Linda Boettger1,2 und Diane P. Genereux2

1. Stanford University School of Medicine; 2. Broad Institute of MIT and Harvard

Bei reinrassigen Hunden und gelegentlich sogar bei Mischlingen der ersten Generation bestätigen die Dienste zur Rassenbestimmung oft nur, was der Hundebesitzer bereits weiß. Manchmal ist ein Stammbaum verfügbar, der über mehrere Generationen reinrassiger Vorfahren zurückverfolgt werden kann und im Wesentlichen vollständige Informationen über die Abstammung des Tieres liefert. In anderen Fällen führt die umfassende Erfahrung des Besitzers zu der richtigen Intuition, dass so schlaffe Ohren und eine so scharfe Nase auf eine vollständige oder nahezu vollständige Beagle-Abstammung hinweisen müssen. Bei der Untersuchung der Abstammung eines Mischlings hingegen führt der DNA-basierte Rückschluss oft zu überraschenden Ergebnissen.

Der DNA-basierte Rückschluss auf die Abstammung kann von großem praktischen Nutzen sein. Sie kann verwendet werden, um Familienstreitigkeiten über die Abstammung eines geliebten Köters beizulegen, und sie kann zumindest die Aussicht bieten, die Gesundheit eines Haustiers zu schützen. Wenn man beispielsweise feststellt, dass ein Köter von einer Rasse abstammt, die bekanntermaßen ein hohes Krebsrisiko hat, könnte man empfehlen, ihn häufiger auf Tumore untersuchen zu lassen.

Wie bei jeder neuen Methode gibt es jedoch auch bei der Ahnenforschung Herausforderungen und Unsicherheiten. Hier bieten wir Hintergrundinformationen, die für diejenigen nützlich sein könnten, die einen Abstammungsdienst in Erwägung ziehen oder mit der Interpretation überraschender Ergebnisse kämpfen. Wir beginnen mit einer Erörterung der biologischen Prozesse, die zu den faszinierenden, komplexen Genomen von Mutanten führen, und geben dann einen Überblick darüber, wie bestehende Ansätze versuchen, diese genomische Komplexität zu entwirren, um Erkenntnisse über die Abstammung von Rassen zu gewinnen. Abschließend erörtern wir einige der Herausforderungen, die die Rückschlüsse auf die Abstammung beeinträchtigen können, und erläutern, welche Art von Informationen in den nächsten Jahren benötigt werden, um diese Herausforderungen zu bewältigen.

Was ist ein reinrassiger Hund? Was ist ein Mischling?

Um eine genaue Definition des Begriffs “Mischling” zu finden, ist es sinnvoll, sich zu überlegen, wie die Hunde entstanden sind. Die verfügbaren Daten deuten darauf hin, dass anfänglich zufällige Interaktionen mit dem Menschen die Ursprünge der Hunde erklären könnten (Larson und Fuller, 2014). Nehmen wir für den Moment an, dass einige alte Wölfe den Menschen gegenüber misstrauisch waren und andere sich vergleichsweise wohl fühlten. Nach dieser Interpretation könnte die zunehmende Verfügbarkeit menschlicher Essensreste mit dem Anwachsen der menschlichen Bevölkerung eine neue Hauptnahrungsquelle für die geselligeren Wölfe dargestellt haben. Schließlich bildeten diese Tiere eine eigene Population, die es vorzog, in der Nähe des Menschen zu leben, und die sich eher untereinander als mit ihren wilderen Verwandten paarte.

Wenn es, wie in jedem evolutionären Szenario erforderlich, eine genetische Grundlage für das Merkmal gab, das diese beiden beginnenden Populationen unterschied – in diesem Fall wäre das eine Reihe von Mutationen, die das Wohlbefinden eines einzelnen Wolfs in der Nähe des Menschen beeinflussen -, dann ist es möglich, dass die Verfügbarkeit von Nahrung in der Nähe der menschlichen Populationen den Ursprung der Hunde aus ihren wilden Wolfsvorfahren erklärt. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass bei diesem Szenario die Hunde nicht vom Menschen domestiziert wurden. Stattdessen schuf der Mensch einfach ein Umfeld, das die Selbstdomestizierung durch eine Untergruppe von Wölfen ermöglichte, die zufällig genetisch so veranlagt waren, dass sie zumindest ein wenig tolerant gegenüber Menschen waren.

