1) Мутации, влияющие на размеры – миниатюрность и гигантизм.
На сегодняшний день известна одна из мутаций, благодаря которой мы имеем некоторые миниатюрные породы. Как и следовало ожидать – это мутация в стане «стратегов», а конкретно в ИФР–1. Как ни странно, этот же мутантный ген обнаружили и у ротвейлеров, которых даже самая изощренная логика не поможет приписать к той-породам. Если бы мы не познакомились ранее с круговой порукой факторов роста, то ничего бы не оставалось, как опять поминать нехорошими словами генетику. А так, мы можем наглядно убедиться в могуществе договора между всеми ФР, действительно, даже мутация не позволит уменьшить породу, если все остальные участники договора будут иметь иное мнение по этому вопросу.
Факторы, влияющие на увеличение размеров собак пока неизвестны. Возможно, гигантизм собак, а также и некоторые формы миниатюрности связаны не только с мутациями, но и с разным количеством копий генов.
О вариациях числа копий генов пока не упоминалось, а это, между прочим, еще одно интереснейшее явление, серьезным образом влияющее на формирование организма. Многие гены в ДНК встречаются не в единственном числе, а имеют дубли. Чем больше количество копий гена, тем выше экспрессия белка, тем значительнее влияние на фенотип. У человека целых пять генов СТГ, плюс альтернативный сплайсинг и благодаря этому в крови присутствуют сразу несколько изоформ гормона. Это облегчает и специализацию в воздействии на разные ткани и дает достаточно приличные вариации в росте у людей безо всяких там мутаций.

2) Мутации, влияющие на рост костей черепа.
Выделяют три основных градации:
Мезокефалия или среднеголовость - умеренно длинный и широкий череп. Для собаки это формы близкие к волчьему и лайкоидному черепу.
Брахицефалия или короткоголовость, особая форма головы с относительно слабым развитием продольного диаметра и большим поперечником из-за преждевременного закрытия венечного (коронарного) шва.
Долихоцефалия, или скафоцефалия - узкий череп, вытянутый спереди назад. Развивается из-за слишком раннего окостенения стреловидного (саггитального) шва.
Есть так называемый закон Вирхова, который гласит, что при преждевременном заращении костного шва происходит компенсаторный рост костей параллельно к его оси.
Но кроме этого у собак есть еще довольно-таки специфическая форма головы, распространенная у охотничьих пород – спаниелей, гончих, легавых. Возможно, такая форма вызвана преждевременным закрытием других швов, скорее всего боковых.
Существует также характерная для всех той-пород округлая голова со слабо развитыми челюстями и это, скорее всего, следствие недостатка СТГ в организме, так как подобные изменения формы черепа наблюдаются в других породах, когда вдруг рождается щенок намного мельче, чем обычный представитель породы.
Брахицефалия в кинологии традиционно связывается не сколько с широким черепом, столько с укороченной мордой. Но при закрытии коронарного шва морда должна укоротиться автоматически. Представьте себе череп лайки в виде латексной маски из магазина смешных ужасов. Коронарный шов проходит между лобной и теменной костью близко к линии ушей. Возьмем за края этого шва – это область скул, и растянем маску в ширину – длина черепной коробки уменьшится, ширина увеличится и на фронтальном срезе череп приобретет слегка округлую форму. Но также растянется в ширину и уменьшится в длину морда, хотя мы ее даже пальцем не коснулись. Заодно посмотрим и на то, как изменится форма глазницы – вместо овального косо расположенного отверстия получится круглое и прямо посаженное. Вот так одним легким движением мы трансформировали сложнейшую объемную конструкцию и изменили десятки характеристик, которые мы называем признаками.
Но это еще не все, теперь сопоставим ширину черепа с шириной корпуса. Нельзя не заметить, что существует прямая зависимость одного от другого. Все брахицефальные собаки достаточно ширококостны и обладают объемной грудной клеткой. Мезоцефальные породы имеют нормостеническое телосложение, а у долихоцефалов вытянутое астеническое строение. Вот так-так – закрылся преждевременно один черепной шов и не только череп, но и всю собаку вдруг растянуло вширь или ввысь.
Удивительно это будет до тех пор, пока мы будем оперировать сугубо медицинскими понятиями. С точки зрения молекулярной биологии заращение костного шва и компенсаторный рост костей параллельно к его оси означает изменения в факторах роста, задающих направление деления клеткам плоских костей черепа. Схематично можно изобразить в следующем виде.

рис. 14

Есть исходная геометрическая фигура – круг. Для того чтобы в процессе роста круг сохранил свою форму, он должен расти равномерно по всем направлениям. Векторы силы, выполняющие в нашем случае роль факторов роста, должны быть равны (рис. 14, а). Теперь представим, что часть ФР, действующих в вертикальном направлении, вдруг поменяли пространственную ориентацию и стали стимулировать рост в горизонтальном направлении. Вместо круга получится овал, с горизонтальной большой осью и малой вертикальной – аналог брахицефального черепа (рис. 14,б). Изменим ориентацию горизонтальных ФР и получим аналог долихоцефального черепа (рис. 14,в).
Пока нельзя сказать каким образом ФР плоских костей черепа влияют на рост остальных костей скелета. Возможно самым непосредственным – это один и тот же ФР, присутствующих во всех костях и естественно, мутация в нем приведет к одинаковым изменениям в росте костной ткани. А может через ту самую круговую пороку факторов роста, когда изменение в одном белке должны обязательно либо быть поддержаны остальными белками, либо запрещены. Независимо от того, каким путем согласуются процессы роста плоских и трубчатых костей, результат, как говорится, налицо: не бывает собак с широкой массивной головой и легким астеническим телом, как не бывает и мощных крепышей с утонченной длинной головой. Также невозможно к широкой и короткой черепной части приставить длинную морду, а к долихоцефальному черепу укороченные челюсти. И это прекрасно доказывается примерами межпородных вязок собак принадлежащих к разным типам. Как и в случае с межразмерными вязками – получается некий усредненный тип.
Но все же можно найти несколько примеров, на первый взгляд, не согласующихся с выстроенной закономерностью. Пример первый: ротвейлер и боксер имеют приблизительно одинаковые размеры, головы у ротвейлеров заметно шире, чем у боксеров, но при этом и телосложение гораздо мощнее, что пока вписывается в предложенную модель. Морда у ротвейлера коротковата, что также пока не опровергает теорию. Вот только у ротвейлера отсутствует характерная для боксера вздернутость морды, вызванная специфическим искривлением лицевых костей. В этом нет ничего удивительного, это означает лишь, что у боксеров, бульдогов, пекинесов и пр. наблюдается дезориентация ФР и в лицевых костях, что приводит к их деформации в процессе роста.
Пример второй: японский хин имеет ярко выраженный брахицефальный череп, а тело либо нормостеническое, либо вообще – астеническое. Но если мы посмотрим на ширину черепной коробки хина, то отметим, что голова у него вовсе не так уж и широка. У собаки с обычной головой и с таким же точно телосложением, ширина черепа была бы соразмерной. По-видимому, у хинов отсутствует компенсаторный рост черепа в ширину при прекращении роста в длину. ФР не меняют направление, а вообще прекращают работать (рис. 14, г).
Пример третий: бультерьер на массивном, широком теле носит достаточно длинную голову. Однако назвать такую голову долихоцефальной никак невозможно. Голова бультерьера достаточно широка, а, кроме того, еще и наблюдается аномальное разрастание лицевых костей в высоту. Достаточно специфическое сочетание нескольких «потерянных в пространстве» ФР. Но все же не на столько они оказались потеряны, чтобы совсем не сообразить, что под такую массивную голову нужно обязательно соответствующее тело, что и было с успехом реализовано остальными ФР.

рис 15

рис 16

Если составные части кости имеют различную конструкцию и структуру, то и расти они должны по-разному. Рост трубчатой кости в длину, как уже было сказано, осуществляется за счет эпифизарной пластинки - хрящевая ткань пополняется путем новообразования клеток и их последующим окостенением. На рис. 15 отрезок А – это уже окостеневший участок хряща, отрезок В – хрящ, образовавшийся в процессе деления клеток хрящевой ткани. Рост трубчатой кости в ширину происходит за счет деления клеток надкостницы.

