Инбридинг: «страшный» зверь, которого не нужно бояться

Обычно животное наследует два разных экземпляра (аллеля) каждого гена — один от отца и один от матери. Генотип организма, в котором представлены два разных аллеля, называется гетерозиготным по определённому гену.

Чем ближе генетическая связь между родителями, тем выше вероятность, что вместо двух разных аллелей потомок унаследует две одинаковых копии определённого гена. Генотип такого организма называется гомозиготным.

Скрещивание близкородственных организмов, которое ведёт к гомозиготности потомков, — это и есть инбридинг. Обратный процесс, то есть скрещивание неродственных животных, называется аутбридингом.

Скрещивание родственных животных (инбридинг) ведёт к увеличению гомозиготности генотипов потомков. В результате у потомков могут закрепиться летальные и другие «вредные» гены. Скрещивание неродственных животных (аутбридинг) разрушает эффект инбридинга.

Существуют два основных метода расчёта уровня инбридинга у КРС.

Расчёт инбридинга по родословной использует информацию о предках животного, чтобы определить степень гомозиготности его генотипа. Этот метод не даёт достоверных результатов, потому что учитывает только среднее количество одинаковых участков генома, которые могут переходить из поколения в поколение.

Кроме того, родословная животного может быть известна лишь частично, а ещё в родословных встречаются ошибки. По данным российской базы KSITEST, отец или мать неверно определены в среднем у 8−10 % животных. Всё это тоже влияет на качество результатов, полученных с помощью расчёта по родословной.

Расчёт инбридинга по генотипу основан на использовании генетической информации животного, в частности ДНК-маркёров, таких как SNP (однонуклеотидные полиморфизмы). Расчёт геномного инбридинга — более точный метод, потому что, в отличие от расчёта по родословной, он позволяет уверенно знать, какие аллели передались от родителей к потомку и где конкретно локализуется гомозиготность.

Часто считают, что инбридинг — это негативный фактор, которого следует избегать. На самом деле в рамках индивидуального животного это ни положительное, ни отрицательное явление: инбридинг лишь увеличивает гомозиготность генотипа, что может вести, а может и не вести к негативным последствиям.

Само по себе отсутствие инбридинга у животного тоже не приносит ему преимуществ: инбредное животное может быть полезнее для определённых селекционных целей, чем аутбредное. Степень вреда или пользы от инбридинга можно выявить только для каждого конкретного животного.

Инбридинг может быть полезным. Инбридинг используют в селекции, чтобы вывести новую породу или суперпроизводителя. В этом случае селекционеры стараются закрепить в гомозиготном состоянии лучшие количественные (например, молочная продуктивность) и качественные (например, генотип ВВ каппа-казеина) признаки.

Другой вариант разведения — селекция на признаки здоровья и общей адаптационной способности животных. Здесь польза от повышения гомозиготности сомнительна, так как адаптационные признаки имеют крайне низкую наследуемость и закрепляются в течение столетий. Кроме того, повышение гомозиготности ведёт к снижению генетического разнообразия в популяции и, как следствие, к снижению способности животных адаптироваться к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Инбридинг может быть вредным. Иногда в результате спаривания между генетически родственными животными у потомков гомозиготными становятся летальные и другие «вредные» гены. Тогда растёт риск снижения жизнеспособности, фертильности и продуктивности организма, то есть инбредной депрессии. Например, в случае с гаплотипами фертильности при увеличении доли инбридинга существует риск проявления рецессивных негативных мутаций. Чтобы избежать таких рисков, нужно уметь применять методы геномной селекции.

Раньше молочные производители стремились ограничить рост инбридинга, потому что увеличение гомозиготности у животных могло привести к закреплению «вредных» генов или гаплотипов. Сейчас геномное тестирование позволяет распознавать животных — носителей отрицательных гаплотипов, и селекционеры могут снизить до минимума риск нежелательных последствий инбридинга.

Ряд исследований рекомендуют учитывать каждый 1 % потенциального увеличения инбридинга у потомства, который будет снижать продуктивные и репродуктивные качества. Но на деле эффект не линейный, и часто есть «пороговое» значение, только после которого влияние инбридинга становится заметным, — это значение около 5−6,5 %. Это значит, что до «порогового значения» инбридинг считается условно безопасным, а вероятность проявления инбредной депрессии минимальной.

Также неодинаковый эффект у «близкого» и «дальнего» инбридинга: чем ближе были одинаковые предки у инбредного животного, тем выше риск проявления негативных последствий. Часть исследований вообще не смогли получить достоверные результаты эффекта инбредной депрессии.

Кроме того, нужно помнить, что инбридинг не наследуется. Если взять двух животных с инбридингом 25 %, не имеющих общих предков, то, вероятнее всего, у потомка будет околонулевой уровень инбридинга. Следовательно, одно спаривание двух неродственных животных разрушит весь инбридинг, созданный поколениями скрещиваний, преднамеренно созданных для инбридинга. Но, если выбор аутбредного быка будет давать меньший эффект, чем эффект от инбредного быка, то такой выбор будет приносить больше убытков, чем само по себе увеличение инбридинга.

Таким образом, инбредная депрессия, как и многие другие геномные данные (оценки, наследуемость, эффекты окружающей среды и прочее), не является «значением для всех» — она различается для разных популяций в разные промежутки времени. По этой причине, например, нельзя скорректировать «убытки» от инбридинга, взяв данные другой популяции. Влияние увеличения инбридинга можно рассчитывать только внутри локальной популяции.

Важно отметить, что при формировании пары можно лишь предполагать уровень инбридинга потомка, но фактический инбридинг мы узнаем только после того, как потомок появится, и мы возьмём его генотип. Инструменты генотипирования позволяют не только подтверждать родство, но и находить истинных родителей в стаде, что делает селекцию более предсказуемой. KSITEST проводит подтверждение родства по геному и при наличии генотипа истинного предка укажет его, что позволит восстановить родословные в стаде.

Внедрение современных инструментов селекции (сначала BLUP, затем gBLUP) привело к общему увеличению уровня инбридинга в популяции молочного скота. Это связано в первую очередь с краткосрочными селекционными программами от сервисных организаций и специалистов, целью которых было закреплять у животных лучшие признаки и получать максимально качественное потомство здесь и сейчас. Долгосрочное влияние такого отбора на популяцию игнорировалось.

В этих программах в качестве отцов и матерей выбирались животные с самой высокой расчётной племенной ценностью, что сокращает генетически эффективный размер популяции (совокупность генов, которые могут быть переданы следующему поколению). Кроме того, возможность с помощью генетического тестирования выявлять лучших родителей до того, как группа животных покажет фенотипические результаты, привела к снижению интервала между поколениями и увеличению интенсивности селекционного отбора.

Под влиянием этих факторов генетическое разнообразие в популяции молочного КРС снизилось, а уровень инбридинга вырос. Но это не значит, что использование геномного тестирования обязательно ведёт к таким результатам. Долгосрочные селекционные стратегии, которые учитывают генетическую информацию, позволяют закреплять необходимые признаки, не увеличивая инбридинг или нивелируя его влияние за счёт отбора.