Інбридинг: визначення та генетичні ефекти

Інбридинг – це процес спаровування генетично схожих організмів. У людей це пов’язано з спорідненістю та інцестом, у яких близькі родичі мають статеві стосунки та дітей. Інбридинг порушує сучасні соціальні норми, але досить поширений у тварин і рослин. Хоча інбридинг взагалі вважається негативним, він також пропонує деякі позитивні ефекти.

Ключові вивезення

• Інбридинг відбувається, коли два тісно пов’язані організми спаровуються один з одним і виробляють потомство.
• Два основні негативні наслідки інбридингу – це підвищений ризик небажаних генів та зменшення генетичного різноманіття.
• Будинок Габсбургів може бути найкращим прикладом ефектів інбридингу у людини.

Генетичні ефекти інбридингу

Коли два тісно пов’язані організми спаровуються, їх потомство має більш високий рівень гомозиготності: іншими словами, підвищена ймовірність того, що потомство отримає однакові алелі від матері та батька. Навпаки, гетерозиготність виникає, коли отримує потомство інший алелі. Домінуючі риси виражаються, коли присутня лише одна копія алеля, тоді як рецесивні ознаки вимагають вираження двох копій алеля.

Гомозиготність зростає з наступними поколіннями, тому рецесивні риси, які в іншому випадку можуть бути замасковані, можуть почати проявлятися в результаті повторного інбридингу. Одним з негативних наслідків інбридингу є те, що це робить вираз небажаних рецесивних рис більш імовірним. Однак, наприклад, ризик проявити генетичну хворобу не дуже високий, якщо інбридинг продовжується протягом кількох поколінь.

Інший негативний ефект інбридингу – зменшення генетичного різноманіття. Різноманітність допомагає організмам пережити зміни навколишнього середовища та адаптуватися з часом. Інбредні організми можуть страждати від того, що називається зниження біологічної придатності.

Вчені також визначили потенційні позитивні наслідки інбридингу. Вибіркове розведення тварин призвело до появи нових порід домашніх тварин, генетично придатних до конкретних завдань. Він може бути використаний для збереження певних рис, які можуть бути втрачені внаслідок перехрестя. Позитивні наслідки інбридингу є менш вивченими у людини, але в дослідженні пар Ісландії вчені встановили, що шлюби між третіми двоюрідними братами в середньому призводять до більшої кількості дітей, ніж серед абсолютно непов’язаних пар.

Порушення від інбридингу

Ризик розвитку у дитини аутосомно-рецесивного розладу зростає з інбридингом. Носії рецесивного розладу можуть не знати, що вони мають мутований ген, оскільки для експресії генів потрібні дві копії рецесивного алеля. З іншого боку, аутосомно-домінантні розлади спостерігаються у батьків, але можуть бути усунені шляхом інбридингу, якщо батьки несуть нормальний ген. Приклади дефектів, виявлені при схрещуванні, включають:

• Зниження народжуваності
• Зниження народжуваності
• Більш висока дитяча смертність
• Менший розмір для дорослих
• Зниження імунної функції
• Підвищений ризик серцево-судинних захворювань
• Підвищена асиметрія обличчя
• Підвищений ризик генетичних порушень

Приклади специфічних генетичних порушень, пов’язаних з інбридингом, включають шизофренію, вади розвитку кінцівок, сліпоту, вроджену хворобу серця та діабет у новонароджених.

Будинок Габсбургів може бути найкращим прикладом ефектів інбридингу у людини. Іспанська династія Габсбургів проіснувала шість століть, в основному, від споріднених шлюбів. Останній володар лінії, Карл II Іспанії, проявив ряд фізичних проблем і не зміг створити спадкоємця. Експерти вважають, що інбридинг призводить до вимирання королівської лінії.

Інбридинг тварин

Послідовне схрещування тварин було використано для встановлення “чистих” ліній для наукових досліджень. Експерименти, проведені з цих предметів, цінні, оскільки генетичні зміни не можуть спотворити результати.

У домашніх тварин інбридинг часто призводить до компромісу, коли бажана ознака збільшується за рахунок іншого. Наприклад, інбридинг молочної худоби Голштейна призвів до збільшення виробництва молока, але корів складніше розводити.

Багато диких тварин природно уникають схрещування, але бувають винятки. Наприклад, самки-мангусти, що перебувають у зв’язку, часто спарюються з чоловіком-побратимом або батьком. Самки фруктових мух воліють спаровуватися зі своїми братами. Самець Адактилідій кліщ завжди товаришує зі своїми дочками. У деяких видів переваги інбридингу можуть перевищувати ризики.

Джерела

• Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (1999). Вступ до генетичного аналізу. Нью-Йорк: У. Х. Фріман. С. 726–727. ISBN 0-7167-3771-X.
• Ліберман D, Tooby J, Cosmides L (квітень 2003). “Чи має мораль біологічне підгрунтя? Емпіричне випробування факторів, що регулюють моральні настрої, пов’язані з інцестом”. Праці. Біологічні науки. 270 (1517): 819–26. doi: 10.1098 / rspb.2002.2290.
• Thornhill NW (1993). Природна історія інбридингу та аутбридингу: теоретична та емпірична перспективи. Чикаго: Університет Чикаго Прес. ISBN 0-226-79854-2.

Методи розрахунку інбридінгу. Розрахунок родинних зв’язків на основі геномної селекції

Як відомо, інбридинг — це схрещування близькоспоріднених форм у межах однієї популяції організмів.