Abbildung 1. Die Ursprünge der modernen Rassen. Obwohl der genaue Zeitpunkt nach wie vor umstritten ist, wird allgemein angenommen, dass sich Hunde als eine vom Wolf getrennte Population in Eurasien vor 10.000 bis 40.000 Jahren entwickelt haben (Larson und Fuller, 2014). In diesem Szenario waren die meisten Wölfe zwar weiterhin misstrauisch gegenüber Menschen und unterlagen in freier Wildbahn der natürlichen Auslese, aber einige wenige waren in der Lage, das Leben in der Nähe von Menschen zu tolerieren und vielleicht auch deren Nahrungsabfälle zu nutzen. Aus dieser Untergruppe von Wölfen entstand schließlich eine genetisch unterschiedliche Population von Tieren, die in der Lage sind, in der Nähe von Menschen zu leben. Spezifische Hunderassen entstanden erst in jüngerer Zeit, wobei die meisten Rassen vor weniger als 150 Jahren entstanden sind (Larson et al., 2012). Während dieses Prozesses wurden Hunde durch Selektion auf bestimmte Eigenschaften wie Kämpfen, Hüten, Jagen oder einfach nur als gute Begleiter gezüchtet.

Es wird allgemein angenommen, dass moderne Hunderassen vor etwa 150 Jahren entstanden sind, während der viktorianischen Ära – lange nach der Entstehung der Hunde aus ihren Wolfsvorfahren. Diese Schlussfolgerung ergibt sich aus der Beobachtung, dass Menschen Paare von Hunden kreieren, die Eigenschaften teilen, die für bestimmte Aufgaben als nützlich erachtet werden, wodurch unterschiedliche Gruppen von Hunden entstehen, die zunehmend mit genetischen Mutationen angereichert sind, die für bestimmte Merkmale kodieren (Larson et al., 2012). Wie in jedem evolutionären Prozess entstanden die relevanten Mutationen zunächst zufällig und wurden später durch selektive Zucht begünstigt. Verschiedene Gruppen, darunter der American Kennel Club und der Kennel Club of India, definierten schließlich verschiedene Rassen, was schließlich zur Definition eines reinrassigen Hundes als ein Hund führte, dessen gesamte Abstammung durch im Zuchtbuch eingetragene Individuen repräsentiert ist (“Inherited Defects in Pedigree Dogs. Teil 2: Störungen, die nicht mit dem Rassestandard zusammenhängen”, 2010). Im Zusammenhang mit den selektiven Zuchtprozessen, durch die verschiedene Rassen entstanden sind und heute erhalten werden, kann ein Mischling als ein Hund definiert werden, dessen Abstammung auf mehr als eine genetisch unterschiedliche Linie zurückgeht.

Das Ziel der Ahnenforschung besteht also darin, aus den genetischen Informationen eines Mischlings zu schließen, welche Hunderassen unter seinen Vorfahren vorhanden waren und welchen relativen genetischen Beitrag sie geleistet haben.

DNA-Sammlung von einem Hund

Der erste Schritt bei der Bestimmung der Abstammung ist die Sammlung und Extraktion von DNA für die genetische Bewertung. Glücklicherweise ist Speichel eine hervorragende DNA-Quelle – und die meisten Besitzer finden, dass er recht einfach zu sammeln ist. Schon nach wenigen Augenblicken im Maul des Hundes ist einer der von einem kommerziellen Genotypisierungsdienst zur Verfügung gestellten Abstrichtupfer in der Regel mit einer Fülle von Zellen bedeckt. Dabei handelt es sich hauptsächlich um zwei Arten von Zellen: weiße Blutkörperchen, die im Speichel schweben und an der Immunreaktion beteiligt sind, und Epithelzellen, die das Maul auskleiden und in der Regel etwa alle 24 Stunden erneuert werden. Nach der Entnahme der Zellen wird der Abstrich (Abb. 2A) an ein Unternehmen für Abstammungsdiagnosen geschickt. Dort werden die Zellmembranen aufgebrochen (Abb. 2B) und der Zellkern (Abb. 2C), in dem sich die DNA befindet, freigelegt, um dann die DNA aus dem Zellkern zu lösen (Abb. 2D). Proteine und andere Biomoleküle können dann weggewaschen werden, so dass eine hochwertige DNA-Probe entsteht.

