Коэффициент инбридинга

Коэффициент инбридинга ( IK или F для краткости ; см. Также коэффициент : "Beizahl, Vorzahl") вычисляет вероятность того, что такая же (случайно выбранная) генетическая информация будет обнаружена в потомстве родителей, которые уже имеют близкое биологическое родство, как и у последнего общего предка двух родителей. Этот коэффициент соответствует примерно половине коэффициента отношения двух родителей друг к другу, потому что они наследуют только 50% своего генетического состава . Потомки однояйцевых близнецов или клонов (копий) полностью идентичны по генетическому составу по сравнению с их родителями , потому что это уже генетически идентичные особи - следовательно, у них также есть коэффициент инбридинга 1/2 = 50%. Напротив, статистическая вероятность того, что любые два человека, которые не являются близкими родственниками из одной и той же группы населения, имеют одинаковую случайно выбранную генетическую информацию и вместе передают ее своему потомству, составляет около 3%.

С точки зрения генетики , коэффициент инбридинга позволяет математически прогнозировать степень, в которой потомство в любом месте хромосомы ( локуса ) унаследовало два идентичных состояния гена ( аллели ) от обоих предков (чистота: гомозиготность ). Расчет был разработан в 1920-х годах американским генетиком Сьюэлом Райтом ( см. Ниже ).

Поскольку возросший коэффициент инбридинга приводит к более высокой гомозиготности потомства , и большинство наследственных заболеваний наследуются отступая ( рецессивных ), он может в региональных или социальных условиях ограниченного населения или населения , которые только или в основном друг с другом помощник для наследственных заболеваний в эндогамным популяции происходят (также см Наследственные заболевания у человека инбридинга , человеческое генетическое консультирование ).

Обзор

Вероятность генетического соответствия увеличивается, когда родители находятся в близком родстве , и уменьшается по мере того, как в большем количестве поколений находится последний общий предок . Следующая таблица коэффициентов инбридинга рассчитана из коэффициентов родства, разделенных на 2, поскольку значения относятся к (будущим) детям родственных особей , то есть на 1 поколение вперед:

спаривание	Коэффициент отношения (R)	Коэффициент инбридинга для потомства (F), (IK)
однояйцевые близнецы или два клона	1/1 00= 1,00 00000= 100% совпадение	1/2 00= 50% ...
Родитель ∞ ребенок	1/2 00= 0,50 00000= 050% ...	1/4 00= 25% ...
Брат ∞ сестра	1/2 00= 0,50 00000= 050% ...	1/4 00= 25% ...
Сводный брат ∞ сводная сестра	1/4 00= 0,25 00000= 025% ...	1/8 00= 12,50% ...
Дедушка и бабушка ∞ внук	1/4 00= 0,25 00000= 025% ...	1/8 00= 12,50% ...
Дядя, тетя ∞, племянник, племянница	1/4 00= 0,25 00000= 025% ...	1/8 00= 12,50% ...
Двоюродный брат ∞ двоюродный брат (1-я степень)	1/8 00= 0,125 0000= 012,5% ...	1/16 0= 06,25% ...
Двоюродный брат ∞ двоюродный брат (1 степень, 1 поколение отложено)	1/16 0= 0,0625 000= 006,25% ...	1/32 0= 03,125% ...
Двоюродный брат ∞ двоюродный брат	1/32 0= 0,03125 00= 003,125% ...	1/64 0= 01,56% ...
Двоюродный брат ∞ Третий двоюродный брат	1/128 = 0,0078125 = 000,78125% ...	1/256 = 00,39% ...
два случайных человека (из одной группы населения)	00000≈ 0,06 00000≈ 006% статист. Матчи	00000≈ 02–4% статистических совпадений

кузены

Расстояние между кузенами (1-я степень: нормальная) и кузенами 2-й степени смещается на 2 степени родства: по прямой линии предков существует 1 поколение назад от их общих предков, прадедов и прадедов (или только до прадедушка), а затем в двух ветвях семьи (боковые линии) снова 1 перед нынешним поколением (см. также прямую и боковую связь ). Соответственно, ценности «дальних» родственников составляют лишь четверть от стоимости 1-й степени. В случае двоюродных братьев 3-й степени (2 защитника, 2 нападающих) значения значительно ниже среднего статистического и незначительны. Эти низкие значения представляют собой небольшой генетический «наследник» первоначальных прадедов (или прадедов), которые родили двух детей, которые, в свою очередь, установили две разные стороны двоюродных братьев третьей степени.

