ПОЛИГЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ

НАСЛЕДОВАНИЕ ПОЛИГЕННО ОБУСЛОВЛЕННЫХ ПРИЗНАКОВ НА ПРИМЕРЕ СОБАК
Пожалуй, это один из моих «любимейших» вопросов, который регулярно задают собаководы
- А как наследуется.....
И далее называется признак, несомненно, обусловленный действием многих генов, например: размер собаки, форма головы, количество зубов, длина плеча и прочая, и прочая.
Отвечаю я всегда одно и то же.
- Если речь идет о полигенном характере наследования, то вопрос «как наследуется данный признак?» не корректен. Наследование таких признаков не подчиняется законам Менделя, потому не может быть определен как доминантный или рецессивный. Это вы, лично, должны провести анализ потомства интересующей вас собаки и определить - насколько устойчиво она передает нужный признак своим детям.
По весьма сдержанной благодарности, а то и отсутствию таковой, равно как и уточняющих вопросов, делаю вывод, что данный ответ еще никого не удовлетворил. Что уж каждый вопрошающий думал себе: то ли считают это формальной отпиской, то ли сомневался в дееспособности самой науки генетики, то ли подозревал нежелание делиться профессиональными секретами? Хотя, уж какие тут секреты, если в любом учебнике можно найти фразу о сложном, не менделевском характере наследования признаков, формирующихся в результате суммирования эффектов действия многих пар генов. При этом каждая пара генов из данной линии полигенов строжайшим образом подчиняется законам Менделя. Все элементарно просто: один ген подчиняется, множество — нет. И в этом тезисе нет ни малейшего абсурда и несуразности, наоборот, строгое соответствие математическим правилам.
Но прежде чем погрузимся «в сладостный, волшебный, поэтический мир цифр", следует разобраться с классификацией признаков. Как «на глазок» определить статус признака — моногенный он или полигенный? На самом деле это не так уж сложно. Наравне с «моногенный» в генетике используют термин «качественный», а «полигенный», соответственно, «количественный». Раздел науки генетики, изучающий полигены так и называется - Генетика количественных признаков.
Качественный признак — альтернативный, дискретный, с четкими границами при расщеплении на доминантные или рецессивные признаки. Количественные признаки характеризуются непрерывной изменчивостью и не дают четких границ расщепления при разных вариантах скрещивания. При этом один и тот же признак может быть одновременно и качественным и количественным, в зависимости от того — какая его ипостась нас интересует. В этом, на первый взгляд, противоречивом утверждении также нет никакого парадокса.
В качестве примера можно взять некую породу, где допустимы два окраса: соболиный и черно-подпалый. Соболиный окрас собак, как известно, определяется доминантным аллелем Ау из локуса А (Агути), а подпалый — рецессивным алелем at того же локуса. Всех собак данной породы мы с легкостью сможем разделить на две группы: соболиных и подпалых. И не будет кроме того каких-то «частично соболиных» или «чуточку подпалых». Собака либо соболиная, либо подпалая. Это и есть качественное отличие. Дополнительно подтверждается и менделевским характером наследования. Все гетерозиготы Ayat имеют соболиный фенотип и никогда не бывают подпалыми; от двух соболиных могут родиться ч/п щенки, а от двух ч/п невозможно рождение соболиных щенков.
А теперь давайте возьмем группу соболиных собак и оценим их окрас на наличие примеси черного пигмента в шерсти. Анализ покажет, что количество черноты колеблется от минимального - 1% и менее, до значительного - около 50%. Если бы перед нами поставили задачу разделить собак по степени зачернения на 2 группы, то как это сделать? Просто механически разделить по средней черте 25%? Ну и где здравый смысл, если собаки с 1% и 25% черноты будут отнесены к одному фенотипическому признаку, а с 25% и 26% к разным? И где же четко выраженный характер наследования и безусловное доминирование более черных над менее черными? Или наоборот.
Сразу же рассмотрим и возможные ошибки. Первая - выбрать лишь две особи с крайними проявлениями признака. В нашем случае это будет собака практически чисто рыжего окраса, то есть менее 1% черного пигмента (напомню, что даже у визуально рыжих Ау-особей все равно есть мизерное количество эумеланина в шерсти), а вторая собака с зачернением 50% или даже более того. Ну чем не качественное отличие? Оплошность же в том, что мы попытались оценить множество по всего лишь двум элементам. Как в первом случае, когда мы делили собак на соболиных и подпалых, так и во втором случае, когда оцениваем степень зачернения, следует оценивать все поголовье или, как минимум, статистически значимое количество, хотя бы 1000 особей. Если подвергнуть тщательному осмотру эту тысячу соболиных собак и расставить их в воображаемую линию по степени зачернения, то это будет непрерывная череда — 1% - 2% - 3%......49% - 50%. А если соблюден принцип непрерывности, то это, однозначно, количественный признак.
Чуть сложнее пример с зубами. Зуб или есть, или его нет, и тут вроде бы налицо качественный скачок. Ведь каждый зуб является самостоятельным органом, и вот этот факт и вводит в заблуждение. Дело в том, что зуб становится отдельной функциональной единицей лишь на определенном этапе развития организма. Но вначале, на ранних стадиях эмбриогенеза, все зубы одной челюсти были единой зубной пластинкой. На сколько зачатков разделится пластинка — столько зубов и вырастет. Чаще пластина делится на меньшее количество частей, однако не редки случаи когда и лишние зубы прорезываются. А если для описания мы используем категории больше-меньше, то речь идет о количественном признаке.
Теперь, собственно, о полигенном наследовании. Пример чисто теоретический и все изложенное ниже не является описанием характера наследования выбранного признака. Просто для лучшего понимания и точности визуализации лучше оперировать не абстрактным «количественным признаком», а чем-то вполне определенным. Я выбрала длину уха. Вне всякого сомнения, что рост хрящевой ткани ушной раковины не может зависеть от одного единственного гена. Регуляция роста должна иметь полигенный характер. Наименьшее и наипростейшее множество состоит из 2 элементов. Вот и начнем с предположения, что рост ушей контролируется генами всего лишь двух локусов, назовем их А и В. Далее опять выбираем самый просто вариант, при котором в каждом из локусом возможны лишь 2 аллельные формы: А и а; B и b. Доминантные аллели отвечают за активный рост хрящей, а рецессивные формы за медленный процесс роста. Доминирование в каждом из локусов полное, то есть особи с генотипами ААВВ АаВb будет иметь уши одинаковой длины, приветствуемой стандартом породы. Пусть также вклад локуса А будет более весомым, чем работа локуса В. В соответствии с заданными условиями фенотипическое выражение признака будет следующим при разных генотипах:
AABB — длинное ухо
AaBB — длинное ухо
AABb — длинное ухо
AaBb — длинное ухо
AAbb — чуть коротковато ухо
Aabb — чуть коротковато ухо
aaBB — короткое ухо
aaBb — короткое ухо
aabb — слишком короткое ухо.

