Wstęp do genetyki w hodowli kotów

Współdziałanie genów

Współdziałaniem genów nazywamy wzajemne oddziaływanie prowadzące do wytworzenia określonej cechy fenotypowej. Wyróżnia się współdziałanie alleliczne, gdy dotyczy alleli tego samego locus i niealleliczne, gdy dotyczy alleli różnych genów.

Interakcje między allelami jednego genu

Pomijając pewne wyjątki, informacja z obu alleli danego genu realizowana jest w równym stopniu. Oznacza to, że obydwa allele są w komórce wykorzystywane.

W układzie homozygotycznym, gdy oba odpowiadające sobie loci w dwóch bliźniaczych chromosomach (chromosomach homologicznych) są zajęte przez identyczne allele, komórka wytwarza po prostu ten sam produkt w podwójnej ilości.

Warto na marginesie zaznaczyć, że często taka ilość produktu jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania organizmu i jej zmniejszenie lub zwiększenie prowadzi do zaburzeń. U człowieka takim przykładem jest trisomia chromosomu 21 (zespół Downa). Jeden z genów zlokalizowanych na tym chromosomie odpowiedzialny jest za produkcję amyloidu. Obecność trzech kopii genu u pacjentów z zespołem Downa skutkuje nadmierną produkcją tego białka i ryzykiem rozwoju wczesnej postaci choroby Alzheimera.

W układzie heterozygotycznym, gdy komórka posiada dwa różne allele danego genu, ich produkty będą różne.

Wynikiem ekspresji allelu zmutowanego może być:

Od typu mutacji allelu oraz od funkcji wytwarzanego produktu będzie zależeć fenotyp heterozygoty.

Dominacja całkowita

Najbardziej znanym typem zależności między allelami jest dominowanie całkowite (zupełne, kompletne). Występuje wtedy, gdy fenotyp heterozygoty nie różni się od fenotypu homozygoty, która w takiej sytuacji określana jest jako homozygota dominująca.

Allel, którego efekt uwidacznia się zarówno w homozygocie jak i heterozygocie, nazywany jest allelem dominującym. Zapisuje się go dużą literą. Z kolei allel, który w obecności allelu dominującego nie uczestniczy w tworzeniu końcowego fenotypu określany jest jako recesywny (ustępujący) i zapisywany małą literą.

Prostym przykładem dominacji całkowitej u kotów jest relacja między allelem D odpowiedzialnym za pełne wybarwienie włosa, a allelem d, który warunkuje rozjaśnienie. Allel d koduje niefunkcjonalne białko. Jeżeli kot posiada dwa allele d, w jego komórkach produkowane jest wyłącznie uszkodzone białko. Skutkuje to sklejaniem się i nierówną dystrybucją granulek pigmentu we włosie, a w konsekwencji ubawieniem niebieskim (rozjaśnionym).

W przypadku jednak gdy kot jest heterozygotą Dd w komórkach wytwarzane jest zarówno białko uszkodzone jak i białko o prawidłowej budowie. Prawidłowego białka jest o połowę mniej niż gdyby kot był homozygotą DD, ale to nie przeszkadza w prawidłowym wybarwieniu włosa i w efekcie kot ma czarne futro (nierozjaśnione).

Allel recesywny w stosunku do jednego allelu może być dominujący w stosunku do innego.

Allel koloru czekoladowego – b koduje enzym o zmniejszonej funkcjonalności i jest recesywny w stosunku do allelu B. Sam jest jednak dominujący względem allelu bL (cynamonowy), którego produkt charakteryzuje całkowita utrata funkcji. Dlatego, w układzie heterozygotycznym bbL, to efekt ekspresji allelu b będzie uwidaczniał się w fenotypie.

Allele w tym przykładzie możemy ułożyć w szeregu według hierarchii dominacji, od najbardziej dominującego do najbardziej recesywnego: B > b > bL.

Dominacja niecałkowita i kodominacja

Czasami jednak fenotyp heterozygoty nie przypomina fenotypu żadnej z homozygot. Heterozygota może:

Flagowym przykładem dominacji niecałkowitej jest barwa kwiatów wyżlinu (Antirrhinum). Po skrzyżowaniu rośliny o kwiatach czerwonych z rośliną o kwiatach białych (nie wytwarzającą wcale barwnika) otrzyma się rośliny potomne z kwiatami barwy różowej.

