistische techniek die cluster analyse wordt genoemd kan gebuikt worden om van de verwantschaps gegevens een dendrogram te maken – een genomische stamboom – die honden groepeert die nauw verwant zijn en tevens de relaties tussen die groepen weergeeft. Als een eigenschap of aandoening een genetische component heeft, mogen we verwachten dat de clusters van nauw verwante honden waarschijnlijk meer eigenschappen delen dan onverwante honden aangezien ze veel van de zelfde genen delen.
Dit is een dendrogram die geconstrueerd is met gebruik van verwantschaps coëfficiënten die berekend zijn uit DNA gegevens van 211 Ierse Wolfshonden. De bovenste figuur is de vergroting van de rechterkant zodat je het wat eenvoudiger kunt zien. En de onderste kaart is de gehele dendrogram.
Laten we even de onderste kaart bekijken. Je ziet dat de populatie honden verdeeld is in twee kleinere groepen onder de pijl die gemarkeerd is met “A”. Als we de tak volgen die van punt A naar rechts loopt, komen we een tweede tak tegen bij pijl B die twee subgroepen creëert. Als we de tak van B naar links volgen komen we tak C tegen die wederom de honden opsplitst in twee groepen. Je kunt nu zien dat dit een dendrogram wordt genoemd omdat het een afbeelding is van een structuur die vertakt als een boom.
Dendrograms zijn een beetje lastig om goed te lezen en om er goed in te worden, vergt wat oefening. Je moet onthouden dat takken kunnen roteren rond elk vertakkingspunt. Dus bij voorbeeld, de bovenste tak die zich splitst bij A, kan geroteerd worden op die splitsing zodat de groene groep het meeste links, verplaatst wordt naar de meest rechtse kant naast de turquoise groep. ,
Duidelijk, de groene groep is niet het meest verwant aan de rode groep die er naast stond op het moment dat de groene groep aan de linkerkant van de kaart stond.
Overigens kunnen we de twee groepen aan de meest rechtse kant (bij pijl D) roteren zodat de groene groep nu direct naast de rode groep komt. Dus er zijn eigenlijk verschillende manieren om de clusters te ordenen die niet hun onderlinge relatie wijzigen. Dit komt omdat de verwantschap wordt weergegeven door de lengte van de lijnen die de groepen honden verbinden. Honden die verbonden zijn door erg korte lijnen zijn nauw verwant en honden die verder verwant zijn, zijn verbonden door langere lijnen. Wanneer we groepen rond hun vertakkingspunt draaien, wordt de lengte van de verbindingslijnen niet veranderd, dus de informatie over verwantschap wordt niet veranderd. (lees verder: How to read a dendrogram).
Nu hebben we een afbeelding van de genetische verwantschap tussen alle 211 honden in dit voorbeeld. We hebben ook informatie over welke van deze honden is gediagnosticeerd met epilepsie. Dit wordt weergegeven door drie asterisken (***) aan de bovenkant van de tak voor elke hond. Voor honden zonder asterisk, kan het zijn dat er voor hen geen epilepsie is gerapporteerd of dat er geen informatie is. Dus deze kaart is niet gebruikt worden als representatie van welke honden epilepsie hebben en welke niet. Het vertelt alleen van welke honden een diagnose voor epilepsie is gerapporteerd.
Wat vertelt deze grafiek ons nu? We kunnen zien dat de aangedane honden de neiging hebben om samen te clusteren in familie groepen, wat waarschijnlijk een genetische component van het ziekterisico reflecteert. Jammer genoeg zijn er geen grote groepen waar epilepsie geheel afwezig is. Dit vertelt je dat de genetische predispositie voor epilepsie wijdverspreid is, maar mogelijk niet uniform, in deze populatie honden. Met een goede administratie en het toevoegen van data aan de database, zijn we misschien in staat om een duidelijker beeld te krijgen van de risicopatronen die gebruikt kunnen worden om keuzes te maken in de fok om het aantal ziektegevallen te verminderen.
