Wstęp do genetyki w hodowli kotów

Genetyka stanowi dyscyplinę nauk, której przedmiotem badań jest zmienność i dziedziczenie cech organizmów żywych. Opisuje i wyjaśnia ona prawa rządzące procesami leżącymi u podstaw hodowli oraz daje naukowe umocowanie nowoczesnym metodom w hodowli. Jako wiedza pozwalająca nie tylko z powodzeniem realizować własny plan hodowlany, ale również nie szkodzić rasie, jest absolutnie niezbędna każdemu, kto myśli o zostaniu hodowcą i rozmnażaniu zwierząt.

Spis treści:

  1. Dlaczego hodowca musi znać genetykę?
  2. Historia myśli o dziedziczności
  3. Podstawowa jednostka dziedziczności
  4. Prawa dziedziczenia
  5. Współdziałanie genów
  6. Rozwiązywanie problemów genetycznych

Dlaczego hodowca musi znać genetykę?

Bardzo wielu osobom, chcącym jak najszybciej wkroczyć w świat hodowlany, genetyka staje ością w gardle. Niestety dla nich, nie ma przyzwolenia, aby hodowca wykazywał się ignorancją w tej materii.

Organizmy żywe są złożonymi biomaszynami realizującymi program zakodowany w ich informacji genetycznej. Dobór naturalny sprawił, że w długiej drodze ewolucji do dnia dzisiejszego przetrwały tylko te geny, które gwarantowały ich nosicielowi sukces reprodukcyjny. Ludzie, decydując o tym, które zwierzęta przeznaczyć do rozrodu, zaburzyli proces selekcji naturalnej zastępując go selekcją sztuczną.

Już nie najszybszy łowca, najzdrowsza matka czy najlepiej przystosowany do pogody jest wygranym w wyścigu zbrojeń, a kot z najładniejszym futrem, najprostszym nosem lub najdłuższymi uszami. Rodzi to poważne konsekwencje i hodowca musi przyjąć tę odpowiedzialność na swe barki. Bowiem od jego decyzji będzie zależała nie tylko kondycja jego kotów, ale także przyszłość rasy, którą hoduje.

Nieznajomość zasad dziedziczenia właściwości zwierząt często jest powodem błędnych przewidywań i niepowodzeń w hodowli. Bez chociażby podstawowej wiedzy z zakresu genetyki niemożliwe jest pełne zrozumienie metod kojarzeń, selekcji czy zasad radzenia sobie z problemem chorób dziedzicznych i mądrym wykorzystaniu dostępnych badań genetycznych. O korzystaniu z literatury fachowej nie wspominając.

Oddając do Państwa dyspozycji ten artykuł mam nadzieję przekonać wszystkich początkujących hodowców, że genetyka nie tylko nie jest trudna, ale może być też fascynująca, gdyż bezpośrednio dotyka istoty życia na ziemi i nas samych.

Historia myśli o dziedziczności

Już w kulturach starożytnych hodowcy zauważyli, że pewne użyteczne cechy roślin i zwierząt mogą być przenoszone z rodziców na dzieci. W Chinach, jeszcze przed początkiem naszej ery, wyhodowano wiele odmian ryżu krzyżując rośliny u których zaobserwowano najwięcej korzystnych cech. W Rzymie (II w. p.n.e.) przy wybieraniu samca do hodowli kierowano się jego pochodzeniem i wynikami dzielności jego potomstwa.

Jednak w tamtym okresie wiedza o rozmnażaniu, dziedziczeniu i metodach doskonalenia populacji opierała się głównie na domysłach i przesądach. Samo odkrycie, że zarodek powstaje z połączenia komórki jajowej i plemnika, nastąpiło dopiero po skonstruowaniu i udoskonaleniu mikroskopu w XVII wieku. Wcześniej rola samca i samicy w tworzeniu życia i przekazywaniu cech była niewyjaśniona.