Если бы происходило лишь отложение костной ткани на наружной поверхности трубки (наружный слой 1 на рис. 17), то масса кости по мере роста увеличилась бы настолько, что животные передвигались бы с большим трудом и очень медленно. Но в то время как остеобласты наращивают костную ткань снаружи, другие клетки - остеокласты разрушают и рассасывают кость изнутри (внутренний слой 2, рис. 17), тем самым, расширяя костномозговую полость. Диаметр трубки увеличивается, но толщина костной ткани растет незначительно.
Губчатое вещество эпифиза представляет собой наслоение костных перекладин (пластин) различной толщины, расположенных под разными углами друг к другу, чтобы давление и растяжение, распределялись равномерно на всю кость (рис. 15). Рост эпифизов можно сравнить с изготовлением папье-маше. Если вы возьмете мячик и станете наклеивать на его поверхность листики бумаги, располагая их равномерно по всей поверхности и обязательно под разными углами, то вы получите в результате увеличенную копию исходного объекта.
Должен ли быть согласован рост диафиза и эпифизов? Обязательно! По-другому просто не может быть. Может ли рост трубчатой части повлиять на рост сустава? Вне всякого сомнения. Статистика OFA подсказывает нам, что чем больше кость растет в длину и чем меньше при этом она растет в ширину, тем более идеальный сустав получится в конечном итоге. Факторы роста, заставляющие кость расти в ширину сверх нормы для данного биологического вида, должны обязательно слегка исказить пространственную форму сустава. Это как если бы при изготовлении папье-маше мы вдруг стали наклеивать бумагу не равномерно по всей площади поверхности, а где-то больше, где-то меньше.
Причастность факторов роста к формированию тазобедренного сустава помогает нам понять, почему в рамках породы одни собаки страдают дисплазией, а других минует чаша сия. Нет на свете двух собак с одинаковым геномом, а тем более, с одинаковым протеомом. Следовательно, нет двух собак, которые росли бы совершенно одинаково. Разное сочетание факторов роста и разные сочетания прочих белков, влияющих на факторы роста, дают неповторимое и оригинальное течение процесса полиферации (деления) клеток в организме. Таким образом, главное значение имеет не только общий размер и вес породы и отдельных ее представителей, но и гармоничное соотношение скорости роста трубчатых костей в длину и в ширину.
В некоторых крупных породах, у тех же догов, кости растут правильно «в нужное время и в нужном месте», а в породах с другим экстерьером и другой генетикой, возможно, процессы роста не всегда совпадают, то ли по времени, то ли в пространстве.
Мы можем вмешаться в процесс роста щенка и повлиять на формирование его экстерьера. К сожалению, это влияние чаще бывает негативным: недостаточное или избыточное кормление; неполноценный, несбалансированный рацион; недостаточные, избыточные или несбалансированные физические нагрузки. Но тот, кто не поленится овладеть этим великим искусством правильного выращивания щенков, сможет не только создать идеальные условия для реализации наследственной программы, но даже корректировать некоторые врожденные недостатки.
Например, у щенка плоские ребра и узкая для данной породы грудная клетка, да еще один или оба родителя также имеют подобный недостаток. Казалось бы, даже не стоит пытаться что-то исправить, ведь гены, по меткому народному выражению, пальцем не раздавишь. И все же не стоит сдаваться раньше времени, активные (но строго дозированные, чтобы не навредить в чем-то другом!) физические нагрузки неизбежно приведут к увеличению объема легких. Какая бы ни была генетическая программа для роста костей скелета, но ФР из клеток легких передадут сигналы к окружающим мышцам и реберным костям: « Господа, вы должны слегка раздвинуться вширь, нам не хватает места». И ребра обязаны будут прислушаться к сигналу и скорректировать свою программу роста.
Ну и напоследок еще стоит сказать, что обновление костной ткани происходит всю жизнь. У собак этот процесс особенно активен и ежегодно заменяется до 10% костной ткани. Для нормального костеобразования и рассасывания (резорбции) кости собака должна двигаться. Не полчаса в день на коротком поводке, а иметь возможность хотя бы несколько раз в неделю побегать вволю на свободе.

Возможно, многие заводчики обратили внимание в лекции по эмбриогенезу на информацию о том, что фенотип где-то на 99% зависит от генотипа. И, может быть, даже воодушевились по этому поводу и подумали – а не поможет ли все-таки генетика получить собак красоты необыкновенной и безупречного экстерьера? Почему бы нет! Берете образцы тканей у собаки, которая является для вас эталоном породы и секвенируете ее геном. Под электронным микроскопом выбираете из генетического материала ее родственников и не родственников нужные фрагменты ДНК, соединяете их таким образом, чтобы получить те же последовательности нуклеотидов, как и в геноме вашего идеала, внедряете полученный набор хромосом в ядро яйцеклетки и через два месяца родится хоть и не совсем точная, но все же копия. Не умеете так? А никто не умеет. Возможно, когда-нибудь, в далеком будущем, если человечество не угробит себя раньше, чем прогресс достигнет таких высот. Тогда собак будут заказывать в генетических лабораториях по предложенным образцам, а кинология в нынешнем варианте умрет, поскольку на выставке эксперты вряд ли смогут определить какой из клонов лучше.
На сегодняшний день разведение собак зиждется на старых, но надежных, дедовских методах – вязать лучшее с лучшим, применять инбридинг и аутбридинг. Чтобы стать успешным заводчиком, нужна не сколько генетика, столько грамотный маркетинг. Даже стандарт породы не обязательно знать и понимать, можно обойтись громкими именами питомников и производителей и высоким мнением об этих собаках опытных породников и экспертов. Если в хорошем питомнике купить суку и повязать с известным производителем, то с высокой степенью вероятности в помете родятся вполне приличные щенки, которые в амбициозных руках могут добиться выдающихся успехов. А уж глубокое знание породы (настолько глубокое, чтобы самые престижные титулы не затмевали реальных недостатков собаки), умение замечать, подмечать, анализировать информацию и просто наличие чутья и таланта, повышают вероятность успеха сразу на десятки пунктов.
И все же многие заводчики желают разводить собак «по науке», а некоторые даже уверенны, что именно так и ведут племенную работу. Хочется надеяться, что уверенность эта искренняя, а не маркетинговый ход в условиях жесткой конкуренции. Все дело в том, что наука не предлагает никаких рецептов для получения собак-чемпионов. Интересовали бы кинологов урожайность, прирост живой массы или хотя бы удои молока – наука тут как тут, немедленно предложила бы к услугам ряд зарекомендовавших себя методов. Но как только речь заходит о красоте – наука, послав воздушный поцелуй на прощанье, растворяется в воздухе как фантом. Поэтому, в отсутствие фундаментальной научной базы, теория селекционного отбора заросла мифами, слухами и приметами по самую макушку.
Всякий новичок в собаководстве, впервые решивший повязать свою собаку тут же услышит от старших товарищей, что инбридинг следует применять очень осторожно, продуманно, и если он (новичок) недавно в породе и не знает всех предков обоих производителей как минимум до десятого колена, то пусть даже не замахивается на родственное спаривание. Что же касается аутбридинга, то этот метод, по мнению тех же опытных заводчиков, дает насколько непредсказуемые результаты, что, не имея достаточного опыта в разведении, не следует даже думать о неродственном спаривании.
В общем, неискушенный заводчик как богатырь на распутье – куда ни пойди, везде тебе грозят потерями и лишениями, при этом третьего варианта не предлагают. Да и нет его, третьего – либо родственное разведение, либо не родственное. Но ничего страшного, дедовщина хоть и не очень приятное общественное явление, но пройдет несколько лет и любой заводчик выучит и умные фразы о «консолидации кровей» и научится рассказывать проникновенные истории о том, как ночи не спит, анализирует родословные потенциальных женихов до десятого колена.
Такое глубокое изучение родословных вещь, безусловно, полезная, но только в том случае, если этот процесс вводит заводчика в медитативное состояние, которое позволяет ясновидеть будущий помет. Другой практической пользы от подобного времяпрепровождения, увы, нет. Информация о предках далее 3-4 колена годится лишь для удовлетворения любопытства. Вычислять вероятности наследственных заболеваний по родословной малоэффективно. Будь базы данных по наследственным заболеваниям в каждой породе, да еще, если бы в эту базу вносились полные данные по всем собакам, это могло бы стать большим подспорьем для заводчиков. Информация, собранная частным путем хоть и лучше чем ничего, но в условиях тотального сокрытия наследственных проблем это может сыграть с заводчиком злую шутку – можно выбрать производителя не из наиболее благополучной линии, а из той, где лучше умеют скрывать проблемы. Самый надежный способ борьбы с наследственными заболеваниями, вызванными конкретными мутациями – лабораторный анализ ДНК.
Что касается тех многочисленных аномалий и заболеваний, о которых говорилось выше, что они могут быть связаны с нарушениями эмбрионального развития, рассогласованностью в работе белков и прямым последствием некоторых породообразующих мутаций, то борьба с ними при помощи селекции не только бесполезна, но порой даже вредна. Например, кобель, у которого 2-3 сотни здоровых красивых щенков, вдруг произвел на свет одного крипторха. Тут же находятся те, кто навешивает на него ярлык носителя крипторхизма и искренне уверенны, что отказываясь от вязки с проверенным производителем (а статистика говорит сама за себя), спасают породу от гибели. И по закону Мёрфи, пытаясь убежать от мелких проблем, нарываются на крупные проблемы.
Или исключение из разведения кобеля английского бульдога с великолепным экстерьером на основании того, что у него дисплазия ТБС. В породе около 75% собак имеют дисплазию и это прямое следствие своеобразного экстерьера бульдогов. Есть желание бороться с дисплазией – нужно радикально менять стандарт. Нет желания менять стандарт – забудьте о дисплазии и не имитируйте борьбу за здоровье суставов.
Поможет ли изучение дальних предков прогнозировать фенотип будущих щенков? Увы, тоже нет. Мы ведь отбросили примитивную мозаичную схему, в которой ген отвечает за отдельный признак. Фенотип-экстерьер является выражением уникального для каждой особи сочетания генов и белков. Потому за фенотипической схожестью мы должны искать не одиночные гены, не гомозиготность этих одиночных генов, а схожие их комбинации. А комбинации генов разрушаются из-за кроссинговера где-то через 3-4 поколения. Именно поэтому в трудах отечественных и зарубежных столпов биологических наук встречается утверждение, что племенная линия недолговечна, и ее существование обычно ограничивается 3-4 поколениями животных от выдающегося родоначальника.

