Генетика биохимических признаков
Множество генов открыто у человека и животных, в том числе у собак. Для этого использованы биохимические методы выявления продуктов этих генов — белков и ферментов, проявляющих полиморфизм. Причем формы встречаются в таком численном соотношении, что не могут считаться результатом повторных мутаций. Ген, представленный у вида более чем одним аллелем, называется полиморфным геном.
Биохимический полиморфизм белков выявляют у животных на основании электрофореза в геле: при постоянном электрическом токе белки из подготовленных образцов исследуемых тканей мигрируют в зависимости от заряда и массы молекул к разным электродам с различной скоростью. После этого срез геля инкубируют вместе со специфическими субстратами изучаемых ферментов и веществами, окрашивающими продукты гистохимических реакций. В итоге места расположения ферментов в геле после электрофореза окрашиваются в виде пятен и полос. Мутантные формы молекул белков и ферментов, контролируемые полиморфными аллелями генов, при электрофорезе располагаются в разных зонах геля — имеют, как говорят, различную электрофоретическую подвижность. Их называют изоферментами. Образцы электрофоретических вариантов изоферментов и полиморфных белков эритроцитов и сыворотки крови собаки.
Методы электрофоретического анализа позволили изучить наследственную изменчивость белков и ферментов в популяциях и породах собак. Эти биохимические маркеры очень полезны для выяснения филогении — взаимоотношений между предполагаемыми предковыми дикими и домашними формами, для анализа внутривидовых межпородных взаимосвязей, а также внутрипородной дифференциации.
У домашних собак различного происхождения установлены следующие полиморфные гены, контролирующие разные электрофоретические варианты изоферментов: эзерин-устойчивая эстераза плазмы крови, лейцинаминопептидаза плазмы, гемоглобин, эстераза-2 эритроцитов, эстераза-3 эритроцитов, кислая фосфатаза эритроцитов, тетразолиум оксидаза эритроцитов, глюкозофосфатизомераза, ганглиозид монооксигеназа эритроцитов, супероксиддисмутаза, щелочная фосфатаза плазмы, арилэстераза.
Полиморфными являются также гены белков плазмы крови: альбумин, преальбумин-1, преальбумин-4, аполипопротеин, постальбумин, постальбумин-3.
Типы трансферрина, выявляемые изоэлектрофокусированием в наиболее распространенных породах и в общей выборке из собак 90 пород
Норвежские исследователи отмечают возможность существования в локусе АгЕ еще одного, нулевого, аллеля, гомологичного таковому у некоторых других видов млекопитающих, что приводит к нарушению экспрессии этого белка у обладателей аллеля. Проблема выяснения генетического контроля арилэстеразы у собаки может быть разрешена в будущем проведением гибридологического анализа специальных скрещиваний.
Полиморфизм гемоглобина эритроцитов крови у собак выявлен только при исследовании японских аборигенных пород : эти изоферменты контролируют два также кодоминантных аллеля аутосомного локуса НЬ. Такой вывод сделан в результате тестирования образцов крови более 1500 собак и семейного анализа скрещиваний. Оказалось, что полиморфизм гемоглобина обусловливается редким даже в восточных породах аллелем: его частота в 5 аборигенных породах была ниже 0,08. Широко обследованные другие азиатские и европейские породы являются мономорфными по гемоглобину, все их представители обладают гомозиготными генотипами. Генные частоты гемоглобина собак разных пород.
Таким образом, гемоглобин является маркером различий генофонда собак двух контрастных внутривидовых групп пород: японской островной и континентальной евроазиатской.
Генные частоты эритроцитарного гемоглобина собак разных пород
Аналогичным образом маркируют восточный и западный центры доместикации 2 кодоминантных аллеля аутосомного локуса GPI, контролирующие генетические варианты — изоферменты эритроцитарной глюкозофосфатизомеразы. Генетику этого маркера у собак впервые изучили Y. Tanabe с соавторами. Они установили, что редкий аллель GPIB встречается в популяциях 5 аборигенных японских пород, а остальные исследованные ими породы восточного и западного происхождения представлены гомозиготами GPIA/GPIa, за исключением одной особи в породе далматинов, оказавшейся гетерозиготой.
