Светлана Брежнева. Генетика собаки: прошлое, настоящее и будущее.

Современный научно-технический прогресс не обошел стороной и биологию. Сейчас, используя опыт и знания предыдущих поколений ученых-генетиков, активно развивается такая наука как молекулярная генетика . Классическая генетика основывается на визуальных наблюдениях того, как проявляется определенный признак в ряду поколений, но она ничего «не сообщает» о материальной (молекулярной) природе признака. Другими словами, нет информации о самой основе признака – о ДНК. Молекулярная генетика изучает так называемые «материальные основы наследственности» – нуклеиновые кислоты, которые являются хранилищем наследственной информации. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – биологический полимер, который состоит из повторяющихся звеньев (мономеров) или нуклеотидов (аденин, гуанин, тимин, цитозин). Нуклеотидами в ДНК, как буквами в словах, записана информациях обо всех белках организма. Такая ДНК называется «кодирующей». С букв-нуклеотидов считывается информация, и синтезируются белки для всех нужд организма. А белки, в свою очередь, взаимодействуют между собой, в результате чего результате формируется фенотип.

ДНК находится в ядре клетки (см. верхний рисунок). Вся ДНК организма называется геномом. Клетки тела (соматические) содержат диплоидный (двойной) геном, в половых клетках – геном гаплоидный (одинарный).

В настоящее время активно развиваются международные проекты, направленные на «полное секвенирование геномов» разных организмов: под этими загадочными словами понимают определение последовательности нуклеотидов всей ДНК генома или, как говорят, «расшифровку генома». Полностью определены нуклеотидные последовательности геномов только для двух видов животных: мыши и человека.

В конечном итоге «при расшифровке генома» получается длинная последовательность ДНК. Геномы «расшифровывают» (секвенируют) на специальных приборах – секвенаторах. Результат, который видит исследователь, показан на рисунке: картинка выглядит в виде строгой последовательности пиков, причем каждому нуклеотиду соответствует пик своего цвета. Для каждого генома в итоге получается длинная последовательность из нуклеотидов-букв. Геномы млекопитающих имеют длину несколько миллиардов нуклеотидов. Но самая важная задача молекулярной генетики – понять: что же именно записано, какую информацию несет в себе каждое конкретное сочетание нуклеотидов.

Говоря по-другому, секвенированный геном представляется для нас как книга на древнеегипетском языке: ясно, что в книге что-то записано, но надо приложить еще огромные усилия, чтобы прочитать эту книгу. В настоящее время ни для одного вида животных до сих пор не удалось определить полностью: что же записано в геноме, какая информация там хранится! По существующим в настоящее время оценкам, у млекопитающих примерно 30,000 – 50,000 генов. Для человека описано более 10,000 генов: известна нуклеотидная последовательность, известен белок, который считывается с этой ДНК, известна функция белка в организме.

Домашней собаке как объекту молекулярной генетики не повезло: изучением генома собаки активно занялись только лет 10 – 15 назад. Проект по секвенированию генома собаки находится в стадии завершения: геном «прочитан» примерно на 90% ( http :// www . ncbi . nlm . hih . gov / раздел Genomic Biology ). Для домашней собаки как вида ( Canis familiaris ) характерно уникальное внутривидовое разнообразие: в настоящее существует более 300 различных по анатомии и физиологии пород собак. Ни один вид в природе не характеризуется таким морфологическим разнообразием! С точки зрения генетики, каждую породу можно рассматривать как мутантную форму по сравнению с предком. Поскольку селекцией собак люди начали заниматься более 15 веков лет назад без знаний генетики, то для племени отбирались животные, удовлетворяющие каким-то внешним признакам и качествам (хороший нюх, выносливость, охранные качества и т.д.). Таким образом, получились изолированные друг от друга линии (породы). Каждая порода собак обладает своими признаками, и эти признаки стабильны в ряду поколений, поскольку породы характеризует большой набор гомозиготных генов. У каждой породы такой набор свой, и свои наборы аллелей в гомозиготе. Кроме этого, для каждой породы характерны также и свои породные специфические заболевания.