Одним із основних завдань племінної роботи є необхідність постійного контролю інбридингу, щоб уникнути його негативного впливу (прояви інбредної депресії) на чистолінійних тварин наступних поколінь (у цьому випадку мова йде виключно про внутрішньолінійне розведення, де тварини, що знаходяться на одному виробництві, розглядаються як єдина популяція, а не про роботу ротаційного схрещування). При цьому занадто сильне захоплення контролем інбридингу не дозволить мати необхідний генетичний прогрес у стаді (поліпшення селекційних ознак з кожним новим поколінням тварин), у зв’язку з тим, що доводиться утримувати кнурів і свиноматок, не найцінніших у генетичному відношенні, але виключно для підтримки генетичної різноманітності (в даному випадку мається на увазі спорідненість низького ступеня між тваринами однієї популяції). Таким чином, управління закритим стадом — це баланс між цілями поліпшення генетичних трендів і контролем ризиків близькоспорідненого схрещування.

Спорідненість між організмами (інбридинг) означає, що вони мають одного або кілька спільних предків (тобто вони інбредні). Тому, парування між собою родинних особин призводить до підвищення частоти гомозиготних генотипів і зниження частоти гетерозигот.

Іноді при розведенні інбредних тварин спостерігалося зниження життєздатності нащадків, плодючості, поява мертвонароджених. Комплекс негативних наслідків інбридингу отримав назву інбредної депресії. Чим ближче спорідненість між схрещеними особинами і чим довше в поколіннях відбувається інбридинг, тим сильніше виявляється інбредна депресія. Незважаючи на негативні наслідки інбридингу, розумне використання його дозволяє закріпити в поколіннях бажані якості цінних особин, що дозволяють підвищити генетичну схожість з видатним предком.

Історично ступінь інбридингу в популяції розраховується двома методами: 1) по Шапоружу 2) за формулою Райта. Метод по А. Шапоружу (1909) ґрунтується на позначенні поколінь, де у тварин зустрічається загальний предок. Для визначення ступеня інбридингу Райт С. (1921) запропонував використовувати коефіцієнт інбридингу, або коефіцієнт зростання гомозиготності. Нижче наводиться співвідношення між двома цими методами.

Співвідношення між записами інбридингу по Шапоружу і коефіцієнту інбридингу, які вирахувані по формулі Райта

Бажано, щоб коефіцієнти інбридингу у отриманого потомства не перевищували 10% (0,1 по Райту, і III–III по Шапоружу). Максимально допустиме запліднення з коефіцієнтом інбридингу у потомстві до 0,125 (12,5%).

Наразі найточніша і сучасна оцінка ступеня споріднення особин між собою (реального відсотку інбридингу) досягається із застосуванням методу геномної селекції. Компанія PIC вже багато років використовує цей метод у роботі з чистопородними тваринами. Компанія PIC оновила розрахунок інбридингу до просунутішого методу після впровадження геномної селекції. А після застосування геномної селекції на основі родинних зв’язків у платформі генетичного поліпшення, PIC змогла оновити метод розрахунку, використовуючи весь родовід, а також геноміку для розрахунку потенційного інбридингу в гніздах. Цей метод розрахунку інбридингу є достовірнішим і точнішим, ніж застосовуваний раніше (до великомасштабного впровадження геномної селекції), на основі даних родоводу кожної тварини.

Метод управління інбридингом, використовує тільки дані по родоводу, лімітує генетичний прогрес за рахунок заборони відбору споріднених нащадків тільки по родоводу. Аналіз родинних зв’язків на основі геномної селекції дозволяє точно визначити, які гени були передані потомству, і відповідно, визначити точну ступінь спорідненості між ними.

Нащадки отримують від кожного зі своїх батьків по 50% генів. Але, які гени були передані, неможливо визначити за допомогою родоводу. Геномна селекція дозволяє визначити гени, які були передані кожному з нащадків і визначити їх точну ступінь спорідненості між собою. Таким чином, з’явилася можливість, наприклад, в ситуації, коли ступінь спорідненості по родоводу між кнуром і свиноматкою з високими селекційними індексами перевищує максимально допустимий рівень для спарювання їх між собою (коефіцієнт інбридингу по Райту вище 12,5%), але геномна оцінка показує їх реальну ступінь спорідненості нижче цієї межі, без проблем допустити це спарювання і отримати високоцінних в генетичному відношенні нащадків без ризику прояву інбредної депресії.

Дані щодо геномної селекції надходять у генетичну програму PICTraq 2.0, і ця інформація враховується в Листі Дій для запобігання інбридингу. Працюючи в генетичній програмі PICTraq, отримуючи оновлені автоматичні звіти, клієнти компанії PIC мають можливість контролювати інбридинг з більшою точністю і користуватися генетичним прогресом, отримуючи максимальний економічний ефект.

З повагою, Відділ технічного і генетичного супроводу PIC Україна — ТОВ «Генетична компанія»

Запрошуємо українських виробників переконатися у перевагах найпоширенішої генетики у світі — РІС. Компанія PIC Україна — ТОВ «Генетична компанія» пропонує для своїх клієнтів:

1. Елітний молодняк з високим статусом здоров’я (материнські та термінальні лінії).
2. Високопродуктивні гібридні свинки F1 — Камборо.
3. Спермопродукція — свіжа (материнські та термінальні лінії).
4. Програми розведення свиней для закритих стад, створені за індивідуальними вимогами клієнтів.