3 Eigene Untersuchungen
3.3 Untersuchung zur Vererbung von Distichiasis beim Elo mit komplexen
3.3.1 Einleitung
Die Distichiasis stellt eine beim Elo, einer auf 16 Hunde 9 verschiedener Rassen (Eurasier, Bobtail, Chow-Chow, Pekingese, Kleinspitz, Samojede, Mittelspitz, Japanspitz, Dalmatiner) zurückzuführende Hunderasse, häufige Augenerkrankung dar.
In einer vorangegangenen Untersuchung der Augenuntersuchungsbefunde von 234 Elos konnte eine Prävalenz von 27,8 % ermittelt werden (siehe Kapitel 3.2). Es ergaben sich auch Anhaltspunkte für eine erbliche Genese der Distichiasis. Beim Hund konnte bislang kein Erbgang für diese Augenerkrankung bestimmt werden. Vermutet wird ein monogen, autosomal dominanter Erbgang (BARNETT, 1976; HALLIWELL, 1967; WHITLEY et al., 1995).
In einer Untersuchung von KETTERITZSCH (2002) konnte allerdings keine Differenzierung der Erbgänge für die Distichiasis beim Tibet Terrier erfolgen.
Mit der vorliegenden Untersuchung soll mit Hilfe von komplexen Segregationsanalysen versucht werden, den Erbgang für die Distichiasis beim Elo zu ermitteln.
3.3.2 Material und Methoden 3.3.2.1 Material
Die Zucht des Elo wird durch die Elo Zucht- und Forschungsgemeinschaft e.V. (EZFG) betreut, die auch das Datenmaterial für diese Untersuchung zur Verfügung stellte. Die Daten umfassten Angaben zum Tier (Zuchtbuchnummer, Tiername, Zwingername, Wurfdatum, Geschlecht, Wurfgröße, Wurfnummer, Farbschlag) und Angaben zur Abstammung (Pedigree bis zu 9 Generationen).
Im Zuchtbuch, das vom Beginn der Zucht 1987 bis Ende 2002 lückenlos vorlag, waren 2053 Tiere erfasst, wovon 16 Gründertiere waren. In diesem Zeitraum wurden 322 Würfe registriert. Die mittlere Wurfgröße betrug 6,39 ± 2,36 Welpen pro Wurf. Zu Beginn dieser Arbeit wurden die Genanteile der Gründerrassen an der Gesamtpopulation untersucht. Dazu war die Rassezugehörigkeit der Gründerrassen entscheidend. Die Genanteile beschreiben den Anteil, den die Ursprungsrassen am jeweiligen Tier haben. Auf die Gesamtpopulation berechnet ergab sich folgende Verteilung: Den größten Anteil an der Gesamtpopulation hatte
brachte einen Genanteil von ca. 10 % in die Gesamtpopulation ein. Die anderen Gründerrassen hatten einen deutlich geringeren Einfluss. Einen Anteil von ca. 5 % hatten die Gründerrassen Kleinspitz, Pekingese und Samojede, der Japanspitz war mit ca. 4 % vertreten und für Mittelspitz und Dalmatiner lagen die Genanteile unter 1 % (siehe Kapitel 3.1).
