Диагностика генетических нарушений. Селекция
Диагностика генетических нарушений как учение о распознавании и обозначении генетических болезней складывается в основном из двух частей:
выявление патологических признаков, то есть фенотипических отклонений у отдельных особей;
доказательство наследуемости обнаруженных отклонений.
Под понятием «оценка генетического здоровья» подразумевают проверку фенотипически нормальной особи на предмет выявления неблагоприятных рецессивных аллелей (тест на гетерозиготность). Наряду с генетическими методами применяют и методы, исключающие влияние среды. Рутинные методы исследования: бонитировка, лабораторная диагностика, методы патологической анатомии, гистологии и патофизиологии. Специальные методы, имеющие большое значение – цитогенетические и иммуногенетические методы. Метод культуры клеток способствовал серьезным успехам в диагностике и генетическом анализе наследственных заболеваний. За короткий срок этот метод позволил изучить около 20 генетических дефектов, встречающихся у человека (Рерабек и Рерабек, 1960; Нью,1956; Рапопорт,1969) с его помощью можно во многих случаях отдеференцировать гомозигот от гетерозигот при рецессивном типе наследования.
Иммуногенетические методы применяются для изучения групп крови, белков сыворотки крови и молока, белков семенной жидкости, типов гемоглобина и др. Открытие большого числа белковых локусов с множественными аллелями привело к «эпохе ренессанса» в менделевской генетике. Белковые локусы используются:
для установления генотипа отдельных животных
при исследовании некоторых специфических дефектов (иммунопарез)
для изучения сцепления (гены маркеры)
для анализа генной несовместимости
для выявления мозаицизма и химеризма
Наличие дефекта с момента рождения, пороки, всплывающие в определенных линиях и питомниках, присутствие в каждом аномальном случае общего предка – не означает наследственности данного состояния и генетической природы. При выявлении патологии необходимо получить доказательство ее генетичекой обусловленности и определить тип наследования. Необходима также статистическая обработка материала.
Генетико–статистическому анализу подвергают две группы данных:
Популяционные данные – частота врожденных аномалий в совокупной популяции, частота врожденных аномалий в субпопуляции
Семейные данные – доказательство генетической обусловленности и определение типа наследования, коэффициенты инбридинга и степень концентрации предков.
При изучении генетической обусловленности и типа наследования сравнивают наблюдаемые численные соотношения нормального и дефектного фенотипов в потомстве группы родителей одинакового (теоретически) генотипа с вычисленными на основании биноминальных вероятностей соотношениями расщепления согласно законам Менделя. Для получения статистического материала необходимо вычислить частоту пораженных и здоровых особей среди кровных родственников пробанда на протяжении нескольких поколений, определить численное соотношение путем комбинации отдельных данных, объединить данные о небольших семьях с соответственно одинаковыми родительскими генотипами. Так же важны сведения о размере помета и пола щенков (для оценки возможности сцепленной или ограниченной полом наследственности).
При этом необходимо провести сбор данных по отбору:
Комплексный отбор – случайная выборка родителей (применяется при проверке доминантного признака)
Целенаправленный отбор – все собаки с «плохим» признаком в популяции после тщательного ее обследования
Индивидуальный отбор – вероятность проявления аномалии настолько низка, что он встречается у одного щенка из помета
Множественный отбор – промежуточный между целенаправленным и индивидуальным, когда в помете имеется больше одного пораженного щенка, но не все они являются пробандами.
Все способы, кроме первого исключают вязки собак с генотипом Nn, не дающих в пометах аномалии. Существуют различные способы коррекции данных: Н.Т.Дж. Бейли(79), Л.Л.Кавайи-Сфорца и В.Ф.Бодме и К.Стер.
Генетическая характеристика популяции начинается с оценки распространенности изучаемого заболевания или признака. По этим данным определяются частоты генов и соответствующих генотипов в популяции. Популяционный метод позволяет изучать распространение отдельных генов или хромосомных аномалий в популяциях. Для анализа генетической структуры популяции необходимо обследовать большую группу особей, которая должна быть представительной, позволяющей судить о популяции в целом. Этот метод информативен при изучении различных форм наследственной патологии.
Основным методом при определении типа наследственных аномалий является анализ родословных в пределах родственных групп особей, в которых фиксировались случаи изучаемого заболевания по следующему алгоритму:
Определение происхождения аномальных животных по племенным карточкам;
Составление родословных на аномальных особей с целью поиска общих предков;
Анализ типа наследования аномалии;
Проведение генетико-статистических расчётов на степень случайности появления аномалии и частоты встречаемости в популяции.