рис. 18
В каждой паре хромосом разрыв происходит в среднем в 2 - 3 точках. Затем эти частично «мамины», частично «папины» хромосомы расходятся и образуются клетки с рекомбинированным набором хромосом. Уже на самом первом этапе родители передадут детям хоть и тот же генетический материал, которым они сами владеют, но в совершенно ином оригинальном сочетании. Поэтому щенок всегда будет отличаться от своих родителей. Это факт общеизвестный и неоспоримый, но большинство объясняет это выщеплением рецессивных признаков. Нельзя отметать и это явление, но учитывать следует лишь как одно из…., а главным фактором все же является новое сочетание генов.
Но щенок еще и будет похож на родителей и это тоже не опровергается. А похож он в первую очередь потому, что ДНК очень длинная молекула, и даже после разрыва ее в 2-3 местах, сохраняются достаточно протяженные участки с родительскими комбинациями генов. Затем щенок вырастет, станет тоже продуцировать половые клетки, в которых кроссинговер перемешает хромосомы, полученные от отца и матери, и т.д. из поколения в поколение. Если вы не поленитесь взять цветные карандаши и несколько раз произвести «кроссинговер» на бумаге, взяв в качестве исходного объекта любую понравившуюся сине-красную хромосому с рис. 16, «скрестить» ее ну хотя бы с лиловой, выбирая произвольно места разрыва по длине полоски, потом полученную лилово-сине-красную полосочку перекомбинировать с коричневой и т.д., то вы убедитесь, что через 3-4 этапа в «хромосоме» от синего и красного останутся лишь небольшие участки. То же самое происходит и в настоящих хромосомах, чем ближе предок в родословной, тем больше в геноме цельных фрагментов его ДНК, чем дальше предок - тем меньше этих фрагментов и тем они короче. Когда мы делаем инбридинг на выдающегося предка, то это значит, что мы пытаемся опять собрать в кучу разрозненные кусочки хромосом, доставшиеся разным его потомкам. А вот получится это сделать или не получится, будет зависеть лишь от того, как пойдет кроссинговер в половых клетках родительской пары, и клетки с каким набором хромосом сольются в процессе оплодотворения.
Еще один из любимых вопросов заводчиков: «Собираюсь применить инбридинг II-II (I-III, II-I и т.п.), скажите, это хороший инбридинг?», - следует отправить на свалку. Это все равно как, собираясь пойти в казино, спрашивать совета у знакомых – поставить ли на 13 черное или совсем наоборот – на 21 красное? И там и там чужой опыт абсолютно бесполезен. Вы имеете суку с уникальным геномом и будете вязать ее с кобелем, имеющим уникальный геном. В их организме образуются половые клетки с уникальным набором хромосом и в результате их слияния получатся от 1го до 15ти уникальных щенков. Нельзя назвать даже порядок цифр возможных путей кроссинговера и образовавшихся сочетаний. Не то что человеческий мозг не в состоянии что-то высчитать и точно спрогнозировать, но даже современным компьютерам такая задача не по плечу. У нас есть всего лишь вероятность и надежда, да проверенное временем и опытом знание, что у детей хоть что-то да будет от родителей. Так что ночные бдения над уходящими в глубь веков родословными это скорее из области эзотерики и шаманства.
А вот 2-3 поколения ближайших предков знать не помешает. Хотя события последних лет могут пошатнуть веру даже в это очевидное требование. Когда в некоторых странах стали проводить генетические тесты на отцовство, то оказалось, что многие собаки вовсе не того происхождения, как утверждали их родословные. Притом, это были собаки не из каких-то малоизвестных заводов или puppy mill, а из очень даже прославленных и уважаемых питомников. А ведь кто-то тоже вдумчиво и профессионально анализировал эти липовые родословные (и не только именно этих собак, сколько их таких было за десятки прошедших лет и есть сейчас), что-то там высчитывал, комбинировал, консолидировал и, что самое смешное, чаще всего весьма удачный результат получался. Все потому, что, сколько бы мы ни изучали родословные, главным методом подбора пары является визуальная оценка. То, что невозможно вычислить на компьютере и даже определить при помощи генетической экспертизы, мы можем увидеть глазами. Это схожесть потомков с родоначальником племенной линии, это особенности и черты его экстерьера, которые мы узнаем в детях, внуках и правнуках.
Формальный инбридинг, когда потомки уже совсем не схожи с общим предком, инбридингом можно назвать лишь условно. Инбридинг хорош при разведении по линиям. Такое разведение считается высшей формой племенной работы при чистопородном разведении. Один из основоположников зоотехнии еще в дореволюционной России, профессор Е. А. Богданов предложил разделять линии заводские и формальные (генеалогические).
К генеалогической линии относятся абсолютно все потомки родоначальника линии. Но даже самые выдающиеся производители дают достаточно разнообразное потомство и ведение таких формальных линий вряд ли может привести к интересным результатам.
Заводскую линию составляют только животные, обладающие нужными качествами, достаточно однотипные и схожие по комплексу признаков. Ведение заводской линии дает более предсказуемые результаты.
С точки зрения генетики, разделение потомков одной генеалогической линии на «избранных», достойных входить в заводскую линию и «изгоев», использование которых в рамках этой линии нежелательно, означает, что первым достались наиболее крупные и важные фрагменты хромосом родоначальника, а вторым – жалкие крохи. Это не значит, что «изгои» совсем ни на что не годны, если это здоровые, красивые животные, то они могут использоваться в других племенных линиях, близких по типу и по родству и даже стать родоначальником своей собственной линии.
Но если заводская линия живет лишь 3-4 поколения, а родоначальник линии настолько хорош, что до зарезу хочется сохранить именно такой тип и экстерьер в поголовье, то нельзя ли использовать при ведении линии лишь тесный и близкий инбридинг для лучшей сохранности кусочков его ДНК или даже вывести так называемую чистую линию?
Чистая линия – группа генетически однородных животных, гомозиготных практически по всем генам. Многие заводчики пытались вывести чистые линии собак, но все эти начинания потерпели фиаско. По-другому и быть не могло - природа не терпит однообразия, т.е. гомозиготности. Разнообразие и еще раз разнообразие – вот главный девиз и главное условие благополучного существования биологического вида. Даже примитивные бактерии, размножающиеся простым делением, обмениваются генетическим материалом друг с дружкой. Сблизились две бактерии, договорились об условиях бартера, и даже в голову (или то, что им ее заменяет) не придет обменяться одинаковыми участками – обязательно выберут отличающиеся последовательности. Не побрезгуют бактерии и стащить то, что плохо лежит. Остался от какой-то погибшей клетки фрагмент ДНК, рачительная бактерия подберет и пристроит себе в геном – в хозяйстве все пригодится.
Если уж бактерии сознают важность генетического многообразия, то человечеству стыдно было бы этого не понимать. Однако же и в этом случае мы имеем дело с очередным мифом, выражающимся в искаженном представлении о естественном отборе. Естественный отбор принято представлять в виде решета, через которое отсеиваются неблагополучные мутации и лишь полезные и нужные гены закрепляются в потомстве. Многие селекционеры и цели искусственного отбора видят точно такими же – все вредное и ненужное отсеять, все полезное оставить и перевести в гомозиготное состояние. Но все дело в том, что множество генов в геноме не являются полностью доминантными или полностью рецессивными. Гетерозиготы по таким генам имеют промежуточный характер экспрессии белка, ниже, чем у доминантных гомозигот. Как это ни удивительно, но для множества белков именно это является оптимальным рабочим состоянием, оставляющим достаточную свободу для проявления изменчивости и пластичности и является основой эволюции. Популяции животных размножающиеся путем свободного скрещивания по своему составу всегда предельно гетерозиготны.