Weiterhin wurden von der EZFG sämtliche Ergebnisse der Augenuntersuchungen seit Einführung der Untersuchungspflicht für Zuchttiere bis Mai 2003 in Form der Befundbögen vom VDH bzw. DOK zur Verfügung gestellt. Diese wurden noch durch weitere Untersuchungen durch DOK-Tierärzte ergänzt, wobei auch Elos untersucht wurden, die nicht in der Zucht eingesetzt werden sollten. Die Daten wurden auf EDV erfasst, kontrolliert und ggf. korrigiert. Insgesamt lagen 252 Untersuchungsbögen von 234 Tieren vor. Da die meisten Tiere nur einmal, vor dem ersten Zuchteinsatz, untersucht wurden, erfolgte eine Reduzierung der Daten auf eine Untersuchung pro Tier, indem bei Tieren, bei denen keine Distichiasis festgestellt wurde, die letzte Untersuchung und bei Tieren mit Distichiasis die erste positive Untersuchung in die Auswertung einging. Unter den 234 untersuchten Tieren befanden sich 65 Tiere (33 Rüden und 32 Hündinnen) mit Distichiasis. Damit waren 27,8 % der untersuchten Tiere betroffen (siehe Kapitel 3.2). Die 234 Probanden stammten aus 135 Würfen und 41 Zwingern. Die Anzahl der Tiere, die pro Wurf untersucht wurden, variierte zwischen einem und acht Hunden und lag im Durchschnitt bei 1,73 ± 1,17. Die Untersuchungen führten, von zwei Ausnahmen abgesehen, ausschließlich Tierärzte des DOK (Dortmunder Kreis – Gesellschaft zur Diagnostik genetisch bedingter Augenerkrankungen) durch. Insgesamt waren 24 Tierärzte an der Untersuchung der Elos beteiligt. Die weitaus meisten Untersuchungen wurden von zwei DOK-Tierärzten durchgeführt. Sie untersuchten 87 bzw. 100 Tiere. 14 Tierärzte haben nur eine Untersuchung durchgeführt und 8 Tierärzte waren mit 2 bis 10 Untersuchungen vertreten.
3.3.2.2 Methoden
Die komplexen Segregationsanalysen erfolgten mit der Prozedur REGD des Programmes S.A.G.E. (Statistical Analysis for Genetic Epidemiology), Version 3.0 (Case Western Reserve University, 1997).
Für die Segregationsanalysen wurden die ophthalmologisch untersuchten Hunde in Familien zusammengestellt und Pedigrees in tannenbaumähnlicher Struktur aufgebaut. Dazu wurden die Gründertiere aus dem gesamten Datenmaterial ermittelt. Von diesen Gründertieren
ausgehend wurden dann die Pedigrees für die einzelnen Familien aufgebaut. Für die Auswertung war es notwendig, dass die Pedigrees eine Tannenbaumstruktur aufwiesen. Eine X-förmige Pedigreestruktur kann mit dem Programm S.A.G.E. nicht ausgewertet werden. Es wurde daher versucht, möglichst viele ophthalmologisch untersuchte Tiere in möglichst großen Pedigrees zusammenzufassen. Um die X-Struktur der Pedigrees zu vermeiden, war es nötig, sehr große Familien mit seitlichen Verzweigungen, in kleinere Familien zu teilen.
Weiterhin war es notwendig, Inzucht-Schleifen innerhalb der Pedigrees zu schneiden, da eine Auswertung von ingezüchteten Tieren nicht oder nur approximativ möglich ist. Um die Inzucht-Schleifen aufzuschneiden, mussten acht Tiere dupliziert werden. Im Datenmaterial für die Segregationsanalyse befanden sich 296 Tiere mit 218 untersuchten und 65 betroffenen Tieren. Durch die notwendige Duplizierung der Tiere war die Gesamtzahl der in den Pedigrees enthaltenen Tiere höher und betrug insgesamt 332 Tiere mit 243 untersuchten und 79 betroffenen Tieren, die sich auf sieben Familien unterschiedlicher Größe verteilten, wobei mindestens ein Tier pro Familie von Distichiasis betroffen sein musste (Tabelle 1).
Beispielhaft wurden die Pedigrees der Familien 3, 4 und 5 dargestellt (Abbildung 1).
