В этой статье рассмотрим основополагающие знания для любого заводчика домашних животных, занимающегося обдуманным разведением - законы Менделя. Поскольку все проходили этот предмет в рамках школьной биологии, мы не станем обращаться к примеру гороха, на котором Мендель сделал свои основополагающие открытия, а обсудим их с более практической точки зрения.

Что достается от мамы и от папы

В наше время мы хорошо понимаем, что каждый организм содержит по 2 копии каждой хромосомы – одна хромосома в каждой паре получена от отца, а вторая – от матери.

Каждая хромосома – это отдельный кусок ДНК. У человека таких кусков 23 пары, у плодовой мушки дрозофилы – 4 пары, у кошки – 19 пар, а у собаки – 39 пар. Каждая хромосома – очень длинная молекула ДНК, в которой закодированы сотни и даже тысячи генов. Так, у собаки в настоящее время известно в общей сложности 20199 генов, у кошки – 19563 гена (по данным портала Ensembl). В клетках организма каждый ген представлен в двух вариантах - в хромосоме, пришедшей от отца и в хромосоме, полученной от матери. Исключение составляют половые хромосомы у самцов: у них X хромосома пришла от матери, а от отца досталась Y хромосома. X и Y хромосомы не дублируют друг друга, поэтому гены на X хромосоме у самцов представлены в одном экземпляре, что привносит некоторые особенности в их проявление.

Варианты генов, полученные от отца и от матери, могут быть идентичными, а могут и отличаться – содержать «опечатки», которые в генетике называются мутациями. Совокупность генов конкретного организма, с учетом их вариантов, называют его генотипом. Особенности строения и функционирования организма, сформированные в результате взаимодействия его генотипа с условиями внешней среды, называется фенотипом. Например, лабрадор-ретривер с генотипом e/e (по локусу окраса Е), будет иметь фенотип в виде палевого окраса.

Рецессивность и доминантность

Когда гены, полученные от матери и отца отличаются (например, одна копия гена с мутацией, а вторая нормальная) - их совместное влияние на фенотип может быть разным. Приведем конкретный пример. В породе сиба-ину распространено наследственное заболевание, называемое Ганглиозидоз GM1. Это заболевание вызывает тяжелые нарушения развития нервной системы, и большинство заболевших собак не доживают до 12 месяцев.

Ганглиозидоз GM1 вызывается мутацией в гене GLB1, расположенном на 23-й хромосоме и кодирующем фермент бета-галактозидазу. Этот фермент необходим для образования и созревания миелина, входящего в состав мембраны нервных клеток. Мутация нарушает ген таким образом, что фермент получается укороченный и не может полноценно выполнять свою функцию.

Если эта мутация присутствует только в одной хромосоме 23-й пары, то нормальная копия, расположенная в парной хромосоме способна полностью ее скомпенсировать. Это означает, что количество фермента бета-галактозидазы, наработанное с немутированной копии, достаточно для нормального развития нервных клеток. Такое состояние мутации называется гетерозиготным, а организм, в котором одна копия гена нормальная, а вторая мутированная, называют гетерозиготой или носителем.

В терминах генетики мутация в гене GLB1, вызывающая образование укороченного фермента бета-галактозидазы, является рецессивной по отношению к нормальному гену GLB1, который, в свою очередь, называется доминантным. Проще говоря, рецессивный признак не проявляется у гетерозигот, а доминантный – проявляется.

Если в одном организме встретятся две хромосомы, в каждой из которых ген GLB1 мутирован (в таких случаях говорят, что мутация находится в гомозиготном состоянии, а сам организм называют гомозиготой), это неминуемо приведет к развитию заболевания, поскольку пенетрантность этой мутации равна 100%.

Доминантными могут быть не только нормальные варианты генов, но и некоторые мутации. Например, мутация, вызывающая злокачественную гипертермию, является доминантной, то есть, признаки заболевания проявляются и у гетерозигот по этой мутации.

Наследование генетических признаков: второй закон Менделя

При формировании половых клеток – сперматозоидов и яйцеклеток – в каждую из них попадает только одна хромосома из каждой пары. Таким образом, к примеру, у кобеля-носителя мутации в гене GLB1 половина сперматозоидов несут только нормальный ген, а половина – только мутантный. Такая же ситуация и с яйцеклетками.

Встреча сперматозоида с яйцеклеткой в процессе оплодотворения является случайным событием, поэтому возможны разные варианты генотипов потомства. Рассмотрим их на примере скрещивания двух носителей мутации GLB1.

При случайном комбинировании половых клеток возможны равновероятные варианты генотипов, указанные в таблице. С вероятностью 25% произойдет встреча двух половых клеток, несущих нормальные гены GLB1 (указано зеленым). Такое потомство не проявляет признаков болезни.

В двух других вариантах от одного из родителей достанется нормальный ген, а второй – мутантный. Поскольку эти случаи неотличимы друг от друга (указаны желтым), вероятности их появления можно просуммировать. Таким образом, вероятность получения гетерозиготы при таком скрещивании равна 50%. Такие потомки также не проявят признаков Ганглиозидоза GM1 (поскольку это заболевание наследуется по рецессивному типу).

Наконец, с вероятностью 25% в потомстве может появиться щенок, у которого обе копии гена GLB1 мутированы (отмечено красным). Такой щенок окажется больным Ганглиозидозом GM1.

Этот пример объясняет второй закон Менделя, который гласит: при скрещивании двух гетерозиготных особей в потомстве наблюдается расщепление в соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.

Расщепление по фенотипу отличается от расщепления по генотипу, поскольку носители (GLB1+/GLB1-) внешне не отличаются от гомозигот по нормальному гену (GLB1+/GLB1+). Так что в приведенном случае ожидается, что 75% потомства будут здоровы с медицинской точки зрения, и 25% потомства проявят признаки заболевания. Не следует забывать, что указанные соотношения представляют вероятности появления того или иного класса потомства и проявляются на больших выборках. В случае конкретного помета соотношения могут существенно отличаться от ожидаемых.

Надежное определение генотипа можно провести только с помощью генетического тестирования, которое однозначно определит наличие и статус мутации, а также позволит выбрать оптимальную стратегию разведения.