Основы генетики в картинках.

Основы генетики и селекции

Хромосомы – носители всей информации

Геном кошки можно представить себе как энциклопедию в 19 томах (19 парах
хромосом). В хромосомах содержится от 20 до 25 тысяч генов, кодирующих все свойства
организма, обеспечивающих его жизнедеятельность, а также неповторимый облик
животных, называющийся породой. Гены состоят из слов (кодонов) по три буквы в
каждом. Количество букв также ограничено: их всего 4. Речь идет о четырех нуклеотидах,
которые в разных сочетаниях образуют молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты
(ДНК).


Оплодотворение: соединение генетического материала отца и матери

Каждая клетка в организме кошки включает два хромосомных набора, содержащих
разную генетическую информацию, -от отца и от матери. В сперматозоидах и яйцеклетке
(половые клетки) имеется только один набор хромосом. При оплодотворении
сперматозоид и яйцеклетка сливаются в одну клетку, получающую 2 набора хромосом, от
отца и матери, -в итоге новорожденный котенок обладает 38 парами хромосом. Каждая из
них представляет собой одну длинную молекулу ДНК. Из такой клетки начинает
развиваться зародыш, При клеточном делении вся ДНК, представленная в клетке,
копируется и распределяется в две новые клетки. В результате клетка (оплодотворенная
яйцеклетка, или зигота) делится на две клетки, каждая из них еще на две -итого четыре,
затем восемь и т.д. В конце концов, небольшая группа первичных клеток (морула)
развивается в эмбрион, из которого формируется будущий котенок.
В момент оплодотворения передается весь генетический материал от отца и
матери, а в процессе кроссинговера (обмена участками между хромосомами) ком-
понуются новые хромосомы, которые содержат одну часть генетического материала от
отца, а вторую -от матери. Потом начинается деление, и набор хромосом копируется в
каждой клетке. И через два месяца появляется котенок!

Чередование пигментов: шерсть агути и полосатый окрас

У человека во время роста волос образование двух пигментов, эумеланина и
феомеланина, происходит одновременно. Таким образом, каждый волос, от корня до
кончика, имеет цвет, который зависит от сочетания двух данных пигментов. Черные
волосы более чем на 99% состоят из эумеланина, каштановые и светлые -примерно из
95% эумеланина и 5% феомеланина, рыжие -более чем на треть из феомеланина.

Меланоцитстимулирующий гормон дает команду меланоциту синтезировать эумеланин, в то время
как сигнальный белок агути останавливает процесс и начинается синтез феомеланина. Эти команды
передаются через рецептор MCR-1. Когда они чередуются во время роста волоса, появляются черные полосы
эумеланина, затем рыжие – феомеланина. Так выглядит шерсть агути.


Основные структуры шерстного покрова

По сравнению с другими видами животных, кошки обладают особенно густой шерстью (от 800 до 1600 волосков на 1 см). Фолликулы собраны в группы, в каждой группе
насчитывается от 10 до 20 волосков, из них 2-3 остевых волоса (основная шерсть),
остальные волосы -это вторичная шерсть (подшерсток). Из каждого первичного фолликула
растет покровный или основной волос, он достаточно «толстый» и длинный. Этот остевой
волос окружен более тонкими и короткими волосками (вторичная шерсть), часто
лишенными мускула-поднимателя и сальных желез. Вторичная шерсть формирует
подшерсток.

Основными структурами шерстного покрова являются:

Сосочек волоса -клетки, являющиеся настоящими «дирижерами» роста волоса.
Это орган питания волоса, под чьим воздействием волос растет, а затем падает. Через
волосяной сосочек, в котором много капилляров, поступают необходимые для роста
волоса питательные вещества.

Волос как результат интенсивного размножения клеток луковицы, расположенных
рядом с волосяным сосочком. Волос состоит из кутикулы (поверхностный слой), кортекса
(промежуточной части) и медуллы (центральной части волосяного стержня).

Мускул-подниматель шерсти. Животные поднимают шерсть либо для общения между
собой и другими видами, либо для терморегуляции.

Сальные железы, которые продуцируют кожный жир, сочетающий в сложной
комбинации различные липиды. Своим блеском мех животных во многом обязан именно
кожному жиру.