Für das Auftreten von Distichiasis als binäres Merkmal (0: kein Befund für Distichiasis, 1:
Distichiasis an einem oder beiden Augen) wurden mit Hilfe regressiver Logit-Modelle folgende Hypothesen (H0) für die Erbgänge getestet:
H0: Nur eine zufallsbedingte Umweltstreuung und keine genetischen Effekte (µ-Modell) H0: Monogen-autosomales Modell (mit zwei Allelen im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht) mit
- dominanter
- rezessiver
- willkürlicher Genwirkung
H0: Polygenes Modell modelliert über eine Vater-, Mutter- und Paarungspartnerregression H0: Gemischtes Modell (polygene Komponente und ein unabhängiger Hauptgenort mit zwei
Allelen im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht) mit
- dominanter
- rezessiver
- willkürlicher Hauptgenwirkung
Diese Hypothesen wurden auch mit den Kovariablen Anzahl der pro Tierarzt beim Elo
Da die Hunde für die vorliegende Untersuchung zufällig ausgewählt wurden und nicht bewusst Familien, war keine Korrektur auf die Art der Erhebung (ascertainment correction) notwendig.
Der Test der einzelnen Hypothesen erfolgte mittels Likelihood-Ratio-Tests (LRT) gegenüber einem Referenzmodell, das alle Schätzparameter ohne Restriktionen enthielt und somit die beste Anpassung an die beobachteten Merkmalsausprägungen für Distichiasis lieferte. Die Teststatistik des LRT basiert auf dem Vergleich der mit -2 multiplizierten log Likelihoods (-2 ln) für die maximierte Wahrscheinlichkeitsfunktion des jeweiligen Modelles. Die Differenz der -2 ln folgt asymptotisch einer χ2-Verteilung, so dass Irrtumswahrscheinlichkeiten (p) an Hand dieser Verteilung in Abhängigkeit der Differenz der Freiheitsgrade (FG) ermittelt werden konnten. Liegt die Irrtumswahrscheinlichkeit für einen Modellvergleich unter dem Grenzwert von p = 0,05, bedeutet dies, dass das Modell mit dem größeren Maximum der Likelihoodfunktion signifikant mehr Varianz erklärt. Das Modell mit dem kleineren Wert des Maximum der Likelihoodfunktion ist für die Datenanalyse nicht geeignet und deshalb abzulehnen. Zusätzlich wurde das Informationskriterium nach Akaike (AIC) zur Beurteilung der Güte eines Modelles herangezogen. Das AIC berücksichtigt zusätzlich die Anzahl der geschätzten Parameter und bevorzugt somit das Modell, das die beste Anpassung der Daten an das Modell mit der geringsten Anzahl unabhängiger Parameter ermöglicht. Es kann jedoch nicht zur Annahme oder zum Ausschluss eines Modelles verwendet werden. Der AIC-Wert wird nach folgender Gleichung berechnet:
AIC = -2 ln (maximum likelihood) + 2 (Anzahl unabhängig geschätzter Parameter) In varianzanalytischen Untersuchungen konnte für die Effekte Genanteile vom Eurasier und Bobtail und Anzahl der pro Tierarzt beim Elo durchgeführten Untersuchungen ein signifikanter Einfluss auf das Auftreten von Distichiasis festgestellt werden (siehe Kapitel 3.2). Aus diesem Grund wurden diese Effekte auch in den komplexen Segregationsanalysen als Kovariable berücksichtigt.
3.3.3 Ergebnisse
Die Ergebnisse der Segregationsanalysen sind der Tabelle 2 zu entnehmen. Die Hypothese, dass das Auftreten der Distichiasis nur durch eine umweltbedingte Zufallsstreuung bedingt war, konnte ausgeschlossen werden. Ebenso unterschieden sich die Modelle für einen monogenen Erbgang mit dominanter, rezessiver bzw. willkürlicher Genwirkung signifikant vom allgemeinen Modell und konnten somit als Erbgangshypothesen ebenfalls ausgeschlossen werden.
Als mögliche Erbgangshypothesen kamen die Modelle für die gemischt-monogen-polygenen Erbgänge und für den polygenen Erbgang in Frage, da sie nicht signifikant unterschiedlich zum saturierten Modell (p>0,05) waren. Den kleinsten AIC-Wert hatte das polygene Modell und erklärte damit die Daten mit weniger Parametern besser als die gemischt-monogen-polygenen Modelle.