Генеалогический метод анализа родословных занимает ведущее место в генетических исследованиях медленно размножающихся животных и человека. По исследованию фенотипов нескольких поколений родственников можно установить характер наследования признака и генотипы отдельных членов семей, определить вероятность проявления и степень риска для потомства по тому или иному заболеванию.
При определении наследственного заболевания обращают внимание на типичные признаки генетической предрасположенности. Патология возникает чаще всего в группе родственных животных, чем в целой популяции. Это помогает отличить врожденное заболевание от породной предрасположенности. Однако анализ родословной показывает, что есть семейные случаи заболевания, что, предполагает наличие определенного гена или группы генов, ответственных за это. Во-вторых, наследственный дефект часто затрагивает одну и туже анатомическую область в группе родственных животных. В-третьих, при инбридинге случаев заболевания становится больше. В-четвертых, наследственные заболевания часто проявляются рано, и нередко имеют постоянный возраст начала заболевания.
Генетические заболевания обычно поражают несколько животных в помете, в отличие от интоксикации и инфекционных заболеваний, которые поражают весь помет. Врожденные заболевания очень разнообразны, от относительно благоприятных до неизменно летальных. Диагностика их обычно базируется на сборе анамнеза, клинических признаках, анамнезе заболевания у родственных животных, результатах анализирующего скрещивания и определенных диагностических исследованиях.
Значительное число моногенных заболеваний наследуется по рецессивному типу. Это значит, что при аутосомной локализации соответствующего гена болеют только гомозиготные носители мутаций. Мутации чаще всего рецессивные и проявляются только в гомозиготном состоянии. Гетерозиготы клинически здоровы, но с равной вероятностью передают своим детям мутантный или нормальный вариант гена. Таким образом, на протяжении длительного времени мутация в скрытом виде может передаваться из поколения в поколение. При аутосомно-рецессивном типе наследования в родословных тяжелобольных, которые либо не доживают до репродуктивного возраста, либо имею резко сниженные потенции к размножению, редко удается выявить больных родственников, особенно по восходящей линии. Исключение составляют семьи с повышенным уровнем инбридинга.
Собаки, имеющие лишь один рецессивный ген - определитель какого-либо признака, не проявят это признак, так как действие рецессивного гена будет замаскировано проявлением влияния парного ему доминантного гена. Такие собаки (носители рецессивного гена) могут быть опасны для породы, если этот ген определяет появление нежелательного признака, потому что будет передавать его своим потомкам. Если случайно или обдуманно свести в пару двух носителей такого гена они дадут часть потомства с нежелательными признаками.
Ожидаемое соотношение расщепления потомков по тому или иному признаку приблизительно оправдывается при помете не менее 16 щенков. Для помета обычного размера – 6–8 щенков – можно говорить лишь о большей или меньшей вероятности проявления признака, определяемого рецессивным геном, для потомков определенной пары производителей с известным генотипом.
Отбор рецессивных аномалий может осуществляться двумя способами. Первый из них – исключать из разведения собак с проявлениями аномалий, т. е. гомозигот. Встречаемость аномалии при таком отборе в первых поколениях снижается резко, а затем более медленно, сохраняясь на относительно низком уровне. Причина неполного устранения некоторых аномалий даже в течение длительного и упорного отбора состоит, во-первых, в гораздо более медленном сокращении носителей рецессивных генов, чем гомозигот. Во-вторых, в том, что при мутациях, незначительно отклоняющихся от нормы, заводчики не всегда выбраковывают аномальных собак и носителей.
При аутосомно-рецессивном типе наследования:
Признак может передаваться через поколение даже при достаточном числе потомков
Признак может проявиться у детей в (видимом) отсутствие его у родителей. Обнаруживается тогда в 25% случаев у детей
Признак наследуется всеми детьми, если оба родителя больны
Признак в 50% развивается у детей, если один из родителей болен
Потомки мужского и женского пола наследуют этот признак одинаково
Таким образом, абсолютно полное устранение аномалии принципиально возможно при условии выявления всех носителей. Схема такого выявления: гетерозигот по рецессивным мутациям можно в некоторых случаях обнаружить лабораторными методами исследований. Однако, для генетического выявления гетерозигот-носителей, необходимо проведение анализирующих скрещиваний – вязок подозреваемой, как собака-носитель с гомозиготной аномальной (если аномалия незначительно затрагивает организм) или с уже установленным ранее носителем. Если в результате таких скрещиваний рождаются среди прочих и аномальные щенки, испытываемый производитель однозначно определяется как носитель. Однако если таких щенков не выявлено, то однозначного вывода сделать на ограниченной выборке полученных щенков нельзя. Вероятность того, что такой производитель является носителем, уменьшается с расширением выборки – увеличением числа рожденных от вязок с ним нормальных щенков.