Abbildung 2. Isolierung von DNA für den Rückschluss auf die Abstammung. Während eines kurzen Aufenthalts im Maul eines Hundes nimmt ein Speichelabstrich (A) viele Epithel- und Immunzellen (B) auf. Anschließend können die Zellkerne (C) aus den Zellen isoliert und lysiert werden, um die DNA (D) freizusetzen, die dann gereinigt und für die Genotypisierung oder Sequenzierung verwendet werden kann.

Obgleich dieser Prozess der DNA-Isolierung aus Speichelabstrichen beeindruckend robust ist und qualitativ hochwertige DNA von großen Hunden, kleinen Hunden, Erwachsenen und Welpen gleichermaßen liefern kann, ist er nicht ohne Geheimnisse. In diesem Sommer haben wir zum Beispiel zusammen mit einigen Kollegen wöchentlich Speichelproben von sechs Welpen gesammelt. Zu unserer Überraschung war das Verhältnis von weißen Blutkörperchen und Epithelzellen pro Speichelprobe bei den einzelnen Tieren und von Woche zu Woche sehr unterschiedlich. Noch überraschender war, dass ein Jungtier durchweg deutlich mehr Zellen pro Probe aufwies als seine Geschwister. Wir hoffen, dass wir irgendwann herausfinden werden, was diese dramatischen Unterschiede erklären könnte. Im Moment ist es jedoch beruhigend, dass selbst die Proben mit der geringsten Ausbeute in der Regel genug DNA enthalten, um Rückschlüsse auf die Abstammung zu ziehen.

How to make a mutt: Chromosomenvererbung und -austausch

Bei Menschen und Hunden tragen Mutter und Vater fast gleichermaßen zum Genom ihrer Nachkommen bei. Das Hundegenom ist in 38 Autosomenpaare (der Mensch hat 22 Sätze) und ein Geschlechtschromosomenpaar (auch der Mensch hat ein Geschlechtschromosomenpaar) unterteilt. Jedes der 38 Autosomenpaare des Hundes besteht aus einem Chromosom, das von der Eizelle der Mutter stammt, und einem, das von den Spermien des Vaters stammt. Das Genom des Mitochondriums, ein kleines DNA-Fragment, das viele am Stoffwechsel beteiligte Gene enthält, wird immer von der Mutter beigesteuert.

Um die genetische Herkunft eines Mischlings zu modellieren, betrachten wir zunächst die Paarung zweier reinrassiger Hunde: eines Labrador-Retriever-Rüden und einer Pudelhündin. Die Spermien des Rüden und die Eizellen der Hündin, die jeweils eine Kopie jedes Chromosoms tragen, verbinden sich zu einem Labrador-Pudel-Mix, der von jedem Elternteil eine Kopie jedes Chromosoms trägt.

Abbildung 3. Eine Eizelle eines weiblichen Pudels wird durch ein Spermium eines männlichen Labrador Retrievers befruchtet, wodurch ein Labrador-Pudel-Mix entsteht. Für jedes Chromosomenpaar hat der Nachkomme eine Kopie, die von der Mutter stammt (lila), und eine Kopie, die vom Vater stammt (rosa). Hinweis: Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in dieser und den folgenden Abbildungen nur eines der 39 Chromosomenpaare des Hundes dargestellt.

In einer parallelen Paarung paaren sich eine weibliche Beagle-Mutter und ein männlicher Mops, wodurch ein männlicher Mops-Beagle-Mix entsteht.

Abbildung 4. Das Ei eines Beagle-Weibchens wird durch das Sperma eines Mops-Männchens befruchtet, wodurch ein Mops-Beagle-Mix entsteht. Für jedes Chromosomenpaar hat der Nachkomme ein Exemplar, das von der Mutter stammt (schwarz), und ein Exemplar, das vom Vater stammt (blau).