Er zijn vele rassen die een strijd voeren tegen genetische aandoeningen waarvoor geen DNA test bestaat, of een test die onbetrouwbaar is om die honden te identificeren die de ziekte daadwerkelijk ontwikkelen (b.v. Degeneratieve myelopathie). Voor deze ziekten zouden verwantschaps coëfficiënten erg waardevolle informatie omtrent ziekterisico kunnen geven aan fokkers. Natuurlijk, kan dezelfde techniek zoals hier beschreven gebruikt worden voor ziekten die veroorzaakt worden door enkelvoudige mutaties, als de incidentie van alle genetische aandoeningen in een dendrogram zou staan en up-to-date zou worden gehouden, kunnen fokkers een probleem opmerken voordat het wijdverspreid in het ras raakt en het moeilijk wordt deze te beheersen vanwege de hoge frequentie van dragers.
Eén voorbehoud met betrekking tot verwantschaps coëfficiënten. De cluster analyse gebruikt informatie voor alle honden in een voorbeeld populatie om een boom te creëren die het meest waarschijnlijk hun echte relatie reflecteert. Als er meer honden aan de populatie worden toegevoegd, kan het zijn dat dat ze groepen anders geordend worden omdat de relaties tussen hen veranderd zijn. Dus, om bruikbaar te zijn, moeten gegevens voor verwantschap regelmatig bijgesteld worden en dient accuraat de genetische breedte van de beoogde populatie te representeren. Dit blijft het geval.
We kunnen verwantschaps coëfficiënten zowel vanuit stamboom als DNA databases halen. DNA gegevens hebben wel enig voordeel, omdat deze verschillen in verwantschap tussen nestgenoten onderscheiden, terwijl stamboomgegevens dat niet doen. Aan de andere kant is de stamboom informatie waardevol omdat er geen DNA monsters verzameld hoeven te worden met bijbehorende kosten voor de analyse. Als je niet probeert om nestgenoten te vergelijken kun je je beperken tot één of misschien twee honden in een nest, wat de kosten aanzienlijk zal drukken.
Overdenk de waardevolle informatie die analyse van verwantschaps coëfficiënten voor jouw fokkeuzes zou kunnen geven en hoe genetische aandoeningen in je ras beheerst zouden kunnen worden. Als je een stamboom database hebt of een genotypische analyse van SNPs zou het het echt waard zijn om te doen.
Door Carol Beuchat PhD. Met toestemming vertaald en overgenomen van de website van het Institute of Canine Biology
Dit is deel 2 van “Leuke truucjes met verwantschaps coëfficiënt”, lees deel 1 HIER
Eén van de belangrijkste redenen waarom genetische diversiteit van een ras verloren gaat, is selectie. In populaties wilde dieren, zorgen de meeste dieren voor nakomelingen en geven hun genen door aan de volgende generatie. De nakomelingen die de beste combinaties van genen erven overleven en reproduceren zichzelf en degenen die niet zo gelukkig waren, werden door natuurlijke selectie verwijderd.
Bij honden, worden er vaak maar één of twee puppy's uit een nest ingezet voor de fok, waarbij we diegenen selecteren die het beste passen bij de doelen van de fokker en die goede rasvertegenwoordigers zijn. Maar als je begon met een reu en teef waarvan jij vond dat ze van goede kwaliteit waren, zouden alle puppy's “kwaliteits” genen moeten hebben, maar in verschillende combinaties, waarvan sommige combinaties een “betere” puppy maken dan andere. Wanneer puppy's minder geschikt worden geacht en niet voor de fok worden ingezet, riskeren we dat we genen uit de genenpool verliezen die juist zorgden voor de goede kwaliteit bij de ouderdieren. We beperken onze toekomstige fok opties wanneer we deze genen verliezen en we verliezen ook de mogelijkheid om ze samen te gooien met een mix van genen van een ander ouderdier om daarmee misschien iets prachtigs te fokken. Je kunt niet elke hond voor de fok inzetten en niet elke hond is het waard om van gefokt te worden.