Ein Test des gemischten Modelles mit willkürlichem Hauptgeneffekt gegen das polygene Modell und gegen die gemischten Modelle mit rezessivem und dominantem Hauptgeneffekt ermöglichten keine Abgrenzung dieser Erbgangshypothesen gegeneinander (Tabelle 4).
In einem weiteren Modellansatz wurde für das gemischte Modell mit willkürlichem Hauptgeneffekt getestet, ob die Übertragungswahrscheinlichkeit τAB = 0,5 ist. Für τAB wurde ein Wert von 0,76 ermittelt. Dieses Modell zeigte keine signifikante Abweichung vom saturierten Modell (p>0,05) und wich ebenfalls nicht signifikant vom gemischten Modell mit willkürlicher Genwirkung ab (p=0,33).
Die Ergebnisse der Segregationsanalysen veränderten sich durch die Berücksichtigung der Kovariablen Anzahl der pro Tierarzt beim Elo durchgeführten Untersuchungen und Genanteile vom Eurasier und Bobtail nicht (Tabelle 3).
3.3.4 Diskussion
In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe von komplexen Segregationsanalysen die Art des Erbganges für das Auftreten von Distichiasis beim Elo untersucht. Es wurden monogene, gemischt-monogen-polygene und polygene Erbgänge sowie Modelle mit nur umweltbedingten Faktoren gegen ein saturiertes Modell getestet.
Bei dieser bei bestimmten Hunderassen häufig vorkommenden Augenerkrankung wurden bisher Heritabilitäten beim Tibet Terrier geschätzt (KETTERITZSCH et al., 2003) und für
nicht bestimmt werden. Vermutet wurde eine monogen, autosomal dominante Vererbung der Distichiasis (BARNETT, 1976; HALLIWELL, 1967; WHITLEY et al., 1995). Die Resultate der Segregationsanalysen zeigten sehr deutlich die Beteiligung einer genetischen Komponente am Auftreten der Distichiasis beim Elo und stehen damit in Übereinstimmung mit den früheren Vermutungen einer Erblichkeit der Distichiasis.
Im Gegensatz zu BARNETT (1976), HALLIWELL (1967) und WHITLEY et al. (1995) konnten monogene Erbgänge ausgeschlossen werden. Als Vererbungsmodi kommen ein polygener Erbgang oder ein gemischt-monogen-polygener Erbgang mit willkürlichem Hauptgeneffekt beim Elo in Frage. Da sich die gemischten Modelle nicht signifikant vom polygenen und saturierten Modell unterschieden, können Hauptgeneffekte nicht vollkommen ausgeschlossen werden. Zur weiteren Abklärung sind sicherlich noch umfangreichere Erhebungen an größerem Material notwendig. Die weitere Berücksichtigung von Kovariablen zur möglichen Unterscheidung der Präzision der ophthalmologischen Diagnose und Einbeziehung der inhomogenen Rassenzusammensetzung brachte keine weitere Differenzierung der Erbgangshypothesen. Daher konnte die noch nicht bestehende Rassehomogenität bei dieser noch jungen Rasse als möglicher Grund für die fehlende Differenzierung zwischen den polygenen und gemischt-monogen-polygenen Erbgängen ausgeschlossen werden.
Die bisherigen Analysen legen somit nahe, dass mit der Heritabilität die genetische Komponente für Distichiasis beim Elo ausreichend genau beschrieben werden kann. Eine Selektion könnte sich somit auf Zuchtwerte stützen, die mit einem Tiermodell zur Berücksichtigung der statistisch bedeutsamen nicht genetischen Effekte geschätzt werden, und zur Reduzierung der Prävalenz von Distichiasis eingesetzt werden. Allerdings muss bei Rassen mit derart kleinem Umfang von Zuchttieren unbedingt die Entwicklung der Verwandtschafts- und Inzuchtkoeffizienten bei jeder Selektionsentscheidung beachtet werden.