где Fx коэффициент инбридинга пробанда, %;
n, ni — ряды родословной;
fa — коэффициент инбридинга для общего предка.
Есть варианты формулы со степенью (n+ ni +1) и (n+ ni –1), это в зависимости от того, как считать количество рядов в родословной – до самого пробанда (-1), или до его родителей (+1), математически это равноценные варианты.
Не скажу, что формула плоха. Но! (и это очень большое но) она совершенно не годится в той области, где ее сейчас применяют. Дело в том, что в те времена, никто не знал точно, что же именно является физическим носителем наследственной информации и каким образом происходит передача этой информации от родителей потомству. До открытия ДНК оставалось еще 3 десятилетия. Возможно, и, скорее всего, что Райт считал гены дискретными, не связанными друг с другом частицами, присутствующими в клетке и потому они равномерно перемешиваются при слиянии двух половых клеток. Потому как его формула замечательно описывает процессы смешивания мелких сыпучих веществ и жидкостей.
Давайте рассмотрим на примере. Пусть генами у нас будут кристаллики сахара. Соматическая клетка с полным набором генов будет соответствовать 100 граммам сахара, а половая клетка с половинным набором – 50г. Далее отдельные порции сахара окрашиваем в разные цвета. Смешивание = спаривание.

1 этап. Берем 50г синего сахара (отцовская половая клетка) и тщательно перемешиваем с 50г красного сахара (материнская половая клетка). В результате получаем «щенка» с полным «генотипом» – 100г смеси синего и красного. Издалека выглядит как фиолетовый, вблизи видны синие и красные компоненты, т.е. щенок имеет и признаки своих родителей и в то же время отличается от них. Это щенок имеет 50% генов от папы и 50% от мамы.

2 этап. Наш щенок вырос и тоже стал продуцировать половые клетки, содержащие половинный набор генов, т.е. делим полную порцию пополам, отсыпав 50г сине-красной смеси. Теперь соединяем эту половую клетку с половой клеткой другой собаки, допустим зеленого цвета. В результате мы получаем 100г смеси, где 50% зеленого, 25% синего и 25% красного песку. Синий и красный для этого щенка дед и бабка.

3 этап. Опять отсыпаем 50г сине-красно-зеленой смеси и теперь смешиваем с 50г желтого сахара. Получаем смесь, где 50% желтого, 25% зеленого, 12,5% синего и 12, 5% красного. Синий и красный – прадед, прабабка.

На протяжении 3 этапов мы проводили не родственное скрещивание, но теперь нам захотелось сделать инбридинг и повязать 3-ью с ее синим прадедом.

4 этап. 50г этой пестрой смеси смешиваем с синим сахаром. Получаем: 56,25% синего, 25%желтого, 12,5 зеленого, 6,25% красного. Синий – одновременно и отец, и прапрадед; красный - прапрабабка.

Мы знаем, что особь получает по 50% генов от отца и матери, но в этом случае отец является еще и прапрадедом и потому считается, что у него к отцовским 50% еще прибавляется остаток в 6,25%, который остался в материнской смеси. Вот эти 6,25% и являются коэффициентом инбридинга – это то количество кристалликов сахара, которые совпадают в этой смеси не только по цвету, но и по форме кристалликов. Применительно к собакам мы говорим, что это количество генов, находящихся в гомозиготном состоянии.

А теперь пересчитаем КИ для этого случая по формуле Райта.

Считаем ряды от синего до родителей пробанда:

3 + 0 + 1 = 4;
(1/2)4 = 1/16 = 0,0625;

синий не инбредный, потому fa=0

0,0625 х (1+0)100 = 6,25%.

Все совпадает. Еще бы не совпасть, ведь мы допустили грубейшую ошибку в самом начале – предположили, что гены не связаны друг с другом и комбинируются независимо.

рис. 19
На рис. 19 изображена схема слияния отцовской и материнской половых клеток, в результате чего получился вот такой сине-красный потомок. Это соответствует этапу №1 в опытах с сахаром и, как видим, – соответствует полностью.
Теперь перейдем к этапу №2. С сахаром было все просто – отсыпали 50г и всего делов то. А вот в этом случае, оказывается, есть несколько вариантов получения половых клеток. Имеющийся набор хромосом можно разделить напополам 4-мя способами, получив при этом 8 оригинальных вариантов (рис. 20).

рис20

рис. 21

При вязке этих 8-ми особей с зеленым мы можем получить потомков со следующим генотипом (рис. 21).
Согласно опытам с песком и формуле Райта, на этом этапе каждому потомку достается по 25% генов от его деда и бабки. Давайте посмотрим, сколько же их досталось на самом деле:
1й - 50% от деда, 0% от бабки.
2й - 0% от деда, 50% от бабки.
3й - 45% от деда, 5% от бабки.
4й - 5% от деда, 45% от бабки.
5й - 40% от деда, 10% от бабки.
6й – 10% от деда, 40% от бабки.
7й - 15% от деда, 35% от бабки.
8й - 35% от деда, 15% от бабки.

