Разбиране на кучешката генетика

Разбиране на кучешката генетика

Сумата от генетичния материал на кучето може да се разглежда като готварска книга, която е разделена на глави, съдържащи рецепти. Тези рецепти са гените на кучето и буквите, които съставят всяка рецепта, са нейното ДНК. Точно както една рецепта може да се използва за приготвяне на ястие от храна, ген може да се използва за направата на протеин, градивен елемент на тялото на кучето.

Прочетете следната информация, за да разберете какво е ДНК, как се създава ген и как те се превеждат в тялото на кучето. Научете какво се случва, когато гените или преводът се объркат и как това може да повлияе на здравето на кучето.

ДНК, гени и хромозоми

Какво е ДНК?

ДНК или дезоксирибонуклеиновата киселина се намира във всички известни живи същества и действа като набор от биологични инструкции. Тези инструкции правят всяка порода, вид и куче (с изключение на идентичните братя и сестри) уникални. ДНК се намира в почти всяка една клетка в тялото, с изключение на червените кръвни клетки, и казва на тялото на кучето как да расте, да се развива, да работи и да се възпроизвежда.

Как се съхраняват генетичните инструкции на кучето?

Генетичните инструкции на кучето се съхраняват като вид код, който се състои от единици, наречени бази. Има четири различни бази, открити в ДНК и те се наричат ​​аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Всяка базова единица е свързана със захарна молекула и фосфатна молекула, което позволява образуването на поредица от бази. Точно както поредица от букви може да се използва за образуване на думи и думи да се използват за образуване на изречения, така и поредиците от основи на низа могат да се използват за производството на протеините, които изграждат всеки организъм. Протеините са градивните елементи за всеки организъм и изграждат костите, зъбите, косата, мускулите и т.н.

Значението на структурата на ДНК

Два допълващи се низа от основи лежат успоредни един на друг и се заключват заедно, за да образуват структура, подобна на вита стълба, наречена двойна спирала. Основите от всяка от двете струни се закопчават заедно, за да образуват „стъпалата“ на конструкцията. Всяка база ще се свърже само със специфична партньорска база, например аденинът винаги се свързва с тимин, а цитозинът винаги се свързва с гуанин. Тази характеристика на ДНК е особено важна, когато става въпрос за производство на нови клетки със същата ДНК, което е жизненоважно за растежа, поддържането и възстановяването. Когато клетките се делят, структурата на двойната спирала се разкопчава, освобождавайки всеки от двата низа от бази, за да се свърже с друг набор от бази, като по този начин произвежда две копия на оригиналната ДНК.

Колко базови двойки има ДНК на кучето?

Кучешкият геном (сумата от неговия генетичен материал) съдържа 2,8 милиарда базови двойки ДНК.

Какво е ген?

Генът е част от ДНК, която има специфични инструкции за създаване на определена молекула, обикновено протеин.  Всяко куче има две копия на всеки ген, едно от които е наследено от майка му и едно от баща му.  Тези два гена може да са еднакви или да са малко по-различни. Тези различни версии на един и същи ген се наричат ​​алели. Тези различни гени допринасят за уникалните физически характеристики на всяко куче и отчитат разликите между всяко куче и всяка порода.

Колко гена има едно куче?

В генома на кучето има около 19 000 протеинови кодиращи гени.

Какво е хромозома?

Хромозомите са структури, които се намират в ядрото на клетката (ядрото на клетката) и са съставени от ДНК, навита около протеини. Структурата на хромозомите поддържа ДНК плътно опакована и навита около подобни на макара протеини, наречени хистони. Без тези структури ДНК би била твърде дълга, за да се побере във всяка клетка. Ако се развие и постави край до край, ДНК от клетката на едно куче ще достигне до няколко фута дължина. За да може кучето да функционира, всяка клетка трябва често да се дели и да заменя старите клетки с нови. Хромозомите гарантират, че ДНК е равномерно разпределена и се копират точно по време на клетъчното делене.

Колко хромозоми има едно куче?