Um zu verstehen, wie es dazu kommt, dass ein Mischling genetische Beiträge von mehreren verschiedenen Rassen enthält, müssen wir zur nächsten Generation übergehen. Wie zuvor tragen sowohl die Mutter – hier ein Labradoodle – als auch der Vater – hier ein Puggle – eines der Chromosomen in jedem Paar bei. Anstatt jedoch dieselben Chromosomen weiterzugeben, die sie selbst geerbt haben, steuern die Eltern rekombinierte Chromosomen bei, die eine Kombination aus Fragmenten ihrer eigenen Eltern sind (Abbildung 5). In diesem Beispiel würde der resultierende Welpe als Mischling bezeichnet werden und hat DNA, die von Vorfahren von vier verschiedenen Rassen stammt.

Abbildung 5. Eine Eizelle eines weiblichen Labrador-Pudels wird durch ein Spermium eines männlichen Mops-Beagle-Mixes befruchtet, wodurch ein Mischling entsteht. Für jedes Chromosomenpaar erbt der Nachkomme eine Chromosomenkopie von der Mutter (lila und rosa) und eine Chromosomenkopie vom Vater (schwarz und blau). Bei dieser Verpaarung sind die beiden Elternteile selbst Mischlinge. Wenn also der Labrador-Pudel-Mix Eier und der Mops-Beagle-Mix Spermien produziert, enthalten die resultierenden Chromosomen DNA von mehr als einer Rasse.

Rekombination bedeutet einen fairen Austausch von genetischem Material zwischen den beiden Chromosomen, aus denen jedes Paar besteht. Jedes Rekombinationsereignis führt zu einer neuen Version des ursprünglichen Chromosoms, bei der die Gesamtmenge des genetischen Materials dieselbe ist wie zuvor, aber anders auf die beiden Chromosomen aufgeteilt ist. Die Rekombination ist ein fester Bestandteil der Produktion von Spermien und Eizellen – selbst bei einem reinrassigen Beagle oder Pudel tauschen die Chromosomen innerhalb jedes Paares Teile aus. Die Folgen sind jedoch am deutlichsten, wenn die rekombinierenden Chromosomen eine unterschiedliche Geschichte haben.

Ermittlung der Abstammung eines Mischlings durch Vergleich mit Referenzgenomen von reinrassigen Hunden

Die Ermittlung der lokalen Abstammung funktioniert, indem festgestellt wird, welche Rasse am wahrscheinlichsten zu jedem Teil des Genoms eines Mischlings beigetragen hat. Sobald für jedes Chromosomenstück eine Schlussfolgerung gezogen wurde, können diese Schlussfolgerungen summiert werden, um den Gesamtanteil der einzelnen Rassen am Genom des Köters zu schätzen.

Um auf den wahrscheinlichsten Urheber eines bestimmten Chromosomenstücks zu schließen, müssen wir natürlich irgendwie zwischen den genetischen Beiträgen der verschiedenen Rassen unterscheiden können. Glücklicherweise ist zwar der größte Teil des Genoms bei allen Hunden sehr ähnlich, aber jede Rasse enthält spezifische genetische Veränderungen, so genannte Mutationen, die entweder nur bei ihr vorkommen oder zumindest viel häufiger als bei anderen Rassen. Einige dieser Mutationen sind direkt für die Merkmale einer bestimmten Rasse relevant. Andere wiederum treten nur bei einer Rasse auf oder sind bei ihr häufiger als bei anderen, haben aber keine bekannte Bedeutung für die spezifischen körperlichen Merkmale der Rasse. Mutationen beider Arten sind für Rückschlüsse auf die Abstammung nützlich. In den Abbildungen 3-6 sind die Mutationen, die für einzelne Rassen spezifisch sind und Rückschlüsse auf die Abstammung der Rasse zulassen, durch die Chromosomenfarbe dargestellt.