Апокринные (потовые) железы, вырабатывающие у кошки некоторые феромоны и
участвующие в защите организма от патогенных микроорганизмов.

Обновление шерстного покрова

Шерсть кошки не только красива, но и многофункциональна. Ее основная роль
заключается в защите кожи животного: она обеспечивает термическую изоляцию,
препятствует дегидратации и является барьером против различных факторов окружающей
среды (ультрафиолетовые лучи, тепловые удары). Кожный жир, секретируемый сальными
железами, придает шерсти блеск, лоск, но его первостепенная функция -защита против
инфекционных агентов. Шерсть служит также общению животных между собой.

Сравнительная характеристика шерсти кошки

человек собака кошка
Число волосяных фолликулов в группе 1 2-15 10-20
Плотность шерстного покрова (волос/см2) 200-300 100-600 800-1600
Скорость роста волос (мм/день) 0,35 0,25-0,40 0,25-0,30
% активных фолликулов в зависимости от сезона (min-max) 80 -15-60

Обновление шерстного покрова у кошек -процесс одновременно и сезонный, и
постоянный. Сезонная линька более интенсивна, следовательно, лучше выражена. В
природных условиях естественное изменение густоты шерстного покрова позволяет
животному приспособиться к климату. У кошек, которые живут в помещении, при
искусственном освещении и приблизительно постоянной температуре, линька становится
более длительной и нерегулярной, тем не менее, всегда можно заметить, когда происходит ее
сезонный пик.

Парадокс, но в середине зимы скорость роста волос низка! А вот весной начинается 2-
4-месячный период усиленного роста, когда у взрослой кошки шерсть отрастает на 0,3 мм в
день.
Эта фаза усиленного роста характеризуется и повышенным выпадением шерсти:
происходит линька.
Фолликулы активируются, и новые волоски вытесняют со своих мест своих
предшественников.
Наиболее быстро шерсть растет в конце лета, а в северных регионах -в начале сентября, чтобы
животное могло подготовиться к зиме. У кошки от природы есть замечательный инструмент
для ухода за своим мехом. Это ее язык. Благодаря его шероховатой поверхности удаляются
выпавшие волоски, язык укладывает шерстку и вентилирует

ИНБРИДИНГ - PRO ET CONTRA М.А СЛАНЯН,
профессор кафедры генетики и селекции, доктор биологических наук; А.СПИРИН,
профессор кафедры молекулярной биологии, доктор биологических наук, действительный членРоссийской академии наук
(C) Журнал "Друг" 1996 - 6

Данная статья адресована тем любителям кошек и владельцам кошачьих питомников, а также председателям тех клубов и ассоциаций, которые ставят своей главной целью закрепление и улучшение породных качеств своих животных путем чистопородного разведения и отбора (селекции). Сразу подчеркнем, что так как отбор предполагает жесткую выбраковку, эта цель вступает в конфликт с коммерческим разведением кошек, где главная цель - прибыль.


В процессе своей работы заводчик-селекционер должен решать, каких самок с какими из отборных самцов следует спаривать, чтобы их потомство сочетало определенные признаки и приобретало улучшенные черты. Это селекционное мероприятие называется подбором пар для скрещиваний. Подбор пар должен производиться планомерно и систематически, и цель его изменение генетической структуры популяции животных данного питомника в желательном направлении или сохранение и закрепление в потомстве определенного сочетания ценных признаков. Иногда для выведения новых пород или привнесения в породу совсем новых признаков, ранее ей не свойственных, применяется межпородное или даже межвидовое скрещивание, но обычно основным направлением работы селекционера является так называемое чистопородное разведение - спаривание особей одной породы.

