Инбридинг

Инбридинг

Начинающие заводчики нередко склонны считать, что для получения качественного потомства достаточно простого спаривания породистых животных, получивших отличные оценки на выставках. К сожалению, это далеко не так. Современные культурные породы при подобном «разведении» довольно быстро теряют свои специфичные признаки, возвращаясь к примитивному предковому типу. Породы, тип которых уже весьма далек от природного, при бесконтрольном разведении могут преподнести и более неприятные сюрпризы - разного рода отклонения от гармоничного развития, сказывающиеся на здоровье животных.

Для того, чтобы воспроизводить и тем более совершенствовать породное качество животных, необходимо использовать не только отбор по внешним признакам, но и весь арсенал методов племенного разведения. Грамотное разведение строится на чередовании родственных спариваний (инбридинга) с неродственным (ауткроссингом). Первый необходим для закрепления генных комплексов, определяющих породные признаки, второй нужен для поддержания необходимого уровня разнообразия по всем остальным генам, в первую очередь тем, которые определяют здоровье и плодовитость. Выбор вариантов и степеней инбридинга, порядок их чередования с ауткроссами зависит и от особенностей выбранной породы, и от качества и происхождения производителей в питомнике, и, наконец, от конкретных задач, поставленных заводчиком.

Инбридинг, или родственное спаривание

Основной целью инбридинга в разведении является закрепление ценных признаков конкретного животного. Действие инбридинга с генетической точки зрения выражается в так называемом «огомозигочивании», то есть выходе в гомозиготную форму (когда ген представлен двумя одинаковыми аллелями) большинства генов. Гомозиготные по тому или иному гену особи при спаривании между собой в потомстве уже не дадут расщепления по соответствующему признаку. Однако закрепление признаков не является автоматическим следствием любого инбридинга. Это результат политики заводчика, разумно применяющего не только инбридинг, но и отбор.

Рассмотрим такой пример: предположим, требуется закрепить полигенно наследуемый признак. В питомнике имеется кот именно с таким признаком. Допустим, генетически этот признак определяется некими тремя генами, которые мы условно обозначим N, Q и Z, а его конкретное выражение у данного кота – аллельным комплексом NN qq zz.

Кошек с желательными признаками в питомнике (в городе или стране) нет, и приобрести их нет возможности. Приходится использовать тех, что есть в наличии, например, самок с генотипом nnQQZZ. Кошки первого поколения – дочери перспективного кота – показывают промежуточное или частичное проявление признака. Генетически эти кошки гетерозиготны по всем трем парам значимых для нас генов – Nn Qq Zz. При возвратном скрещивании, то есть спаривании отца с дочерьми: NN qq zz (отец) х Nn Qq Zz (дочери), согласно законам Менделя, в потомстве по каждому из генов обнаружится расщепление на гомо- и гетерозигот (1:1). Количество комбина­ций, в которых получатся одни только гомозиготы (как отец), будет примерно 1 из 8. Но поскольку один из генов, определяющий нужный нам признак, доминантен, можно ожидать появления этого признака у котят в со­отношении 1:3 (формы NN qq zz и Nn qq zz внешне различаться не будут). Значит, примерно четверть котят будет иметь «правильный» признак. Ну а остальные три четверти — демонстрировать частичное проявление признака (табл. 1).

Итак, мы получили какое-то количество животных с нужным признаком (и среди них, возможно, даже гомозигот) в потомстве второго поколения. Можно ли считать признак закрепленным? Отчасти да – количество гомозигот (хотя бы частичных) в питомнике повысилось. Но в полном смысле слова – нет: полученные котята несут «смесь» самых разных комбинаций гомо- и гетерозиготности. Даже между котятами желательного типа нельзя отобрать «полных» гомозигот, ориентируясь на чисто внешние признаки.

Инбридинг в разведении – это не однократное действие. И действие второе выглядит так: в разведение отбирают самых удачных котят, выращивают и проводят повторный инбридинг – либо вяжут кошек, полученных от возвратного скрещивания, с отцом (он же дед), либо вяжут брата и сестру, полученных от возвратного скрещивания (не обязательно однопометников). В первом случае шанс получить больший выход однородных потомков выше, чем во втором: их отец–дед полностью гомозиготен, да и кошка может оказаться полностью гомозиготной. Во втором случае велик риск поставить пару из двух неполных гомозигот (хотя если повезет, может получиться наоборот). Если пара составлена из двух полных гомозигот NN qq zz, никакого расщепления в потомстве не будет – все котята окажутся с нужным признаком. Можете считать, что признак вы закрепили. Такая же картина получится, если пара состоит из NN qq zz и Nn qq zz – внешне котята будут идеальны, но только внешне, генетически-то половина котят останется гетерозиготными по гену N. Ну а если пара составлена из неполных гомозигот Nn qq zz, то расщепление все же обнаружится: примерно четверть котят будет иметь недостаточное проявление признака. И тем не менее количество гомозигот (а значит, степень закрепления признака) в вашем питомнике значительно выросла по сравнению с первым поколением.

