Koiranjalostajat ovat vuosituhansien ajan tarkoituksellisesti parittaneet sukulaisiaan keinona kiinnittää ominaisuuksia sukulinjassa, koska he ovat tiedostaneet, että lähisukulaisten jälkeläisten kunto heikkenee. Aina tämä ei kuitenkaan varmasti ollut tarkoituksellista, kuten tästä Haapasaaren huuliota käsittelevästä postauksesta voi nähdä. Vuosisata sitten Sewall Wright kehitti sisäsiitoskertoimen (coefficient of inbreeding, COI) keinoksi mitata sisäsiittoisuutta, ja tämä tilasto on edelleen suosittu. Kätevästi Embarkin koira-DNA-testissä ilmoitamme automaattisesti COI:n jokaiselle koiralle, joten tutkitaanpa, mitä se tarkoittaa!
Sisäsiitokset 101
Kuten ihmisillä, koirilla on taipumus olla 99,8-99,9 % geneettisesti samankaltaisia muiden lajinsa jäsenten kanssa. Jopa muissa lajeissa voi esiintyä samankaltaisuuksia – koirat ja ihmiset ovat 64 % samankaltaisia emäsparitasolla. Geneettinen vaihtelu on kuitenkin elämän mauste, ja se 0,1-0,2 prosenttia genomista, joka eroaa toisistaan, koodaa lukemattomia muunnelmia. Joitakin niistä, kuten ruumiinmuotoa, turkin väriä tai käyttäytymistä, olemme tietoisesti lisänneet. Valitettavasti toiset vähemmän toivotut variantit aiheuttavat mahdollisesti haitallisia vaikutuksia terveyteen, pitkäikäisyyteen ja lisääntymismenestykseen.
Haitallisia mutaatioita on kolmea päälajia: resessiivisiä, dominoivia ja additiivisia. Nämä haitalliset dominoivat ja additiiviset mutaatiot karsitaan nopeasti pois suurissa ulkokasvatuspopulaatioissa. Näin tapahtuu, koska näitä mutaatioita kantavan yksilön kunto on heikentynyt. Resessiiviset mutaatiot sen sijaan ovat erilaisia. Haitallinen resessiivinen mutaatio saattaa ”rikkoa” geenin. Tällä on vain vähän tai ei lainkaan seurauksia, jos yksilöllä on toimiva kopio geenistä toiselta vanhemmaltaan. Tällä voi kuitenkin olla tuhoisia seurauksia, jos yksilö perii kaksi rikkinäistä kopiota. Ulkorotuiset yksilöt eivät juuri koskaan peri kahta rikkinäistä kopiota. Siksi luonnonvalinta tai jalostajat eivät voi tehokkaasti valikoida niitä vastaan, ellei mutaatiolle ole olemassa geenitestiä. Jos esimerkiksi mutaation esiintymistiheys on 1 % rodunulkoisessa populaatiossa, millä tahansa koiralla on 0,01 %:n mahdollisuus periä kaksi kopiota mutaatiota – tämä on selvästi hyvin pieni mahdollisuus.
Sisäsiitosongelmat
Siten jokaisessa koirapopulaatiossa – tai puhdasrotuisten koirien osalta jokaisessa koirarodussa – on runsaasti harvinaisia resessiivisiä mutaatioita, jotka ovat joko esiintyneet jossakin perusyksilönä tai jotka ovat ilmaantuneet koirapopulaatioon spontaanisti joskus myöhemmin. Nämä harvinaiset mutaatiot eivät juuri koskaan ole ongelmallisia sisäsiittoisille yksilöille, koska ne perivät lähes aina vähintään yhden toimivan kopion; ne voivat kuitenkin aiheuttaa todellisia ongelmia sisäsiittoisille yksilöille – eläimille, jotka ovat syntyneet läheisesti sukua olevien vanhempien parittelun tuloksena.