Всяка клетка в тялото на кучето съдържа 39 двойки хромозоми.

Черти и наследство

Развъдчиците на кучета внимателно избират кои кучета да развъждат въз основа на редица различни характеристики, като начина, по който изглежда, общото му здраве, темперамента му и т.н.

Целта на развъдчика ще бъде да произвежда кученца, които имат сходни желани характеристики с техните родители. Процесът на предаване на характеристики от родител на потомство е известен като наследство, но как се определят тези черти?

 

Как изглежда и се държи кучето 

Какво контролира характеристикитеределя от комбинацията от средата, в която живее, средата, в която е израснало, и неговата генетика. Факторите на околната среда могат да включват диетата на кучето, колко упражнения получава или нивата на хормоните в матката, в която е отглеждано, когато е било ембрион. Генетиката на кучето се определя преди неговото раждане и е единственият начин, по който характеристиките могат да се предават от родител на дете, например козината на кучето може да бъде повлияна от това, което яде, слънчева светлина, време на годината, колко късо е подстригано и т.н., но нито един от тези фактори няма да повлияе на козината на кученцата, които има в бъдеще, докато неговите гени, от друга страна, ще го направят.

Каква е функцията на гена?

Геномът на кучето (сумата от неговия генетичен материал) може да се разглежда като готварска книга, която е разделена на глави, съдържащи рецепти. Тези рецепти са гените на кучето, а буквите, съставляващи всяка рецепта, са ДНК. Точно както една рецепта може да се използва за приготвяне на ястие от храна, ген може да се използва за направата на протеин. Протеините са градивните елементи за целия организъм и изграждат костите, зъбите, косата, мускулите и т.н. Следователно гените са жизненоважни за производството на протеини, които влияят върху характеристиките на кучето.

Алелите дават вариации в характеристиките

Всяко куче има две копия на всеки ген, едно от които е наследило от майка си и едно от баща си. Тези два гена може да са еднакви или да са малко по-различни. Различните версии на един и същи ген се наричат ​​алели и могат да причинят вариации в протеина, който се произвежда, или къде, кога и колко от протеина се произвежда. Тези разлики в начина на производство на протеина допринасят за уникалните физически характеристики на всяко куче и отчитат разликите между всяко куче и всяка порода.

Хомозиготни и хетерозиготни

Когато едно куче има две копия на един и същи алел, те се наричат ​​хомозиготни. Когато двата алела, които имат, са различни, те са известни като хетерозиготни.

Как се предават гените от родител на потомство?

Кучешките полови клетки (сперма или яйцеклетка) съдържат само половината от неговата ДНК, като един от всеки алел е избран на случаен принцип. Когато спермата и яйцеклетката се съберат, за да образуват нов набор от ДНК, двете половини се комбинират, така че всяко кученце има две копия на всеки ген, едно наследено от майка си и едно от баща си. 

Генотип и фенотип

Комбинацията от алели, които кучето има, е известна като генотип. Физическите характеристики на кучето са известни като негов фенотип. Как генотипът (гените на кучето) влияе върху фенотипа (начина, по който изглежда) не винаги е ясен, но някои от механизмите на генна експресия са описани по-долу.

Доминантни и рецесивни алели

Може да се каже, че алелите са рецесивни или доминиращи. Рецесивен алел се изразява само (влияе върху характеристиките на кучето), ако и двата алела са еднакви. Доминантният алел от друга страна винаги се изразява, дори ако е придружен от различен алел.

Може да се използва генетична диаграма (или квадрат на Punett), за да се покаже как работят доминантните и рецесивните алели. Буквите се използват за символизиране на генотипа (алелите, които кучето има). Главна буква представлява доминантен алел, а малка буква представлява рецесивен алел. Примерът по-долу показва съставен квадрат punnett за цвят на козината, като B представлява доминантен алел за кафява козина, а b представлява рецесивен алел за руса (или жълта) козина. В примера по-долу и двамата родители имат генотип Bb. Тъй като B е доминиращ, тогава всяко потомство, което има Bb или BB, ще бъде кафяво, докато потомството, което има две копия на рецесивния b, ще бъде жълто.