Na przykład Arystoteles (364-322 p.n.e.) uważał, że płód rozwija się tylko z nasienia, a matka pełni jedynie rolę piastunki. Cały ładunek dziedziczny miał pochodzić więc od ojca. Dziedziczenie jedynie po ojcu zakładała również popularna w XVII wieku teoria preformacji, według której plemniki zawierały całkowicie ukształtowanego, miniaturowego człowieka. Przeciwnego zdania byli zwolennicy teorii inkapsulacji, którzy wskazywali komórkę jajową jako miejsce, gdzie miały być ukryte miniaturowe organizmy potomne, umieszczone jedne w drugich, jak w rosyjskiej laleczce „matrioszka”. Istniały też bliższe prawdy koncepcje zakładające, że oboje rodziców uczestniczy w przekazywaniu cech, ale ich wkładowi nadawano różną wagę. np. przedstawiciele szkoły pitagorejskiej (około 500 p.n.e.) głosili pogląd, że cechy umysłowe dziecko dziedziczy po ojcu, cielesne zaś po matce.

Na cechy potomstwa miał mieć również wpływ okresu rozrodu i ciąży. Już w Księdze Rodzaju (XII-II w. p.n.e.) opisano próbę uzyskania większej liczby jagniąt o pstrym umaszczeniu poprzez wypasanie owiec w sąsiedztwie pozostawionych gałązek topoli, z których to uprzednio ostrugano korę w prążki. Wrażenia odbierane zmysłem wzroku przez matkę miały wpływać na pojawienie się tych cech u potomstwa (tzw. zapatrzenie). Teoria ta wciąż popularna była w czasach nowożytnych. Krąży legenda, że pewna włoska dama urodziła swojemu białemu mężowi czarne dziecko. Uczeni lekarze ze spokojem wyjaśnili mężczyźnie to niecodzienne zjawisko faktem, że nad jej łóżkiem wisiał obrazek przedstawiający murzyna.

Inny przesąd hodowlany dotyczył pierwszego partnera płciowego (telegonia). Zakładał, że pierwszy partner samicy odciska na niej psychiczne i fizyczne piętno. W rezultacie, nawet kryta później innymi samcami, dzieci które urodzi będą miały cechy tego pierwszego. Pogląd ten powodował, że wiele samic było niepotrzebnie eliminowanych z hodowli jeżeli, wskutek niedopilnowania, samica została pokryta nierasowym samcem. Wierzono iż już zawsze będzie rodzić nierasowe potomstwo.

Przełom w rozwoju nauki o dziedziczności przyniosła publikacja o niepozornym tytule „Badania nad mieszańcami roślin” (1866) Grzegorza Mendla. Czeski zakonnik zawarł w niej rezultaty kilkuletnich badań nad dziedziczeniem prostych cech u grochu (Pisum sativum) takich jak wysokość rośliny, kolor kwiatów lub zabarwienie i wygląd ziaren. Dokonując krzyżówek i poddając ich wyniki skrupulatnej analizie matematycznej sformułował reguły dziedziczenia, które dzisiaj znane są jako Prawa Mendla.

Niestety znaczenie jego prac nie zostało dostrzeżone aż do roku 1900, w którym trzej badacze Hugo de Vries, Carl Correns i Erich Tschermak niezależnie od siebie przedstawili wyniki prac zaskakująco zbliżone do opublikowanych 34 lata wcześniej badań Mendla. Dopiero wówczas zrozumiano genialność jego odkryć.

Termin „genetyka” jako nauka o dziedziczności i zmienności został wprowadzony przez Williama Batesona w 1906 wraz z pojęciami: „allelomorph”, „zygota”, „heterozygota” oraz „homozygota”. Trzy lata później botanik Wilhelm Johanssen wystąpił z koncepcją „fenotypu” i „genotypu” oraz po raz pierwszy użył terminu „gen” (z greckiego genos – początek) do opisania mendlowskich czynników dziedziczenia. Zastąpił również określenie Batesona „allelomorf” słowem „allel” w odniesieniu do różnych, alternatywnych wersji genu.