Dzieje się tak ponieważ heterozygota posiada tylko jeden czynny allel odpowiedzialny za produkcję barwnika. Obecność tylko połowy ilości barwnika nie wystarcza do pełnego wybarwienia kwiatów na czerwono.

Haploinsuficjencja (ang. haploinsufficiency) – sytuacja gdy diploidalny organizm posiada tylko jedną funkcjonalną kopię genu (drugi allel jest uszkodzony i nieaktywny) i mniejsza przez to ilość produktu tego genu nie wystarcza, aby wytworzyć pełny fenotyp jak u homozygoty.

Przykładem, który w interesujący sposób przedstawia różne zależności między allelami w procesie tworzenia fenotypu, może być anemia sierpowata u człowieka.

Anemia sierpowata jest chorobą dziedziczoną w sposób autosomalny recesywny. Zmutowany allel (HbS) koduje zmienioną, nieprawidłową budowę hemoglobiny. Zmieniona hemoglobina, w odróżnieniu od normalnej, charakteryzuje się innymi własnościami fizykochemicznymi i słabiej wiąże tlen.

U homozygot HbSHbS nieprawidłowa hemoglobina deformuje czerwone krwinki, które przybierają sierpowaty kształt (stąd nazwa choroby). Takie erytrocyty dużo wcześniej obumierają i są też dużo mniej elastyczne co prowadzi do blokowania przepływu krwi w naczyniach.

Nosiciele tej choroby (czyli heterozygoty) nie mają objawów anemii. Patrząc pod tym kątem zmutowany allel HbS jest recesywny, a prawidłowy allel HbA dominujący. W odniesieniu jednak do czerwonych krwinek allel HbA jest niecałkowicie dominujący nad HbS, ponieważ kształt erytrocytów u heterozygot jest lekko zdeformowany. Jednocześnie, patrząc na poziomie produktu genu, allele HbA i HbS są kodominujące, jako że hetererozygoty produkują zarówno prawidłową jak i nieprawidłową postać hemoglobiny (czyli heterozygoty posiadają cechy obu homozygot – co jest definicją kodominacji).

Przykład anemii sierpowatej pokazuje, że takie terminy jak dominacja, niekompletna dominacja i kodominowanie, są w pewien sposób względne. Określenie typu dominacji allelu zależy bowiem od tego jaki poziom organizacji fenotypu będziemy rozpatrywać – czy będzie to cały organizm, poziom komórkowy czy molekularny.

U kotów również mamy do czynienia z tym zjawiskiem. Koty ze znaczeniami tonkijskimi (mink) mają futro o odcieniu pośrednim między ciemnym umaszczeniem burskim, a jasnym umaszczeniem syjamskim, co odpowiada dominacji niezupełnej. Z drugiej strony, patrząc na fenotyp na poziomie produktu genu, te allele są kodominujące ponieważ oba białka są produkowane w komórce.

Podsumowując zagadnienie zależności między allelami, typ dominacji jest determinowany przez molekularną funkcję tych alleli oraz poziom fenotypu pod którego kątem przeprowadzana jest obserwacja.

Współdziałanie wielu genów w wykształceniu cechy

Nie tylko allele należące do tej same pary (jednego genu) mogą współdziałać ze sobą w kształtowaniu cechy. Biorąc pod uwagę jak wiele genów zaangażowanych jest w wytworzenie fenotypu, wręcz w większości przypadków musimy liczyć się z ich wzajemnym wpływem na siebie.

Współdziałanie między różnymi genami w kształtowaniu fenotypu nosi nazwę współdziałania nieallelicznego. Jednym z rodzajów takiego współdziałania jest epistaza.

Epistaza modyfikująca

Epistaza charakteryzuje się tym, że od obecności określonej pary alleli jednego genu zależy ekspresja pary alleli innego genu. Epistaza modyfikująca to najprostszy jej przykład i większość genów umaszczenia współuczestniczy w ten sposób w wytwarzaniu fenotypu. Nazywana jest modyfikującą, ponieważ jeden gen modyfikuje (zmienia) efekt fenotypowy innego genu.

Prześledźmy przypadek wspomnianych już wcześniej genów: rozjaśnienia (D) oraz czarnego koloru (B). Po skrzyżowaniu podwójnych heterozygot (BbDd) różne kombinacje alleli dadzą cztery odmienne fenotypy:

Para alleli rozjaśnienia (dd) modyfikuje efekt genu B. Kolor czarny zmienia się w niebieski, natomiast kolor czekoladowy w swoją rozjaśnioną wersję czyli liliowy.