Als je op zowel kwaliteit (op wat voor niveau dan ook) en gezondheid (en natuurlijk doe je dat) wilt fokken, zou je je zorgen moeten maken over het onomkeerbare verlies van genetische diversiteit door selectieve fok omdat erosie van de genetische basis van een ras uiteindelijk consequenties zal hebben.
Maar hoe bepaald je welke honden belangrijk zijn om genetische diversiteit te bewaren? Hiervoor kun je de Verwantschaps Coëfficiënt gebruiken.
De Verwantschaps Coëfficiënt (K) is een schatting van de genetische gelijkheid tussen twee dieren die verwant zijn door afstamming. Zoals ik in deel 1 van deze serie (Leuke truucjes met Verwantschaps Coëfficiënt: is deze hond echt een outcross?) al schreef, bepaalt de Verwantschaps Coëfficiënt van de reu en teef de inteelt van hun nest. Op een andere manier gezegd, de inteelt coëfficiënt van een hond is de verwantschaps coëfficiënt van zijn ouders. (en onthoud van deel 1 dat K altijd een vergelijking is tussen 2 individuen). We gaan kijken hoe je de Verwantschaps Coëfficiënt kunt gebruiken om de genetische waarde van een hond binnen een ras te beoordelen.
Hieronder staat dezelfde verwantschaps matrix waar we het in mijn vorige artikel over Verwantschaps Coëfficiënt over hebben gehad. Wederom, de witte vakken op het diagonaal is elke hond vergeleken met zichzelf (dus K = 1) en de andere vakken zijn gecodeerd met kleuren om het eenvoudiger te maken om de combinaties te zien die minder (of meer) verwant zijn aan elkaar.We kunnen de kleur codering die wordt aangegeven in de drie vakken boven links in de hoek gebruiken om eenvoudig die honden op te merken die nauw verwant zijn aan andere honden (dat wil zeggen, groen, geel en rood). Als je de lijnen van honden 6 en 7 van links naar rechts volgt (of volg de kolommen naar beneden als je dat fijner vindt), zie je dat daar veel rode, oranje en gele vakken zijn, die de honden aangeven die zo verwant zijn aan 6 en 7 als halfbroer/-zus (K = 0,125) tot als broer/zus (K = 0,25). Dit betekent dat de genen van hond 6 en 7 ook in andere honden binnen de populatie gevonden kunnen worden, vanwege de gezamenlijke afkomst.
Doe nu hetzelfde voor honden 3 en 4. Je ziet dat de meeste vakken groen zijn, aangevend dat zij niet zo nauw verwant zijn aan de meeste andere honden in deze groep, behalve aan elkaar. De Verwantschaps Coëfficiënt met elkaar is 0,25, wat betekent dat ze zo nauw als broer/zus verwant zijn.
Als honden 6 en 7 veel verwanten hebben in de populatie en honden 3 en 4 maar erg weinig, dan is het laatste paar genetisch waardevoller omdat zij genen dragen die niet algemeen zijn binnen deze honden. Het is betrekkelijk eenvoudig om de genetisch waardevolle honden te identificeren in een dergelijke kleine voorbeeld populatie, maar hoe kunnen we dit doen voor een grote populatie honden met gecompliceerde patronen van verwantschap?