Предпочтение родственников

Уровень коэффициента родства также играет роль в объяснении бескорыстных действий ( альтруизма ) у людей и животных или в социальной преемственности (см. Отбор родственников ). В социобиологии и психобиологии уровень коэффициента родства индивидов позволяет делать соответствующие прогнозы об их поведении, что обеспечивает более успешное воспроизводство их собственного гена .

Процедура оценки

Для групп или популяций можно рассчитать среднее значение по всем их членам. Чтобы иметь возможность рассчитать их коэффициент инбридинга, необходимо знать степень кровного родства их предков . Утверждения возможны только на определенной временной глубине, потому что с увеличением количества поколений все вычисления из-за отсутствия доказанных предков (или потери предков ) становятся оценками с более или менее большими статистическими ошибками .

Для того , чтобы приблизительно оценить инбридинг коэффициентов для отдельных лиц, социальных групп или частей населения, частоту фамилий их предков можно оценить: Если оба родителя имел одинаковое имя , прежде чем их брак ( изонимия ), более высокий коэффициент инбридинга предполагается.

Использование в разведении

В животноводстве есть данные по многим видам и расам, которые показывают отрицательную взаимосвязь между коэффициентом инбридинга и потерей продуктивности, например, в отношении удоя, фертильности или призовых денег; это называется инбридинговой депрессией (снижение приспособленности ). В таких случаях селекция заключается в поддержании как можно более низкого коэффициента инбридинга.

С другой стороны, инбридинг с предком с особенно хорошими показателями также может привести к увеличению этих показателей у его потомства, что перевешивает неблагоприятное влияние инбридинговой депрессии. В таких случаях это вопрос баланса между увеличением продуктивности, связанным с инбридингом, и возникающей депрессией инбридинга.

В популяциях , которые подлежат полному инбридинговому восстановлению ( чистке ), больше нет никакой связи между коэффициентом инбридинга и депрессией инбридинга .

расчет

Точный метод Райта

Коэффициенты инбридинга можно рассчитать несколькими способами. Точный (сложный) расчет обеспечивается формулой американского генетика Сьюэлла Райта , которую он разработал в 1920-х годах:

${\ displaystyle F_ {I} = \ sum \ left ({\ frac {1} {2}} \ right) ^ {n_ {1} + n_ {2} +1} \ cdot (1 + F_ {A_ {i }})}$

${\ displaystyle n_ {1}}$ = Количество поколений от отца до общего предка
${\ displaystyle n_ {2}}$ = Количество поколений от матери до общего предка
${\ displaystyle F_ {A_ {i}}}$ = Коэффициент инбридинга общего предка

Расчет с использованием коэффициентов изономии

Поскольку формула Райта включает коэффициенты инбридинга отдельных предков, для вычисления Райта быстро требуется очень высокая вычислительная мощность, в зависимости от количества поколений. Следовательно, для менее сложных вычислений существует следующая формула аппроксимации:

${\ displaystyle IK = \ sum {\ frac {1} {2 ^ {n_ {1} + n_ {2} +1}}}}$

${\ displaystyle IK}$ = Коэффициент изономии (аппроксимация коэффициента инбридинга)
${\ displaystyle n_ {1}}$ = Поколения между отцом и общими предками
${\ displaystyle n_ {2}}$ = Поколения между матерью и общими предками

Он рассчитывается для каждого повторяющегося предка, а затем суммируется. Предки включаются более одного раза, если они передаются через других предков; поэтому родители нескольких предков не включаются, поскольку они уже являются частью предка. Коэффициент инбридинга отдельных предков не учитывается, что означает, что полученное приблизительное значение является слишком низким.