Не существует даже теоретической возможности разделить поровну гены деда и бабки между половыми клетками, чтобы получить искомые 25% у внуков. Возможно, вы скажете, что я специально так хитро задала длину хромосом, чтобы не получалось. Да, специально! Но только лишь по той причине, что такая разница между хромосомами существует на самом деле. Конечно, у собаки не 3, а 39 пар хромосом и генов около 20000 и возможно эти гены распределены по хромосомам так, что существует возможность абсолютно или хотя бы приблизительно точного разделения. Но ведь и количество разных вариантов распределения хромосом при 39 парах несравнимо больше - 239, чем при 3 парах, и равное деление это всего лишь один или несколько вероятных вариантов из этого множества. Так что на этом этапе мы можем лишь сказать, что процент генов деда и бабки в геноме внуков колеблется в пределах от 0 до 50%, но точную цифру мы никак не можем узнать или вычислить. И потому переходить к следующим этапам нет никакого смысла.
Но это еще далеко не все. Давайте посмотрим на особь 1 и 2 с рис. 3, ведь фактически это получились не внуки, а дети одного из предков: синего или красного, при этом каждый из них совсем не родственен другому предку. А ведь рекомбинация и дальше будет происходить подобным образом, и у сине-зеленого потомка, когда начнут вырабатываться половые клетки, то 1/8 их часть будет содержать 3 синие хромосомы, а у красно-зеленого будет такое же количество чисто красных гамет. Получается, что и правнуки синего и красного могут также получить 50% генов своих уже достаточно далеких предков, а это уже получается форменная чушь. Чтобы таких чудес не случалось в реальности, природа предусмотрела дополнительную меру для более активного перемешивания генов предков – кроссинговер. Я коварно ввела всех в заблуждение, когда на рис. 2 изобразила полностью синие и красные хромосомы. На самом деле происходит разрыв цепочек ДНК и обмен отдельными участками (см. рис. 18).
Разрыв может произойти в любом месте ДНК, также возможны множественные перекресты и обмены, а это означает, что количество вариантов перераспределения генов между двумя гомологичными хромосомами, с учетом большой длины хромосом, стремится к бесконечности. После кроссинговера вообще теряется смысл выражений «отцовская хромосома», «материнская хромосома» - теперь каждая хромосома имеет и синие и красные отрезки.
Тот, кто знает математику, сейчас скажет, что элемент хаотичности, который вносит кроссинговер, только на руку нам. Вышесказанная фраза «на этом этапе мы можем лишь сказать, что процент генов деда и бабки в геноме внуков колеблется в пределах от 0 до 50%, но точную цифру мы никак не можем узнать или вычислить», хоть и остается справедливой, но теперь каждый вариант распределения из этого промежутка не равновероятны. Процесс наследования генов от деда или бабки будет описываться кривой нормального распределения или кривой Гаусса (рис. 22).

рис. 22
Согласно графику, вероятность того, что потомок получит 0 или 50% генов деда/бабки стремится к нулю, а наибольшую вероятность имеет среднее значение для этого отрезка - 25%.
И что же это получается, что вычисленный по формуле Райта, коэффициент инбридинга хоть и не точно, но с очень высокой степенью вероятности верен? А и опять нет!
Потому, что опять не учтены все физические параметры, описываемой системы. Мы изначально предположили, что хромосома – это не просто цепочка последовательно соединенных генов, но что она состоит только из генов. Однако это не так. В ДНК, состоящих из миллионов нуклеотидов, гены встречаются с той же частотой, что и жизнь в пустыне Сахара. Геном собаки пока не расшифрован, но если учесть, что в геноме человека лишь 1,5% нуклеотидов являются кодирующими последовательностями (генами), а все остальное – мусорная ДНК, и что человеческий геном самый замусоренный в сравнении с другими биологическими видами, то можно приблизительно прикинуть, что у собак гены занимают 2, максимум 3% от общей длины ДНК. Кроме того, гены распределены между хромосомами очень неравномерно. Есть богатые генами хромосомы, а есть практически полностью мусорные.
Но и это еще не все – в геноме собаки есть множество генов абсолютно одинаковых для всех представителей данного биологического вида. Плюс есть некоторое количество генов, которые одинаковы в рамках одной породы (ген бесшерстности у голых собак, ген коротконогости у такс и т.д.).
Так что еще в самом начале, играя с сахаром, мы допустили принципиальную ошибку, окрашивая всю порцию сахара в один цвет. А нужно было в половинной порции 50г брать приблизительно грамм 45 белого + 5г синего и смешивать с красно-белой смесью (45г белого + 5г красного), белые кристаллы сахара – это одинаковые гены в геноме обеих собак, а вот синие и красные – то, что их отличает. А хромосомы следовало бы изобразить в виде длинных белых полосок, на которых изредка кое-где вкраплены синие или красные точки.
При таком малом количестве и такой разбросанности генов на необъятных просторах хромосом, рекомбинация их при производстве половых клеток принимает совершенно непредсказуемый характер. Вычислить, как разойдутся гены нельзя ни точно, ни с какой-то долей вероятности.
Ну и, наконец, последний фактор, вносящий свою долю погрешности. В формуле Райта не учтено, что все гены представлены в геноме в виде аллельной пары и если предок, на которого делают инбридинг, был гетерозиготен по определенному гену, то инбридинг может и не привести к увеличению гомозиготности.
Пример. Пусть наш синенький на самом деле будет черненьким, в смысле окраса и будет нести ген коричневого пигмента – Bb. При вязке с гомозиготным ВВ красным выстрелил сперматозоид с геном b, сине-красный потомок получился Bb и коричневый ген у него точно от отца. Потом мы этого сине-красного вязали с зеленым, который тоже оказался черным гомозиготным и, о чудо (хотя на самом деле никакое не чудо) опять сработала половая клетка с коричневым геном. То же самое повторилось и при вязке с гомозиготным ВВ желтым. Итак, мы получили правнучку синего с генотипом Bb и ген b без вариантов ей достался от прадеда. Потом мы сделали инбридинг, повязав пестренькую с синим, и в этом случае от пестрой участвовала яйцеклетка с геном b, а вот от синего в этот раз выступил сперматозоид с геном B.
В опытах с сахаром и в рисунках хромосом мы бы посчитали эту пару генов одинаково синими, т.е. гомозиготными, а на самом деле это самая что ни на есть гетерозиготная пара.
Вывод: заниматься вычислениями КИ это бесполезное и бессмысленное занятие. Та информация, которую нам дает этот коэффициент, можно высказать простыми человеческими словами: инбридинг 1:2, 2:1, 2:2 это очень близкий инбридинг и не стоит его применять без архиважной надобности, а также и не следует в пределах одной родословной накапливать слишком много инбридингов на одних и тех же собак.
Если тесный инбридинг такая неприятная вещь, то не стоит ли вообще от него отказаться и даже запретить использовать в разведении? В этом есть рациональное зерно, однако не стоит выплескивать вместе с водой и младенца. Даже от кровосмешения может быть польза. Кобеля, которого известные специалисты оценивают как восходящую звезду, прочат большое будущее, а владельцы невест заранее резервируют очередь на вязку, желательно бы проверить в близком инбридинге. Далеко не все наследственные заболевания сейчас тестируются в лабораториях и если удастся селекционным методом как можно раньше выявить наличие вредной мутации в геноме кобеля, то это позволит избежать того колоссального вреда, который можно было нанести породе, используя такого неблагополучного производителя. Второй плюс – щенки, полученные в тесном инбридинге на выдающегося представителя породы, являются своеобразным хранилищем генетических последовательностей своего предка. Да, сами они могут быть хуже своего знаменитого родителя, но зато могут оказаться весьма ценными производителями.
Аутбридинг (неродственное разведение) – еще один незаслуженно обиженный метод племенного разведения. Дурную славу получил из-за того, что в биологии понятие аутбридинг имеет исключительно широкое толкование и подразумевает не только скрещивание животных, у которых общие предки отсутствуют как минимум на протяжении шести поколений, но также организмов принадлежащих к разным породам и даже видам. Сейчас некоторые породы собак настолько генетически однородны, что у них аутбридинг может быть только формальный, а на самом деле, в сравнении с дикими животными, это самый настоящий инбридинг и хорошо если умеренный. Но есть также породы с не устоявшимся фенотипом, с заметно несхожими внутрипородными типами. В таких породах аутбридинг следует применять с осторожностью, но все равно применять. Иначе как сближать различные типы и добиваться стабильности в породе?
Кроме того, аутбридинг включает в себя ауткроссинг – метод подбора пары, при котором сука и кобель принадлежат к разным заводским племенным линиям. Это очень важный этап в развитии племенных линий, позволяющий обогащать линию новым генетическим материалом и привносить в поголовье нужные и полезные признаки.
По методам разведения вроде бы все, но меня мучает совесть. Мыслимо ли это - взять и лишить собаководов удовольствия высчитывать коэффициент инбридинга! Поэтому всем любителям математики предлагаю адекватную замену - Закон Харди-Вайнберга.
Замечательный закон популяционной генетики, сформулированный в 1908 независимо английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Закон утверждает, что в теоретической идеальной популяции распределение аллелей будет оставаться постоянным из поколения в поколение. Если численность популяции диплоидных организмов велика, если в ней отсутствуют мутации, миграция и отбор по изучаемому гену, то частоты генотипов AA, Aa и aa в популяции остаются одинаковыми из поколения в поколение и связаны с частотами генов простыми соотношениям:
частота гомозигот АА = р2
частота гетерозигот Аа = 2рq
частота гомозигот аа = q2
где А и а — аллели несцепленного с полом гена, p — частота аллеля А, q — частота аллеля а.