De eenvoudigste manier is door het gemiddelde (mean) van alle Verwantschaps Coëfficiënten voor elk dier te berekenen. In de afbeelding hieronder, heb ik een kolom aan de rechterkant toegevoegd, gelabeld als mK, voor “mean Kinship” (gemiddelde verwantschap). Het is eenvoudig te berekenen door de waardes in een rij op te tellen en te delen door het aantal honden (de Verwantschaps Coëfficiënt van elke hond met zichzelf is in de berekening meegenomen). Nu hebben we een kolom getallen waar we eenvoudig, in de fel gele vakken kunnen zien welke honden genetisch het meest verschillen van de rest. Hoewel ze gemiddeld als half broer/-zus verwant zijn aan de rest van de populatie, weten we dat het honden omvat met weinig of geen verwantschap en je moet dit in gedachten houden als je de waardes van verschillende honden vergelijkt. Het is niet altijd waardevol om de verwantschap matrix te bestuderen om te zien of een hond met K = 0.125 nauw verwant is aan iedereen, of in plaats daarvan onverwant is aan de meeste honden, maar nauw verwant aan enkelen die het gemiddelde opdrijven (zoals hier).
Nu kunnen we de gegevens voor de gemiddelde verwantschap gebruiken om snel die honden te identificeren die genetisch het meest belangrijk zijn in een grote populatie. De simpele grafiek hieronder geeft een rangschikking weer van honden op basis van K, waarbij de laagste waarden van K aan de linkerkant staan – de honden met de grootste genetische waarde – en de hoge waarden aan de rechterkant (de honden met de minste genetische waarde). In deze populatie zijn er een paar honden met een hoge genetische waarde, maar het grootste gedeelte van de rest van de populatie is nauw verwant.
We zouden de Verwantschaps Coëfficiënten veel meer moeten gebruiken dan we nu doen en wat afbreuk doet aan het behoud van genetische diversiteit binnen onze rassen. Fokkers zouden moeten weten welke honden genetisch het waardevolst zijn, ook als deze geen top winnaars in de competitie zijn, omdat de genetische variatie die zij dragen het basismateriaal is voor ras verbetering in de toekomst. Lijnen die verloren gaan, zijn voor altijd verloren. Misschien zouden rasverenigingen een genetische diversiteit commissie moeten hebben die verantwoordelijk is voor het bewaken van de populatie om te voorkomen dat er variatie verloren gaat, of dit zou kunnen vallen onder de gezondheid commissies omdat diversiteit en gezondheid hand in hand gaan. Bedenk wel dat als iedereen naar de minder verwante honden zou rennen, hun genen algemeen worden en op zodanige manier gemixt worden dat het niet meer mogelijk is om deze strategisch te gebruiken om genetische diversiteit te beheren. Diversiteit zou strategisch benut moeten worden. (voor dezelfde reden, zou er een “populaire dekreu” monitor moeten zijn, wiens taak het zou zijn om een oog te houden op reuen die meer produceren dan hun “eerlijke” aandeel aan puppy's).
Leer hoe je de Verwantschaps Coëfficiënt gebruikt om wat giswerk uit je beslissingen omtrent genetische verwantschap of uniciteit weg te nemen in je toekomstige fokplannen. Dit eenvoudige gereedschap kan je een schat aan waardevolle informatie geven!
Door Carol Beuchat PhD. Met toestemming overgenomen en vertaald vanaf de website van het Institute of Canine Biology
Het is een goed idee om elke paar generaties een relatief onverwante hond te gebruiken om wat nieuwe genetische diversiteit in je lijnen te brengen en deze op te frissen (hierna outcross genoemd, red.). Maar de juiste hond vinden om dit te doen kan verraderlijk zijn. Een hond die in de laatste 5 of 6 generaties geen gemeenschappelijke voorouders deelt met de hond die je als partner wilt gebruiken, kan zoveel gezamenlijke voorouders verderop in de stamboom hebben dat het alsnog een hoge mate van verwantschap geeft. Of, nog erger, misschien heb je geen degelijke stamboom database zodat je eigenlijk geen idee hebt hoe verwant de twee honden misschien wel zijn. Dit is een extra ergerlijk probleem als je een dure import hond overweegt. Je wilt het niet fout doen.
Dus wat doe je ? Hoe kun je een hond identificeren die een goede outcross is voor je fokprogramma?
Conservatie genetica heeft hiervoor een perfect instrument. Het wordt de “verwantschaps coëfficiënt” genoemd (K -van Kinship coëfficiënt) en deze meet de genetische overeenkomst tussen twee individuen (Li et al 2011).