Один их краеугольных принципов племенного подбора гласит, что кобель и сука не должны иметь одинаковые недостатки. Потому к короткоухой суке с генотипом aabb следует подобрать кобеля с правильным длинным ухом.
Поскольку длинноухость может определяться четырьмя вариантами генотипа, то рассмотрим все вероятные результаты:
1) AABB x aabb =
AaBb - 100% щенков с длинным ухом.

2) AaBB x aabb =
AaBb - 50% длинное ухо (здесь и далее число процентов означает не количество
щенков с таким признаком в помете, а вероятность рождения щенка
с этим признаком)
aaBb - 50% короткое ухо.

3) АABb x aabb =
AaBb - 50% длинное ухо
Aabb - 50% чуть коротковато ухо.

4) AaBb x aabb =
AaBb - 25% длинное ухо
Aabb - 25% чуть коротковато ухо
aaBb - 25% короткое ухо
aabb - 25% слишком короткое ухо.

Анализируем полученные результаты.
Кобель №1 абсолютно препотентный улучшатель и передает всем своим щенкам ухо правильной длины. На самом деле такой 100% препотентности не существует. Теоретические перестановки буковок выдали такой вариант лишь потому, что мы оперируем всего двумя локусами. В действительности процессы роста тканей контролируются большей группой генов.

Кобель №2 наравне с длинноухими щенками может дать и короткоухих.

У кобеля №3 результат чуть хуже, чем у №1, но лучше, чем у №2. Это как раз тот вариант, который встречается в реальности, и таких кобелей мы называем препотентными.

Кобель №4 с равной вероятностью дает ухо всех четырех размерностей. Притом, длинноухих, которые нам и нужны, будет всего лишь четверть, если взять статистику по нескольким пометам от этого отца.