	б	b
б	BB (Кафява козина)	Bb (Кафява козина)
b	Bb (Кафява козина)	bb (Жълта козина)

 

Понякога може да възникне смесване на фенотипове, когато индивидът има два различни алела. Използвайки примера в квадрата punnett, индивид с BB все още ще има кафява козина, индивид с bb все още ще има жълта козина, но индивид с B и ab ще има цвят на козината някъде между двата. 

	б	b
б	BB (Кафява козина)	Bb (светлокафява козина)
b	Bb (светлокафява козина)	bb (Жълта козина)

Кодоминиране

За някои характеристики два алела могат да бъдат изразени едновременно. Добър пример за това е кръвната група АВ при хората. Индивидите с кръвна група АВ произвеждат кръв както от тип А, така и от тип В.

Множество алелни серии

Това са черти, които имат повече от два възможни алела. Едно куче все още ще има само две копия на всеки ген, по едно от всеки родител, но ще има разнообразие от възможни алели в популацията. Добър пример за това отново е кръвната група при хората, където има три възможни алела, i ^A , i ^B  или i. Следователно индивид може да бъде i ^A i ^B , i ^A i, i ^B i или ii. Наличието на повече от два алела увеличава възможностите на фенотипните характеристики в популацията.

Модифициране на гениЕпистатични алелиГени регулатори

Тези гени могат или да включат, или да изключат експресията на други гени. Тези регулаторни гени обикновено се използват по време на развитието, скоро след зачеването, и се използват, за да се гарантира, че определени протеини (и следователно части от тялото) се произвеждат в правилното време. Тези гени също се използват, когато кучето се развива и променя през целия си живот.

Непълно проникване

Някои гени не оказват влияние върху индивида, освен ако не възникнат определени фактори от околната среда, например гените, които причиняват множествена склероза при хората, могат да бъдат предизвикани от вируса на Epstein-Barr.

Полово ограничени гени

Това са гени, наследени както от мъже, така и от жени, но обикновено се експресират само от един от половете. Добър пример за това биха били гените, които контролират количеството мляко, което женското куче може да произведе, което ще бъде открито при мъжките, но няма да бъде изразено.

Kонтролиран характер Отпечатване на генома Плейотропия

Един ген понякога може да бъде отговорен за две или повече характеристики, например генът за цвят на козината мерл може да увеличи рисковете от глухота и очни дефекти, когато кучето има две копия на алела мерл.

Заекващи алели

Някои наследствени заболявания стават по-тежки с всяко поколение, което ги наследява. Сегменти от тези дефектни гени се удвояват с всяко поколение и така влошават ефекта.

Сложно наследство

От ДНК до протеин

Какво е протеин?Как се правят протеините?Защо са необходими две стъпки, за да се направи протеин?Какво е транскрипция?Какво е превод?Как се регулира производството на протеин?

Мутации и болести

Защо възникват наследствени заболявания?

Всяко куче има две версии на всеки ген, едната, която наследява от майка си, и едната, която наследява от баща си. Копия на тези вариантни гени се правят от всеки родител, когато произвеждат сперматозоиди или яйцеклетки и те се предават на техните деца. Когато тези гени се копират, за да произведат спермата и яйцеклетките, могат да възникнат грешки, създавайки мутантни гени (или неправилни копия на рецепти, ако поддържаме нашата аналогия). 

Въздействието на мутация

Кучетата, които наследяват дефектен ген, ще направят копие на грешката и могат да го предадат на свой ред на своите потомци. Точно както при неправилно копирана рецепта, въздействието, което може да има, ще зависи от вида на допуснатата грешка. Правописна грешка на често срещана съставка в рецепта може да няма никакво въздействие, докато промяната на времето за готвене може да има сериозни последствия. По същия начин мутантен ген може да няма видим ефект или може да причини сериозен здравословен проблем.

Какъв тип грешка може да възникне?