Чистопородное разведение подразделяется на два типа: аутбридинг - система неродственных спариваний животных внутри породы, и инбридинг - система спариваний особей, имеющих близкую степень родства, типа брат-сестра, отец-дочь, мать-сын, двоюродные братья и сестры, и т.д. В общем виде инбридинг предполагает, что спариваемые особи - будущие отец и мать - имеют общих предков или хотя бы одного общего предка. Хотя для специалистов важность и необходимость инбридинга в чистопородном разведении очевидны, среди любителей существует масса мифов и предубеждений, причем как против самого инбридинга, так и против использования инбредных производителей в разведении. (Заранее скажем, что последнее особенно большая ошибка, так как инбридированные отборные производители являются, как правило, препотентными - их дети получаются в основном "в отца", - а также часто дают исключительно сильное потомство.)
В чем же биологическая (генетическая) сущность инбридинга? Все современные породы животных, включая и кошек, являются гетерозиготными по многим генам. Это означает следующее. Зигота - оплодотворенная яйцеклетка - получает и от отца, и от матери по одному полному набору генов, так что имеет их двойной набор. Если оба гена, ответственные за данный признак, - один от отца, а другой от матери - идентичны, то это состояние называется гомозиготным по данному гену, и из яйца разовьется гомозиготная по этому гену особь. Если же гены эквивалентной пары, например, определяющие образование черного пигмента волос, различны (скажем, отец передал ген черного цвета С, а мать - измененный, например гималайский, ген сs), то особь получится гетерозиготной по данному гену (Ссs). В последнем случае ген черного цвета доминирует, и животное внешне (фенотипически) получится черным, но будет носителем рецессивного (скрытого) гималайского гена. Если такое гетерозиготное животное - пусть это был черный кот, носитель гималайского гена скрестить с его родной сестрой, тоже черной кошкой, несущей скрытый гималайский ген, то в потомстве будет наблюдаться расщепление (рис. 1): часть потомства будет черного окраса (СС - гомозиготный, и Ссs - гетерозиготный генотипы), а другая часть - гималайского (сsсs гомозиготный генотип).

Это происходит потому, что при скрещивании этого черного кота с его черной сестрой их половые клетки гаметы (сперматозоид и яйцеклетка) - несущие по одинарному набору генов, будут встречаться во всех четырех возможных комбинациях: С от кота и С от кошки, С от кота и сs от кошки, сs от кота и С от кошки, сs от кота и сs от кошки. Следовательно, с вероятностью 1/4 два гималайских гена (один от отца, другой от матери) сойдутся в одной зиготе и дадут гомозиготный гималайский генотип и, стало быть, гималайский фенотип у части котят помета. Другая часть помета, с той же вероятностью 1/4, окажется гомозиготной по гену сплошного черного окраса (СС). Таким образом, генетическая сущность инбридинга сводится к процессу разложения популяции на линии с различными гомозиготными генотипами, Поскольку при инбридинге гены, бывшие в гетерозиготном состоянии, переходят в гомозиготное состояние, в последующем поколении, при скрещивании гомозиготных животных одного окраса не будет наблюдаться расщепления. Этим путем с помощью инбридинга осуществляется выявление скрытых признаков, закрепление желательных признаков в поколениях и создание устойчивых генетических линий.

Наиболее быстрым практическим путем увеличения гомозиготности у высших животных является спаривание родных брата с сестрой (сибсов), имеющих общих отца и мать (при этом не имеет никакого значения, берутся ли сибсыоднопометники или из разных пометов), а также спаривания отца с дочерью или матери с сыном. Иногда высказываемое в среде непрофессионалов мнение, что, дескать, отца с дочерью спаривать можно, а мать с сыном нельзя - миф, не имеющий никаких оснований; эффект от этих обоих типов инбридинга совершенно одинаков. Если осуществлять такой тесный инбридинг (кровосмешение) в течение 1б поколений подряд, то достигается 98% гомозиготности по всем генам, а следовательно, ввиду отсутствия расщепления, все особи этих пометов становятся почти идентичными по генотипу и фенотипу - все дети одинаковы, как близнецы, Конечно, на практике обычно применяется инбридинг гораздо меньшей степени, и соответственно достигается гораздо меньшая степень гомозиготности.
Следует отметить, что спаривание троюродных братьев и сестер (общий прадед) приводит к возрастанию гомозиготности лишь на 2% при бесконечном числе поколений, Следовательно, инбридинг подобного типа уже принципиально отличен от более тесных степеней инбридинга и по сути не ведет к достижению тех целей, которые ставятся перед системой родственных спариваний. Заводчики, по тем или иным причинам избегающие инбридинга, могут не бояться спаривать троюродных родственников.