Другие методы

Другие методы расчета, особенно подходящие для очень больших популяций (более 100 000 особей), - это расчет инбридинга согласно Quaas (1976), согласно Meuwissen (1992) и согласно van Raden (1992). Их преимущество перед методом Райта заключается в значительно более быстром вычислении хороших приближений коэффициента инбридинга даже при очень большом количестве данных.

Смотри тоже

Коэффициент потери предков (отдельные предки появляются в нескольких наследственных положениях одновременно)
Инбридинг у людей

литература

Генеральный:

Хорст Кройсслих , Готфрид Брем (Hrsg.): Животноводство и общее сельскохозяйственное обучение ветеринаров. Энке, Штутгарт 1997, ISBN 3-432-26621-9 .
Адриан Моррис Срб, Рэй Дэвид Оуэн , Роберт Стюарт Эдгар: Общая генетика. 2-е издание. Фриман, Сан-Франциско / Лондон, 1965, Библиотека Конгресса 65-19558 (на английском языке).

Методы:

Th. Meuwissen, Z. Luo: Расчет коэффициентов инбридинга в больших популяциях. В: Genet Sel Evol. Volume 24, 1992, pp. 305-313 (английский; PMC 2711146 (свободный полный текст)).
RL Quaas: вычисление диагональных элементов и инверсии матрицы отношений с большим числителем. В кн . : Биометрия. Volume 32, 1976, pp. 949-953 (английский; превью: JSTOR 2529279 ).
П.М. ван Раден: Учет инбридинга и скрещивания при генетической оценке больших популяций. В: Journal of Dairy Science. Volume 75, No. 11, 1992, pp. 3136-3144 (на сайте journalofdairyscience.org).
Сьюэлл Райт : Коэффициенты инбридинга и родства. В кн . : Американский натуралист. Volume 56, 1922, pp. 330-338 (английский; полный текст: JSTOR 2456273 ).

Индивидуальные доказательства

↑ ^а^б Hansjakob Müller u. а .: Медицинская генетика: планирование семьи и генетика. В: Швейцарский медицинский форум. Том 5, № 24, Швейцарская академия медицинских наук, Basel 2005, стр 639-641, здесь р 640 (.. PDF: 123 Кб, 3 страницы на medicalforum.ch ( сувенир от 29 марта 2018 года в Internet Archive )) ; Цитата: «Генетические риски в родственных браках: физические и умственные отклонения (включая раннюю детскую смертность) среди потомков родственных родителей (базовый риск в популяции около 3%)».
^ Эндрю Рид, Дайан Доннаи: Прикладная генетика человека. Де Грюйтер, Берлин, 2008 г., ISBN 978-3-11-020867-2 , стр. 251 (впервые опубликовано в Великобритании в 2007 г .; предварительный просмотр страниц в поиске книг Google); Цитата: «Коэффициент инбридинга человека описывает долю локусов, по которым можно ожидать, что рассматриваемый человек является гомозиготным из-за кровного родства его родителей [...], а также описывает вероятность того, что заинтересованное лицо унаследует два гена в любом локусе. которые идентичны по своему происхождению ".
↑ ^a^b^c Ян Муркен и др.: Инбридинг и коэффициент родства в различных родственных отношениях. В кн . : Генетика человека. 7-е, полностью переработанное издание. Георг Тим Верлаг, 2006, ISBN 978-3-13-139297-8 , стр. 252: таблица (там также точные формулы; предварительный просмотр страницы в поиске книг Google).
^ FM Ланкастер: Коэффициент инбридинга (F) и его приложения. В кн . : Генетические и количественные аспекты генеалогии. 2015, по состоянию на 1 июня 2020 г. (см. Раздел «Ближайшая форма инбридинга» и табл. 19). Сравните также квадрат Пеннета (комбинированный квадрат ).
^ Сьюэлл Райт : Коэффициенты инбридинга и родства. В кн . : Американский натуралист. Volume 56, 1922, pp. 330-338 (английский; JSTOR 2456273 ).
^ RL Quaas: вычисление диагональных элементов и инверсии большой матрицы отношений числителя. В кн . : Биометрия. Volume 32, 1976, pp. 949-953 (английский; превью: JSTOR 2529279 ).
↑ Th Meuwissen, Z. Luo: Расчет коэффициентов инбридинга в больших популяциях. В: Genet Sel Evol. Volume 24, 1992, pp. 305-313 (английский; PMC 2711146 (свободный полный текст)).
^ PM van Raden: Учет инбридинга и скрещивания в генетической оценке больших популяций. В: Journal of Dairy Science. Volume 75, No. 11, 1992, pp. 3136-3144 (на сайте journalofdairyscience.org).