Най-честият тип грешка, която възниква, е когато една база е заменена с друга. Понякога една база може да бъде изтрита или допълнителна база може да бъде добавена или променена. Независимо от грешката, повечето клетки обикновено поправят всякакви случайни промени, но грешките, които не са коригирани в клетките, които стават яйцеклетка или сперма, ще бъдат предадени на всяко потомство.

ДНК последователността на един ген може да бъде променена по няколко различни начина:

• Мисенс мутация: една базова двойка се променя и типът на произведената аминокиселина е различен
• Безсмислена мутация: една базова двойка се променя, което кара клетката да спре да изгражда протеин там, където е възникнала грешката. Това води до съкратен протеин, който може да не функционира правилно, ако изобщо функционира
• Вмъкване: когато една или повече бази се добавят към регион на ДНК
• Делеция: една или повече бази могат да бъдат премахнати от последователност на ДНК
• Изместване на рамката: всяка верига на ДНК е изградена от последователности от бази, които се „четат“ в групи от по три, наречени кодони. Всеки кодон произвежда една аминокиселина. Изтриването или добавянето на една или повече ДНК бази може да промени начина, по който един ген се „чете“, измествайки рамката за четене и водещо до дефектен протеин
• Въпрос: само една база се променя в ДНК последователност – това може да е тихо, грешно или безсмислено
• Тиха: промяна, която настъпва, все още произвежда същата аминокиселина като преди и няма влияние върху произведения протеин
• Място на снаждане: промяна в редица бази, която причинява неправилно копиране на ген в иРНК по време на транскрипция
• Хромозомна транслокация: част от хромозома, която се прикрепя отново на грешното място

Мутацията винаги ли е лоша?

Не всички участъци от ДНК кодират ген. Всъщност повечето промени в ДНК обикновено се случват в обширните области на ДНК между гените и така нямат ефект. Промените в областите, които кодират гените, понякога могат да означават, че протеините не се произвеждат правилно, произвеждат се в грешни количества или изобщо не се произвеждат. Когато възникне мутация в областите, които произвеждат протеини, е вероятно просто да причини различна версия на гена, което води до различна характеристика, която не е нито добра, нито лоша (т.е. различен цвят на косата или дължина на ушите). Необичайно е тези промени да са сериозни или да доведат до смърт или заболяване, но могат да възникнат.

Кога мутантните гени могат да причинят здравословни проблеми?

Автозомно-доминантно състояние

Здравословно състояние, което може да възникне, когато кучето има само едно копие на дефектен ген (или наследен от майка си  , или от  баща си). Много от по-тежките автозомно-доминантни състояния обикновено не се предават на по-нататъшно потомство, тъй като кучето често е твърде болно, за да се възпроизвежда или умира, преди да достигне полова зрялост. Поради тази причина автозомно-доминантните състояния обикновено са доста редки.

Автозомно-рецесивно състояние

Здравословно състояние, което може да възникне само когато кучето има две копия на дефектен ген (наследен  както от  майката,  така и от бащата), е известно като автозомно-рецесивно състояние. 

Кучетата само с едно копие на мутантния ген се считат за носители и е малко вероятно да покажат признаци на заболяването, но могат да предадат гена на потомството си. Мутантните гени за автозомно-рецесивни състояния могат да бъдат най-трудни за прогнозиране, тъй като те могат да се предават от поколение на поколение, без да бъдат забелязани или идентифицирани. 

Докато кучето също има здраво копие на гена, за да върши нормалната си работа, тогава мутантният ген може никога да не бъде забелязан. Често няма начин да разберем дали тези мутантни гени съществуват или какво причиняват, докато не бъдат експресирани в куче с две копия. Всеки организъм, включително кучетата и хората, са носители на много автозомно-рецесивни състояния, които се предават от поколение на поколение, без изобщо да бъдат забелязани.

Комплексни наследствени заболявания

Комплексните наследствени разстройства често се причиняват от редица различни гени и също се влияят от фактори на околната среда, като диета и упражнения. Начинът, по който тези състояния се наследяват, не е ясен; оттук и името сложни наследствени заболявания. 

