Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zur molekulargenetischen Rassendifferenzierung bei Canis familiaris

Völkel, Inger

The objective of this thesis was to find ways to differentiate dog breeds on the base of their molecular genetics. Due to the lack of existing diagnostic markers in modern pure-bred dogs, a combination of methods was developed and evaluated. The effectiveness of these methods in determining the population membership of each individual was assessed in previous published studies.   The analysis is based on 375 animals drawn from 14 breeds, chosen because of their morphology, breed history and degree of kinship. The molecular genetic analysis used nine autosomal microsatellites and a fragment of mitochondrial d-loop consisting of 250 base pairs.   The first section of the thesis describes the genetic characterisation of the reference populations in terms of their biodiversity and divergence. In the course of this analysis, problems regarding the genetic differentiation of various breeds became apparent. Therefore, different methods of breed assignment were subsequently used for self-classification of the reference data. The confidence of breed assignment showed, consistent with the literature, variation which correlated with the FST value. Further analysis of the population structure did not support the original classification of the dogs into 14 original populations. Instead it showed a significant splitting into several groups for some of the breeds. The most consistent breed clusters resulted from the assumption of 10 or 12 populations. This result proves that, in some cases, there is no congruence between the populations which were subjectively defined as breeds and their genetic equivalent.   The next part of the thesis deals with practical applications. The confidence of the reference data collected in the first part was reassessed through assignments with 40 blind tests from animals out of the analysed breed spectrum as well as other breeds. Breeds were assigned using a combination of methods.   In general the combined methods described yielded good results. However, mitochondrial haplotypes proved to be useful only with double blind tests. While the exclusive usage of the examined breeds resulted in an assignment success of 91.6%, the double blind test showed a success rate of only 81.5%. In total, the breed origin of 35 out of 40 animals (87.5%) was successfully determined. The analysis of various cross-breds confirmed reports of research on equines which showed that a successful identification of hybrids depends on the degree of genetic distinction of the ancestor breeds. In this study the genetic contribution of four individual populations could be identified in one cross-bred dog. In summary, this study has demonstrated that, using the chosen combination of methods, and subject to certain limitations, dog breed allocation is definitely feasible.

Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand darin, auf der Basis molekulargenetischer Untersuchungen Möglichkeiten zur Rassendiskriminierung beim Hund aufzuweisen. Aufgrund des Mangels an diagnostischen Markern bei modernen Rassehunden wurde dafür auf eine Kombination methodischer Ansätze zurückgegriffen, die sich bereits in vergangenen Studien als vielversprechend für die Bestimmung von Ausgangspopulationen erwiesen hatten.   In die Analyse flossen die Daten von 375 Tieren aus 14 Hunderassen ein, die nach Phänotyp,  Zuchtgeschichte und Verwandtschaftsgrad ausgewählt worden waren. Die Basis für die molekulargenetischen Untersuchungen bildeten neun autosomale Mikrosatelliten sowie ein 250bp langes Fragment der mitochondrialen Kontrollregion.   Der erste Abschnitt dieser Arbeit beinhaltet die genetische Charakterisierung der Referenzpopulationen bezüglich ihrer Biodiversität und ihres Divergenzverhaltens. Bereits in diesem Stadium wurden Probleme im Hinblick auf die Abgrenzbarkeit einzelner Rassen voneinander ersichtlich. Zur Selbstklassifizierung der Referenzdaten wurden anschließend verschiedene Methoden des „Breed Assignment“ durchgeführt. Die Zuordnungssicherheit der Rassen variierte dabei – im Einklang mit der Literatur – in Abhängigkeit vom FST-Wert. Die Analyse der Populations-Struktur spiegelte darüber hinaus nicht die ursprüngliche Einteilung der Hunde in ihre 14 Ausgangspopulationen wider, sondern zeigte für einige Rassen starke Aufsplitterung in mehrere Gruppen. Die meisten sinnvollen Rassen-Cluster ergaben sich unter der Annahme von 10 bzw. 12 Populationen. Dadurch konnte gezeigt werden, dass in einigen Fällen keine Kongruenz zwischen den subjektiv als Rassen definierten Populationen und ihren genetischen Entsprechungen vorliegt.   In dem sich anschließenden Teil der Arbeit wurden praxisbezogene Anwendungen durchgeführt. Die Überprüfung der Zuverlässigkeit der im ersten Abschnitt ermittelten Referenzdaten erfolgte durch Assignment-Tests mit 40 Blindproben. Diese setzten sich sowohl aus Tieren des eigenen Rassespektrums als auch aus Fremdrassen zusammen. Das „Breed assignment“ wurde mittels kombinierter Methodik vorgenommen.   Insgesamt wurden für die Methodenkombinationen gute Ergebnisse erzielt, wobei die mtDNA-Haplotypen sich jedoch nur bei doppelten Blindproben von Nutzen erwiesen. Während bei ausschließlicher Verwendung der untersuchten Rassen eine Erfolgsquote von 91,6% erreicht werden konnte, betrug dieser Anteil bei den Doppelblindproben nur 81,5%. Insgesamt wurde folglich bei 35 von 40 Tieren die Rassenidentität erfolgreich erkannt (87,5%). Die Untersuchung verschiedener Mischlinge bestätigte Berichte über Untersuchungen beim Pferd, denen zufolge eine erfolgreiche Identifizierung von Hybriden vom Divergenzgrad der beteiligten Ursprungsrassen abhängig ist. In der vorliegenden Arbeit konnten beim 4-Rassen-Mischling Genanteile einzelner Populationen identifiziert werden. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit Hilfe der hier gewählten Methodenkombination eine Rassenbestimmung beim Hund – in Grenzen – sehr wohl möglich ist.

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Völkel, Inger: Untersuchungen zur molekulargenetischen Rassendifferenzierung bei Canis familiaris. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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