Это, конечно, пример весьма грубый, с использованием тесного инбридинга (инцестов). Такой тип инбридинга используется только в тех случаях, когда необходимо быстро закрепить какой-либо новый, уникальный признак. В основном же племенная работа с кошками строится на более умеренном инбридинге.

Закрепление признаков при инбридинге определяется не только гомозиготностью по отдельным смысловым генам и даже по генным комплексам, но и по управляющим генной активностью элементам ДНК. Таким образом, закрепляется не просто «признак», но признак в определенной степени выраженности. Например, закрепить в породе голубой окрас можно даже без инбридинга, но для закрепления определенного оттенка этого окраса уже понадобятся родственные спаривания. В первых поколениях инбридинга степень выраженности признака иногда возрастает, затем стабилизируется на более высоком уровне. Например, практически невозможно стабилизировать белую пятнистость в степени биколор. Она может быть устойчивой только в своей высшей степени – ванского окраса. Это связано с гетерозиготностью биколорных особей, причем не только по основному гену белой пятнистости, но и по генам-модификаторам.

Иногда инбридинг используется не для закрепления признака, а просто для его получения, в тех случаях, когда этот признак определяется рецессивно или полигенно. В подобных целях для получения у потомков комбинации предковых признаков могут использоваться комплексные инбридинги, например, на племенную пару или на двух производителей одновременно. Как правило, при таких вариантах инбредных спариваний желательным признаком или комплексом признаков обладают далеко не все потомки, а лишь небольшая их часть.

Степени инбридинга

Инбридинг проще всего описывать на основе родословной, учитывая те ее ряды (поколения), где встречается общий предок. Запись инбридинга обычно делается римскими цифрами, соответствующими рядам предков. Счет рядов начинается с родительского (то есть I – родители, II – деды, III – прадеды и т.д.), а запись инбридинга – с материнской стороны родословной. Переход на другую (отцовскую) сторону родословной обозначается знаком тире. Если производитель встречается на одной стороне родословной дважды или трижды, то ряды, в которых обнаруживается его кличка, перечисляют через запятую (рис. 1, 2). На первом рисунке запись инбридинга по родословной читается так: инбридинг на производительницу Catshack’s Cleopatra в степени II–III, на втором – инбридинг на производителя Witchwoods Lionheart II–II, IV, IV.

Рис. 1. Простой однократный инбридинг

Рис. 2. Многократный инбридинг

В зависимости от того, насколько родственны предки животного, определяют степень инбридинга. Обычно выделяют четыре степени:

  1. Тесный, или инцест: I–II, II–I, II–II (мать–сын; дочь–отец, сестра–брат).

  2. Близкий: I–III, III–I, II–III, III–II (бабушка–внук, внучка–дед и т.п.).

  3. Умеренный: III–III, III–IV, IV–III, IV–IV.

  4. Отдаленный: IV–V, V–IV, V–V.

Однако такая классификация удобна только для случаев, когда проводится инбридинг на одного производителя. Нередко встречается инбридинг комплексный, на нескольких производителей одновременно (рис.3 – инбридинг на Golden-Ivanhoe vom Goldenen Winkel в степени III–II и на Greendale Sargeant Pepper в степени IV–III).

Рис. 3. Комплексный инбридинг

Кроме того, общий предок (тот производитель, на которого осуществляется инбридинг) сам может являться инбредным (Greendale Sargeant Pepper на рис. 4 инбридирован на Arty Jilly Roger в степени II–II).

Рис. 4. Инбридинг на инбредного производителя

Как в этом случае определить, является ли животное с такой родословной близко- или умеренно-инбредным? Для вычисления степени такого инбридинга используют различные варианты формул, например, такую:

Fx = ∑ (1/2) n+(n1– 1) x (1 + fa ) x 100%,

где:

  • Fx – коэффициент инбридинга;

  • ∑ – суммирование коэффициентов инбридинга для каждого из общих предков;

  • n и n1 – ряды со стороны матери и отца, где встречается общий предок, счет рядов начинается с родительского;

  • fa – коэффициент инбридинга для общего предка в долях единицы.

При таком подсчете при коэффициенте >25% инбридинг считается тесным, 12,5–25% – близким, 1,5–12,5% – умеренным, 0,2–1,5% – отдаленным.

Рассмотрим пример расчета коэффициента инбридинга по приведенной на рис. 3 родословной, где присутствует инбридинг на двух разных производителей.