Определение степени инбридинга и коэффициент инбридинга

На основании анализа родословной животного можно качественно оценить степень инбридинга, которая выражается насыщенностью родословной общими предками (кличками) по материнской и отцовской линиям. По Шапоружу, римскими цифрами обозначаются поколения (ряд предков), считая родительское за первое, дедовское за второе, и т.д. Если общий предок повторяется и в материнской, и в отцовской части родословной, то сначала ставится его встречаемость в материнской родословной, а затем, через черточку, - в отцовской. Тогда скрещивание сын х мать будет обозначаться как I-II (рис. 2,а), отец х дочь как II-I (рис. 2,6), брат х сестра как II-II (рис. 2,в, г), дед х внучка как III-I (рис. 2,д), двоюродные брат х сестра как IIIIII (рис. 2,е), и т. п. Инбридинг типа отец х дочь (II-I), сын х мать (I-II) и брат х сестра (II-II) обозначается как очень тесный, или кровосмешение; близкородственное скрещивание типа II-III или III-II - это тесный инбридинг; а скрещивание III-IV, IV-III, IV-IV, II-V и т. п, - умеренный инбридинг. Ввиду отсутствия ощутимых эффектов более отдаленные родственные скрещивания на практике можно не рассматривать как истинный инбридинг. Владельцы высококлассных породистых кошек, взяв в руки родословную кошки, могут сами оценить, как часто и в какой степени использовался инбридинг заводчиками, участвовавшими в выведении этого питомца.
Для количественного учета степени инбридинга в родословной животного и тем самым определения меры его гомозиготности английский генетик С. Райт ввел понятие коэффициента инбридинга (F). Этот коэффициент вычисляется следующим образом. Сначала считается количество поколений (стрелок - таких, как на рис. 2) от общего предка А отца и матери до отца данного животного (р), затем количество поколений (стрелок) от этого же предка А до матери (т). Эти числа суммируются, и к сумме прибавляется единица: п = р+ m+ 1. Коэффициент инбридинга анализируемого животного (пробанда Х) по этому предку равен 1/2 в степени п: Гa = (1/2)n. Если у отца и матери оказывается несколько общих предков, то коэффициенты суммируются:
Fx =EF, =E(1/2)n, где i - общие предки А, В, С и т. д.
Для примера рассчитаем коэффициент инбридинга животного (пробанда Х), полученного от скрещивания родных брата и сестры (II-II, рис. 2,в). В родословной расстояние (путь) от деда до отца - 1 поколение, от деда до матери - 1 поколение, следовательно, n= 1 + 1 + 1 = 3, а значит Fв = (1/2)3 = 1/8. Но у них есть еще один общий предок - их бабушка; от нее до отца - 1 поколение, от нее же до матери - 1 поколение, а стало быть Fa будет тоже 1/8. Общий коэффициент инбридинга для Х получается Fx = Fa+ Fb = 1/8+ 1/8 = 1/4, или 0,25.
Другой пример - скрещивание деда с внучкой (III-I, рис. 2,д). Здесь у потомства по отцовской линии поколений (стрелок) нет, т.е. 0 поколений, по материнской линии - 2 поколений, откуда n = 0 + 2 + 1 = 3, и тогда Fx = (1/2)3 = 1/8, или 0,125.
Наконец, пример со скрещиванием двоюродных брата с сестрой (III-III, рис. 2,е). Общие предки их отпрыска - прадедушка и прабабушка. От прадедушки до отца - 2 поколения, от него же до матери 2 поколения, т.е. n = 2 + 2 + 1 = 5, и соответственно Fb = (1/2)’ 1/32. То же получается при расчете коэффициента инбридинга на другого общего предка - прабабушку: Fa = (1/2)3 = 1/32. Следовательно, общий коэффициент инбридинга Fx = Fa + Fb = 1/32 + 1/32 = 1/16, или 0,0625.