На кафедре ветеринарной академии Санкт-Петербурга проведен анализ структуры генетического груза у собак и установлено, что наибольший удельный вес – 46,7% составляют аномалии, наследуемые по моногенному аутосомно-рецессивному типу; аномалии с полным доминированием составили 14,5%; как неполнодоминантные признаки проявились 2,7% аномалий; 6,5% аномалий наследуются как сцепленный с полом, 11,3% наследственных признаков с полигенным типом наследования и 18%3% всего спектра наследственных аномалий тип наследования не установлен. Общее число аномалий и болезней, имеющих наследственную основу, у собак составило 186 наименований.
Наряду с традиционными методами селекционно-генетической профилактики актуальным является использование фенотипических маркеров мутаций.
Генетический мониторинг болезней является прямым методом оценки наследственных болезней у потомков непораженных родителей. «Сторожевыми» фенотипами могут быть: волчья пасть, заячья губа, паховые и пупочные грыжи, водянка новорожденных, судороги у новорожденных щенков. В моногенных зафиксированных болезнях существует возможность опознавать действительного носителя через связанного с ним гена-маркера.
Существующее породное разнообразие собак представляет уникальную возможность изучения генетического контроля многочисленных морфологических признаков, различное сочетание которых определяет породные стандарты. Иллюстрацией данного положения могут служить две из ныне существующих пород домашней собаки, контрастно различающиеся между собой хотя бы по таким морфологическим признакам, как рост и вес. Это порода английский мастиф, с одной стороны, у представителей которой высота в холке достигает 80 см а вес тела превышает 100 кг, и порода чи хуа хуа, 30 см и 2,5 кг.
Процесс доместикации включает отбор животных по их наиболее выдающимся признакам, с точки зрения человека. Со временем, когда собаку стали содержать, как компаньона и за ее эстетический вид, направление селекции изменилось на получение пород, плохо приспособленных к выживанию в природе, но хорошо приспособленных к человеческому окружению. Существует мнение, что «дворняжки» более здоровые, чем чистопородные собаки. Действительно, наследственные заболевания возможно чаще встречаются у домашних животных, чем у диких..
«Одна из важнейших целей – разработка методов объединения задач совершенствования животных по селекционируемым признакам и сохранения на необходимом уровне их фитнесса – в противоположность опасному для биологического благополучия доместицированных организмов одностороннему отбору на максимальное (подчас утрированное, чрезмерное) развитие специфических породных черт»– (Lerner, 1958).
Эффективность селекции, на наш взгляд, должна заключаться в диагностике аномалии у пораженных животных и выявлении носителей, имеющих дефектную наследственность, но с нормальным фенотипом. Лечение пораженных животных с целью коррекции их фенотипов может рассматриваться не только как мероприятие для улучшения эстетического вида животных (олигодонтия), но и предупреждение раковых заболеваний (крипторхизм), сохранение биологической, полноценной активности (дисплазия тазобедренных суставов) и стабилизация здоровья вообще. В связи с этим необходима селекция против аномалий при совместной деятельности кинологии и ветеринарии.
Возможность тестирования ДНК на различные болезни собак очень новая вещь в кинологии, знание этого может предупредить заводчиков, на какие генетические заболевания следует обратить особое внимание при подборе пар производителей. Хорошее генетическое здоровье очень важно, потому что это определяет биологически полноценную жизнь собаки.
В книге доктора Паджетта «Контроль наследственных болезней у собак» показано, как читать генетическую родословную на предмет какой-либо аномалии. Генетические родословные покажут, является ли эта болезнь связанной с полом, либо наследование идёт через простой доминантный ген, либо через рецессивный, либо болезнь полигенная по происхождению. Непреднамеренные генетические ошибки, будут время от времени происходить вне зависимости от тщательности работы заводчика. Используя генетические родословные как средство в обмене знаниями, можно разбавить «вредные» гены до такой степени, чтобы остановить их от проявления до того времени, когда будет найден маркер ДНК для тестирования их передачи.
Поскольку селекционный процесс предполагает улучшение популяции в следующем поколении, то учитываются не фенотипические характеристики непосредственных элементов селекционной стратегии (особей или пар скрещиваемых особей), а фенотипические характеристики их потомков. Именно в связи с этим обстоятельством и возникает необходимость описания наследования признака для селекционных задач. Пара скрещивающихся особей отличаются от остальных таких же особей своим происхождением и фенотипическими характеристиками признака, как их самих, так и их родственников. На основе этих данных, если есть готовое описание наследования, можно получить ожидаемые характеристики потомства и, следовательно, оценки селекционных ценностей каждого из элементов селекционной стратегии.