Среди исследованных нами аборигенных собак Центральной Евразии две кавказские овчарки также имели гетерозиготный генотип по локусу GPI, обладая специфически „восточным" аллелем GPIB. Эти различия наследственности собак Востока и Запада иллюстрирует 6.7.
Эритроцитарная ганглиозид монооксигеназа у исследованных собак имеет особый полиморфизм — в виде 2 фенотипов, так как в контролирующем ее локусе Gmo обнаружены 2 аллеля — доминантный GmoS и рецессивный Gmou. Последний проявляется только у гомозигот. Эти аллели также четко маркируют разные центры по - родообразования и доместикации собаки: аллель GmoS найден только в азиатских породах и популяциях и совершенно отсутствует у собак европейского происхождения.
Аналогичным образом маркируют генетические взамоотношения разных форм собак два аллеля эритроцитарной эстеразы-2, также взамодействующие по типу полного доминирования и образующие 3 генотипами лишь 2 фенотипа. Доминантный аллель назван главным аллелем европейских пород, тогда как частота рецессивного аллеля намного выше в азиатских популяциях и породах.
Y. Tanabe установил следы „потоков генов“ собак с материка Евразии на Японские острова по частотам таких аллелей. Результаты анализа показали, что в древнюю Японию собаки мигрировали двумя путями: первый — из Юго-Восточной Азии, включая Тайвань, на все Японские острова, и второй — с Корейского полуострова на крупнейшие острова, за исключением Хоккайдо. Эти выводы позволили составить современное представление о происхождении нынешних заводских и аборигенных собак Восточной Азии.
Так, собаки с острова Хоккайдо, по-видимому, являются самыми древними на островах, мигрировав сюда 10-12 тыс. лет назад вместе с племенами джомон из Юго-Восточной Азии. Другие аборигенные японские собаки рассматриваются как результат гибридизации старояпонских форм с корейскими собаками, попавшими на острова из Кореи вместе с хозяевами — племенем яйои 1700-2300 лет назад.
Используя перечисленные маркеры западного и восточного центров породообразования, мы изучили филогенетические связи аборигенных собак центра Евразии с характерными породами европейского и японского происхождения. В качестве типичных представителей центральноевразийских собак исследованы западносибирские лайки, среднеазиатские и кавказские овчарки. Анализ генетического полиморфизма белков и ферментов крови показал: в генофонде собак этих пород имеются как маркеры восточноазиатского центра доместикации— аллели Albs, Роав, Роа-Зв, так и западного. Такой неоднородный по происхождению аллелофонд свидетельствует о сложном характере взаимодействия разнонаправленных потоков генов в процессе становления центральноевразийских пород собак в их современном статусе.
Дендрограмма, демонстрирующая генетические дистанции между породами собак, вычисленные по методу Нея
Изучение полиморфизма белков и ферментов крови предоставляет возможность выяснить такой важный параметр, как уровень гетерозиготности популяций. Он позволяет оценить степень наследственной изменчивости у собак разных пород. К настоящему времени размах изменчивости средней гетерозиготности на особь в популяциях домашней собаки определен в пределах от 0,08 до 0,18.
Этот показатель занимает у исследованных нами среднеазиатских овчарок положение, близкое к минимальному для вида у кавказских овчарок достигает среднего уровня и стремится к максимальным значениям у западносибирских лаек. По-видимому, установленная нами изменчивость уровня гетерозиготности у трех пород из центра Евразии отражает особенности микроэволюционных процессов с разной интенсивностью селекции, различной генетической структурой популяций и влиянием на эту структуру разных факторов.
Среднеазиатская овчарка как наиболее древняя порода, имеющая сравнительно консервативный генофонд и значительно сократившиеся в последние поколения численность и ареал, характеризуется и относительно небольшим уровнем наследственной изменчивости.
Кавказская овчарка, в большей степени испытавшая процесс взаимодействия разных центров доместикации при выведении и развитии породы, и во многих поколениях более широко распространенная в пределах Евразии, включая Западную Европу, испытывает значительные воздействия многих факторов эволюции, в том числе селекционное давление целенаправленного искусственного отбора. Поэтому эта порода имеет более высокий, средний для вида в целом, уровень генетической изменчивости. И, наконец, западносибирская лайка по сравнению с названными аборигенными породами является в настоящее время отселекционированной, широко распространенной заводской породой, интенсивность селекции которой отражает близкий к наивысшему для вида уровень гетерозиготности, генетической изменчивости.