Katsotaanpa, mitä koirien kohdalla tapahtuu äidin ja pojan välisessä parittelussa. Emo siirtää 50 % perimästään jokaiselle poikaselle, joten jokaisella harvinaisella (<1 %:n frekvenssillä) emon kantamalla resessiivisellä mutaatiolla on 50 %:n mahdollisuus siirtyä pojalle. Äiti-poika-parituksen jälkeläisillä olisi siis 25 prosentin mahdollisuus periä kaksi huonoa kopiota pojalle periytyneistä mutaatioista. Tämä on yli satakertainen riski verrattuna ulkokoiraan!
Koirien sisäsiitoksella on todellisia seurauksia. Boykon laboratoriossa tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että 10 prosentin lisäys sisäsiittoisuudessa voi johtaa aikuiskoon pienenemiseen 6 prosentilla (huono kasvu) ja eliniän lyhenemiseen kuudesta kymmeneen kuukauteen. Myös pentuekoon ja hedelmällisyyden väheneminen on todennäköistä. Nämä riskit johtuvat sekä klassisesta sisäsiitoksesta että ajelehtimisesta pienissä populaatioissa, joissa jokainen yksilö ei ole kovinkaan kaukainen sukulainen. Näiden riskien arviointi riippuu siitä, kuinka tarkasti kvantifioidaan todennäköisyys sille, että mutaatiot ovat identtisiä polveutumisen kautta eli periytyvät samalta esi-isältä.
Calculating COI
Sisäsiitoskerroin (COI) voidaan kvantifioida kolmella tavalla: (1) Käyttämällä sukutaulua, (2) Kokeilemalla pientä joukkoa polymorfisia markkereita tai (3) testaamalla koko genomin kattavaa markkeripaneelia. Miten sen saa helposti selville?
Pedigreen perustuva COI
Nämä arviot perustuvat sukutaulussa olevien yksilöiden sukulaisuuteen. 25 % on arvo, joka saadaan äiti-poika- tai täyssisarusparituksesta; 12,5 % on arvo, joka saadaan isovanhemman ja lapsenlapsen tai puolisisarusparituksesta; ja 6,25 % on arvo, joka saadaan ensimmäisen serkun parituksesta. Nämä arvot kumuloituvat. Loogisesti kaikilla yksilöillä on COI-arvot välillä 0 % (täysin sisäsiittoinen) ja 100 % (täysin sisäsiittoinen). Kolmen sukupolven täyssukulaisuusparitukset johtaisivat siis 50 %:n COI-arvoon.
Todellisuudessa sukutaulu on täydellinen aina rodun perustamiseen asti. Todellisuudessa useimmat sukutaulut ulottuvat kuitenkin vain ehkä 5-10 sukupolvea taaksepäin. Useimmat COI-laskurit olettavat, että sukutaulun alkuperäiset esivanhemmat eivät ole sukua toisilleen. Siksi 5 sukupolven sukutaulusta laskettu COI voi olla paljon alhaisempi kuin 10 sukupolven sukutaulusta laskettu COI. Tämä on todennäköisesti paljon alhaisempi kuin todellinen COI, jos täydellinen sukutaulu rodun perustajiin asti olisi tiedossa. Tästä syystä ei ole olemassa yhtä ainoaa vastausta siihen, mikä on ”hyvä” COI; kaikki riippuu siitä, kuinka täydellinen sukutaulu on. Lisäksi segregaatioperiaatteen vuoksi kahdella yksilöllä, joilla on identtiset odotetut COI-indeksit sukutaulussa, voi olla hyvin erilaiset sisäsiitosasteet. Tämä riippuu siitä, mitkä yksilöt perivät mitkä kromosomisegmentit.
Markkereihin perustuva sisäsiittoisuus
Näissä arvioissa käytetään kymmeniä tai satoja toisistaan kaukana olevia markkereita sisäsiittoisuuden arvioimiseksi. Kukin markkeri voi olla heterotsygoottinen tai homotsygoottinen (tilaltaan identtinen). Paneelin yleinen lokusten heterotsygotia (HL) korreloi yleensä sisäsiitoksen kanssa. HL:n absoluuttiset arvot riippuvat kuitenkin valituista markkereista. Koska harvinaisen markkerin homotsygoottius on vahvempi todiste sisäsiitoksesta (identtisyys polveutumisen kautta) kuin yleisen markkerin homotsygoottius, sisäisen sukulaisuuden (IR) kaltaisten tilastojen laskennassa voidaan käyttää erilaisia painotuksia. Tämä vaihtelee välillä -1-1. Suurin osa genomista ei kuitenkaan ole sidoksissa mihinkään markkeriin. Tämän vuoksi estimaattorit eivät havaitse suurinta osaa sisäsiittoisuudesta. Tämän seurauksena markkeripohjaiset estimaattorit soveltuvat huonosti erottelemaan yksilöitä, joilla on samankaltaiset COI:t (alle 5-10 %:n ero).
