V_Sim - software to calculate inbreeding coefficients

Transkript

1 V_Sim - software to calculate inbreeding coefficients Ein Programm zur Berechnung von Inzuchtkoeffizienten und Abstammungskoeffizienten. Von Holger Krause

2 Zweck des Programms Der Verwandtschaft-Simulator ist entstanden, um Abstammungskoeffizienten zwischen Goldhamstern aus der der Zucht - Datenbank der Martin-Luther-Universität in Halle zu berechnen. Entsprechend sind die Datenformate ursprünglich auf die Datenstruktur der Zuchtdatenbanken der Uni Halle angepasst. Später wurde das Programm so verallgemeinert, dass über eine Initialisierungsdatei auch andere Access-Datenbanken eingelesen werden können. Was kann man damit machen? Inzuchtkoeffizienten von Tieren aus einem Stammbaum berechnen Abstammungskoeffizienten zwischen Tieren eines Stammbaums berechnen Inzuchtkoeffizienten von potentiellen Jungtieren berechnen und so die Planung von Verpaarungen zur Zucht unterstützen durch Minimierung von Inzucht Voraussetzungen Windows XP, Windows 2000 (ggf. auch Windows 98, XP) MDAC (Microsoft Data Access Component) meist bei Win XP / MS Office mitinstalliert MS Office für den Export von Daten an Excel Tierdaten in einer MS Access-Datenbank Die Initialisierungsdatei Beim Öffnen einer DB mit V_Sim wird eine ini-datei im Ordner, der V_Sim enthält, angelegt. Aber nur, wenn der Ordner noch keine ini enthält. Der Pfad der DB wird in der ini-datei hinterlegt. In der ini-datei sind Standardeinstellungen, die von Hand geändert werden müssen (außer sie passen die Namen von Tabellen und Spalten in der Datenbank an). Dazu muss die ini-datei in einem Texteditor (WordPad o.ä.) geöffnet werden. So können die Namen von Tabellen und Spalten, aber auch die Tragzeit und der Zeitpunkt der Geschlechtsreife modifiziert werden. Namensgebungen mit Umlauten, Sonder- und Leerzeichen sollten vermieden werden. V_Sim benötigt für die korrekte Berechnung der Inzucht- und Abstammungskoeffizienten: Tragzeit und Zeitpunkt der Geschlechtsreife in Tagen Bezeichnung der Tabellen, die Tierdaten enthalten Bezeichnung der Spalten, die Name, Geburtsdatum, Sterbedatum, Name des Vaters und Name der Mutter und evtl. Bemerkungen enthalten Sehen Sie sich die Beispieldatenbank und die dazugehörige ini-datei im Ordner TestDB.zip an.

3 Benutzung des Programms Schnell-Einführung 1. Start der Applikation. Das Programm startet ohne offenes File 2. Mit Hilfe des Menüs: Datei Öffnen wird eine Access-Datenbank geöffnet. Diese hat gewöhnlich die Dateierweiterung.mdb. Nur solche Files können ausgewählt werden. Wählen Sie das Beispielfile im Programmverzeichnis. Das Programm öffnet die Verbindung zu der Datenbank, liest die vorhandenen Tiere ein und bildet die Beziehungen zwischen den Tieren nach. Anschließend werden einige Konsistenzprüfungen durchgeführt, danach kann man loslegen:

4 3. Die Reiter. In der Auswahlansicht für die gefundenen Tiere können Tiere für die Berechnung des Abstammungskoeffizienten ausgewählt werden. Die Berechnung von Abstammungskoeffizienten kann für mehrere potentielle Elternpaare vorgenommen werden. Die Ergebnisse werden in einer Tabellenform dargestellt. Zeilen und Spalten werden dabei von Tieren definiert, für deren Kombination der Abstammungskoeffizient dargestellt wird. Für die Auswahl der Tiere in Zeilen und Spalten dienen die Reiter Zeilen und Spalten. 4. Filterung. Bei großen Datenbeständen kann die Auswahl der Tiere durch die große Anzahl erschwert werden. Zur Lösung dieses Problems ist ein Filtermechanismus implementiert, der es ermöglicht, nur die in Frage kommenden Tiere anzuzeigen. So ist es möglich, nur Tiere eines Geschlechts anzuzeigen, zusätzlich tote Tiere aus den anzuzeigenden Daten herauszufiltern oder bei Kenntnis des Datenmodells eine eigene Suchabfrage zur Filterung der Tiere anzuwenden (Expertenmodus). Voreingestellt sind - Reiter Zeilen: alle Männchen - Reiter Spalten: alle Weibchen. Nach Anpassung des Filters können die Treffer durch Klick auf den Button Einlesen zur Anzeige gebracht werden. 5. Auswahl der Tiere. In der (ggf. gefilterten) Liste der Tiere können jetzt diejenigen Tiere