p2 + 2pq + q2 = 1 (100%)

Наверное, лишь редкие читатели смогли понять, но все не так страшно, если не ошибаюсь, это уровень 5-го класса средней школы - квадрат суммы. Давайте рассмотрим практический пример, и вы убедитесь, что ничего особо сложного в этих формулах нет. Представьте себе огромный необитаемый остров, на котором живут черные и коричневые собаки в количестве 1млн. особей. И вот мы такие умные и любопытные приперлись на этот остров, чтобы заняться научными изысканиями. Взяли мы образцы тканей у каждой собаки и провели анализ ДНК по локусу В. И обнаружили мы то, что и должны были обнаружить: у части собак оказался генотип ВВ, у других Bb, у третьих – bb. Не поленились мы произвести и разнообразные подсчеты: 1млн собак, у каждой по два гена в этом локусе, всего – 2млн. генов. Из них 1,4 млн. (70%) оказались В-генами, и 0,6млн. (30%)– b-гены. Так вот закон Х-В как раз и утверждает, что это процентное соотношение будет оставаться постоянным. Будет ли поголовье расти или, наоборот, уменьшаться, не имеет значения. Единственное условие – поголовье должно оставаться многочисленным, так как при резком уменьшении его, статистическая погрешность станет настолько велика, что ни о какой статистике уже не может быть и речи.
Заодно мы посчитали и процентное соотношение особей с разными генотипами и оказалось что:
BB – 490тыс. – 49%
Bb - 420тыс. – 42%
bb - 90тыс. - 9%
Все это занимательно и интересно скажете вы, но какой нам от этого прок? А польза есть. Представьте себе, что нет у нас оборудования для проведения генетической экспертизы, да и времени и средств такая экспертиза занимает очень много. Пользуясь формулой Х-В нам достаточно было бы просто пересчитать - сколько на острове черных, а сколько коричневых собак. Затем потратить всего лишь 5 минут на вычисления всех вышеприведенных цифр, вместо того, чтобы корпеть месяцами за электронным микроскопом. Но самое главное, представьте, что речь идет не об окрасе, а о какой-то наследственной болезни, которая передается простым аутосомно-рецессивным способом (т.е. не связанным с полом), а остров – это порода, потому как каждая порода живет и развивается в себе, отрезанная от остальных собак. Редкими случаями вливания чужих кровей мы можем пренебречь. Пользуясь формулой, мы можем прикинуть приблизительное количество носителей мутантного гена в поголовье.

Надеюсь, что предыдущие лекции окончательно и бесповоротно убедили читателей, что традиционное представление о механизмах передачи наследственной информации, культивируемое школьной программой и общеобразовательными статьями, отличается от реального порядка вещей, как детский рисунок отличается от настоящего ландшафта. Классическая генетика начала и средины XX века основывалась на менделизме и хромосомной наследственности; изменчивость и эволюция связывались со случайными мутациями и кроссинговером. Некоторые отклонения от законов Менделя объяснялись неполным доминированием части аллелей, множественным аллелизмом (увеличение число копий генов), наследованием сцепленным с полом, а неклассическое (неменделевское) наследование связывали с цитоплазматической наследственностью.
Это была простая, понятная парадигма. В то самое время, когда физика преодолела механистическое мировоззрение, царившее в науке со времен Галилея и Ньютона, в биологии, наоборот, создалась маленькая «механистическая заводь». Хотя ученые того времени решительно отбросили концепцию "человека-машины" времен механицизма XVIII в., но лишь для того, чтобы заменить схожей упрощенной схемой: все живое лишь на первый взгляд устроено сложно, стоит открыть простейшие законы, типа законов Менделя, да идентифицировать все гены и сразу же устройство живых организмов и механизмы наследственности станут ясны и понятны. Понадобились годы и десятилетия и масса фактов, не вписывающихся в традиционную генетику, чтобы ученые пришли к пониманию того, что недостаточно иметь полную информацию о ДНК какого-либо организма, чтобы понять, как функционирует этот организм. Необходимо знать характер функциональных связей между всеми элементами в организме. Как квантовая физика не опровергла законы классической физики, а лишь указала границы, в которых эти законы работают, так и современная генетика, не отменяет классическую генетику, а дополняет ее.
По ходу предыдущих лекций не раз и не два отмечался творческий подход организма к собственной наследственной информации. В этой лекции я попробую перечислить большинство известных на сегодняшний день координирующих и интегрирующих процессов в клетке, вносящих коррективы и помехи в классическую модель наследования. Возможно, кое-что из представленного поможет понять некоторые «чудеса», с которыми заводчики сталкиваются в своей работе.

1) Цитоплазматическая наследственность, которая как раз и породила термин - «неменделевская наследственность». В лекции по цитологии я обращала внимание на то, что у митохондрий есть собственный геном, в котором хранится информация о белках этой органеллы. Особенностью митохондриальной ДНК является ее наследование по материнской линии, от матери к детям. В сперматозоиде практически нет митохондрий, а даже если отдельные отцовские митохондрии попадают в яйцеклетку, то они блокируются на молекулярном уровне. Синтез АТФ главная, но не единственная функция митохондрий, кроме этого митохондрии принимают активное участие во многих биохимических реакциях и синтезируют некоторые аминокислоты и гормоны. Мутации в митохондриальных ДНК могут быть причиной различных наследственных заболеваний центральной нервной системы, эндокринной системы, почек, печени, скелетных и мышечных аномалий и др.
К сожалению, на предмет наследственных заболеваний митохондриальная ДНК собак не изучается. Возможно, в ближайшем будущем это изменится, кинологи узнают о причинах некоторых болезней собак и получат надежный способ их предотвращения.
Кроме ДНК митохондрий в цитоплазме есть разные фрагменты чужеродных ДНК и РНК, в основном вирусной природы. Эти последовательности иногда способны воспроизводиться синхронно с геномом хозяина и наследуются не только по материнской, но и по отцовской линии. Фактически, это симбионты организма, характер их наследования носит непредсказуемый характер, а количество сильно варьирует в разных клетках и у разных особей. А уж какие нарушения в работе организма могут вызывать эти непрошеные гости – даже представить себе сложно. Все что угодно может быть, на то он и вирус.
Полезные выводы из этой информации мы можем сделать такие: от матери и отца щенок получает равное количество хромосомных генов, но цитоплазматические гены передаются в основном от матери, то есть в сумме от матери передается больше генов, чем от отца.
Следующее – крайне нежелательно вязать собак вскоре после перенесенных ими вирусных заболеваний. Нужно дать организму придти в себя и «почиститься» от вредного мусора. Также следует отметить, что у взрослых животных число включений меньше, чем у молодых собак. Так что не следует спешить с вязкой юниоров в том случае, если собаки болели в детстве какими-либо инфекциями.

2) Мутации. Оценивая производителей по их потомству и планируя вязки, не стоит забывать о том, что в организме постоянно происходят мутации и ваши тщательно выверенные планы могут быть легко разрушены перестановкой всего лишь нескольких нуклеотидов в очень важном гене и, как назло, у самого лучшего щенка в помете.

3) Кроссинговер. Приводит не только к перемешиванию генов в гомологичных хромосомах. Если произойдет обмен неравными участками ДНК, то это может привести к мутациям, притом не только генным, затрагивающие структуру одного гена, но и хромосомным, перестраивающим структуру целой хромосомы.