На этом этапе хоть и наблюдаются некоторые отклонения от Менделевской схемы наследования, но столь несущественные, что не помешают ответить на вопрос: «Как передается длина уха?» Наблюдается явное доминирование длинного уха над коротким. В зависимости от того гомозиготен или гетерозиготен производитель доминирование будет либо полным, либо будет расщепление по фенотипу в потомстве. От двух длинноухих производителей AaBb x AaBb можно получить щенков со слишком коротким ухом — aabb, но от двух короткоухих aabb х aabb невозможно получить длинноухих.
Правда от пары AAbb x aaBB возможно рождение длинноухих щенков — ААВВ, что указывает и на возможность обратного доминирования. Но пример этот не слишком показателен, ведь особь Aabb имеет лишь чуть короткое ухо, что близко к норме, потому такие примеры обычно выпадают из поля зрения породников.
Пойдем дальше. Статистическое распределение в приведенных примерах справедливо лишь для варианта когда локусы А и В располагаются в разных хромосомах. Но ведь они могут оказаться в одной хромосоме, притом достаточно близко расположены. В этом случае А и В войдут в одну группу сцепления. Расположение генов, контролирующих один и тот же процесс, на одной хромосоме вовсе не какой-то экстраординарный случай, а неотвратимая неизбежность. 20 тыс. генов на 39 хромосомах по-другому не распределить.
Возьмем особь с генотипом AaBb. Возможны 2 варианта компоновки:
1) В одной хромосоме окажутся два доминантных аллеля AB, а рецессивные расположатся во второй ab.
2) В одной хромосоме окажется сочетание Ab, во второй — аВ.

Нарушим общепринятое правило записи формулы генотипа и запишем эти варианты как (AB)(ab) и (Ab)(aB). Скобки означают, что связку аллелей внутри скобок разрывать нельзя. При вязке с короткоухой сукой (ab)(ab):
1) (AB)(ab) x (ab)(ab) =
(AB)(ab) - 50% длинное ухо
(ab)(ab) - 50% слишком короткое ухо.

2) (Ab)(aB) x (ab)(ab) =
(Ab)(ab) - 50% чуть коротковато ухо
(aB)(ab) - 50% короткое ухо.

