Genetic Group Animal Models in the Genomics Era

Abstract

Denne masteroppgaven tar for seg bruk av dyremodeller med genetiske grupper i studier der vi ser på villdyr-populasjoner. Dyremodellen er en generalisert lineær blandet modell som lar oss undersøke genetiske parametere i en populasjon, for eksempel additiv genetisk varians. Ved hjelp av genetiske grupper kan dyremodellen brukes til å granske disse parametrene i delpopulasjoner som har ulik genetisk struktur. Tradisjonelt sett har dyremodellen basert seg på stamtavledata, men i nyere tid har bruk av genomdata blitt mer vanlig. Hovedfokuset i denne masteroppgaven er en utvidelse av en dyremodell med genombaserte genetiske grupper, som lar oss bruke modellen i ville populasjoner. Utvidelsen vår bygger på gametisk fasing, noe som lar oss inkludere heterozygote genetiske markører, og på en videreutvikling av det matematiske rammeverket, noe som lar oss bruke et villkårlig antall genetiske grupper. Vi setter den genombaserte modellen i kontrast med tradisjonelle stamtavlebaserte dyremodeller og genetiske grupper, som vi også beskriver i detalj. Som et eksempel anvender vi den utvidete genombaserte dyremodellen med genetiske grupper på data fra en metapopulasjon av gråspurver som befinner seg på en øygruppe i Nord-Norge. Til sammenligning anvender vi også en tilsvarende stamtalvebasert modell på det samme datasettet. Begge modellene bruker et bayesiansk rammeverk. A posteriorifordelingene til modellparametrene fra den genombaserte modellen samsvarer i hovedsak med de tilsvarende fordelingene fra den stamtavlebaserte modellen. Vi ser noen mindre uenigheter mellom de to modellene, men disse er typiske når man sammenligner stamtavlebaserte og genombaserte dyremodeller.

This thesis deals with the use of genetic group animal models in the context of wild animal populations. The animal model is a type of generalized linear mixed model which lets us study a population's genetic parameters, such as the additive genetic variance. Through the use of genetic groups, the animal model can be used to investigate these parameters in genetically differentiated subpopulations. Animal models have traditionally been based on pedigree data, but genome-based approaches are becoming more common. The main focus of this text is an extension of a genome-based genetic groups animal model, which enables its usage on wild animal populations. Our extension involves gametic phasing of genotype data to allow for heterozygous genetic markers, and an expansion of the mathematical framework to allow for an arbitrary number of genetic groups. We contrast the genome-based approach with the traditional pedigree-based approach to animal models and genetic groups, which we also describe in detail. As a practical example, we apply the extended genome-based genetic groups animal model to a metapopulation of house sparrows residing on a system of islands in Northern Norway. For comparison, the equivalent pedigree-based model is also applied to the same data. Both models use a Bayesian framework. The model posteriors obtained from the genome-based model are mostly comparable to their pedigree-based counterparts. We see some limited patterns of disagreement between the two models, but these patterns are typical when comparing pedigree-based and genome-based animal models.