Abbildung 6. Rückschlüsse auf die Abstammung einer Rasse durch Vergleich eines Kötergenoms mit einem Satz von Referenzgenomen. Um die Abstammung eines Köters zu bestimmen, wird ein Satz von Referenzgenomen der Rasse (A) gesammelt und dann mit dem Genom des interessierenden Köters (B) verglichen, um die Abstammung für jedes Chromosomenstück zu bestimmen und die Beiträge zur Gesamtabstammung zu schätzen. Der obige Mischling hat etwa zu gleichen Teilen Mops-, Labrador-Retriever-, Pudel- und Beagle-Vorfahren, was zu erwarten ist, da er einen Großelternteil aus jeder dieser vier verschiedenen Rassen hat.

Die Schritte zur Ableitung der Abstammung eines Mischlings sind dann folgende:

1. Sammeln Sie einen Satz genetischer Daten von reinrassigen Hunden (Abbildung 6A)
2. Sammeln Sie genetische Daten von dem interessierenden Mischling (Abbildung 6B)
3. Vergleichen Sie das Genom des Mischlings mit einem Referenzgenom, stellen Sie für jedes Chromosomenstück beste Vermutungen über die Herkunft der Rasse an, und summieren Sie diese Chromosomenabschnitte, um die Gesamtabstammung der Rasse abzuschätzen (Abbildung 6C)

Daten selbst von einem kleinen Teil des Genoms eines Mischlings können für die Bestimmung der Abstammung nützlich sein

Das Genom eines Hundes enthält etwa 2.5 Milliarden Nukleotide – die As, Ts, Cs und Gs, aus denen die DNA besteht. Das ist kein großer Unterschied zu den etwa 3 Milliarden Nukleotiden, aus denen das menschliche Genom besteht. In einer idealen Welt wäre es natürlich finanziell machbar, die Sequenzdaten des gesamten Genoms von jedem Hund zu sammeln. In den letzten zwei Jahrzehnten sind wir diesem Ziel ein Stück näher gekommen. Im Jahr 2001, als die erste vollständige Sequenz des menschlichen Genoms veröffentlicht wurde, kostete die Sequenzierung jedes unserer etwa 3 Milliarden Nukleotide 2,7 Milliarden Dollar. Ein massiver Rückgang der Kosten für die Sequenzierung hat groß angelegte Projekte wie das 1.000-Genome-Projekt ermöglicht, bei dem ganze Genomsequenzen von Menschen aus der ganzen Welt katalogisiert wurden.

Trotz dieser Preissenkungen kostet die Sequenzierung des gesamten Genoms eines Hundes hier an der Genomics Platform des Broad Institute immer noch etwa 1.400 Dollar. Dieser Preis ist sicherlich eine enorme Verbesserung gegenüber früheren Preisen, aber immer noch beträchtlich. Glücklicherweise bietet die Genotypisierung eine billigere – und immer noch sehr informative – Alternative. Im Gegensatz zur Sequenzierung des gesamten Genoms wird bei der Genotypisierung eine Untergruppe von Nukleotiden im Genom untersucht. Im Fall des Hundegenoms zum Beispiel untersucht der gängigste Chip etwa 170.000 Mutationen.

Es ist zunächst schwer vorstellbar, wie Daten von nur etwa 0,000068 % des Genoms eines Köters (170.000 von 2,5 Milliarden) einen angemessenen Ersatz für das gesamte Genom darstellen können. Ein Teil der Antwort liegt in den Details des oben erwähnten Rekombinationsprozesses. In jeder Generation werden die von einem bestimmten Vorfahren stammenden Chromosomenabschnitte immer kleiner. Trotz dieser allgemeinen Abnahme der Länge bleiben die Chromosomenabschnitte im Verhältnis zum gesamten Genom über viele Generationen hinweg groß. Daher ist es – mit einigen wichtigen Vorbehalten und dem Eingeständnis, dass zwangsläufig einige Fehler auftreten – in der Regel sinnvoll, die Identität eines Nukleotids im Genom eines Mischlings zu verwenden, um eine Vermutung über die Identität eines benachbarten Nukleotids anzustellen (Abbildung 7). Dieser Ansatz, der als Imputation bezeichnet wird, hat die Möglichkeiten zur vergleichsweise kostengünstigen Bestimmung von Abstammungskomponenten bei Mischlingshunden erheblich verbessert.