In het bijzonder vertelt de verwantschaps coëfficiënt je hoeveel van het genoom van twee honden hetzelfde is doordat het geërfd is van een gemeenschappelijke voorouder (Je zult de verwantschaps coëfficiënt ook tegenkomen als “ coancestry coëfficiënt”; dat is hetzelfde).
De verwantschaps coëfficiënt reflecteert de gemeenschappelijke afstamming (coancestry) op dezelfde wijze als de inteelt coëfficiënt. Een neef en nicht delen over het algemeen 6,25% van hun genoom en K voor dit stel is dan 0,0625. Voor een halfbroer en -zus is de voorspelling van dat gedeelde deel 12,5%, of K = 0,125; en voor volle broer/zus K = 0,25, of 25%.
De verwantschaps coëficiënt is gerelateerd aan de inteelt coëfficiënt; de inteelt coëfficiënt van een hond is de verwantschaps coëfficiënt van zijn ouders. Dus, de verwantschaps coëfficiënt tussen een potentiële reu en teef is ook de voorspelde inteelt coëfficiënt van hun nest. De verwantschaps coëfficiënt wordt in de populatiegenetica weegegeven als het Griekse symbool phi, zoals je in dit figuur ziet:
De verwantschaps coëfficiënt kan worden berekend uit een stamboom database, net zoals inteelt coëfficiënten. Maar het kan ook direct uit DNA- data geschat worden – in feite, de “werkelijke” verwantschaps coëfficiënt, dat het echte niveau van gemeenschappelijke afstamming tussen twee honden, gebaseerd op hun DNA, reflecteert.
Laten we eens kijken naar deze eenvoudige stamboom die 14 honden bevat. Misschien dacht je erover om een paring te doen tussen hond 14 en 7, maar ben je bezorgd dat dit te verwant is. Je wilt weten hoe nauw verwant - genetisch hetzelfde - deze twee honden zijn. De verwantschaps coëfficiënt vertelt je dit. Lees hier hoe.
De verwantschaps coëfficiënt is altijd een vergelijking tussen twee honden. Je kunt de K berekenen voor elk paar van de honden in de stamboom en ze in een matrix zetten. Elke hond wordt zowel langst de kant naar beneden vermeld als horizontaal aan de bovenkant. Het getal in het vak waar de kolom en rij van de honden elkaar kruist, is de verwantschaps coëfficiënt van dat paar. De witte vakken op het diagonaal geeft de vergelijking van elke hond met zichzelf weer.
We kunnen bijvoorbeeld bepalen dat de verwantschaps coëfficiënt tussen hond 14 en 7 0,19 of 19% is. Dit betekent dat, als je at random een allel kiest van de allel paren op een willekeurige locus van het DNA van hond 14 en evenzo een allel at random kiest voor die locus van hond 7, de kans dat je twee allelen kiest die hetzelfde zijn doordat ze van een gemeenschappelijke voorouder geërfd zijn, 0,19 of 19% is. Om het anders te zeggen, de kans dat nakomelingen van dit paar honden homozygoot is voor dat allel (dus twee identieke kopieën van een allel van een gemeenschappelijke voorouder geërfd) is 19%. Daarnaast, als deze twee honden een nest voort brengen, is de voorspelde inteelt coëfficiënt van de puppy's gemiddeld 19%.
Berekend vanuit een stamboom, is de verwantschaps coëfficiënt een schatting van de gemiddelde verwachte verwantschaps coëfficiënt; dus de gedeelde genetische verwantschap door gedeelde afstamming. Maar verwachtschap kan ook direct uit dNA data bepaald worden, zoals dit door Embark aangeboden wordt (zover ik weet, het enigste bedrijf dat honden eigenaren de mogelijkheid geeft de onbewerkte gegevens voor hun eigen honden te downloaden). Gebaseerd op DNA zijn deze meer het “werkelijke” resultaat dan de verwachte schatting van genetische verwantschap en zullen voor elke hond in een nest verschillen.