Tabelle 1
Übersicht über die Struktur der analysierten Pedigrees für das Auftreten von Distichiasis Pedigree Anzahl der Tiere im
Pedigree insgesamt
Anzahl der betroffenen Tiere
Anzahl der untersuchten Tiere im
Pedigree
1 126 32 89 2 95 23 78 3 46 8 35 4 24 6 15 5 26 5 18 6 9 3 5 7 6 2 3 gesamt 332 79 243
Tabelle 2
Segregationsanalyse mit regressiven Logit-Modellen für die Prävalenz von Distichiasis
Getestete Hypothese FG -2 ln AIC χ² p
Allgemeines Modell 12 286,75 310,75 - -
µ-Modell 1 306,50 308,50 19,75 0,049
Monogene Modelle
- dominant 3 305,47 311,47 18,73 0,028
- rezessiv 3 304,59 310,59 17,84 0,037
- willkürlich 4 305,39 313,39 18,64 0,017
Polygenes Modell 5 289,97 299,97 3,23 0,863
Gemischte Modelle
- dominant 7 288,49 302,49 1,74 0,884
- rezessiv 7 289,95 303,95 3,20 0,669
- willkürlich 8 287,50 303,50 0,76 0,944
FG = Anzahl unabhängig geschätzter Parameter; -2 ln = -2 log Likelihood; AIC = Akaikes Informationskriterium; χ² = Differenz von -2 ln der verglichenen Modelle; p = Irrtumswahrscheinlichkeit.
Tabelle 3
Segregationsanalyse mit regressiven Logit-Modellen für die Prävalenz von Distichiasis unter Berücksichtigung der Kovariablen (Kov.) Anzahl der pro Tierarzt beim Elo durchgeführten Untersuchungen und Genanteile vom Eurasier und Bobtail
Getestete Hypothese FG -2 ln AIC χ² p
Allgemeines Modell mit Kov. 15 273,39 303,39 - -
µ-Modell mit Kov. 4 297,01 305,01 23,63 0,014
Monogene Modelle mit Kov.
- dominant 6 295,98 307,98 22,60 0,007
- rezessiv 6 291,87 303,87 18,49 0,030
- willkürlich 7 291,16 305,16 17,78 0,023
Polygenes Modell mit Kov. 8 278,55 294,55 5,16 0,640 Gemischte Modelle mit Kov.
- dominant 10 278,47 298,47 5,08 0,406
- rezessiv 10 278,51 298,51 5,12 0,401
- willkürlich 11 278,16 300,16 4,78 0,311
FG = Anzahl unabhängig geschätzter Parameter; -2 ln = -2 log Likelihood; AIC = Akaikes Informationskriterium; χ² = Differenz von -2 ln der verglichenen Modelle; p = Irrtumswahrscheinlichkeit.
Tabelle 4
Vergleich zwischen dem gemischten Modell mit willkürlichem Hauptgeneffekt und den Hypothesen für ein polygenes Modell und gemischte Modelle mit rezessivem bzw.
dominantem Hauptgeneffekt
Getestete Hypothese FG -2 ln AIC χ² p
Gemischte Modelle
- willkürlicher Hauptgeneffekt 8 287,50 303,50 - - - dominanter Hauptgeneffekt 7 288,49 302,49 0,98 0,321 - rezessiver Hauptgeneffekt 7 289,95 303,95 2,45 0,118
Polygenes Modell 5 289,97 299,97 2,47 0,481
FG = Anzahl unabhängig geschätzter Parameter; -2 ln = -2 log Likelihood; AIC = Akaikes
Informationskriterium; χ² = Differenz von -2 ln der verglichenen Modelle; p = Irrtumswahrscheinlichkeit.
Familie 3
Familie 4
Familie 5
= weibliches nicht betroffenes Tier = männliches nicht betroffenes Tier = weibliches betroffenes Tier = männliches betroffenes Tier
= weibliches Tier mit unbekanntem Status = männliches Tier mit unbekanntem Status
Abbildung 1
Pedigrees der Familien 3, 4 und 5 mit von Distichiasis betroffenen Tieren