4) Регуляция экспрессии гена. В традиционной генетике считалось, что хромосомы состоят сплошь из генов и каждый кусочек ДНК несет полезную информацию. Со временем выяснилось, что кодирующие сегменты составляют ничтожную часть ДНК. Сам ген имеет дискретную структуру и состоит из кодирующих сегментов экзонов и некодирующих интронов. И вся цепочка ДНК, аналогично, состоит из информационных последовательностей – генов и бессмысленных сегментов, так называемая мусорная ДНК. Геном собак еще не секвенирован, но по аналогии с другими видами, можно предположить, что информативная часть генома собаки составляет около 3%. Ранее эти мусорные участки полагали ненужным балластом, ведь никакой информации о белках они не содержат. Но и тут ученых ждал сюрприз – оказалось, что часть этих некодирующих последовательностей выполняют регуляторные функции, влияя на работу генов. Более того, именно эти регуляторные последовательности играют ключевую роль в эволюции млекопитающих, потому как по белкам и кодирующим их генам все млекопитающие отличаются друг от друга крайне незначительно. Даже у таких несхожих человека и мыши 95% одинаковых белок-кодирующих генов.
Регулировать экспрессию генов могут несколько элементов:
а) Промоторы - расположенные в непосредственной близости от гена (в пределах 100-200 пар нуклеотидов) последовательности, которые служат для РНК опознавательным знаком и местом связывания с хромосомой. И только после этого РНК может снять копию с ДНК. Мутации в промоторах затрудняют работу РНК, что приводит к снижению количества синтезируемого белка.
б) Энхансеры – короткие последовательности нуклеотидов, с помощью регуляторных белков помогают РНК переписывать информацию с ДНК и, как следствие, трансляция белка идет ускоренными темпами. В отличие от промоторов, энхансеры могут располагаться в областях значительно отдаленных от регулируемого гена.
в) Сайленсеры – антиподы энхансеров, работают точно так же, но вместо активирования процесса транскрипции, наоборот, подавляют его.
г) Эффект положения – влияние месторасположения генов в хромосоме на их активность. Рассматривая строение ДНК, мы остановились на стадии двойной цепи нуклеотидов и закручивании ее в спираль. Но это еще не все, далее эта длиннейшая молекула запутывается, переплетается, обрастает разнообразными белками и простыми химическими соединениями. Структура хромосомы получается весьма неоднородна. Выделяют области с более плотной упаковкой – гетерохроматиновые, и области с менее плотной упаковкой – эухроматиновые. В гетерохроматиновых областях происходит уменьшение экспрессии генов, в эухроматиновых областях гены работают нормально.
д) Инсуляторы - участки ДНК, которые изолируют ген, находящийся между ними, от влияния энхансеров, сайленсеров, гетерохроматинового окружения и возвращают ему обычную активность. Они как бы говорят всем регуляторам – не нужно трогать этот ген, пусть работает, как положено.
Все перечисленные пункты относятся к генетической регуляции, геном регулирует сам себя. Но генетическая программа задается в момент оплодотворения, а организм существует в постоянно изменяющейся окружающей среде и должен мгновенно реагировать на любые перемены. Если бы производством белков управляли только гены, то клетка работала бы по принципу волшебного горшочка из детской сказки, приказали: «Горшочек, вари!», - и уже остановиться невозможно, от рождения и до конца жизни белки будут штамповаться в клетке непрерывно и в строго заданном количестве штук за единицу времени. Выжить в таких условиях невозможно, организму не нужны все белки сразу и в большом количестве. Ряд белков работают только в определенные моменты жизни: в период эмбрионального развития; в период роста и формирования; с наступлением половой зрелости. Есть белки, включающиеся в работу циклически – одни во время сна, другие во время бодрствования, третьи после приема пищи. Еще часть белков нужны организму в повышенном количестве лишь в определенных ситуациях: белки теплового шока при перегреве; адреналин в момент испуга; нейромедиаторы, отвечающие за возникновение чувства голода, только когда организм нуждается в питательных веществах, а после насыщения им следует отключаться.

6) Метилирование/деметилирование ДНК. Еще один интереснейший способ регуляции активности генов у многих организмов, и у млекопитающих в особенности. Специальные ферменты - ДНК-метилазы как хищники нападают на отдельные участки ДНК, буквально выворачивают их наизнанку и насильственным образом присоединяют к цитозину (мы помним, что это один из 4-х нуклеотидов, составляющих цепь ДНК) метильную группу - CH3. Соответственно, деметилирование – отсоединение метильной группы. Чем сильнее метилирован ген, тем слабее он работает. Образно выражаясь, метилирование – это навешивание кандалов на ген. Только этой напасти нам не хватало, скажете вы… и ошибетесь.
Снижение общего количества метильных групп в ДНК указывает либо на развитие опухоли, либо на старение организма. Установлено, что метилирование ДНК у животных уменьшается с возрастом. По скорости потери метильных групп можно судить о возрасте организма и даже прогнозировать продолжительность жизни. В группе подопытных крыс исключили из рациона аминокислоту метионин (источник метильных групп) и у всех животных через две недели развился рак печени.
Как же так получается, что подавление генов оказывается полезным для организма? Дело в том, что метилирование ДНК происходит не случайным образом. Прежде всего, метилирование (умеренное) является элементарной системой опознавания "свой-чужой". Благодаря системе метилирования клетки способны отличать свой генетический материал от чужого и уничтожать коварные вирусы, проникшие в клетку.
В процессе обучения особи в ДНК нейронов изменяется характер метилирования, таким способом геном участвует в формировании памяти.
Усиленному же (отключающему) метилированию подвергаются функционально бесполезные и даже опасные последовательности ДНК. В частности, большинство МГЭ подвергаются усиленному метилированию, и это правильно – прыгать по геному можно лишь под контролем клетки. Получается, что метилирование – это хорошо и полезно. Но, и это справедливо для любого процесса в организме, хорошо и полезно только нормальное течение процесса. Стоит вмешаться одному из множества тератогенных факторов и метилирование пойдет с нарушениями – полезные гены будут подавлены или вовсе отключены; вредные, наоборот, деметилированы. Особенно опасно, когда освобождаются от «кандалов» онкогены, а гены-супрессоры (подавляющие развитие опухоли) инактивируются.
Считалось, что родительский геном подвергается полному деметилированию сразу же после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, вся приобретенная информация пропадает и не передается по наследству. Новый организм должен выстраивать свою собственную систему управления и регулирования генома и родительские указки ему ни к чему. Но оказалось, что профиль метилирования некоторых генов восстанавливается точь-в-точь, как это было в отцовских или материнских генах. В частности - случайное метилирование ДНК иногда наследуется. Вот вам и «за грехи родителей дети не отвечают». Еще как отвечают. Негативное воздействие среды не только изменяет геном самой особи, но может передаваться по наследству в течение нескольких поколений. Это лишний раз подтверждает важность правильного содержания и активного образа жизни для будущих производителей.
К счастью, природа предусмотрела и обратную возможность вернуться к исходному состоянию гена – здоровый образ жизни помогает преодолеть «родовое проклятие» и деметилировать полезные гены. Также не следует в рационе собак допускать дефицита фолиевой кислоты и витамина В12, которые участвуют в образовании аминокислоты метионина — донора метильных групп в клетке. Собакам категорически противопоказано вегетарианство, ведь растительная пища не содержит витамин В12.

7) Парамутация - взаимодействие двух аллельных генов, находящихся в гетерозиготном состоянии, которое приводит к наследуемому изменению экспрессии одного из аллелей, без изменения последовательности нуклеотидов. Некоторые гены, подвергшиеся метилированию, оказываются «заразными» для второго, нормального аллеля в своей паре. В результате чего второй аллель тоже подвергается метилированию, его активность снижается или даже ген переходит в неактивное состояние.
Какие неприятные сюрпризы может преподнести парамутация заводчикам собак? Предположим, что сука имеет определенный фенотипический недостаток, от которого вы желаете избавиться. Вы выбираете кобеля, у которого нет подобного недостатка, но, увы, никакого исправления фенотипа не происходит, и все дети получаются в маму. Вы хоть и расстраиваетесь, но не опускаете руки, ведь потомки несут в рецессиве полезный ген, полученный от отца. И если далее подобрать этим собакам партнеров с желаемым признаком, то около половины щенков будут уже искомого типа. Но и в следующем поколении никаких положительных подвижек не происходит. Нужный вам отцовский ген уже «заразился» излишком метильных групп и активность его снизилась. Когда, в каком поколении произойдет «освобождение» гена – неизвестно. Но когда оно произойдет, это может оказаться еще одним сюрпризом для заводчиков – вроде бы давненько не было ничего подобного в поголовье и, вдруг, на' тебе – откуда только взялось!
Не стоит так уж сильно бояться парамутаций, это достаточно редкое явление. Далеко не всякий метилированный ген может парамутировать, есть даже случаи, когда ген имеет несколько аллельных вариантов, но только один из них проявляет страсть к парамутации. Тем более, не стоит пытаться предполагать парамутацию в тех случаях, когда разные фенотипические признаки (особенно окрас) зависят от конкретных и известных генных мутаций, а не от метилирования гена.