W 1908 roku Wilhelm Weinberg i Godfrey Hardy opracowali prawo równowagi genetycznej dotyczące częstotliwości genów i genotypów w populacji. Tym samym zapoczątkowali rozwój nowej gałęzi genetyki – genetyki populacyjnej, która znajduje duże zastosowanie w hodowli. Wprowadzenie następnie do genetyki metod statystycznych umożliwiło poznanie mechanizmów odpowiedzialnych za zmienność i przekazywanie tzw. cech ilościowych.

Kolejnym dużym krokiem w kierunku poznania natury dziedziczenia było sformułowanie przez Thomasa Morgana chromosomowej teorii dziedziczności, w założeniach której geny są jednostkami materialnymi i znajdują się na chromosomach, oraz odkrycie zjawiska sprzężenia genów i crossing-over. Za swoje badania Morgan otrzymał później Nagrodę Nobla (1933).

Na ustalenie materialnej struktury genu miały wpływ dwa zasadnicze odkrycia. Najpierw w 1944 roku Oswald Avery, Colin MacLeod oraz Maclyn McCarty wykazali, że nośnikiem informacji genetycznej jest kwas deoksyrybonukleinowy. A dziewięć lat później, w 1953 roku, Francis Crick i James Watson, na podstawie badań Maurice’a Wilkinsa i Rosalindy Franklin dotyczących dyfrakcji promieni rentgenowskich na DNA, stworzyli pierwszy model przestrzennej budowy tej cząsteczki – tzw. dwuniciową helisę.

Ustalenie budowy podwójnej helisy DNA zostało w 1962 roku uhonorowane Nagrodą Nobla i jest prawdopodobnie najbardziej powszechnie znanym odkryciem w biologii. Okrzyknięte „odkryciem istoty życia”, „księgi i programu życia”, uplasowało gen jako najważniejszy element wszelkich zjawisk życiowych.

Kolejne lata to „złamanie kodu genetycznego” przez Marshalla Nirenberga, Roberta Holley’a i Har Gobind Khorana – poznanie procesu odczytania informacji zakodowanej w genie, oraz szereg odkryć w dziedzinie genetyki molekularnej, dynamiczny rozwój inżynierii genetycznej, a także sekwencjonowanie całych genomów (genomika).

Do zwierząt których genom został poznany, kot dołączył w 2007 roku.

Podstawowa jednostka dziedziczności

Termin „gen” powstał jako termin teoretyczny. Jego znaczenie zmieniało się w czasie i w zależności od kontekstu. W rozważaniach nad dziedzicznością definiowany jest jako odcinek DNA, który w niezmienionej formie dziedziczy się z pokolenia na pokolenie i stanowi podstawową jednostkę dziedziczności, i jednocześnie doboru w ewolucji.

W typowym genie zapisana jest informacja o budowie jednej cząsteczki białka lub kwasu rybonukleinowego (RNA). Realizacja tej informacji, czyli odkodowanie oraz przekształcenie jej w określony produkt, nazywana jest ekspresją genu.

W komórkach nieustannie prowadzonych jest wiele procesów metabolicznych. Stąd niektóre geny kodujące białka uczestniczące w procesach życiowych komórki mogą podlegać ekspresji stale, inne natomiast są aktywne tylko w określonej sytuacji (np. w odpowiedzi na jakiś bodziec) lub tylko w określonych typach komórek w przypadku organizmu wielokomórkowego.

Wynik działania wszystkich genów (genotypu) danego osobnika oraz współdziałania tych genów między sobą tworzy fenotyp, czyli całokształt cech organizmu.

Cechami nazywa się obserwowalne lub mierzalne efekty ekspresji jednego lub więcej genów. Mogą być umownie podzielone na cechy jakościowe i ilościowe. Cechy jakościowe charakteryzują się zmiennością skokową, gdy poszczególne fenotypy łatwo da się odróżnić od siebie i zaliczyć do odrębnych klas (np. brak lub obecność pręgowania, długie lub krótkie futro). Za źródło wystąpienia cechy jakościowej najczęściej możemy wskazać jeden lub kilka genów, które razem odpowiadają za wytworzenie tej cechy.