  1. Сначала нужно выяснить, не являются ли об­щие предки родителей нашего животного инбредными.

    Golden-Ivanhoe vom Goldenen Winkel не инбредного происхождения, а вот Greendale Sargeant Pepper (согласно родословной на рис. 4) инбридирован на кота Arty Jilly Roger в степени II - II.

  2. Вычисляем коэффициент инбридинга fa для общего предка.

    У кота Greendale Sargeant Pepper общий предок встречается во втором колене и с материнской, и с отцовской стороны, следовательно, нам нужно ½ возводить в степень 2+(2-1)

    fa1 в данном случае = 0, так как Arty Jilly Roger не инбреден. Подставляем полученные значения в формулу

    fa = (1/2) 2+(2-1) x (1 +0) = (1/2) 3 x (1 +0) = 0.125 x (1 + 0) = 0.125

  3. Выясняем степени инбридинга для кота, инбридированного на двух производителей (рис. 3).

    На Golden-Ivanhoe vom Goldenen Winkel инбридинг в степени III-II, следовательно, ½ нужно возводить в степень 2+(3-1). Этот кот не инбреден, следовательно, для него fa1 = 0.

    На Greendale Sargeant Pepper инбридинг в степени IV-III, то есть ½ возводим в степень 4+(3-1).

    Как мы выяснили ранее, fa1 для этого кота = 0.125

  4. Подставляем полученные цифры в нашу формулу

    Fx = (1/2) 2+(3-1) х(1+0) +(1/2) 4+(3-1) x(1+0.125) x100% =

    (1/2) 4 х(1+0) +(1/2) 6 x(1+0.125) x100% = 0.0625 х 1+0.0156 x 1.125 x 100% = 0.08005x100% = 8%, что соответствует умеренному ин­бридингу.

Самостоятельный расчет степени сложного инбридинга с применением подобных формул заводчиками кошек на практике применяется редко. Большинство современных компьютерных программ по составлению баз данных родословных содержат функцию вычисления коэффициента инбридинга для каждого из животных. Начинающие заводчики могут использовать открытые базы родословных.

Коэффициент инбридинга сам по себе не говорит ничего ни о смысле (какие именно признаки хотели закрепить), ни об успешности (удалось ли их закрепить) данного инбридинга. Единственное, на что он может указать, это на уровень потенциальной опасности при продолжении инбридинга на тех же производителей: чем выше коэффициент инбридинга, тем выше вероятность его негативных последствий. Заводчику этот показатель пригодится в тех случаях, когда нужно определить, продолжать ли работу с конкретным животным методом инбридинга на общих предков или пора уже переходить к неродственному разведению.

Умеренный или близкий инбридинг на производителя как простой, так и многократный – это наиболее частый и рациональный вариант инбридинга, он лежит в основе линейного разведения. Чтобы инбридинг на производителя был успешным, то есть приводил именно к закреплению желательных признаков, нужно, чтобы спариваемые потомки (или хотя бы один из них) обладали этими признаками. Если же потомки не обладают данными качествами, ни о каком закреплении говорить не приходится. Максимум, чего можно добиться таким спариванием – воспроизвести желательные признаки общего предка у части потомков, после чего можно будет их закрепить в последующих инбредных комбинациях.

Инбридинг на двух и более производителей одновременно, как правило, не закрепляет признаки, а увеличивает число генетических и фенотипических комбинаций предковых признаков. Если среди них будут удачные, их в дальнейшем можно закрепить инбридингом на производителя. Исключением можно считать инбридинг на племенную пару, потомки которой однотипны (закрепление комбинации признаков родителей). Классический пример инбридинга такого типа – братско-сестринское спаривание (сибкросс, рис. 5).

Рис. 5. Сибкросс

Негативные последствия инбридинга

Не секрет, что многие заводчики с подозрением относятся к инбридингу и стараются избегать использования в своих питомниках близкородственных спариваний. Ограничивают возможность их применения и некоторые фелинологические организации, допуская только варианты отдаленного инбридинга. В чем же заключается его опасность и действительно ли родственное спаривание является неестественным и противоречит природе?

Вопреки распространенному мнению, родственное спаривание в природе не является чем-то исключительным. Абсолютное большинство естественных популяций животных в той или иной степени являются инбредными. Уровень инбридинга в природных популяциях зависит от видовых особенностей (популяционной структуры, полового поведения особей) и степени изоляции. Как правило, преобладает отдаленный или умеренный инбридинг, но в условиях изолированной популяции или на краю ареала более распространен вариант близкого инбридинга.