При любых мерах, направленных против какой-либо генетической аномалии, первым делом нужно определить относительную важность «плохого» признака по сравнению с другими признаками. Если нежелательный признак имеет высокую частоту наследуемости и наносит собаке серьёзный ущерб, следует действовать иначе, чем в случае редкого проявления признака или его второстепенного значения. Великолепная по породному типу собака, передающая порочный окрас, остаётся гораздо более ценным производителем, чем посредственная, но с правильным окрасом.
Еще в 1930 году Н.А.Ильиным были выделены элементарные признаки строения черепа собаки, среди которых рассматривались: орбитальный угол – по данному признаку существуют основные различия между черепом волка и собаки. Наследование этого признака было промежуточным по сравнению с малым и большим углом у родительской пары. Широкая форма черепа доминировала над узкой, так же как широкие челюсти доминируют над узкими. Нормальное количество зубов доминирует над их редуцированным количеством..
Один из самых успешных мастер-бридеров нашего времени Пэт Троттер сказала по поводу исследования родословных: «Когда вы смотрите в родословную животного, она говорит вам о том, каким оно должно быть, когда вы смотрите на животное в ринге это говорит вам о том, каким оно кажется. А когда вы смотрите на его потомков, это говорит вам, чем оно является на самом деле».
Различные дефекты – это неизбежная проблема любого биологического вида, не исключая человека. В случае с собакой, по крайней мере, можно оценить и изучить некоторые из этих дефектов, а так же принять меры для борьбы с ними. Их нельзя игнорировать, нельзя утверждать, что о дефектах можно не беспокоиться – это очевидное заблуждение. Однако не стоит впадать в другую крайность, болезненную боязнь дефектов, словно бы бегство от дефектов и аномалий было основной целью собаководства .
Многие характерные морфологические признаки, имеющие мутационную природу и закрепленные в разнообразных породах собак как ведущие экстерьерные признаки, могут неожиданно спорадически возникать и у собак других пород. Широко известен целый ряд таких мутантных форм, которые чаще всего недоступны для генетического анализа в силу выбраковки собак с наблюдаемыми отклонениями от нормы. Аномалия укорочения верхней челюсти – «бульдожесть» стала породным признаком у боксеров, бульдогов, хинов. Во многих случаях при возникновении этого признака, он связан с широким плейотропным эффектом, это может выражаться в расщеплении носа, появлении «заячьей губы» и «волчьей пасти», в нарушении зубной и дыхательной систем, что часто приводит к летальному исходу.
Для кинологии же, прежде всего, актуальна проблема здоровья не каждой такой аномальной особи – но проблема здоровья всей популяции, породы. И в связи с этим представляется совершенно необходимой селекция против аномалий. При этом интересы ветеринарии и кинологии образуют общее "поле" в области диагностики аномалий. Без этого невозможна эффективная селекция, которая, как считает С.П.Князев с коллегами Новосибирского
Университета, должна проводиться по следующему алгоритму:
Анализ аномалий: создание базы данных, выяснение генетической обусловленности, установление типа наследования.
Разработка стратегии работы с породой: оценка "генетического груза", определение "удельного веса" аномалии в комплексе селекционируемых признаков, разработка целевых параметров.
Отбор: установление приемлемых границ отбора – по фенотипу в популяции, по генотипу – в племенном ядре.
Подбор пар производителей с учетом их генотипов.
Коррекция фенотипов потомства в процессе его выращивания. Вновь отбор – в следующем поколении.
Следует так же подчеркнуть, что экстерьер большинства, если не всех пород, находится в непрерывной связи с поведением, присущим данной породе. Поэтому вести селекцию только по экстерьеру без учета поведенческих характеристик – бесперспективно и опасно. Одними из первых серьезных исследований поведения собак надо считать работы И.П.Павлова по условно-рефлекторной деятельности, а так же труды Л.В.Крушинского, Д.К.Беляева. В силу большой сложности поведенческих реакций изучение их наследования сводится обычно к оценке коэффициентов наследуемости, различных корреляций морфологических и поведенческих признаков и гораздо реже – к непосредственному генетическому контролю.
Фенотипически крайние варианты в условиях естественного отбора эллиминируются дикой природой. Ограничение свободы скрещивания и инбридинги в популяциях, разводимых человеком, создают основу для дрейфа генов, который в короткие сроки выносит на поверхность мутации, ранее скрытые под покровом дикого фенотипа.
http://www.zooproblem.net/razved/part6/untitled.php