Аналогичный анализ уровня гетерозиготности в некоторых породах собак в Швеции провели Т. Aarskaug et al., продемонстрировав возможность генетической оценки истории селекции пород и их эволюционных перспектив. Авторы использовали данные по генетическому полиморфизму 7 белков среди 44 норвежских лундехундов, очень инбредной и малочисленной породы, 42 хигенхундов, 29 английских сеттеров и 42 немецких овчарок из Швеции. Показатели гетерозиготности в этих породах приводятся в сопоставлении с их численностью. Для немецкой овчарки средняя гетерозиготность оказалась наивысшей — 0,313, для лундехунда — наименьшей — 0,146, соответственно для английского сеттера 0,296 и для хигенхунда 0,303. Наименьшая гетерозиготность популяции лундехундов, видимо, объясняется резким падением ее численности в 1960-х годах, когда порода прошла бутылочное горлышко отбора, потеряв полиморфизм по многим локусам.
В то же время у относительно редких хигенхундов гетерозиготность весьма высока, сопоставима с таковой у многочисленных сеттеров и немецких овчарок: по-видимому, корректная, грамотная селекция может привлекать генетические резервы для поддержания наследственной изменчивости и в редких, малочисленных породах.
Сообщают об успешном применении биохимических маркеров для генетической экспертизы правильности родословных в Западной Европе. Так, за последние несколько были установлены около 250 случаев неправильности племенных записей при регистрации пометов: генетики исключали обычно одного из двух сравнивавшихся „предполагаемых" отцов щенков. Коллектив авторов, представляющих Шведский университет сельскохозяйственных наук, Норвежский колледж ветеринарной медицины, университет Дублина и Кушу Токай — университет в Японии, доказал, что возможна объективная экспертиза подлинности родословных в 85% всех исследуемых случаев. Как правило, с этой целью проводится типирование собак по 8 белкам плазмы по методу R. Juneja и Т. Shibata, и одному эритро - цитарному ферменту, SOD. Каждая из 60 исследованных этими учеными пород собак проявила высокий генетический полиморфизм по 3-5 из следующих локусов: TF, PI1, A1BG, РА1, PRT1, АРОА4.
Совсем недавно обнаружили новые электрофоретические варианты:
A1BG D — он встречается у многих пород — и A1BG I - обнаружен только у курчавого ретривера;
PRT1 В — мигрирует впереди PRT1 D, найден у грейхаундов и уиппетов;
PRT2 М мигрирует между PRT2 F и S; обнаружен только в японской породе акитаину;
PI1 М. Этот вариант обнаружили только в породе сибирских хаски, а В. Morris и L. Lemon нашли его также у турецких аборигенных собак породы акбаш с частотой, равной 0,100.
R. Juneja et al. впервые открыли генетический полиморфизм протеина Gc в плазме собак при типировании семейства чихуахуа. Три собаки при этом имели тип Gc FS, а все другие исследованные до этого собаки проявляли только фенотип Gc S.
Таким образом, хотя в настоящее время иммуногенетика и генетика биохимических признаков собаки и не достигли еще той высокой степени изученности, что характерна для некоторых видов лабораторных, сельскохозяйственных животных и человека, но уже накопили немало ценных сведений, расширяющих и углубляющих наши знания о Canis familiaris. Кроме того, эти разделы генетики предоставляют возможность использовать современные методы для анализа и контроля селекции.
Генетические полиморфные системы можно успешно использовать в следующих целях:
- изучение причин и динамики генетической изменчивости, составляющей основу эволюции;
- изучение геногеографии собак;
- выявление межпородной и внутрипородной дифференциации, изучение филогенеза и аллелофонда пород, линий, семейств, а также генетических процессов в популяциях и изменений генетической их структуры в процессе селекции;
- контроль достоверности записей о происхождении собак;
- построение генетических карт хромосом, изучение сцепления генов;
- выявление их генетических взаимосвязей с селекционируемыми признаками;
- использование полиморфных систем в качестве маркеров при селекции и совершенствовании пород.