Nu, hier komt het mooie van dit. Laten we zeggen dat je op zoek bent naar en hond die een outcross is voor de teef die je wilt laten dekken en je bent bereid een hond te importeren als dat nodig is. Je hebt de verwantschaps coëfficiënt berekend aan de hand van de stamboom database van je ras en er zijn twee buitenlandse honden, nestgenoten, die veelbelovend lijken. Zouden deze honden een goede outcross voor je teef zijn? Zou één van de twee beter genetisch passen dan de ander?
Om deze vragen te beantwoorden, kun je directe vergelijkingen doen van het genoom van deze honden met die van je teef door het verwantschaps coëfficiént te berekenen voor elke reu-teef combinatie. Moderne DNA analyse die gebruik maakt van “single nucleotide polymorphisms” (SNPs) kan nu met een hoge resolutie uitstekende gegevens geven om dat te doen. ("Single nucleotide polymorphism" is een deftige benaming voor loci die in hoge mate variabel zijn (“polymorphic”); de afkorting wordt uitgesproken als “snips”. We kunnen eenvoudig en voordelig honderden of duizenden – zelfs miljoenen – loci op de chromosomen van een paar honden vergelijken en bepalen of de allelen op elk van deze loci hetzelfde zijn of verschillend. Verder, bij gebruik van gegevens voor allel frequenties in de grotere populatie, kunnen we bepalen of de gemeenschappelijke SNPs kopieën zijn van hetzelfde allel in een gemeenschappelijke voorouder; dus dat ze “identiek door afkomst“ zijn (“identical by descent”, IBD). Dit is de techniek die gebruikt wordt voor het bepalen van de relaties tussen hondenrassen (Dreger et al 2016), en wordt ook gebruikt om genetische mutaties die geassocieerd worden met ziekten te identificeren in “genome-wide-association studies” (GWAS).
In plaats van de verwantschap te schatten aan de hand van een stamboom database, die je slechts één getal geeft die voor het hele nest geldt, kun je de werkelijke graad van genetische gelijkenis tussen twee honden schatten. In feite kun je met gebruik van SNPs zelfs zien welke gebieden op elk chromosoom gedeeld worden. Je kunt deze informatie gebruiken om te zien welke overlappende blokken van homozygotie er zijn in twee honden, waarbij alle nakomelingen dus ook homozygoot zullen zijn op die plek. (meer hierover in de volgende blog!) Je kunt specifiek kijken naar de karakteristieken van het genoom van de twee nestgenoten en bepalen of er op enige manier de één beter matcht met je teef dan de ander. En de verwantschaps coëfficiënt vertelt je ook de geschatte inteelt coëfficiënt van het nest van elk van deze twee reuen.
Voor de fokker die het ras in stand wil houden, is de genomische verwantschaps coëfficiënt die bepaald wordt uit SNP genotypering het beste, meest geavanceerde hulpmiddel die heden ten dage beschikbaar is voor genetisch managment om de kwaliteit van je puppy's te vergroten, terwijl ook de genetische diversiteit beschermd wordt voor de gezondheid van je ras in de toekomst.
We zullen meer leren over verwantschaps coëfficiënten en hoe de verwantschaps matrix te gebruiken in de nieuwe cursus van ICB, "Strategies for Preservation Breeding", die 10 September 2018 begint. Sluit je aan bij andere fokkers die hun ras willen behouden en die dit krachtige hulpmiddel gebruiken om hun fokprogramma te verbetern. Als je geïnteresseerd bent in het gebruik van genomische verwantschaps coëfficiënten om de mogelijkheden van je volgende nest te verkennen, neem dan contact op met ICB en we zullen samen met jou dat mogelijk maken.
