Marker‐based estimates of between and within population kinships for the conservation of genetic diversity

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Abstract
In this article coefficients of kinship between and within populations are proposed as a tool to assess genetic diversity for conservation of genetic variation. However, pedigree-based kinships are often not available, especially between populations. A method of estimation of kinship from genetic marker data was applied to simulated data from random breeding populations in order to study the suitability of this method for livestock conservation plans. Average coefficients of kinship between populations can be estimated with low Mean Square Error of Prediction, although a bias will occur from alleles that are alike in state in the founder population. The bias is similar for all populations, so the ranking of populations will not be affected. Possible ways of diminishing this bias are discussed. The estimation of kinships between individuals is imprecise unless the number of marker loci is large (> 200). However, it allows distinction between highly related animals (full sibs, half sibs and equivalent relations) and animals that are not directly related if about 30–50 polymorphic marker genes are used. The marker-based estimates of kinship coefficients yielded higher correlations than genetic distance measures with pedigree-based kinships and thus to this measure of genetic diversity, although correlations were high overall. The relation between coefficients of kinship and genetic distances are discussed. Kinship-based diversity measures conserve the founder population allele frequencies, whereas genetic distances will conserve populations in which allele frequencies are the most different. Marker-based kinship estimates can be used for the selection of breeds and individuals as contributors to a genetic conservation programme. Markergestützte Schätzungen der Verwandtschaft zwischen und innerhalb Populationen zur Erhaltung genetischer Diversität In dieser Veröffentlichung werden Verwandtschaftskoeffizienten zwischen und innerhalb Populationen als Werkzeug zur Bewertung genetischer Diversität für die Konservierung genetischer Variation vorgeschlagen. Pedigreeinformationen zu Verwandtschaftsverhältnissen sind häufig nicht verfügbar, insbesondere nicht zwischen Populationen. In diesem Artikel wird eine Schätzmethode für den Verwandtschaftsgrad mittels genetischer Marker an simulierten Daten zufallsgepaarter Populationen angewandt, um die Eignung dieser Methode für Tiererhaltungsprogramme zu überprüfen. Durchschnittliche Verwandtschaftskoeffizienten zwischen Populationen können mit geringen durchschnittlichen Standardfehlern geschätzt werden, obwohl bei Allelen in Populationen, die der Gründerpopulation ähnlich sind, Verzerrungen auftreten. Diese Verzerrung ist für alle Populationen ähnlich, so dass sich die Werte für die Populationen nicht verschieben. Es werden mögliche Wege zur Verringerung der Verzerrung diskutiert. Die Schätzung der Verwandtschaft zwischen Einzeltieren ist ungenau, wenn keine hohe Markerzahl (> 200) verwendet wird. Trotzdem erlaubt es eine Unterscheidung eng verwandter Tiere (Vollgeschwister, Halbgeschwister und vergleichbarer Verwandtschaftsverhältnisse) und nicht direkt verwandter Tiere, wenn 30–50 polymorphe Marker verwendet werden. Die markergestützte Schätzung von Verwandtschaftskoeffizienten ergibt höhere Korrelationen mit Pedigreeinformationen als die damit ermittelten Distanzmaße. Die Beziehung zwischen Verwandtschaftskoeffizienten und genetischen Distanzen werden diskutiert. Verwandtschaftsbasierende Diversitätsmaße erhalten die Allelfrequenzen der Ausgangspopulation, während bei Verwendung genetischer Distanzen Populationen mit extremen Allelfrequenzen konserviert werden. Die markergestützte Schätzung von Verwandtschaft kann für die Selektion von Rassen und Einzeltieren für genetische Konservierungsprogramme herangezogen werden.

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