5 duch Klick auf die Checkbox für die Berechnung der Abstammungskoeffizienten bestimmt werden. Diejenigen Tiere, die im Reiter Zeilen selektiert wurden werden im Reiter Abstammungskoeffizienten in je einer Zeile erscheinen; für die markierten Tiere im Reiter Spalten wird je eine Spalte angelegt. Durch Klick auf den Button Auswahl übernehmen wird die Auswahl übernommen. Es müssen für Zeilen und Spalten je eine übernommene Auswahl existieren, damit die Tabelle der Abstammungskoeffizienten gefüllt werden kann. 6. Anzeige der Abstammungskoeffizienten. Wurden in den Reitern Zeilen und Spalten jeweils Tiere zur Berechnung übernommen, kann im Reiter Abstammungskoeffizient(en) die Ergebnisliste eingesehen werden. Durch Klick auf den Button Export können die Daten in eine Excel-Tabelle exportiert werden.

6 Arbeitsweise Erklärung des Algorithmus In einem ersten Schritt werden alle vorhandenen Tiere eingelesen. Nach dem Einlesen der Tiere werden die Familienstrukturen zusammengebaut, indem jedes Tier seinen Eltern zugeordnet wird. Dies geschieht auf Objekt-Ebene, so dass nach diesem Schritt ein Objekt-Baum zur Verfügung steht, der weiterhin validiert wird. Ist dieser Schritt erledigt, wird eine Hinweismeldung im unteren Fenster ausgegeben: Hinweis: Verketten fertig... darin ist die Anzahl der eingelesenen Tiere vermerkt. Um Zirkularitäten aufzudecken wird anschließend eine Allel-Verteilung simuliert (daher hat das Programm auch seinen Namen). Dazu werden alle Gründer der gefundnen Population ermittelt und jedem dieser Gründer 2 Allel Objekte zugewiesen. Jeder der Nachkommen erhält nun eines dieser Allele mit der Wahrscheinlichkeit von 0.5. Jedes Tier-Objekt sammelt alle Allele mit den zugeordneten Wahrscheinlichkeiten. Dies wird rekursiv so lange wiederholt, bis alle Tier-Objekte mit allen Allelen ihrer Eltern-Objekte versorgt sind. Ist die Allel-Verteilung beendet, wird eine Meldung im unteren Fenster ausgegeben: Hinweis: Simulation fertig,... Die Anzahl der Gründer wird angegeben. Anschließend wird geprüft, ob für jedes Tier die Summe aller Auftretenswahrscheinlichkeiten aller zugewiesenen Allele = 1 sind. Weicht bei einem Tier die Summe der Wahrscheinlichkeiten aller Allelzuweisungen von 1 ab, fehlen entweder Tiere oder es liegen Zirkularitäten vor (ein Tier befindet sich als eigener Vorfahr im Stammbaum). In diesen Fällen erzeugt das Programm Fehlermeldungen über die betroffenen Tiere und gibt diese aus, so dass der Datenbestand bereinigt werden kann. Ist die Prüfung der Allelverteilung abgeschlossen, wird ein Hinweis ausgegeben: Hinweis: Check der Allelverteilung fertig! Anschließend checkgebdatum: prüft, ob für jedes Tier ein Geburtsdatum angegeben ist. Anschließend checkahnen: Prüft, ob die Eltern jedes Tieres aufgrund ihres Alters überhaupt die Eltern dieses Tieres sein können. Die Zeit, die mindestens vergehen muss, bis ein Jungtier werfen kann, ist steuerbar. Tritt bei den Prüfungen ein Fehler auf, wird die Berechnung abgebrochen, und die Abstammungskoeffizienten können nicht berechnet werden. Die Buttons für das Übernehmen der Auswahl sind deaktiviert. Treten bei den Prüfungen keine Fehler auf, werden die Inzuchtkoeffizienten der Tiere berechnet. Diese Berechnung erfolgt rekursiv. Ein Gründer hat die Inzucht von 0. alle anderen Tiere eines Stammbaums haben als Inzuchtkoeffizient den Abstammungskoeffizienten ihrer Elterntiere. Der Abstammungskoeffizient zwischen zwei Tieren A und B wird berechnet, durch den Abstammungskoeffizient zwischen Elter1 von A und B und Elter2 von A und B. Dieses Verfahren wird rekursiv bis zum Erreichen der Gründer angewandt. Gründer sind per Definition nicht verwandt und haben einen Abstammungskoeffizienten von Null.