Genomische Heterozygotie

Die Bestimmung erfolgt am besten über die Auswertung von SNP-Arrays (Single Nucleotide Polymorphism) oder Genomsequenzierung ('Whole Genome Sequencing') mit Betrachtung möglichst vieler Einzel-SNP-Marker, die gleichmäßig über das Genom verteilt liegen. Der Prozentwert ergibt sich aus der Zahl der mischerbigen SNPs geteilt durch die Zahl aller erfolgreich typisierten SNPs.

Vergleichbarkeit: Wie hoch der Wert ausfällt, hängt davon ab, welche SNPs untersucht werden. Arrays enthalten bevorzugt SNPs, die in den Rassen, mit denen das Array entwickelt wurde, häufig variieren. Für die Rassen, die bei der Array-Entwicklung nicht berücksichtigt werden konnten, fällt die Heterozygotie dann systematisch niedriger aus (Ascertainment Bias, Lachance & Tishkoff 2013). Die Werte sind deshalb nur innerhalb derselben Methode und am besten innerhalb derselben Rasse vergleichbar, nicht zwischen verschiedenen Laboren oder Arrays.

Bezeichnung: Bei Generatio heißt der Wert genomischer HE-Wert, gHE. Er gibt die mittels SNP-Array beobachtete Heterozygotie des einzelnen Tieres an. In der populationsgenetischen Fachliteratur wird diese meist als Ho (observed heterozygosity) bezeichnet; He (expected heterozygosity) steht dort für die Heterozygotie, die in einer Population aufgrund der Allelhäufigkeiten zu erwarten ist.

Eine höhere genomische Heterozygotie bedeutet eine größere genetische Vielfalt innerhalb eines Tieres. Für das einzelne Tier heißt das vor allem: Schädliche rezessive Anlagen liegen seltener reinerbig vor und kommen seltener zur Wirkung, weil sie durch ein intaktes zweites Allel überdeckt werden. Für die Population ist genetische Vielfalt außerdem die Grundlage, um sich über Generationen an veränderte Umweltbedingungen und Krankheitserreger anzupassen.

Dass Inzucht die Fitness verringert (Inzuchtdepression), ist bei vielen Tierarten gut belegt (Charlesworth & Willis 2009). Bei Hunden zeigte eine Untersuchung an mehr als 200 Rassen, dass in Rassen mit höherer genomischer Inzucht und damit einhergehender geringerer genomischer Heterozygotie mehr Erkrankungen auftraten (Bannasch et al. 2021).

Der direkte Zusammenhang zwischen der Heterozygotie eines einzelnen Tieres und seiner Gesundheit oder Lebenserwartung ist dagegen in den meisten Studien schwach (Chapman et al. 2009). Ein einzelner HE-Wert erlaubt deshalb keine Vorhersage für das einzelne Tier. Aussagekräftig ist er vor allem im Vergleich innerhalb einer Rasse und zusammen mit dem genomischen Inzuchtkoeffizienten und dem ROH-Profil.

Rassen, die schon sehr lange als geschlossene Population gezüchtet werden, zeigen nur eine geringe Varianz in den gHE-Werten der einzelnen Tiere. Das Ziel wäre hier, die Heterozygotie durch gezielte Zuchtmaßnahmen zu steigern. Sofern für die Rasse geographisch getrennte Subpopulationen existieren, wären Tiere dieser Populationen aussichtsreiche Kandidaten. Die separierte Subpopulation kann zwar selbst eine reduzierte Heterozygotie aufweisen, doch wenn diese an anderen Loci liegt, kann eine Paarung direkt zu einer Zunahme der Heterozygotie in den Nachkommen führen (Genetic Rescue, Whiteley et al. 2015). Eine Paarungsplanung in diesem Sinne sollte jedoch immer auf einer durch Array-Daten gestützten Paarungsbewertung beruhen, die neben der Heterozygotie auch den genomischen Inzuchtkoeffizienten (GIK) sowie die ROH-Profile erhebt.

Durch die Überwachung dieser populationsgenetischen Parameter können Züchter fundierte Entscheidungen treffen, um Inzucht zu vermeiden und die genetische Gesundheit zu fördern.

In wissenschaftlichen Fragestellungen verhelfen die Untersuchungen zur genomischen Heterozygotie neben den anderen Parametern zu einem besseren Einblick in die Populationsstruktur und die evolutionäre Geschichte einer Art/Rasse. Es zeigen sich Muster von Migration, Anpassung, genetischer Drift und wie sich z. B. die Hunderassen voneinander ableiten lassen. Details hierzu in unserem Beitrag Klade und Kladogramm. Diese Informationen sind eine wertvolle Basis für das Verständnis, inwieweit Populationen auf Umweltbelastungen (noch) reagieren (können), und für die Entwicklung wirksamer Erhaltungsstrategien.

Der HE-Wert ist Bestandteil der Beurteilung "Inzucht & Vielfalt". Generatio führt hierzu eine SNP-Array-Typisierung durch und bestimmt neben dem HE-Wert auch den genomischen Inzuchtkoeffizienten und das ROH-Profil. Die Beurteilung ist derzeit für Hunde, Pferde und Kameliden verfügbar.

Einzeltests:

• Hund:Inzucht & Vielfalt (Fitness) Hund
• Pferd:Inzucht & Vielfalt (Fitness) Pferd
• Kameliden:Inzucht & Vielfalt (Fitness) Kameliden

Pakete mit Inzuchtanalyse:

• Hund:SNP-Profil Identität & Inzucht & Fitness Hund: DNA-Identität und Inzuchtanalyse
• Hund:ProLine Paket Hund: DNA-Identität, Inzucht- und Vielfaltsanalyse und Rassenanalyse
• Pferd:Paket Rassenanalyse, Identität, Inzuchtanalyse
• Pferd:MIM-6-Var. plus Inzucht & Fitness: Test auf die sechs MIM-Varianten und Inzuchtanalyse
• Dromedar:Paket DNA-Identität und Inzuchtanalyse Dromedar

Lexikon:

• Genomischer Inzuchtkoeffizient (GIK)
• ROH-Profile
• Popular Sire Syndrom
• Klade und Kladogramm

Literatur:

• Charlesworth, D., Willis, J.H.: The genetics of inbreeding depression.Nat Rev Genet 10:783-796, 2009. DOI: 10.1038/nrg2664
• Chapman, J.R., Nakagawa, S., Coltman, D.W., Slate, J., Sheldon, B.C.: A quantitative review of heterozygosity-fitness correlations in animal populations.Mol Ecol 18:2746-2765, 2009. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2009.04247.x
• Lachance, J., Tishkoff, S.A.: SNP ascertainment bias in population genetic analyses: why it is important, and how to correct it.BioEssays 35:780-786, 2013. DOI: 10.1002/bies.201300014
• Whiteley, A.R., Fitzpatrick, S.W., Funk, W.C., Tallmon, D.A.: Genetic rescue to the rescue.Trends Ecol Evol 30:42-49, 2015. DOI: 10.1016/j.tree.2014.10.009
• Bannasch, D., Famula, T., Donner, J., Anderson, H. et al.: The effect of inbreeding, body size and morphology on health in dog breeds.Canine Med Genet 8:12, 2021. DOI: 10.1186/s40575-021-00111-4