Из имеющихся родословных каждый заводчик или владелец породистого животного может рассчитать коэффициент инбридинга своих питомцев или их родителей и прародителей - если в их производстве использовался инбридинг. Как уже говорилось, этот коэффициент является показателем степени чистоты (гомозиготности) линий, участвующих в родословной, а также указанием на возможную препотентность соответствующих производителей и/или производительниц (см, ниже). Чем выше коэффициент инбридинга животного, тем больше его генов находится в гомозиготном состоянии. Естественно, как следует из формулы, коэффициент инбридинга не может превышать единицы,

Инбредная депрессия и гетерозис

Почему же в человеческом обществе в большинстве цивилизаций существует либо прямой запрет на кровосмешение, либо осуждение его? Более того, почему в дикой природе тоже все приспособлено так, чтобы по возможности уйти от инбридинга и гомозиготности? Главная причина в том, что и дикой природе, и человеческому обществу для успешного выживания и приспособляемости к меняющимся условиям окружающей среды (в том числе социальной и экономической в случае человеческого общества) необходимо разнообразие генотипов и особей в популяции. В разнообразном сообществе всегда найдутся особи, лучше всех приспособленные к данной конкретной ситуации; однако ситуация меняется - и другие особи, с другими признаками выплывают на поверхность. Однообразие популяции, хотя и хорошо приспособленной к данным конкретным условиям ее существования, обрекает биологический вид на вымирание при изменении условий существования, Таким образом, стремление к созданию разнообразия необходимо не отдельным особям, а всему виду для удовлетворения различным и меняющимся требованиям окружающей среды и исторического процесса.
Но существует также и прямая опасность инбридинга для отдельных особей. Дело в том, что как в процессе индивидуальной жизни животного (и человека), так и на протяжении поколений время от времени происходят мутации - изменения генов. Большая часть мутаций - вредные, и если бы они немедленно проявлялись, то приводили бы к смерти (летальные мутации), уродствам, ненормальностям поведения, несоответствиям окружающей среде, и т.п. Однако большая часть мутаций в то же время имеет рецессивный характер, т.е. в комбинации с нормальным парным геном, благодаря двойному набору генов, не проявляется в гетерозиготном состоянии. Груз таких вредных, но не проявляемых, скрытых мутаций имеется у каждого гетерозиготного индивидуума, включая каждого человека, Инбридинг создает гомозиготность, в том числе гомозиготность по вредным генам, и, следовательно, ведет к их фенотипическому проявлению в потомстве - внутриутробной или ранней смерти, уродствам, пониженной жизнеспособности и т.п. Это явление называется инбредной депрессией.
Зададим обратный вопрос - почему же, несмотря на опасность инбредной депрессии, селекционеры, выводящие и совершенствующие домашних животных, столь часто прибегают к инбридингу и не боятся его? Ответ прост: селекционеры не стремятся обеспечить максимальную выживаемость, жизнестойкость и высокие качества всех особей потомства, а ведут отбор лучших, выбраковывая (например, кастрируя) дефектных, слабых и просто с нежелательными признаками. Тем самым при инбридинге, когда происходит разложение генотипа на гомозиготные линии, вредные рецессивные гены проявляются и убираются из дальнейшего разведения, а все "хорошие" гены и их комбинации закрепляются в гомозиготном состоянии и оставляются для дальнейших поколений. Таким образом, инбридинг в руках селекционера - это способ удаления из генотипа груза вредных мутаций, с одной стороны, и создания необходимых комбинаций ценных генов и признаков, с другой. Кроме того, благодаря гомозиготности создается необходимая для выведения любой новой породы однородность, отвечающая требованиям этой породы, и соответствующие ценные признаки оказываются закрепленными в потомстве. Следует отметить, что по мере инбридинга и отбора лучших, вследствие избавления от груза вредных скрытых мутаций, опасность инбредной депрессии при близкородственном скрещивании отобранных инбредных животных уменьшается.
При скрещивании между представителями разных независимых инбредных линий может наблюдаться явление, в известном смысле противоположное инбредной депрессии - гетерозис, называемый также "гибридной силой". Такие гибриды двух инбредных животных обычно обнаруживают повышенную жизнеспособность, рост, плодовитость и т. п. Это происходит потому, что при скрещивании между двумя инбредными линиями, отобранными и потому сходными по типичным признакам породы, сохраняется в потомстве гомозиготность по этим отобранным признакам, тогда как оставшиеся не выбракованными вредные мутации переводятся в гетерозиготное состояние и тем самым становятся рецессивными, т.е. не проявляются.

