ISDS Border Collie Database

3. ISDS Stamvaders

In een eerder artikel zijn de 33 belangrijkste ISDS sleutelhonden (key dogs) opgespoord door te zoeken naar de honden met de meeste genetische invloed op de nu levende honden (zie Border Collie Nieuws van december 2003 en 'Key Dogs'). Daarbij werd aangenomen dat elke ouder de helft van de genen van zijn nageslacht bepaald. Deze 33 sleutelhonden blijken samen goed voor 72% invloed op de huidige populatie.

De meeste invloed had J.M.Wilson's Cap 3036 (ruim 17%), J.Richardson's beroemde Wiston Cap 31154 staat op de tweede plaats met 13,5% en op de derde plaats komt J.Kirk's Nell 3514 met 10,5%. Deze Nell is ook nog eens de enige teef met de 'key dog' status. De totale invloed van 72% van deze honden is overigens niet berekend door de individuele invloedspercentages direct op te tellen, dat zou circa 150% geven. Veel van de 'key dogs' hebben elkaar wederzijds beinvloed en die wederzijdse invloed is in de optelling verdisconteerd.

Het lijkt erop dat de border collie populatie genetisch gedomineerd wordt door een klein aantal voorouders. De inteeltcoefficient is een van manieren om dit in een getal uit te drukken. In een eerder artikel (BCN aug 2003 en 'Inteelt') is een figuur gegeven van de gemiddelde inteeltcoefficient (CI) tussen 1950 en 2003. De laatste jaren loopt de CI (alle bekende voorouders meegerekend) langzaam op richting 8%.

De toename in inteeltcoefficient over een periode van 5 jaar (dCI5) wordt wel gebruikt om een effectieve populatiegrootte Ne te bereken: Ne=1/(2*dCI5). In de figuur is dit met een streeplijn aangegeven. De effectieve populatiegrootte geeft aan hoeveel verschillende genen in de populatie aanwezig zijn, namelijk zoveel als in Ne (fictieve) honden die genetisch totaal verschillend zijn. Ne neemt langzaam toe. Dat is merkwaardig want in werkelijkheid neemt het aantal verschillende genen altijd af, in een gesloten populatie zoals van de border collie. Ne is dan ook niet zo'n goede maat voor de genetische diversiteit.

Stamvaders

In werkelijkheid kan het aantal stamvaders nog (veel) kleiner zijn maar die kennen we niet omdat we niet weten wie de (gemeenschappelijke) voorouders waren van de eerste ISDS geregistreerde honden.

Als bijvoorbeeld 10 stamvaders allemaal evenveel bijgedragen zouden hebben (elk 10%) dan is ES =1/(10*0,1^2) = 10. Dus het aantal effectieve stamvaders is dan gelijk aan het aantal echte stamvaders, zoals te verwachten is. Maar als 1 stamvader 91% van de genen bepaald en de andere 9 elk 1% dan is ES = 1/(0,91^2+9*0,01^2) = 1,2 effectieve stamvaders, oftewel bijna geen genetische diversiteit omdat een enkele hond alles domineert.

Het effectieve aantal stamvaders blijkt bij de border collie op dit moment 71 te bedragen. Dit is het aantal stamvaders dat de zelfde genetische diversiteit zou geven als ze allemaal gelijk hadden bijgedragen aan de huidige populatie. Dus van de oorspronkelijke honden hebben effectief slechts 71 invloed op onze huidige honden. In de figuur is het verloop van ES vanaf 1950 gegeven. Langzamerhand hebben steeds minder stamvaders invloed, alhoewel de laatste jaren een lichte toename is te zien door vers bloed (Registered on Merit honden), wat natuurlijk nep is want ook deze honden hebben dezelfde stamvaders maar zijn tijdelijk niet geregistreerd geweest.

Voor de duidelijkheid, 'effectieve honden' hebben weinig te maken met echte, levende honden. Een 'effectieve' hond is een maat voor een aantal genen. Deze genen zijn in de praktijk over vele echte (historische en nog levende) honden verspreid. Veel van deze echte honden hebben dus dezelfde genen.

Voorouders

De tweede methode die Boichard behandeld is een (benaderings) algoritme dat rekening houdt met 'bottlenecks' ten gevolge van veel gebruikte dekreuen die altijd de genetische diversiteit verminderen. Het resulterende getal wordt het effectieve aantal voorouders (EV) genoemd. Hij geeft het voorbeeld in de bijgevoegde figuur om het verschil duidelijk te maken tussen stamvaders en voorouders.

De huidige populatie bestaat in dit voorbeeld uit 6 honden (1,2,3,4,15,16) maar slechts 4 voorouders (5,6,17,18). Het effectieve aantal stamvaders is niet 6 maar ES=5,6 omdat de tweede familie minder nageslacht heeft in de huidige populatie dus de genen van 15 en 16 hebben effectief minder invloed. Het totaal aantal effectieve voorouders blijkt in deze figuur niet 4 maar EV=2,94 te zijn, ook weer doordat familie 1 meer nageslacht heeft.

Het algoritme voor ES zoekt recursief naar de honden (voorouders) met de grootste genetische invloed op de huidige populatie. Het effectief aantal voorouders wordt daarna berekend met een vergelijkbare formule als gebruikt voor het effectief aantal stamvaders. Het effectieve aantal voorouders EV is altijd lager dan het effectieve aantal stamvaders ES omdat bottlenecks de genetische diversiteit verminderen.