Един алел може да увеличи или намали шанса за развитие на заболяване, но въздействието всъщност е много слабо. Много гени могат да допринесат за риска кучето да развие заболяване и да имат допълнителен ефект.

Х-свързано наследяване

Всеки индивид има две полови хромозоми. Мъжете имат X и Y хромозома, а жените имат две X хромозоми. Някои състояния са резултат от мутация на X хромозомата. Тези състояния обикновено не засягат значително жените, тъй като те обикновено имат едно нормално копие на X хромозомата, което може да противодейства на мутиралата хромозома. Въпреки че жените може да не бъдат засегнати от Х-свързани състояния, те все още могат да бъдат носители. Ако мъж наследи мутация на Х-хромозомата, той ще развие заболяването, защото има само една Х-хромозома. 

Хромозомни условия

Вместо състояние, причинено от мутация на специфичен ген, хромозомни състояния възникват, когато индивидът има твърде много или твърде малко хромозоми. Тези състояния обикновено не се предават по наследство, но могат да се появят произволно преди или скоро след оплождането на яйцеклетката. 

Генофондове и въздействието на селекцията

Какво е генофонд?

Генният фонд е хипотетична колекция от всички вариации на гени в популация. Това може да бъде популация от зайци в поле, риби в езеро или кучета от порода. В затворена популация, като родословни кучета, е малко вероятно броят на генните варианти да се увеличи, освен ако в породата не бъдат въведени нови кучета или не възникнат мутации (което е рядко и обикновено вредно). Генофондът може и най-вероятно ще стане по-малък, когато гените се загубят по пълна случайност (т.е. не се предават на нито едно потомство) или когато кучетата не се възпроизвеждат. 

Понякога животно, притежаващо определена черта, може да повлияе на вероятността да оцелее и/или да се възпроизведе, това може да е по-бърз заек, избягващ лисица, по-добре маскирана риба, която не се вижда от хищниците, или домашно куче с добър темперамент и избрани за разплод. Всички тези натиск за селекция могат с течение на времето да оформят популация, правейки някои гени, свързани с тези предимства, по-чести, докато други стават по-редки или се губят от генофонда.

Как селекцията влияе върху генофонда?

Развъдчиците на кучета ще избират внимателно и ще подбират кучета, които притежават специфични желани черти, като отлично ниво на здраве и добър темперамент. Чрез прилагане на натиск за селекция (или критерии за развъждане) към дадена порода, това прави някои черти и гените, които ги контролират, по-чести, докато други, които контролират по-малко желани черти, стават по-редки.

Кучетата с желани черти вероятно ще бъдат развъждани по-често, докато други, които не притежават тези черти, може изобщо да не се използват за разплод. С течение на времето генните варианти, свързани с тези популярни кучета, стават често срещани в породата, докато тези, свързани с по-малко желаните кучета, могат да бъдат изгубени и да изчезнат завинаги. Тези изгубени гени може да включват тези, които контролират по-малко желаните черти, но могат също така да включват други гени, които случайно са открити в по-малко желаните кучета.

например, ако по-дългата козина е желателна, тогава кучетата с дълга козина е по-вероятно да бъдат отгледани и да предадат гените си. Кучетата с къса козина може изобщо да не бъдат развъждани и така няма да предадат нито един от своите гени. Тези изгубени гени може да включват тези, които произвеждат по-къса козина, но също така включват всички други гени, които са допринесли за останалата част от кучето, т.е. неговия цвят на очите, дължина на краката, качество на бедрата, темперамент и т.н.

Какво въздействие може да има намаляващият генофонд върху населението?

Ако популацията се състои от 100 кучета и има 50 различни вариации на всеки ген, тогава вероятността да се намерят две кучета с еднакви гени е малка. Ако с течение на времето броят на кучетата остане 100, но броят на генните варианти се свие до 10, тогава вероятността да се намерят две кучета с еднакви гени е много по-голяма. Тези кучета ще са наследили подобните си гени от предшественик, който присъства и в двете им родословия, така че до известна степен са свързани. Следователно, тъй като генофондът се свива, вероятността две свързани кучета да се чифтосват се увеличава. Чифтосването на родствени кучета е известно като инбридинг. С нарастването на инбридинга нараства и рискът от възникване на здравословни проблеми в популацията.