Cechy ilościowe są cechami złożonymi. Nie da się ich opisać prostym stwierdzeniem, że występują lub nie. Zamiast tego podaje się ich nasilenie (np. intensywność wybarwienia oczu, wzrost, długość ciała, wielkość uszu). W przeciwieństwie do cech jakościowych, w ich kształtowanie zaangażowanych jest duża liczba genów (kilkanaście lub nawet kilkadziesiąt), a efekt pojedynczego genu jest niewielki.

Niektóre cechy uwarunkowane są wyłącznie genotypowo, inne mogą być modyfikowane czynnikami środowiska. Ten sam genotyp u różnych osobników może spowodować różne nasilenie cechy w fenotypie, w zależności od warunków w jakich organizm się rozwija, np. na wzrost oprócz genów ma wpływ również ilość i skład pokarmu.

U kotów wyraźnie dostrzegalnym przykładem wpływu warunków środowiska na ekspresję pojedynczego genu jest umaszczenie colourpoint. Gen warunkujący wystąpienie tego umaszczenia sprawia, że komórki skóry reagują na temperaturę otoczenia w jakim się znajdują. Produkują barwnik jedynie w tych partiach ciała, w których temperatura jest niska, czyli kończynach, ogonie, uszach i części pyszczka. Na korpusie, który jest cieplejszy, barwnik nie jest wytwarzany i futerko pozostaje jasne. Gdyby przeprowadzić eksperyment i wyrwać z grzbietu część jasnych włosów, a następnie umieścić zwierzę w dużo niższej temperaturze, to w miejscu wyrwanych włosów odrosłyby ciemne.

Droga od ekspresji genu do wykształcenia się określonej cechy jest tokiem skomplikowanych ciągów reakcji biochemicznych i procesów metabolicznych. Stąd zdarza się, że gen uczestniczy w wystąpieniu kilku, pozornie niezwiązanych ze sobą cech (tzw. efekt plejotropowy). O ile dość łatwo można sobie wyobrazić dlaczego colourpointy, oprócz charakterystycznie zabarwionego futerka, posiadają również niebieskie oczy (podpowiedź: temperatura i barwnik), to już wyjaśnienie, jak to się dzieje, że gen białych łat wpływa jednocześnie na wyraźne oddzielenie czarnego i rudego koloru u szylkretek, wymaga zagłębienia się w rozwój zarodkowy.

Podsumowując:

Wystąpienie danej cechy jest zależne od działania jednego lub większej liczby genów.

Jeden gen może wpływać na więcej niż jedną cechę organizmu.

Dawniej uważano geny za jednostki stałe, niezmienne, całkowicie odporne na działanie czynników środowiska. Dzisiaj wiemy, że tak nie jest. Pod wpływem szkodliwych czynników lub błędów w procesie powielania DNA może dojść do mutacji. Skutkiem mutacji jest powstanie nowej wersji genu o zmienionej kolejności ułożenia nukleotydów. Różne, alternatywne warianty tego samego genu występujące w populacji nazywa się allelami. Warunkują one odmienne wykształcenie się tej samej cechy.

Relację między genem a allelem można zobrazować na prostym przykładzie: Gen jest odpowiedzialny za długość futra. Koty egzotyczne posiadają allel warunkujący włos krótki, natomiast koty perskie posiadają allel na futro długie.

Allele tego samego genu oznacza się tą samą literą – wielką lub małą (np. A,a) – zwykle od angielskiej nazwy pierwszego wykrytego wariantu genu (A od agouti). Jeżeli w populacji występuje więcej niż dwa allele, zapisuje się je z indeksem górnym (APb), natomiast allel pierwotny (niezmutowany, dziki) często wyróżnia się plusem (A+). Nazewnictwo genów jest kwestią umowną. Wiele nowopoznanych mutacji nie posiada jednej szeroko przyjętej nazwy, stąd w środowisku hodowców może funkcjonować wiele określeń i symboli dla tego samego genu.

Strony: 1 2 3następna strona

Słowa kluczowe: , , , , , , , , , , ,

Piśmiennictwo