Genominlaajuinen COI
Tämä estimaatti on kultainen standardi sisäsiitoksen mittaamisessa. Se edellyttää vähintään kymmeniä tuhansia markkereita, jotka on hajautettu eri puolille genomia. Tätä me teemme täällä Embarkissa. Tällä resoluutiolla todelliset sisäsiitosradat voidaan havaita suoraan homotsygoottisten markkerien jälkinä. Tietyn koon ylittyessä nämä jäljet edustavat lähes aina identtisyyttä polveutumisen kautta, ja näin voimme helposti laskea sisäsiitoskertoimen (perimältään identtisen perimän osuus genomista). Embarkissa käytämme kunkin raidan vähimmäiskokona noin 1 miljoonaa baseparia, joka tunnetaan nimellä 1 centimorgan. Tämä johtuu siitä, että olemme kiinnostuneita sisäsiitoksesta aina rodun perustamiseen asti; muista, että useimmilla kotikoiraroduilla tämä on yleensä 50-100 sukupolven takaa.
COI:n laskemisella suoraan genominlaajuisten tietojen avulla on useita etuja. Se ei vaadi sukutaulua. Se ei myöskään riipu markkerien frekvensseistä eikä vaadi monimutkaisia tilastoja harvinaisten/yleisten markkerien korjaamiseksi. Lisäksi se on suoraan vertailukelpoinen eri tutkimusten välillä, koska se ei riipu käytettyjen markkerien tai tutkittavien populaatioiden erityispiirteistä. Tarkastellaan kahta tilannetta alla olevassa kuvassa: Vaikka kahdella sukutaululla on sama sukutaulusta laskettu COI (sisäkkäin), genominlaajuinen laskenta antaa kaksi jyrkästi erilaista COI:tä.
Sisäsiittoisuusjuonteet ovat ilmeisiä, kun käytetään genominlaajuisia tietoja, kuten alla olevasta kuvasta näkyy. Sukupuu- ja markkeripohjaiset estimaattorit jättävät nämä radat usein huomiotta. Vertaamalla yksilöä rodun COI-jakaumaan saadaan selville, onko koira enemmän vai vähemmän sisäsiittoinen kuin sen rodulle odotetaan. Voit visualisoida sisäsiitosradat nähdäksesi, missä päin genomia ne sijaitsevat.
Tarkka sisäsiitosradan määrittäminen on ratkaisevan tärkeää resessiivisten tautimutaatioiden tunnistamiseksi homotsygotian kartoituksen avulla. Se auttaa myös ymmärtämään tarkemmin sisäsiitosriskit rotujen sisällä ja niiden välillä. Vaikka useimmilla puhdasrotuisilla koiraroduilla ei voida välttää jonkinasteista sisäsiittoisuutta eikä sisäsiittoisuusriskiä pitäisi ottaa huomioon ainoana näkökohtana, kun valitaan kavereita, populaation sisäsiittoisuuskuorman vähentäminen on arvokas tavoite. Seuraavassa blogissamme käsittelemme sitä, miten Embark auttaa kasvattajia arvioimaan mahdollisia jalostuspareja. Keskustelemme myös siitä, miten tämä voi edistää jalostuspopulaation terveyttä pitkällä aikavälillä.
Tietääksesi koirasi COI:n voit tehdä Embarkin koirien DNA-testin ja oppia samalla tärkeitä rotu- ja terveystietoja.
Tämä on ensimmäinen osa sisäsiittoisuutta käsittelevästä blogisarjasta. Kirjoittajina ovat Embarkin omat Adam Boyko, PhD, Chief Science Officer, ja Aaron Sams, PhD, Research Scientist.