Millennium lang hebben hondenfokkers opzettelijk verwanten gepaard als een manier om eigenschappen in een lijn vast te leggen, omdat ze erkenden dat er een vermindering van fitheid optreedt bij nakomelingen van naaste verwanten. Echter, dit was zeker niet altijd opzettelijk, zoals men kan zien in dit bericht over de Hapsburg lip. Een eeuw geleden bedacht Sewall Wright de inteeltcoëfficiënt (COI) als een manier om inteelt te meten, een statistiek die vandaag nog steeds populair is. Handig, met Embark’s hond DNA-test, rapporteren we automatisch de COI voor elke hond, dus laten we eens kijken wat het betekent!
Inbreeding 101
Zoals mensen, hebben honden de neiging om 99,8-99,9% genetisch gelijk te zijn aan andere leden van hun soort. Zelfs andere soorten kunnen gelijkenissen vertonen – honden en mensen lijken voor 64% op elkaar op het niveau van basenparen. Maar genetische variatie is het kruid van het leven, en de 0,1-0,2% van het genoom die verschilt, codeert een groot aantal variaties. Sommige daarvan hebben we opzettelijk in stand gehouden, zoals lichaamsvorm, vachtkleur of gedrag. Helaas zijn er andere minder gewenste varianten die mogelijk schadelijke gevolgen hebben voor de gezondheid, de levensduur en het voortplantingssucces.
Schadelijke mutaties zijn er in drie hoofdvariëteiten: recessief, dominant en additief. Deze schadelijke dominante en additieve mutaties worden snel uitgewied in grote outbred populaties. Dit gebeurt omdat het individu dat deze mutaties draagt een verminderde fitness heeft. Recessieve mutaties, daarentegen, zijn anders. Een schadelijke recessieve mutatie kan een gen “breken”. Dit heeft weinig of geen gevolgen als een individu een werkende kopie van het gen van zijn of haar andere ouder heeft. Dit kan echter desastreuze gevolgen hebben als een individu twee gebroken kopieën erft. Uitgefokte individuen erven bijna nooit twee kapotte kopieën. Daarom kunnen natuurlijke selectie of fokkers niet effectief tegen hen selecteren, tenzij er een genetische test voor de mutatie bestaat. Als een mutatie bijvoorbeeld 1% voorkomt in een populatie van raszuivere honden, heeft een hond 0,01% kans om twee exemplaren van de mutatie te erven – duidelijk een zeer kleine kans.
Inteeltproblemen
Als zodanig bevat elke hondenpopulatie – of in de context van raszuivere honden, elk hondenras – een overvloed aan zeldzame recessieve mutaties die ofwel aanwezig waren in een stichter-individu, ofwel spontaan ontstonden in de hondenpopulatie ergens nadien. Deze zeldzame mutaties zijn bijna nooit problematisch voor outbred individuen, omdat ze bijna altijd ten minste één werkende kopie erven; ze kunnen echter echte problemen veroorzaken voor inteelt individuen-dieren die ontstaan uit de paring van nauw verwante ouders.
Laten we eens kijken wat er gebeurt met honden in een moeder-zoon paring. Een moeder geeft 50% van haar genoom door aan elke pup, dus elke zeldzame (<1% frequentie) recessieve mutatie die door de moeder wordt gedragen, heeft 50% kans om te worden doorgegeven aan een zoon. Nakomelingen uit een moeder-zooncombinatie zouden dus 25% kans hebben om twee slechte kopieën te erven van de mutaties die aan de zoon zijn doorgegeven. Dit is een meer dan 100-voudig risico in vergelijking met een uitgefokte hond!
Inteelt bij honden heeft reële gevolgen. Onderzoek in het Boyko Lab heeft aangetoond dat een toename van 10% inteelt kan leiden tot een vermindering van 6% in volwassen grootte (slechte groei) en een zes- tot tienmaand kortere levensduur. Verminderde worpgrootte en vruchtbaarheid zijn ook waarschijnlijk. Deze risico’s vloeien zowel voort uit klassieke inteelt als uit drift in kleine populaties waar elk individu een niet zo verre verwant is. Het inschatten van deze risico’s hangt af van het nauwkeurig kwantificeren van de kans dat mutaties identiek-door-afstamming zijn, of van dezelfde voorouder overerven.
Berekening van COI
Er zijn drie manieren om de inteeltcoëfficiënt (COI) te kwantificeren: (1) Met behulp van een stamboom, (2) Door een kleine set polymorfe merkers te testen, of (3) Door een genoombreed merkerpanel te testen. Hoe kom je daar gemakkelijk achter?
Pedigree-based COI
Deze schattingen zijn gebaseerd op de verwantschap van individuen in een stamboom. 25% is de waarde van een moeder-zoon of volle broer-zus paring; 12,5% is de waarde van een grootouder-kleinkind of halfbroer-zus paring; en 6,25% is de waarde van een volle neef-achterneef paring. Deze waarden stapelen zich op. Logischerwijs hebben alle individuen COI’s tussen 0% (volledig uitgeroeid) en 100% (volledig ingeteeld). Dus drie generaties van volle verwantschappen zou leiden tot een COI van 50%.