Voor de huidige ISDS populatie is EV=18,2. In de tabel is net als voor ES aangegeven hoeveel voorouders een bepaald percentage genen in de huidige populatie bepaald. Dat is aanzienlijk minder dan het aantal stamvaders.

Voorbeeld van een stamboom met om verschil aan te geven tussen stamvaders en voorouders.

Effectieve genen

Een voorbeeld maakt duidelijk waardoor random drift wordt veroorzaakt. Stel een reu en een teef, beide met genotype B/b op een bepaalde locus van een van hun chromosomen, worden gekruist. Hun kinderen zullen een chromosoom (B of b) van de vader krijgen en een van de moeder (ook B of b). Als ze toevallig twee kinderen krijgen, elk met genotype BB, dan zullen de eigenschappen van gen b voor altijd verloren gaan als deze ouders de enige waren met allel b. Merk op dat deze kruising niet noodzakelijkerwijs het effectief aantal stamvaders of voorouders vermindert.

Dit derde algoritme geeft EG, het effectief aantal verschillende genen van stamvaders dat nog aanwezig is in de huidige populatie. Dit wordt berekend door het random selectieproces van genen tijdens alle ooit uitgevoerde kruisingen (circa 70000) te simuleren. Na deze simulatie worden de genen in de (fictieve) huidige populatie geteld. Deze simulatie van alle border collies wordt vaak herhaald (hier 1000 keer) en het gemiddelde van al deze simulaties geeft EG.

Voor de huidige ISDS populatie is het aantal effectieve genen EG=8.3. Dus effectief zijn de genen van slechts 8.3 verschillende stamvaders over in de huidige generatie van ongeveer 25000 levende ISDS geregistreerde honden. Het effectief aantal stamvaders en voorouders was al weinig, maar dit lijkt helemaal verbijsterend weinig. Het is alsof een bijna uitgestorven ras weer tot een grote populatie is opgefokt.

De figuur geeft het verloop van het (effectieve) aantal honden sinds 1950. Voor 1950 zijn de stambomen niet compleet waardoor het (effectieve) aantal honden nogal wild verloopt en bij nul begint rond 1900, dat is ongeveer het geboortejaar van de vroegste honden die de ISDS geregistreerd heeft. Sinds 1980 zijn de effectieve aantallen bijna constant. Soms zelfs een beetje toenemend door ROM (Registered On Merit) honden of honden waarvan anderszins de ouders niet bekend zijn. Dus de grootste schifting in genen vond plaats voor 1980. Misschien is het niet toevallig dat de laatste grote reductie in genetische diversiteit (1965-1975) samenviel met de rijzende ster van Wiston Cap 31154.

Verloop van het (effectief) aantal stamvaders, voorouders en genen over de jaren heen. De analyse is steeds gedaan voor een periode van 5 jaar (1 generatie). De vertikale schaal is logaritmisch voor een betere aflezing.

Was Wiston Cap een effectieve hond?

Een andere manier om er tegenaan te kijken is de volgende. Stel dat we met 8 honden (stamvaders) beginnen die totaal van elkaar verschillende genen hebben. We kruisen ze volkomen willekeurig zodat ze 25000 puppen opleveren. Deze nieuwe generatie zal een genetische diversiteit hebben, vergelijkbaar met de huidige ISDS populatie. In dit voorbeeld kunnen we de 8 effectieve honden aanwijzen, maar in werkelijkheid kunnen we dat niet omdat de chromosomen geselecteerd zijn gedurende vele generaties uit verschillende honden.

Je zou kunnen denken: "maar Wiston Cap moet toch een van die effectieve honden geweest zijn". Wiston Cap heeft inderdaad een flinke reductie teweeg gebracht in het effectief aantal genen, maar hij heeft geen genen toegevoegd. Hij heeft ervoor gezorgd dat een bepaalde (gunstige) combinatie van genen uit zijn voorouders meer dominant is geworden.

Deze berekeningen geven het gevaar van inteelt aan. Als je maar lang genoeg door gaat dan blijft er helemaal geen genetische diversiteit meer over, alle honden zijn dan genetisch identiek. Dat is zo in elke gesloten populatie. Dat is ook het gevaar van een register. Een register stelt regels over wat geregistreerd mag worden en beperkt zo de import van vers genenmateriaal, bij de border collie is in het verleden bijvoorbeeld de whippet gebruikt. Sommige mensen hebben onder andere om deze reden gevochten tegen erkenning van de border collie door de FCI, omdat het meestal de doodsteek betekent voor genetische diversiteit die nodig is om het werkvermogen in stand te houden of in ieder geval een voldoende genenpool om verbeteringen mogelijk te maken. Voor zover ik weet is bij de meeste andere hondenrassen EG nog veel lager, vaak tussen 1 en 2.

In de medische onderzoekswereld worden genetisch identieke 'stammen' (vaak muizen) gebruikt voor onderzoek waarbij genetische invloed uitgeschakeld moet worden. Bij de border collie zou dat ook handig kunnen zijn als we eenmaal een 'ideale' border collie gefokt zouden hebben (wat is dat er eigelijk voor een?). Op trials zien we dan alleen nog het effect van de handler (we nemen dan uiteraard ook gekloonde schapen). Maar het is de vraag of het dan nog leuk is.

Volgende: 4. INTEELT