Abbildung 7. Bei der Imputation werden Genotyp-Informationen von einigen Nukleotiden verwendet, um fundierte Vermutungen über andere Nukleotide anzustellen. Bei einem Chromosom, das durch Rekombination von DNA aus Pudel- (violett) und Labrador-Retriever-DNA (rosa) gebildet wurde, ermöglicht die Identifizierung der Rassezugehörigkeit der Positionen 1 und 2, die vom Labrador-Retriever beigesteuert wurden, eine korrekte Schätzung des Rassenursprungs der umgebenden Region. Im Gegensatz dazu befindet sich Position 3 in der Nähe eines Bruchpunkts zwischen Chromosomenabschnitten; Daten von dieser Stelle führen zu einer korrekten Vermutung über die Herkunft der Positionen links, aber nicht rechts von der beprobten Position.

Wie funktioniert ein Genotypisierungs-Chip?

Kanine Genotypisierungs-Chips, die von Unternehmen wie Affymetrix und Illumina entwickelt wurden, sind für die Identifizierung von krankheitsrelevanten Mutationen optimiert. Das Ergebnis ist, dass für jeden Hund nur die Untergruppe der Mutationen abgefragt wird, die wahrscheinlich klinisch informativ sind, was die Kosten niedrig hält.

Die DNA ist ein sehr klebriges Doppelstrangmolekül, bei dem jeder Strang an die andere, komplementäre Sequenz binden will. In der DNA allen Lebens auf der Erde paart sich A (Adenin) mit T (Thymin), und C (Cytosin) mit G (Guanin). Daher würde die DNA-Sequenz “ATCG” an der komplementären Sequenz “TAGC” haften. Doch schon ein Unterschied von einem Buchstaben (z. B. “TGGC”) kann verhindern, dass sich die beiden DNA-Stücke aneinander binden. Genotypisierungs-Chips machen sich dieses Prinzip der selektiven Bindung zunutze, um festzustellen, welche Mutationen bei einem bestimmten Hund vorhanden sind. Die DNA-Sonden sind so konzipiert, dass sie Abschnitte der DNA eines Hundes binden, die die mutierte und alternativ die nicht mutierte Form der DNA enthalten. Diese kurzen Sequenzen werden an der Oberseite eines kleinen Glasobjektträgers angebracht, der gemeinhin als “Chip” oder “Array” bezeichnet wird (Abbildung 8).

Abbildung 8. Genotypisierung zur Bestimmung der Mutationen bei jedem Hund. Die DNA-Sonden (kurze Sequenzen, die zu den interessierenden Mutationen komplementär sind) befinden sich an verschiedenen Stellen auf dem Genotypisierungs-Array. Hier sehen Sie den Nachweis einer der Tausenden von Mutationen, die mit dem Chip getestet werden. Nachdem die Hunde-DNA hinzugefügt wurde und sich an die DNA auf dem Chip binden konnte, wird die nicht gebundene DNA abgewaschen. Anschließend werden fluoreszierende Moleküle hinzugefügt, die an die verbleibende Hunde-DNA binden. Auf diese Weise können die in einem Hund vorhandenen Mutationen identifiziert werden, indem sichtbar gemacht wird, welche Bereiche des Genotypisierungsarrays leuchten.

Um die Bindung an diese kurzen Genotypisierungssonden zu gewährleisten, wird die aus dem Speichel eines Köters isolierte DNA zunächst in winzige Stücke gebrochen. Anschließend wird die DNA des Hundes mit einer Chemikalie versehen, die sich gut an die fluoreszierenden Moleküle anlagert, die für die Auswertung der Ergebnisse entscheidend sind. Die DNA des Köters wird über den Chip gewaschen, und jeder Strang bindet seine komplementäre Sondensequenz. So finden Teile der DNA des Köters die passende Sonde auf dem Genotypisierungs-Chip. Zwei Merkmale sorgen für eine spezifische Bindung und damit für zuverlässige Daten. Erstens kann eine Genotypisierungssonde keine Mutten-DNA binden, die aus einem anderen Teil des Genoms stammt. Zweitens kann sie die mutierte Form der Sequenz nur dann binden, wenn der Hund zufällig diese spezifische Mutation aufweist (d. h. die oben abgebildete “A”-Sequenz). Ungebundene DNA wird vom Objektträger gewaschen, und schließlich werden fluoreszierende Moleküle an die verbleibende DNA angehängt, die die Sonden erfolgreich gebunden hat. Da jede Sonde an einer bestimmten Stelle auf dem Array erzeugt wurde, können wir interpretieren, welche Mutationen ein Hund hat, indem wir beobachten, welche winzigen Punkte auf dem Array leuchten.

