Genomischer Inzuchtkoeffizient (GIK)
Der genomische Inzuchtkoeffizient (GIK, auch g-IK) gibt an, wie stark ein Tier von Inzucht geprägt ist, und zwar direkt am Genom des untersuchten Tieres gemessen. Als ingezüchtet gilt dabei der Anteil des Genoms, der reinerbig ist, weil Vater und Mutter dieselben Abschnitte von gemeinsamen Vorfahren geerbt haben. Der direkte Blick ins Genom mittels SNP-Array oder Genomsequenzierung zeigt diese Bereiche unabhängig von Stammbaumdaten, die nur eine begrenzte Zahl von Generationen umfassen und auf ungeprüften Abstammungsangaben beruhen können.
Neben der genomischen Heterozygotie und den ROH-Profilen ist der GIK ein Baustein der genombasierten Beurteilung von Inzucht & Vielfalt.
Genomischen Inzuchtkoeffizienten bestimmen
Die Bestimmung des genomischen Inzuchtkoeffizienten erfolgt am besten über die Auswertung von SNP-Arrays (Single Nucleotide Polymorphism) oder Genomsequenzierung (WGS, 'Whole Genome Sequencing') mit Betrachtung möglichst vieler Einzel-SNPs, die gleichmäßig über das Genom verteilt liegen. Der von Generatio angegebene GIK ist ein ROH-basierter genomischer Inzuchtkoeffizient und entspricht dem in der wissenschaftlichen Literatur üblicherweise als F_ROH bezeichneten Wert (McQuillan et al. 2008).
Im ersten Schritt werden aus den SNP-Markerwerten die ROH ('Runs of Homozygosity') ermittelt, also längere Abschnitte, in denen das Tier durchgehend reinerbig ist. Die Länge aller ROH-Bereiche wird addiert und ins Verhältnis zur Größe des Genoms gesetzt, das in die ROH-Analyse einfließt (Geschlechtschromosomen sind üblicherweise nicht enthalten). Das Ergebnis ist ein Prozentwert, der GIK. Je größer der GIK des untersuchten Tieres ist, desto mehr Erbanlagen liegen in diesem infolge von Inzucht reinerbig vor.
Vergleichbarkeit: Wie hoch der GIK ausfällt, hängt auch von den Einstellungen der ROH-Erkennung ab, vor allem von der Mindestlänge, ab der ein Abschnitt als ROH gezählt wird, und von der Dichte des Arrays. GIK-Werte verschiedener Labore oder Verfahren sind deshalb nicht direkt miteinander vergleichbar.
Information des genomischen Inzuchtkoeffizienten
Der GIK gibt den tatsächlichen Anteil des Genoms an, der infolge von Inzucht reinerbig (homozygot) vorliegt. Darin liegt der Unterschied zum Inzuchtkoeffizienten aus dem Stammbaum: Dieser kann nur angeben, welcher Anteil im Mittel zu erwarten ist. Wie viel ein einzelnes Tier tatsächlich geerbt hat, schwankt aber auch bei gleichen Eltern von Tier zu Tier; der GIK misst es.
Dies gilt für alle Erbanlagen; das betrifft erwünschte Leistungsparameter und rassespezifische Merkmale ebenso wie die Vererbung schädlicher, rezessiver Erbanlagen.
Je höher der GIK-Wert, desto größer die Inzucht und umso höher die Wahrscheinlichkeit, dass auch seltene schädliche, rezessive Erbanlagen reinerbig zusammenkommen und ihre Wirkung entfalten können.
Der GIK-Wert erlaubt außerdem einen Rückschluss darauf, in welchem theoretischen Verwandtschaftsverhältnis die Elterntiere des untersuchten Tieres zueinander gestanden hätten, sofern diese Elterntiere selbst nicht aus einer Inzuchtpaarung hervorgegangen wären.
Beispiele:
| GIK des untersuchten Tieres: | 12,5 % | 25 % |
|---|---|---|
| Verhältnis der Elterntiere des untersuchten Tieres: | wie Halbgeschwisterpaarung | wie Vollgeschwisterpaarung oder Eltern-Kind-Paarung |
Rassehunde weisen im Mittel hohe genomische Inzuchtwerte auf; eine Untersuchung an mehr als 200 Rassen ergab einen Durchschnitt von rund 25 %, mit großen Unterschieden zwischen den Rassen (Bannasch et al. 2021). Damit kommt zum Ausdruck, dass die einzelnen Rassen durch Inzucht etabliert worden sind und dann fortlaufend die rassetypischen Merkmale durch fortgesetzte Inzucht gefestigt wurden.
Ein Wert von 25 % bedeutet daher nicht, dass eine Geschwisterpaarung stattgefunden hat. Der Wert ist eher durch kumulative Inzucht über viele Generationen entstanden. So erklären sich auch GIK-Werte von über 40 %, die in manchen Rassen mit geringer Populationsgröße oder ausgeprägter fortgesetzter Inzucht beobachtet werden. Ob die Inzucht jung oder alt ist, zeigt die Länge der ROH: Lange ROH stammen aus Verpaarungen weniger Generationen zurück, kurze aus weit zurückliegender Inzucht (siehe ROH-Profile).
GIK und genomische Heterozygotie
Sowohl der genomische Inzuchtkoeffizient als auch die genomische Heterozygotie sind Bausteine zur Beurteilung der genetischen Vielfalt und Gesundheit, bieten jedoch unterschiedliche Informationen, die sich gegenseitig ergänzen.
Beide hängen eng zusammen: Je größer der Anteil des Genoms, der durch Inzucht reinerbig ist, desto niedriger ist in der Regel die Heterozygotie. Der Wert der Heterozygotie zeigt die allgemeine genetische Vielfalt des untersuchten Tieres, gibt aber nicht an, welcher Teil der Reinerbigkeit auf Inzucht zurückgeht und wo im Genom er liegt.
Der GIK ist zusammen mit den ROH-Profilen die Basis zum Aufbau von Zuchtstrategien, um Inzucht bei einzelnen Paarungen zu vermeiden oder in einer Population mit bereits bedrohlichem Ausmaß an Inzucht zu verringern.
Unsere DNA-Tests zur Inzuchtanalyse
Der GIK ist Bestandteil der Beurteilung "Inzucht & Vielfalt". Generatio führt hierzu eine SNP-Array-Typisierung durch und bestimmt neben dem GIK auch den HE-Wert 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
Nützliche Links - Literatur
Lexikon:
Literatur:
- McQuillan, R., Leutenegger, A.-L., Abdel-Rahman, R. et al.: Runs of homozygosity in European populations.Am J Hum Genet 83:359-372, 2008. DOI: 10.1016/j.ajhg.2008.08.007
- Ceballos, F.C., Joshi, P.K., Clark, D.W., Ramsay, M., Wilson, J.F.: Runs of homozygosity: windows into population history and trait architecture.Nat Rev Genet 19:220-234, 2018. DOI: 10.1038/nrg.2017.109
- 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
- Nishio, M., Inoue, K., Ogawa, S. et al.: Comparing pedigree and genomic inbreeding coefficients, and inbreeding depression of reproductive traits in Japanese Black cattle.BMC Genomics 24:376, 2023. DOI: 10.1186/s12864-023-09480-5