Разбиране на инбридинга и значението на генетичното разнообразие

Какво е инбридинг?

Инбридинг възниква, когато животни, които са родствени, се размножават. Много хора автоматично свързват инбридинга с близки (или кръвосмесителни) чифтосвания, като чифтосване между баща и дъщеря (които са забранени от The Kennel Club), но това може да включва и чифтосване на по-далечни роднини. Свързаните кучета вероятно ще споделят подобен генетичен материал, като по-близките роднини споделят повече генетичен материал от далечните роднини. 

Плюсовете и минусите на чифтосването на свързани кучета

Чифтосването на двама роднини, които споделят подобен генетичен материал, означава, че се очаква техните деца да си приличат повече и следователно да имат по-предсказуеми черти, например чифтосването на двама лабрадори заедно ще създаде потомство с форма на лабрадор, докато чифтосването на лабрадор с пудел може да доведе до набор от различно потомство. Въпреки че производството на кученца с по-предсказуеми форми може да е от полза, близкото инбридинг може да има цена.

Високите степени на инбридинг могат да доведат до инбридинг депресия (намален размер на котилото, повишена смъртност на кученцата, намалена плодовитост, по-кратък живот и т.н.) и повишен риск от развитие както на известни, така и на неизвестни наследствени заболявания. 

Каква е връзката между инбридинга и простите наследствени разстройства?

Кучетата, които са свързани едно с друго, вероятно ще споделят подобен генетичен материал. Колкото по-близки са кучетата, толкова по-сходен е техният генетичен материал – това е известно като Идентичен по произход.  Този подобен генетичен материал може да бъде гени, свързани с положителни черти, но може да включва и дефектни гени.

Колкото по-близки са кучетата, толкова по-висок е рискът и двете да са носители на едни и същи автозомно-рецесивни състояния (здравословно състояние, което може да възникне само когато едно куче има две копия на дефектен ген – наследен  както от  майката, така  и от  бащата ). Ако тези две кучета се чифтосват, тогава съществува риск кученцата да наследят копие на дефектните гени от двамата родители и следователно да бъдат засегнати. Следователно този риск от пораждане на кучета, засегнати от наследствени здравословни проблеми, нараства със степента на инбридинг.

Каква е връзката между инбридинга и сложните наследствени заболявания?

Някои автозомно-рецесивни състояния могат да имат голямо и забележимо въздействие върху здравето и благосъстоянието на кучето (напр. форми на слепота, епилепсия и т.н.), докато други могат да имат само много малък и най-вече незабележим ефект.

С нарастването на степента на инбридинг нараства и шансът кучето да наследи повече от едно автозомно-рецесивно заболяване. Тъй като броят на тези по-малки състояния се увеличава, те могат да имат акумулиращ ефект, водещ до влошаване на общото здравословно състояние на кучето, иначе известно като инбридинг депресия. Това може да доведе до намален размер на котилото, повишена смъртност на кученцата, намалена плодовитост и по-кратък живот.

Може ли ДНК тестването да намали риска от инбредни кучета да наследят автозомно-рецесивни състояния?

Да, но само за тестваното състояние.

Не забравяйте, че всяко куче най-вероятно вече е носител на много автозомно-рецесивни заболявания. Налични са ДНК тестове само за малък брой от известните мутации при кучета, но е вероятно да има много повече рецесивни мутации, за които в момента не знаем нищо.

Важно е развъдчиците да тестват ДНК на своите кучета, от които възнамеряват да размножават, за да се предпазят от производство на кученца, засегнати от условия, за които е известно. Също толкова важно е да се предприемат стъпки за предпазване от състояния, за които не можете да знаете. Най-добрият начин да направите това е като вземете предвид въздействието на инбридинга преди чифтосването.