[SAMW_2005-1] а^б Hansjakob Müller u. а .: Медицинская генетика: планирование семьи и генетика. В: Швейцарский медицинский форум. Том 5, № 24, Швейцарская академия медицинских наук, Basel 2005, стр 639-641, здесь р 640 (.. PDF: 123 Кб, 3 страницы на medicalforum.ch ( сувенир от 29 марта 2018 года в Internet Archive )) ; Цитата: «Генетические риски в родственных браках: физические и умственные отклонения (включая раннюю детскую смертность) среди потомков родственных родителей (базовый риск в популяции около 3%)».

[Read,Donnai_2008-2] Эндрю Рид, Дайан Доннаи: Прикладная генетика человека. Де Грюйтер, Берлин, 2008 г., ISBN 978-3-11-020867-2 , стр. 251 (впервые опубликовано в Великобритании в 2007 г .; предварительный просмотр страниц в поиске книг Google); Цитата: «Коэффициент инбридинга человека описывает долю локусов, по которым можно ожидать, что рассматриваемый человек является гомозиготным из-за кровного родства его родителей [...], а также описывает вероятность того, что заинтересованное лицо унаследует два гена в любом локусе. которые идентичны по своему происхождению ".

[Murken-2006-3] Ян Муркен и др.: Инбридинг и коэффициент родства в различных родственных отношениях. В кн . : Генетика человека. 7-е, полностью переработанное издание. Георг Тим Верлаг, 2006, ISBN 978-3-13-139297-8 , стр. 252: таблица (там также точные формулы; предварительный просмотр страницы в поиске книг Google).

[4] FM Ланкастер: Коэффициент инбридинга (F) и его приложения. В кн . : Генетические и количественные аспекты генеалогии. 2015, по состоянию на 1 июня 2020 г. (см. Раздел «Ближайшая форма инбридинга» и табл. 19). Сравните также квадрат Пеннета (комбинированный квадрат ).

[Wright_1922-5] Сьюэлл Райт : Коэффициенты инбридинга и родства. В кн . : Американский натуралист. Volume 56, 1922, pp. 330-338 (английский; JSTOR 2456273 ).

[Quaas_1976-6] RL Quaas: вычисление диагональных элементов и инверсии большой матрицы отношений числителя. В кн . : Биометрия. Volume 32, 1976, pp. 949-953 (английский; превью: JSTOR 2529279 ).

[Meuwissen_1992-7] Th Meuwissen, Z. Luo: Расчет коэффициентов инбридинга в больших популяциях. В: Genet Sel Evol. Volume 24, 1992, pp. 305-313 (английский; PMC 2711146 (свободный полный текст)).

[Raden_1992-8] PM van Raden: Учет инбридинга и скрещивания в генетической оценке больших популяций. В: Journal of Dairy Science. Volume 75, No. 11, 1992, pp. 3136-3144 (на сайте journalofdairyscience.org).

Languages