In theorie is de stamboom volledig tot aan de oprichting van het ras. Maar in werkelijkheid gaan de meeste stambomen maar 5 tot 10 generaties terug. De meeste COI berekenaars gaan ervan uit dat de oorspronkelijke voorouders in de stamboom niet verwant zijn. Daarom kan een COI berekend op basis van een 5-generatie stamboom veel lager zijn dan die berekend op basis van een 10-generatie stamboom. Dit is waarschijnlijk veel lager dan de werkelijke COI als de volledige stamboom terug naar de stichters van het ras bekend was. Daarom is er niet één antwoord voor wat een “goede” COI is; alles hangt af van hoe volledig de stamboom is. Bovendien kunnen, door het segregatieprincipe, twee individuen met identieke verwachte COI’s van een stamboom zeer verschillende inteeltniveaus hebben. Dit hangt af van welke individuen welke chromosomale segmenten erven.
Bepaling van inteelt op basis van merkers
Deze schattingen maken gebruik van tientallen of honderden ver uit elkaar liggende merkers om de inteelt te schatten. Elke marker kan heterozygoot of homozygoot zijn (identiek door staat). De totale locus heterozygositeit (HL) van het panel is over het algemeen gecorreleerd met inteelt. De absolute waarden van HL hangen echter af van de markers die worden gekozen. Omdat een zeldzame marker die homozygoot is een sterker bewijs van inteelt (identiteit door afstamming) vormt dan een gewone marker die homozygoot is, kunnen verschillende wegingen worden gebruikt om statistieken als interne verwantschap (IR) te berekenen. Deze varieert van -1 tot 1. Toch is het grootste deel van het genoom met geen enkele merker verbonden. Daarom detecteren de schatters de meeste inteelttrajecten niet. Als gevolg daarvan zijn op merkers gebaseerde schatters slecht geschikt om onderscheid te maken tussen individuen met vergelijkbare COI’s (minder dan 5-10% verschillend).
Genoombrede COI
Deze schatting is de gouden standaard voor het meten van inteelt. Er zijn minstens tienduizenden merkers voor nodig, verspreid over het genoom. Dat is wat we hier bij Embark doen. Met deze resolutie kunnen de eigenlijke inteelttrajecten rechtstreeks worden waargenomen als sporen van homozygote merkers. Boven een bepaalde grootte vertegenwoordigen deze sporen bijna altijd identiteit-door-descentie, en zo kunnen we gemakkelijk de inteeltcoëfficiënt berekenen (het deel van het genoom dat identiek is door afstamming). Bij Embark gebruiken we ongeveer 1 miljoen baseparen, bekend als 1 centimorgan, als de minimumgrootte van elk spoor. Dit is omdat we geïnteresseerd zijn in inteelt helemaal terug tot de oprichting van het ras; Vergeet niet, voor de meeste tamme hondenrassen, is dit meestal 50-100 generaties geleden.
Calculating COI rechtstreeks met behulp van genoom-brede gegevens heeft een aantal voordelen. Er is geen stamboom voor nodig. Ook is het niet afhankelijk van markerfrequenties of vereist het ingewikkelde statistiek om te corrigeren voor zeldzame/veel voorkomende markers. En tenslotte is zij direct vergelijkbaar tussen studies omdat zij niet afhangt van de specifieke kenmerken van de gebruikte merkers of de bestudeerde populaties. Beschouw de twee situaties in de onderstaande figuur: Terwijl de twee stambomen dezelfde op stamboomniveau berekende COI hebben (inzet), geeft de genoombrede berekening twee drastisch verschillende COI’s.
Inbreedingstrajecten zijn duidelijk bij gebruik van genoombrede gegevens, zoals u in de onderstaande figuur kunt zien. Schatters op basis van stamboom en merker missen deze tracés vaak. Door een individu te vergelijken met de COI verdeling voor het ras kunt u weten of een hond meer of minder ingeteeld is dan verwacht wordt voor zijn ras. U kunt de inteelttrajecten visualiseren om te zien waar in het genoom ze worden gevonden.
Nauwkeurige bepaling van inteelttrajecten is van cruciaal belang voor het identificeren van recessieve ziektemutaties door homozygositeit in kaart te brengen. Het is ook voor een nauwkeuriger begrip van de risico’s van inteelt binnen en tussen rassen. Hoewel een zekere mate van inteelt niet kan worden vermeden voor de meeste raszuivere hondenrassen, en inteeltrisico niet de enige overweging zou moeten zijn bij het selecteren van partners, is het verminderen van de inteeltbelasting in een populatie een waardevol doel. In onze volgende blog, zullen we bespreken hoe Embark fokkers helpt bij het evalueren van potentiële fokkoppels. We zullen ook bespreken hoe dit kan bijdragen aan de gezondheid op lange termijn van de fokpopulatie.
Om de COI van uw hond te weten te komen, doe Embark’s hond DNA-test terwijl u ook belangrijke ras- en gezondheidsinformatie leert.
Dit is de eerste aflevering van een blog-serie over inteelt. Geschreven door Embark’s eigen Adam Boyko, PhD, Chief Science Officer, en Aaron Sams, PhD, Research Scientist.