25/03/2021
РАЗГОВОР ОБ ИНБРИДИНГЕ.
(с) Степан Белякин, биолог, Директор по науке в ООО "ВетГеномика" г.Новосибирск.
*****
Инбридинг - это тема, которая порождает множество споров, зачастую ожесточенных. Попробуем разобраться, что стоит за этим словом.
Как все прекрасно знают, инбридинг - это близкородственное скрещивание. В практическом применении инбридинг используется для закрепления тех или иных генетических признаков. Достигается это за счет того, что при близкородственном скрещивании могут воспроизводиться комбинации генов, присутствующие у производителей.
Внутри породы существует некоторое генетическое разнообразие, которое порождает разные генетические комбинации и, соответственно, дает определенное фенотипическое разнообразие внутри породы.
Существующее в породе генетическое разнообразие и является материалом для селекционной работы.
На рисунке 1 разнообразие внутри породы показано на примере 13 животных, у которых хромосомы окрашены разными оттенками серого.
Предположим, что мы хотим закрепить комбинацию №11. В качестве пары мы из каких-то соображений подобрали животное №6, просто для примера. Согласно 2-му закону Менделя, в результате такого скрещивания возможны комбинации №14-17. В каждом из таких потомков одна хромосома пришла от родителя №6, а вторая - от родителя №11.
Если мы проведем инбредное скрещивание с использованием родителя №11, то, опять же, по 2-му закону Менделя в потомстве могут появиться новые комбинации хромосом, указанные на рисунке. Примечательно в этом случае то, что с вероятностью 25% при таком инбридинге может появиться комбинация, идентичная родителю №11 (на рисунке эти варианты отмечены звездочками).
На приведенном примере видно два важных явления, которые происходят при инбридинге.
1. в потомстве, полученном в результате инбридинга, резко повышается доля хромосом, полученных от производителя №11 (до 75%). Соответственно, можно сказать, что по сравнению с исходной популяцией из 13 животных, у такого потомства происходит снижение генетического разнообразия.
2. резко повышается вероятность повторения комбинации, имеющейся у одного из родителей, что и являлось целью селекционера.
Понятно, что показанная ситуация содержит ряд упрощений. Во-первых, показана только одна пара хромосом, тогда как у каждой собаки, например, 39 пар, а у кошек - по 19 пар хромосом.
Соответственно, если желаемая удачная комбинация генов разбросана по разным парам хромосом, воспроизвести ее полностью может быть нелегко даже с помощью инбридинга. Ведь хромосомы из разных пар подчиняются 2-му закону Менделя и наследуются независимо друг от друга. Это значит, число возможных комбинаций из нескольких пар хромосом может быть гораздо больше четырех, и доля потомков, несущих ту же комбинацию, что и один из родителей, окажется существенно ниже 25%.
Кроме этого, в нашем примере не учитывается генетическая рекомбинация, которая приводит к перемешиванию генов хромосомах, относящихся к одной паре, и также затрудняет получение конкретной комбинации генов при проведении инбридинга.
Тем не менее, показанный пример иллюстрирует основные генетические закономерности, ожидаемые при инбридинге. В следующей статье мы перейдем к обсуждению этих эффектов, что и является основным предметом баталий.
***
Как мы детально описали выше, в результате инбридинга в потомстве повышается доля хромосом, доставшихся от общего предка по отцовской и материнской линии (животное №11, см. предыдущую статью по указанной выше ссылке). Ситуация, использованная нами для примера, представляет собой случай очень тесного инбридинга дочь-отец.
В потомстве такого инбридинга (животные №18-21) ожидаемая доля хромосом, изначально присутствовавших у отца, составляет ни много ни мало 75% (отмечены галочками на Рисунке 1).
Понятно, что при этом повышается вероятность получить в потомстве ту же комбинацию, которая была у родителя. Как видно, в результате инбридинга, изображенного на Рисунке 1, такая же комбинация аллелей, как у животного №11, повторится с вероятностью 25% (отмечена звездочкой). Это гораздо выше, чем вероятность случайного возникновения этой же комбинации при подборе партнеров среди неродственных животных.
Следует обратить внимание и на то, что с вероятностью 75% в этом же скрещивании появятся другие комбинации аллелей, которые могут быть как удачными, так и неудачными с точки зрения селекционера.
Нужно также отметить, что, например, даже при скрещивании брата с сестрой не всегда в принципе возможно воспроизвести комбинацию, которая присутствовала у их общего отца! Например, если повязать животных №14 и №15 между собой, отцовская комбинация №11 не может быть воспроизведена, потому что одна из нужных для этого хромосом попросту отсутствует у обоих животных (Рисунок 1). Чем дальше в родословной общий предок, тем выше вероятность такого исхода.
Итак, инбридинг позволяет с достаточно высокой вероятностью воспроизвести комбинацию аллелей общего предка и, соответственно, получить потомство с интересующими фенотипическими проявлениями уже в первом инбредном поколении. Понятно, что если в формировании интересующего признака участвуют несколько генов, расположенных на разных хромосомах, то вероятность их воспроизведения даже при тесном инбридинге будет ниже 25%, хотя и все-равно выше, чем вероятность случайного возникновения этой же комбинации.
Чтобы закрепить признак и получить группу животных, обладающих удачной с точки зрения селекционера комбинацией аллелей, часто требуется проведение повторных раундов инбридинга. Рассмотрим это на примере, изображенном на Рисунке 2. На нем представлено уже второе поколение, полученное в результате инбридинга. В этом случае животных №18-21 снова скрещивали с животным №11, которое является одновременно их отцом и дедом.
На Рисунке 2 видно, что в половине случаев такого инбридинга (№20 x №11 и №21 x №11) вероятность появления комбинации №11 составляет уже 50% (показано звездочками). Отметим, что в этих двух случаях все потомство несет обе рассматриваемые хромосомы от №11 (отмечены галочками), а обе хромосомы от животного №6 отсутствуют. Это означает, что при продолжении инбридинга в дальнейших поколениях будут появляться только комбинации этих хромосом.
Понятно, что описанная картина содержит целый ряд намеренных упрощений по сравнению с реальностью.
Например, здесь мы полностью игнорируем наличие генетической рекомбинации, в результате которой возникают новые комбинации аллелей внутри хромосом (https://vetgenomics.ru/recombination).
Кроме того в некоторых случаях повторный инбридинг просто невозможен, например, если в помете все щенки оказываются неподходящего пола! Но короткий формат постов не позволяет написать книгу, а потому приходится концентрироваться на главном.
А главные выводы из этой статьи таковы. Инбридинг является мощным инструментом селекции, который позволяет во много раз ускорить закрепление тех или иных генетических признаков. При этом, как показано выше, вероятность такого закрепления не составляет 100%, хотя и возрастает с каждым раундом инбридинга. Вместе с тем, при менее тесном инбридинге появляются ситуации, когда желаемую комбинацию вообще невозможно получить (например, см. №14 x №15). Все это означает, что для успешного применения инбридинга в селекции необходимо четко представлять себе конечный результат, по возможности оценивать вероятности его достижения и, самое важное, проводить строгую селекцию в каждом поколении.
В следующей статье мы рассмотрим сложности в применении инбридинга, а также его возможные негативные эффекты.