Большинство внешних характеристик и наследственных заболеваний собак, которые важны для селекционеров любой породы, являются сложными мультифакторными признаками, т.е. проявление признака (фенотипа) обеспечивает набор множества факторов, как внутренних (генотип), так и внешних (средовых). В организме животного белки, кодируемые генами, «работают» в составе так называемых «генных сетей». Такие генные сети очень сложные и разветвленные, т.е. на окончательный результат работы сети (фенотипический признак) оказывают влияние в большей или меньшей степени все белки-участники. Также оказывают свое влияние и факторы внешней среды. «Отследить» в такой сложной сети, какой именно белок оказывает наибольшее влияние на фенотип очень сложно. Молекулярная генетика таких мультифакторных признаков в настоящее время активно развивается, но пока существует только множество теорий и предположений. Окончательные выводы еще не сделаны.

К настоящему времени для собак описано около 500 наследственных заболеваний ( http :// omia . angis . org . au ), причем всего чуть более 100 заболеваний являются моногенными ( single locus trait ). Моногенные заболевания возникают при «повреждении» всего одного гена. Но всего для 47 заболеваний (причем, именно моногенных) известна молекулярная природа. Для таких заболеваний сравнительно легко проводить ДНК-диагностику, выявляя здоровых собак, а также носителей и больных. Как правило, такая диагностика подразумевает определение последовательности нуклеотидов ДНК (секвенирование) в определенном участке генома, который отвечает за проявление болезни. Примерами таких изученных болезней являются цистинурия, гемофилии А и В, нарколепсия, миотония, прогрессирующая атрофия сетчатки, тромбостения, болезни Вилсона и Виллебранда.

К сожалению, некоторые моногенные заболевания, для которых существует ДНК-диагностика, на настоящий момент не поддаются терапии и коррекции. Таким является, например, заболевание «дефицит фосфофруктокиназы» ( PFK - deficiency ), характерное для коккер-спаниелей. Заболевание наследуется аутосомно-рецессивно и проявляется в неспособности организма усваивать глюкозу. Другое заболевание – прогрессирующая атрофия сетчатки ( PRA ) приводит к полной слепоте собаки. Болезнь характерна для шнауцеров, такс и сеттеров. Оба эти заболевания, к сожалению, не поддаются коррекции. ДНК-диагностика позволяет «удалить» из племенного разведения носителей данного заболевания. Аналогичные ситуации существуют для наследственной катаракты у американских стаффордшир-терьеров и гидроксиглютарной ацидурии у бультерьеров (повышенное содержание гидроксиглютарной кислоты в моче, что приводят к тяжелым поражениями нервной системы и ранней гибели собаки).

Кроме диагностики заболеваний, молекулярная генетика уже сейчас готова предложить для практических целей селекционеров ДНК-диагностику на подтверждения происхождения. С ее помощью можно определить: действительно ли данная собака происходит от заявленных в родословной предков. Вероятность ошибки при такой диагностике 0,01 – 0,001 %. Для любой ДНК-диагностики достаточно 1-2 миллилитров крови собаки. Из лейкоцитов крови выделяется ДНК, которая и затем анализируется. Кроме того, недавно была разработана тест-система ChromaGene , которая позволяет определить генотип животного в отношении генов, которые участвуют в формировании окраса: зная генотипы родителей, таки образом можно планировать окрасы потомков и выбирать «предпочтительные». Пока данная тест-система разработана только для собак породы лабрадор-ретривер.

Таким образом, можно сказать, что мы в настоящее время находимся в начале большого и трудного пути молекулярной генетики собаки, на финише которого нас будут ждать все раскрытые секреты, которые хранит геном.

Светлана Брежнева. Новосибирск