Получается, что особь с одним и тем же набором аллелей AaBb, в зависимости от расположения локусов А и В может по-разному передавать признак своим потомкам. Если А и В находятся в разных хромосомах, то равновероятно рождение щенков всех 4-х возможных длин уха. Если же А и В в одной хромосоме, то в первом случае вдвое возрастает вероятность получить щенков с нужным нам длинным ухом, на так же мы получим больше щенков с порочным ухом, и никаких промежуточных форм. Но самый интересный последний вариант, здесь мы вообще не получили длинноухих щенков.
Подытожим. В группе производителей с одинаковым фенотипическим признаком есть особи передающие 100% своим потомков длинное ухо, но есть вовсе не передающие, и вот такой характер наследования даже с натяжкой нельзя назвать менделевским.
И ведь это всего лишь 2 локуса с 2-мя аллельными формами. А если добавить еще один локус С, ингибирующий процесс роста, что правомерно, ведь любые ткани организма должны прекратить рост по мере наступления физиологической зрелости. И в этом локусе окажется не 2, а 4 аллельные формы со следующим характером доминирования в локусе:
С > с1 > с2 > с3 .
Да еще и доминирование будет неполным, то есть гетерозиготы будут иметь промежуточное выражение признака.
Функционально: доминантный аллель С будет слишком резко останавливать рост; рецессивный аллель с1 действует более плавно; с2 плоховато тормозит деление клеток; с3 совсем скверно справляется с заданной функцией.
Прибавим нашему идеальному производителю ААВВ локус С и посмотрим что получится.
ААВВСС и ААВВСс1 будут иметь чуть коротковато ухо.
ААВВс2с3 и ААВВс3с3 окажутся обладатели излишне длинных ушей. Это как раз ближе к реалиям, а то в нашем простом примере с 2 локусами было отклонение только в меньшую сторону. Приятный нам фенотип являлся максимально возможным размером, да еще определялся сочетанием доминантных аллелей. Обычно же идеальный экстерьерный признак — это золотая середина между «недостаточно» и «излишне».
В нашем случае идеальное ухо будет при сочетании ААВВс1с2 и ААВВСс3. Но также можно получить правильный размер и у особей с другим набором аллелей в локусах А и В. Например, у AAbbc2c3 и aaBBс3с3 медленный рост скомпенсируется более поздней остановкой роста. Ну, а обладателям aabb, так уж и быть, не дадим шанса заполучить длинные уши, хотя пара с3с3 сможет их удлинить до чуть коротковатых, зато СС укоротят до неприличия. Также у нас получится большое количество промежуточных форм, то есть та самая непрерывная изменчивость количественного признака.
Полная анархия случится и в характере доминирования, от двух собак со слишком коротким ухом можно будет получить потомков с длинными ушами.
AАbbCC х aaBBCc3 = AaBbCc3.
А если еще рассмотреть варианты расположения всех 3 локусов в одной хромосоме, или двух из троицы, но в разных комбинациях: (АВ)С; (АС)В; А(ВС). Многообразие вариантов получится таким, что не получится высмотреть даже намека на какие-либо тенденции в характере наследования.
Тут бы впору впасть в отчаяние. Как строить племенную работу если всего лишь 3 локуса могут учинить такую катавасию? Но если вспомнить, что препотентность существует де-факто, а не только в теоретических трудах, то все оказывается не так уж и прискорбно. Особенно показателен пример с наследованием формы головы.
Череп собаки состоит из 27 костей достаточно сложной пространственной конфигурации. Генетический контроль над развитием столь сложной конструкции включает множество генов. На сегодняшний день даже известны некоторые из них и найдены мутации связанные с оригинальной формой головы в некоторых породах. Более того, не так давно в геноме мышей нашли около 4000 энхансеров (регуляторы, изменяющие экспрессию генов) непосредственно влияющих на формирование черт лица. Большинство из этих усиливающих последовательностей обнаружены в организме человека, так что вполне вероятно, что и у нас, и у прочих млекопитающих они имеют аналогичные функции.
Я не большой специалист по физиономиям мышек, да и ученным, изучавшим работу энхансеров, пришлось использовать специальные компьютерные программы, чтобы понять роль каждой последовательности, но я точно знаю, что у собак, да и у людей бывает просто поразительная схожесть детей с родителями и дедами/бабками. Это было бы абсолютно невозможно если бы тысячи означенных наследственных факторов свободно перемешивались и наследовались каждый независимо друг от друга. В этом случае число возможных сочетаний вышло бы даже за астрономические рамки. Вероятность повтора комбинации была бы просто невозможна за «мизерное» время существования Вселенной, следовательно, дети никогда не были бы похожими на своих родителей.
Однако похожи. Более того, характер наследования явно указывает на то, что некоторые ключевые гены и регуляторные последовательности имеют сцепленный характер наследования. Наверное многим собаководам известны случаи, когда в породе появлялся кобель с оригинальной и необычной головой, и этот новый тип вызывал бурный восторг породников. К новой звезде выстраивалась очередь из сук разного происхождения и фенотипа и - о чудо! - все щенки, кто в большей, кто в меньшей степени, получались в папу. Затем многие из повзрослевших потомков и сами достаточно устойчиво передавали такой тип головы. Объяснить столь устойчивое наследование сложного признака можно лишь тем, что ряд ключевых генетических последовательностей, ответственных за новую «изюминку» в форме головы, расположились в одном плече хромосомы и эта команда состоит в основном из доминантных аллелей. Если в обеих хромосомах этот участок приблизительно одинаков по типу аллелей, то наследование будет подавляющим. Пример: (ABCD)(ABCd).
Если удачное сочетание окажется лишь в одной хромосоме, но благодаря доминантному составу участников именно эта цепочка будет формировать фенотип, а во второй хромосоме окажется совсем другой, слабый во всех смыслах набор аллелей, то такой производитель будет передавать форму своей головы лишь части потомков. Что, между прочим, тоже довольно ценное свойство. Пример: (ABCD)(abcd).
Но бывают и обратные случаи, когда интересная, красивая голова никак не желает переходить по наследству. В этом случае «изюминка» появилась то ли благодаря генам разных хромосом, то ли равномерным распределением доминантных аллелей в гомологичных хромосомах. Пример: (AbCd)(aBcD).
Таким образом, если заводчику нужно компенсировать какой-либо недостаток суки, то следует внимательно проанализировать не только потомство потенциального отца, но и обратить внимание на фенотип сук, с которыми он вязался. Особый интерес следует проявить к тем пометам, где мамочки имели тот же недостаток, что и ваша сука. Но и правильные суки могут помочь набрать статистику, ведь если в пометах от таких сук будет наблюдаться слишком высокая вариабельность нужного признака, то вряд ли этот кобель то, что нам нужно.
Собственно, с чего начали — к тому и пришли. Только умение видеть достоинства и недостатки собак и грамотный анализ практических результатов помогут в правильном подборе племенной пары. А что же генетика? А генетика поможет объяснить с научной точки зрения почему нужно самому учиться и расти профессионально, а не ждать универсальных подсказок со стороны.