Jeżeli w sytuacji obecności dominującego allelu nie możemy stwierdzić czy drugi allel z pary jest dominujący czy recesywny, lub jeżeli jest to bez znaczenia dla dalszych rozważań, w miejsce drugiego allelu wpisujemy kreskę dolną _ lub myślnik – .

Epistaza maskująca

Gdy jeden gen ukrywa fenotypową ekspresję innego genu mowa o epistazie maskującej. Gen maskujący nazywamy epistatycznym, natomiast maskowany – hipostatycznym

Zjawisko recesywnej epistazy maskującej obserwujemy u kotów gładkich.

Za występowanie pręgowania u kotów odpowiada gen Agouti (A). Homozygota recesywna aa jest pozbawiona pręgowania. Kot taki potocznie nazywany jest gładkim. Za wzór pręgowania na futrze odpowiada inny gen – Mc. Dominujący allel Mc warunkuje popularne pręgowanie tygrysie, natomiast recesywny allel mc – pręgowanie klasyczne.

Analizując kombinacje alleli tych dwóch genów możliwe mamy następujące fenotypy:

Jeżeli kot odziedziczy dwa allele a, wtedy będzie pozbawiony pręg niezależnie od tego czy posiada dominujący (Mc) czy recesywny (mc) allel wzoru pręgowania. Recesywny genotyp aa maskuje fenotypową ekspresję genu Mc.

Typowym przykładem epistazy dominującej u kotów jest z kolei kolor biały. Rozpatrując gen W odpowiedzialny za wystąpienie białego koloru oraz inną parę alleli np. genu Agouti, również mamy do czynienia z trzema fenotypami:

Od epistazy recesywnej epistaza dominująca różni się tym, iż wystarczy tylko jeden allel W, aby całkowicie ukryć działanie drugiej pary alleli (nie tylko genu Agouti; w rzeczywistości kolor biały maskuje wszystkie inne kolory i umaszczenia).

Komplementacja

Niekiedy geny współpracują w wytworzeniu cechy bardzo ściśle i wymagana jest równoczesna obecność produktów ich ekspresji, aby ujawnił się określony fenotyp. Mowa wtedy o komplementacji czyli wzajemnym dopełnianiu się genów.

U groszku pachnącego synteza purpurowego barwnika antocyjanu jest dwuetapowa. Prekursor, który jest bezbarwny, pod wpływem enzymu przekształcany jest w substrat, także bezbarwny, który następnie poddany działaniu drugiego enzymu tworzy barwnik purpurowy.

Gen C warunkuje produkcję pierwszego enzymu, recesywna mutacja w tym genie sprawia, że enzym nie jest produkowany. Gen P zaś odpowiada za wytwarzanie drugiego enzymu i też istnieje jego recesywny allel, który tego enzymu nie produkuje.

Roślina o genotypie ccP_ będzie miała kwiaty białe, ponieważ nie posiada pierwszego enzymu koniecznego do przekształcenia bezbarwnego prekursora w substrat.

Podobnie kwiaty rośliny C_pp będą białe, bo mimo iż pierwszy enzym jest obecny, brakuje drugiego i szlak metaboliczny zostanie przerwany na bezbarwnym substracie. W tym przypadku też nie dojdzie do syntezy końcowego barwnika.

Aby kwiaty miały barwę purpurową roślina musi posiadać allele dominujące w każdej parze (C_P_), bo tylko taki genotyp umożliwia wytwarzanie obu enzymów.

Przykład groszku dostarcza jeszcze jednej ważnej obserwacji: dwie lub więcej różnych klas genotypów może wykształcać ten sam lub podobny fenotyp. Zarówno rośliny o genotypie ccP_ jak i C_pp będą miały kwiaty białe, chociaż różnią się genotypem. Ma to znaczenie w wielu chorobach o podłożu genetycznym, gdy mutacje w różnych genach mogą prowadzić do rozwoju tych samym objawów chorobowych.

Rozwiązywanie problemów genetycznych

Wszystko co dzisiaj wiadomo o cechach dziedzicznych kotów zostało poznane za pomocą konfrontowania wyników obserwacji z wiedzą o zasadach dziedziczenia. Pomimo szybkiego rozwoju badań genetycznych i wprowadzenia na rynek wielu komercyjnych testów, jeszcze przed długi czas będzie to podstawowy sposób na badanie genetyki kotów do jakiego dostęp mają hodowcy.