Faktoren, die den Rückschluss auf die Abstammung untergraben können

Trotz der jüngsten Fortschritte können mehrere verbleibende Probleme die Bemühungen um einen genauen Rückschluss auf die Abstammung von Mischlingshunden untergraben.

Abbildung 9. Ein Vorfahre kann nur abgeleitet werden, wenn das entsprechende Genom im Referenzsatz vorhanden ist. Bei Rassen, die in den Referenzgenomen gut vertreten sind und von einem Genotypisierungsarray gut erfasst werden (z. B. Pudel, Mops und Labrador Retriever im obigen Szenario), können Abstammungsinferenzen in der Regel sowohl das Vorhandensein als auch den ungefähren prozentualen Anteil der DNA, der von den jüngsten Vorfahren dieser Rasse stammt, erfolgreich ermitteln. Bei Rassen, die in den Referenzgenomen nicht gut vertreten sind (z. B. Beagle im obigen Szenario), werden Chromosomenabschnitte jedoch oft fälschlicherweise einer besser vertretenen Rasse zugeordnet (z. B. Basset Hound im obigen Szenario), was zu einer falschen Einschätzung der Abstammung eines Köters führt.

Während einige Probleme dazu führen können, dass lediglich der Prozentsatz der Abstammung eines Köters unterschätzt wird, der von einer bestimmten Rasse stammt, können andere Probleme verhindern, dass die richtige Rasse überhaupt identifiziert wird. Das schwerwiegendste dieser Probleme ist das Fehlen der echten Vorfahrenrasse im Referenzdatensatz (Abbildung 9). Da die Abstammung von Rassen durch den Vergleich von DNA-Stücken von Mischlingen mit reinrassigen Hunden bekannter Rassen abgeleitet wird, kann eine Rasse, die nicht im Referenzdatensatz enthalten ist, einfach nicht erkannt werden, selbst wenn sie einen sehr großen Anteil der DNA eines Mischlings beigesteuert hat. Dieses Problem wird letztendlich nur durch die Einbeziehung von Referenzgenomen anerkannter Rassen gelöst werden können. Wenn Sie in der Zwischenzeit wissen möchten, ob Ihr Hund von einer bestimmten seltenen Rasse abstammt, müssen Sie sicherstellen, dass der Anbieter Ihrer Wahl in der Lage ist, die Rasse zu ermitteln. Für diejenigen, die sich entscheiden, mit der Ahnenforschung fortzufahren, obwohl bekannt ist, dass die Rasse, die sie interessiert, in der Referenzgruppe nicht vorkommt, ist es wichtig zu bedenken, dass das Fehlen dieser Rasse in der Liste der abgeleiteten Vorfahren keine Informationen darüber liefert, ob dem Mischling diese bestimmte Abstammung wirklich fehlt.

Die für die Genotypisierung ausgewählten Mutationen bestimmen auch, welche Rassenabstammungen bei einem Mischlingshund genau identifiziert werden können. Genotypisierungs-Arrays enthalten in der Regel mehr Mutationen, die bei gängigen Rassen vorkommen. Das bedeutet, dass Chromosomenabschnitte von Pudeln und Deutschen Schäferhunden besonders leicht zu identifizieren sind, da viele der bei diesen Rassen vorkommenden Mutationen auf Genotypisierungsarrays untersucht werden. Während viele Mutationen dazu beitragen könnten, DNA-Abschnitte von seltenen Rassen wie Neuguinea-Singhunden oder Skye-Terriern zu identifizieren, sind einige dieser Mutationen möglicherweise nicht auf den weit verbreiteten Genotypisierungs-Arrays vertreten, was die Identifizierung dieser Rassen erschweren könnte. Dieses Problem wird letztendlich durch die Erstellung von Rassenreferenzdatensätzen mit Sequenzdaten gelöst werden, die die Interpretation von viel mehr Mutationen ermöglichen und nicht auf den Nachweis der Abstammung von bestimmten Rassen ausgerichtet sind.