Инбридинг же в руках заводчика – инструмент очень мощный, но сложный, и обращаться с ним следует весьма аккуратно. Дело в том, что при инбридинге в гомозиготную форму выходят все гены, а не только те, которые нужны заводчику. Предположим, что кот из первого примера, приведенного в начале статьи, являлся скрытым носителем наследственного заболевания – ганглиозидоза. Наследуется болезнь (генетический символ ga) по рецессивному типу, поэтому никаких внешних признаков болезни гетерозиготный Gaga кот не проявлял, но части своих детей он должен был передать аллель данного заболевания. При вязке этого кота с его дочерьми – носительницами рецессивного признака (а по виду их не отличишь от нор­мальных), согласно закону Менделя, мутантный аллель окажется в гомозиготном состоянии gaga примерно у четверти котят.

Таким образом, при инбридинге все скрытые в генотипе рецессивные аллели наследственных болезней «выходят наружу» – за это многие заводчики и не любят родственных спариваний. Естественно, больные котята будут из разведения выбраковываться. Столь же естественно, что, наряду с выщеплением гомозигот по мутантному аллелю, будут с той же частотой появляться и гомозиготные по «нормальному» аллелю котята, а также вдвое большее количество гетерозиготных носителей мутации. Но каких из них можно оставить в питомнике для дальнейшей работы? Как отличить их друг от друга? По внешнему виду – никак.

При промышленном разведении животных для этого ранее применяли такой метод, как анализирующее скрещивание – спаривание «подозрительных» в отношении носительства генов особей с заведомым носителем болезни. Но многие ли заводчики кошек согласятся проводить такую проверку, сопряженную с риском получить заведомо больных котят? К счастью, в настоящее время существует возможность молекулярно-генетической диагностики носительства наследственных заболеваний (ДНК-тест). При постановке родственных спариваний обязательно должна проводиться проверка предполагаемых родственных производителей на носительство породоспецифичных заболеваний. Желательно, чтобы оба животных были свободны от такого носительства. Если носителем является только один из партнеров – спаривание возможно, но следует учитывать, что ген наследственного заболевания будет присутствовать у части потомков. В этом случае рекомендуется провести диагностику молодняка и исключить обнаруженных носителей из дальнейшей племенной программы. Если же у общего предка предполагаемых партнеров были потомки, страдающие неспецифичными наследственными заболеваниями, необходимо провести проверку партнеров на носительство гена данного заболевания.

Список генов, доступных для диагностики носительства, постоянно расширяется, однако он пока еще не полон. Поэтому отсутствие носительства изученных наследственных болезней не гарантирует абсолютной безопасности родственного спаривания, но существенно снижает риски.

Инбредная депрессия (в просторечии называемая «вырождением») яв­ляется возможным последствием многократных инбридингов на производителя. Однократный инбридинг, близкий или даже инцест, к инбредной депрессии не приведет. При комплексных инбридингах на нескольких производителей одновременно возникновение такой депрессии маловероятно. Инбредная депрессия – это общее, неспецифическое снижение жизнеспособности животных, полученных в результате нескольких поколений инбредного разведения. Инбредная депрессия не связана с какими-либо генами наследственных болезней, она вызвана накоплением мелких мутаций в аллелях тех генов, которые обеспечивают основные обменные биологические процессы и иммунную защиту организма. Эти гены, получившие название генов «домашнего хозяйства», представлены в геноме животных в большом количестве копий. Такое избыточное копирование представляет собой защиту от вредных мутаций: если будет поврежден аллель в одной из копий гена, оставшихся будет достаточно, чтобы обеспечивать нормальную работу организма.

Как известно, при образовании половых клеток ДНК хромосом обменивается участками (рекомбинирует). При таких «обменах» в одной из хромосом могут начать накапливаться именно мутантные, нерабочие аллельные копии. В условиях неоднократно повторяемых инбридингов с течением поколений такие мутантные копии будут переходить в гомозигот­ное состояние (точно так же, как и любые другие аллели). В итоге в геноме накопится слишком много дефектных копий жизненно важных генов, а оставшиеся «нормальные» не будут справляться со своей работой.

Не следует думать, будто инбредная депрессия – обязательная спутница инбредного разведения. Точно так же, как и мутантные, в геноме могут накапливаться и нормальные копии генов «домашнего хозяйства». Если вести интенсивный отбор не только по экстерьеру, но и по показателям здоровья и плодовитости, инбредной депрессии можно избежать. К сожалению, у заводчиков-любителей не всегда есть возможность вести полноценный отбор, поскольку он требует большого количества животных, которое просто нереально содержать в условиях небольшого питомника. В таком случае, если заводчик заметил первые признаки инбредной депрессии, следует прекращать инбредное разведение и переходить к неродственным скрещиваниям.