Chociaż wiedza hodowlana jest już dość spora, hodowcy co trochę napotykają na nowe problemy, a wtedy znajomość podstaw genetyki pomaga aby się z nimi uporać.

Kolor bursztynowy – nowa mutacja

Tak było w 1992 roku, gdy w miocie kotów norweskich leśnych pojawiły się kocięta, które w tej rasie teoretycznie urodzić się nigdy nie powinny – podobne były bowiem do koloru czekoladowego/cynamonowego lub liliowego/płowego. Dzisiaj wiemy, że kolor ten jest skutkiem nowej mutacji i nie został wprowadzony do puli genetycznej przez krzyżówkę z inną rasą. Ale 20 lat temu, koty w dziwnych kolorach stały się prawdziwą kością niezgody. Z ratunkiem przyszła genetyka mendlowska na długo przed opracowaniem testu genetycznego dla tej mutacji.

W trzech hodowlach, niezależnie od siebie, przeprowadzono krzyżówki testowe między kotami norweskimi w niezidentyfikowanym kolorze, a kotami innych ras (w dwóch przypadkach były to koty czekoladowe, w jednym płowy – rozjaśniony cynamon).

Jak wiemy, gdyby kot, którego kolor próbujemy określić, w rzeczywistości był cynamonowy, to w krzyżówce z innym kotem cynamonowym wszystkie kocięta również byłyby cynamonowe. Z kolei w połączeniu z kotem czekoladowym dałby potomstwo czekoladowe, ponieważ allel b, odpowiedzialny za kolor czekoladowy, jest dominujący względem bL, odpowiedzialnego za cynamonowy. Podobnie, jeżeli nasz kot byłby czekoladowy, we wszystkich tych trzech przypadkach spodziewalibyśmy się kociąt czekoladowych.

Tymczasem w każdym z tych testowych miotów urodziły się wyłącznie kocięta czarne.

Daje to nam następujące informacje o kotach w testowanym kolorze:

Geny wzorów pręgowania

Nie tylko pojawienie się nowych mutacji jest wyzwaniem dla hodowców. Czasem okazuje się, że nawet teorie znane od lat trzeba zweryfikować. Na przykład błędny okazał się model dziedziczenia wzorów pręgowania, który zakładał, że pręgowanie przesiane (ticked) – z oznaczeniem 25, tygrysie (23) i klasyczne (22) to cechy uwarunkowane allelami jednego genu.

Wątpliwości nasunęły pewne mioty po jednym rodzicu pręgowanym klasycznie a drugim ticked, w których rodziły się kocięta we wszystkich trzech rodzajach pręgowania. Byłoby to niemożliwe gdyby teoria jednogenowa była prawdziwa.

Rodzic, który był pręgowany klasycznie, był homozygotą i produkował tylko jeden rodzaj gamet – wszystkie z allelem na pręgowanie klasyczne (tB). Kocięta o pręgowaniu tygrysim mogły to pręgowanie odziedziczyć tylko po rodzicu ticked. Więc ten rodzic musiałby w genie pręgowania posiadać jeden allel na pręgowanie ticked (TA), a drugi na pręgowanie tygrysie (TM).

Problemem był fakt, że musiałby też posiadać allel na pręgowanie klasyczne (tB), gdyż w przeciwnym wypadku nie urodziłoby się żadne kocięta pręgowane klasycznie (muszą one odziedziczyć to pręgowanie po obojgu rodzicach). A jak wiadomo można posiadać tylko dwa allele na daną cechę.

Wynik takiego kojarzenia da się wyjaśnić jedynie przy odrzuceniu teorii jednogenowego dziedziczenia wzorów pręgowania i założeniu istnienia dwóch genów: jednego odpowiedzialnego za pręgowane tygrysie/klasyczne (Mc) oraz drugiego odpowiedzialnego za wystąpienie lub nie pręgowania ticked (T).

Przy takim założeniu, w rodowodzie nie ma już niejasności.

Niedawne wyniki badań potwierdzają taki model dziedziczenia i być może już niedługo doczekamy się testu genetycznego. Wcześniejsze poszukiwania jednego genu pręgowania, z oczywistych względów, kończyły się bezowocnie.

Strony:poprzednia strona 1 2 3

Słowa kluczowe: , , , , , , , , , , ,

Piśmiennictwo