REFERENCES
Dreger, DL, M. Rimbault, BW Davis, A Bhatnagar, HG Parker, & EA Ostrander. 2016. Whole-genome sequence, SNP chips and pedigree structure: building demographic profiles in domestic dog breeds to optimize genetic trait mapping. Disease Models and Mechanisms 9: 1445-1460. (pdf)
Hayward, JL, MG Castelhano, KC Olivera, and others. 2016. Complex disease and phenotype mapping in the domestic dog. Nature Communications 7:10460. DOI: 10.1038/ncomms10460. (pdf)
Li, M-H, I Stranden, T Tiirikka, M-J SevonAimonen, & J Kantanen. 2011. A comparison of approaches to estimate the inbreeding coefficient and pairwise relatedness using genomic and pedigree data in a sheep population. PLoS ONE: Nov 2011; Vol 6:11. e26256. (pdf)
Door dr. Carol Beuchat. Met toestemming overgenomen en vertaald vanaf de website van het Institute of Canine Biology
Het lijkt alsof iedereen een mening hierover heeft. Sommige gebruiken 5 generaties, anderen 8 en weer anderen 10. Relatief weinig mensen gebruiken meer generaties dan dit, misschien omdat stamboomsoftware vaak niet meer dan dit berekent, of als het dat wel doet, het dat erg langzaam doet. Laten we eens kijken naar wat data. Dit zijn enkele getallen die ik berekend heb aan de hand van stambomen van verschillende honden. Eén had een erg lage inteelt (<5%), de andere significant meer. Voor elk van deze individuen echter, veranderde onderling de uitgerekende inteelt coëfficiënt met het aantal generaties verschillend. Eén ding is duidelijk - tenzij het niveau van inteelt erg laag is, of de stamboom ondiep, is het gebruik van alleen 5 generaties van stamboomdata hoogstwaarschijnlijk extreem misleidend.
In onderstaand figuur, is het eenvoudig om te zien hoe erg we hiermee de mist in kunnen gaan. Eén dier (roze) heeft een IC op 5 generaties van ongeveer 6% (niet slecht); op 10 generaties is dit al meer dan 10% (nog steeds niet heel slecht); maar het gebruik van 30 generaties data, onthult dat de ware IC ongeveer gelijk is aan dat wat je zou verwachten bij een paring tussen een volle broer en zus (25%).
De IC is de waarschijnlijkheid dat een hond 2 kopieën van hetzelfde allel erft van een voorouder die zowel aan de kant van de reu als de teef voorkomt in de stamboom. Het is daarbij een inschatting van hoe homozygoot de hond genetisch is.
Als je bezorgd bent over de kans om puppy's te fokken met een genetische aandoening veroorzaakt door een recessieve mutatie, is er een groot verschil tussen het relatief lage risico van ongeveer 1 op 20 (6% IC bij 5 generaties) en 1 op 4 (25% IC bij gebruik van 30 generaties).
Doet het ertoe hoeveel generaties je gebruikt bij het berekenen van de IC? Ja. Hoeveel generaties zou je moeten gebruiken? Zoveel als mogelijk.
Ter illustratie hierbij nog de gegevens van 5 recente nesten Briards (pdf: coi0-25):
Meer weten?
Volg de gratis cursus COI BOOTCAMP door dr. Pieter Oliehoek en dr. Carol Beuchat
We kunnen de kleur codering die wordt aangegeven in de drie vakken boven links in de hoek gebruiken om eenvoudig die honden op te merken die nauw verwant zijn aan andere honden (dat wil zeggen, groen, geel en rood). Als je de lijnen van honden 6 en 7 van links naar rechts volgt (of volg de kolommen naar beneden als je dat fijner vindt), zie je dat daar veel rode, oranje en gele vakken zijn, die de honden aangeven die zo verwant zijn aan 6 en 7 als halfbroer/-zus (K = 0,125) tot als broer/zus (K = 0,25). Dit betekent dat de genen van hond 6 en 7 ook in andere honden binnen de populatie gevonden kunnen worden, vanwege de gezamenlijke afkomst.