Die Beziehung eines Mischlings zu seinen reinrassigen Vorfahren wirkt sich ebenfalls auf die Zuverlässigkeit der Rassebestimmung aus. Insbesondere ist es einfacher, die Abstammung einer Rasse aus der DNA eines reinrassigen Vorfahren zu bestimmen, der ein naher Verwandter ist (z. B. ein Elternteil), da Mutationen von jüngeren Vorfahren in längeren DNA-Abschnitten mit informativeren Mutationen vorkommen werden. Während beispielsweise die erste Mutation, die auf dem Chromosom eines Mischlings beobachtet wird, sowohl bei Labradoren als auch bei Golden Retrievern vorkommen kann, sind die erste, zweite und dritte Mutation vielleicht nur bei Golden Retrievern zu finden. DNA, die von Vorfahren aus vielen Generationen stammt, liegt nur in kurzen Chromosomenabschnitten vor und weist weniger Mutationen auf, die zur Identifizierung ihres Beitrags zur Abstammung des Mischlings beitragen, was die Rückschlüsse erschwert. Dieses Problem kann durch die Verwendung von Daten aus der Sequenzierung anstelle der Genotypisierung entschärft werden, so dass alle Mutationen analysiert werden können. Allerdings kann die über viele Generationen vererbte DNA in so kurzen Chromosomenabschnitten vorliegen, dass sie keine Chromosomenabschnitte enthält, die für eine bestimmte Rasse charakteristisch sind, so dass die Beiträge der Rasse zur Abstammung eines Mischlings selbst mit Ganzgenomdaten nicht erkannt werden können (Li et al., 2014).

Was nun? Sollte ich meinen Hund genotypisieren?

Wie bei jeder neuen Technologie ist die Rassenbestimmung eine aufregende Gelegenheit, die einige ungelöste Herausforderungen mit sich bringt. Viele Hundebesitzer, die mehr über die Herkunft ihres Tieres erfahren möchten, werden es sicher zu schätzen wissen, wenn sie wissen, welche Rassen zur einzigartigen Genetik ihres Mischlings beigetragen haben. Sie könnten sich sogar das Recht verdienen, darüber zu spekulieren, dass die hervorragende Ausdauer Ihres Hundes in großen Höhen von seinem Lhasa-Apso-Großvater stammt (Li et al., 2014)! Dennoch bitten wir die Besitzer dringend, vorsichtig zu sein und daran zu denken, dass eine Vielzahl von Problemen die Zuverlässigkeit der Schlussfolgerungen beeinträchtigen kann, und gleichzeitig optimistisch zu bleiben, dass sich die Schlussfolgerungen verbessern werden, wenn die Referenzdaten zunehmen.

“Inherited Defects in Pedigree Dogs. Part 2: Disorders That Are Not Related to Breed Standards.” 2010. The Veterinary Journal 183 (1). W.B. Saunders:39-45.

Larson, Greger, and Dorian Q. Fuller. 2014. “The Evolution of Animal Domestication”. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 45 (1):115-36.

Larson, Greger, Elinor K. Karlsson, Angela Perri, Matthew T. Webster, Simon Y. W. Ho, Joris Peters, Peter W. Stahl, et al. 2012. “Rethinking Dog Domestication by Integrating Genetics, Archeology, and Biogeography”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109 (23):8878-83.

Li, Yan, Dong-Dong Wu, Adam R. Boyko, Guo-Dong Wang, Shi-Fang Wu, David M. Irwin, and Ya-Ping Zhang. 2014. “Population Variation Revealed High-Altitude Adaptation of Tibetan Mastiffs”. Molecular Biology and Evolution 31 (5):1200-1205.