Spring naar inhoud

Leuke trucs met Verwantschaps Coëfficiënten, deel 1: “is deze hond echt een outcross?”

 


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)

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

error: Content is protected !!