9) Трансвекция - восстановление нормального фенотипа в результате взаимодействия по-разному поврежденных генов, находящихся в разных хромосомах. Например, в хромосоме, доставшейся щенку от отца, оказался поврежден непосредственно сам ген, кодирующий белок, а в хромосоме, полученной от матери, погиб энхансер, контролирующий этот же ген, что так же делает невозможным транскрипцию гена. По теории, в этом случае белок не может производиться вообще, а щенок будет иметь те или иные проблемы, в зависимости от того, что это за ген и белок, вплоть до летального исхода. Но, в подобных случаях иногда происходит сближение двух гомологичных хромосом, нормальный энхансер первой хромосомы воздействует на нормальный ген второй хромосомы и белок благополучно синтезируется. На первый взгляд, трансвекция - весьма полезная штука, позволяет организму нормально существовать. Только вот такое, вроде бы благополучное животное, на самом деле носитель сразу двух вредных мутаций, которые будут передаваться по наследству всем его потомкам, затем, переходя в гомозиготное состояние вызывать какие-то проблемы с экстерьером или аномалии развития.

10) Геномный импринтинг - процесс, при котором главенство (термин – доминантный в данном случае не уместен) определенных генов устанавливается в зависимости от того, от какого родителя унаследован ген. Используется еще название – эффект материнского предка или эффект отцовского предка, в зависимости от того, чей ген экспрессируется, а чей отключается. Отключение генов происходит с помощью метилирования. В геноме млекопитающих около 100-200 генов подвергаются специфическому метилированию во время формирования мужских и женских половых клеток. Это метилирование относится к строго наследуемому, часть генов в яйцеклетке, и совсем другая группа генов в сперматозоидах оказываются надежно выключены, что дает возможность проявиться аллелю, полученному от второго родителя.
Например, у человека и мыши отцовские копии одного из важных факторов роста – ИФР-II экспрессируются, а материнские – нет. Скорее всего, у собак точно так же. Даже не зная окончательный список всех импринтированных генов, но, подметив такую очевидную особенность, что экстерьер потомков зависит от кобеля несколько больше, чем от суки мы можем предположить, что у собак в эту группу генов входят некоторые факторы роста.

11) Инактивация Х-хромосомы - процесс, в ходе которого методом метилирования выключается одна из двух Х-хромосом, в клетках самок млекопитающих. Это позволяет самкам при генотипе ХХ иметь ту же экспрессию генов Х-хромосомы, что и у самцов при XY. Выбор Х-хромосомы, которая будет инактивирована, совершенно случаен и равновероятен. Учитывая, что организм собаки состоит из триллионов клеток, получается, что в 50% клеток работает Х-хромосома, полученная от матери, а в остальных 50% клеток экспрессируется отцовская Х-хромосома. Если в одной из хромосом есть мутация, то самка будет иметь мозаичный фенотип. Пример мозаичного фенотипа - черепаховый окрас кошек. На участках рыжего цвета работает Х-хромосома одного родителя, а на черных пятнах - второго родителя. У собак не известны подобные, видимые невооруженным взглядом признаки, связанные с мутациями в половых хромосомах, но это вовсе не означает, что отсутствуют мутации менее очевидные, но все же влияющие и на экстерьер, и на здоровье.
Кроме того, бывает еще отклонение от равновероятной инактивации, когда Х-хромосомы одного из родителей начинают превалировать от 75-80% до экстремального смещения, достигающего 90% и даже 100% клеток. Это крайне неприятная аномалия, которая может даже привести к бесплодию суки.

12) Мозаицизм - наличие в организме генетически различающихся клеток. Одна из форм мозаицизма у самок, связанная с мутациями в Х-хромосомах, рассмотрена в предыдущем пункте. Есть и другая форма, вызванная мутациями в прочих хромосомах и в самых разных генах. Обязательное условие того, чтобы мутация привела к мозаичному фенотипу – она должна случиться на ранних стадиях эмбрионального развития. Каждая эмбриональная клетка является родоначальницей большого пула клеток, и мутация в одной лишь эмбриональной клетке может привести к возникновению в каком-либо органе очага клеток с иным генотипом. Если мутация возникает в более поздние периоды, то незначительное количество аномальных клеток фенотипически не проявляется.

Возможно, вы обратили внимание, что некоторые пункты входят в явное противоречие с одной из центральных догм в биологии, которая гласит, что приобретенные признаки не наследуются. С критики взглядов творца первой эволюционной теории – Жана-Батиста Ламарка как раз и начинается знакомство школьников с учением об эволюции. Ламарк считал, что эволюция идет не случайным, а закономерным и направленным путем и назвал это "стремление природы к прогрессу", "стремление к совершенствованию". При этом организмы чутко реагируют на любые изменения внешней среды, и приспосабливается к ним.
Законы Ламарка:
1) активно используемый орган усиленно развивается, а ненужный исчезает;
2) изменения, приобретенные организмами при активном использовании одних органов и неиспользовании других, сохраняются у потомства.
Теории Ламарка были блестяще опровергнуты немецким ученым Августом Вейсманом. Он доказал опытным путем, что если крысам из поколения в поколение отрубать хвосты, это не приводит к рождению бесхвостых крысят. По результатам экспериментов и был сформулирован главный принцип так называемого вейсмановского барьера: соматические клетки организма не могут передавать информацию половым клеткам. Хотя коллеги Вейсмана и пошутили по этому поводу, мол, зачем нужно было мучить бедных мышей, достаточно было посмотреть на новорожденных мальчиков тех народностей, где уже тысячи лет практикуют обрезание, тем не менее, догма утвердилась и укрепилась, да так прочно, что любой посмевший ее оспорить награждался званием креациониста и лжеученого. Особенно после того, какими методами верный адепт теории Ламарка, незабвенный Трофим Денисович Лысенко громил «морганистов-вейсманистов», одна лишь мысль, что тебя сравнят с этим варваром от науки, заставляла многих современных ученых «не замечать» некоторых неудобных фактов. Однако факты не просто накапливались, но и, с развитием молекулярной биологии, находили объяснение. Так был открыт механизм метилирования ДНК, существование мобильных генетических элементов и другие изменения экспрессии генов не связанные с мутациями в ДНК.
Выделилось отдельное направление в биологии - эпигенетика. Предмет изучения эпигенетики – обратный поток информации. Если традиционная генетика изучает информационный поток в направлении ДНК – РНК – белок, то эпигенетика интересуется - как белки и РНК, откликаясь на сигналы извне, модифицируют геном.
Конечно, современное представление о наследовании приобретенных признаков сильно отличается от простого ламарковского механизма. И уж точно не прав был «народный академик», полностью отвергавший классическую генетику. Но природа оставила с носом и вейсманистов, еще раз доказав, насколько она умнее нас и сложнее наших представлений о ней. Против всякого лома у нее есть прием, на всякое действие у нее найдется противодействие, она гибкая и пластичная, мудрая и остроумная в своих решениях. Победить ее невозможно, постигнуть ее глубину очень сложно, но уяснить и принять главный принцип вполне по силам любому – нужно бережно относиться к тому, что создано природой, она не прощает свинского отношения к организму. И помнить, что организм принадлежит тебе только в том случае, если не собираешься размножаться.
Широчайший арсенал природных механизмов влияния на наследственность и изменчивость организмов не позволяют нам найти точные рецепты для изготовления собак с нужным нам экстерьером. Но изучение этих механизмов позволит нам бороться со многими болезнями и аномалиями, позволит видеть генетическую и биохимическую основу каждого фенотипического признака. Покажет, что не всегда то, что кажется нам красивым – полезно для животного. И может быть, когда-нибудь, даже заставит сделать реальные шаги для улучшения качества жизни наших любимцев и исправить то, что наворочали в кинологии за последние десятилетия. Без этого все слова о великой любви к собакам и об ответственности и профессионализме в кинологической деятельности останутся всего лишь пустым звуком.

нашла тут