Практика цели инбридинга
Рассмотрим в целом и просуммируем задачи, которые выполняются, и цели, которые преследуются животноводами, в том числе заводчиками-селекционерами кошек, при использовании инбридинга.
Во-первых, инбридинг необходим при выведении новой породы или новой группы внутри породы. Для увеличения генетического разнообразия и привлечения новых признаков селекционер скрещивает животных разных пород. Получаемое гибридное потомство является гетерозиготным и поэтому будет давать в последующих поколениях расщепление. Для закрепления желательных комбинаций признаков и применяется инбридинг в основном тесный, типа брат х сестра, отец х дочь и мать х сын. В результате инбридинга создаются однородные семьи и достигается константное проявление признаков. Среди инбредных потомков проводится жесткая выбраковка до 80 % - дефектных, слабых и не соответствующих намеченным стандартам животных.
На рис. 3 приведен пример очень тесного инбридинга при выведении гималайских кошек с сиреневыми отметинами (лайлакпойнт) в английском питомнике Мингчью. Кошка с окрасом шоколад-пойнт - Снафф - была получена скрещиванием кота Тромо, с окрасом сил-пойнт, носителя шоколадного и голубого гейов, из американского питомника Брайери, с сиамской кошкой Трайвией, тоже сил-пойнт и тоже носительницей шоколадного и голубого генов, из питомника Мингчьщ, Эта кошка шоколад-пойнт (Снафф) была повязана со своим отцом, котом Тромо. Родившийся от них кот Чок, сил-пойнт, был повязан со своей матерью, кошкой Снафф, шоколад-пойнт. От них родилась первая кошка с сиреневыми отметинами (лайлак-пойнт) - Сулатри. Стоит отметить очень высокий коэффициент инбридинга Сулатри: Р 3/8, или 0,375, т. е. выше, чем при скрещивании родных брата с сестрой.
Во-вторых, тесный (очень тесный) инбридинг применяется в случаях, когда необходимо выявить производителей - носителей летальных, полулетальных и других нежелательных генов. Это так называемый тестовый инбридинг. По результатам тестового инбридинга могут быть приняты различные решения: либо такие производители выбраковываются, либо используются для производства гомозиготных потомков (путем инбридинга) с выбраковкой дефектных и отбором лучших, чем достигается очистка генотипа от нежелательных генов.
В-третьих, целью инбридинга может быть выведение высокопрепотентного, т, е. эффективно передающего свои черты детям, производителя. Известно, что инбредные животные обладают более высокой индивидуальной препотенцией по сравнению с особями, получаемыми от неродственных скрещиваний. В связи с этим в животноводстве существует широко принятая практика спаривать инбредного самца с неинбредными самками; такая практика называется топ-кроссинг. Важно, что хороший инбредный производитель, передавая свои отобранные качества потомкам, может существенно улучшить поголовье питомника и придать ему свое лицо, свою особенность, свой тип.
В-четвертых, иногда заводчики идут на создание инбредных линий в своих питомниках, чтобы потом, скрещивая представителей разных линий (часто это делается в порядке кооперации между разными питомниками), получать эффект гетерозиса - мощное, крупное, жизнестойкое и плодовитое потомство.
В заключение мы хотели бы подчеркнуть, что для ведения племенной работы - в том числе с кошками - необходимо применять системы грамотного отбора и подбора животных. При этом различают отбор по фенотипу и по генотипу. Любители кошек хорошо знакомы с разного уровня выставками кошек, на которых осуществляется классная оценка (на профессиональном языке - бонитировка) кошек. Это и есть оценка по фенотипу. Оценка же по генотипу должна проводиться по родословным животных и по качеству их потомства. Вообще говоря, племенную ценность животного можно выяснить, лишь оценив производителя по качеству его потомства. Животное прекрасного фенотипа далеко не всегда будет хорошим производителем. У животноводов есть крылатое выражение: "Хороший бык полстада стоит". То же и с котами-производителями: качество питомника и его лицо во многом определяется котом-производителем (или котами-производителями, если их больше одного). Такой кот-производитель должен быть высоко препотентным, а следовательно, заводчики должны обратить свое внимание на инбредных производителей. Более того, нельзя создать хороший питомник, просто закупив за границей дорогих животных с чемпионскими и грандчемпионскими титулами. Нужно, чтобы в самом питомнике и от производителей питомника на стороне рождались животные международного чемпионского и грандчемпионского уровня. А для этого нужна грамотная племенная работа, в которой существенную роль играет инбридинг.