Proč se zvířata nemohou křížit?

V tomto článku rozebereme koncept příbuzenské plemenitby, pohovoříme si o obecných principech jejího výpočtu, pohovoříme o výhodách a nevýhodách a zjistíme, proč je nyní její vliv mnohem snáze kontrolovatelný než dříve.

Co je to příbuzenská plemenitba a jak se počítá?

Zvíře obvykle zdědí dvě různé kopie (alely) každého genu – jednu od svého otce a jednu od své matky. Genotyp organismu, ve kterém jsou přítomny dvě různé alely, se nazývá heterozygotní pro konkrétní gen.

Čím užší je genetická vazba mezi rodiči, tím vyšší je pravděpodobnost, že místo dvou různých alel zdědí potomek dvě identické kopie určitého genu. Genotyp takového organismu se nazývá homozygotní.

Křížením blízce příbuzných organismů, které vede k homozygotnosti potomstva, je příbuzenská plemenitba. Opačný proces, tedy křížení nepříbuzných zvířat, se nazývá outbreeding.

Pokud rodiče nejsou příbuzní, zvíře zdědí dvě různé verze stejného genu. I když byl jeden z rodičů nositelem genetické vady, u potomka se neprojeví.

Pokud jsou rodiče příbuzní, může zvíře zdědit dvě identické kopie genu a obdržet výraznou genetickou vadu.

Křížení příbuzných zvířat (inbreeding) vede ke zvýšení homozygotnosti genotypů potomků. V důsledku toho se mohou v potomcích zakořenit smrtící a jiné „škodlivé“ geny. Křížení nepříbuzných zvířat (outbreeding) ničí účinek inbreedingu.

Existují dvě hlavní metody pro výpočet úrovně příbuzenské plemenitby u skotu.

Výpočet příbuzenské plemenitby podle rodokmenu využívá informace o předcích zvířete k určení stupně homozygotnosti jeho genotypu. Tato metoda neposkytuje spolehlivé výsledky, protože bere v úvahu pouze průměrný počet identických oblastí genomu, které mohou přecházet z generace na generaci.

Kromě toho může být rodokmen zvířete znám jen částečně a v rodokmenech jsou také chyby. Podle ruské databáze KSITEST je otec nebo matka špatně identifikována v průměru u 8-10 % zvířat. To vše také ovlivňuje kvalitu výsledků získaných pomocí výpočtů rodokmenu.

Výpočet příbuzenské plemenitby podle genotypu je založena na využití genetické informace zvířete, zejména DNA markerů, jako jsou SNP (jednonukleotidové polymorfismy). Výpočet genomického inbreedingu je přesnější metodou, protože na rozdíl od výpočtu podle rodokmenu vám umožňuje s jistotou vědět, které alely byly předány z rodičů na potomky a kde je přesně lokalizována homozygotnost.

Rodokmeny dvou zvířat získané inbreedingem. Protože mají stejný původ, obdrží stejné COI (koeficient příbuzenské plemenitby, koeficient příbuzenské plemenitby) = 12,5 % při výpočtu podle rodokmenu. Výpočty založené na genomu přitom ukazují, že ve skutečnosti mají tato zvířata různou úroveň příbuzenské plemenitby (0 % a 46 %).

Je příbuzenské křížení dobré nebo špatné? Klady a zápory inbreedingu

Příbuzenská plemenitba je často považována za negativní faktor, kterému je třeba se vyhnout. Ve skutečnosti se v rámci jednotlivého zvířete nejedná o pozitivní ani negativní jev: inbreeding pouze zvyšuje homozygotnost genotypu, což může, ale nemusí vést k negativním důsledkům.

Nedostatek příbuzenské plemenitby sám o sobě nepřináší zvířeti výhody: inbrední zvíře může být pro určité chovatelské účely užitečnější než outbrední zvíře. Míru poškození nebo prospěchu z příbuzenské plemenitby lze určit pouze pro každé jednotlivé zvíře.

Příbuzenské křížení může být prospěšné. Příbuzenská plemenitba se používá ve šlechtění k vytvoření nového plemene nebo superproducenta. V tomto případě se chovatelé snaží upevnit nejlepší kvantitativní (například produkce mléka) a kvalitativní (například genotyp kappa-kasein BB) znaky v homozygotním stavu.

Další možností chovu je selekce podle zdravotních znaků a obecné adaptační schopnosti zvířat. Zde je přínos rostoucí homozygotnosti sporný, protože adaptivní vlastnosti mají extrémně nízkou dědičnost a jsou fixovány po staletí. Nárůst homozygotnosti navíc vede ke snížení genetické diverzity v populaci a v důsledku toho ke snížení schopnosti zvířat adaptovat se na neustále se měnící podmínky prostředí.

Příbuzenské křížení může být škodlivé. Někdy se v důsledku páření mezi geneticky příbuznými zvířaty stanou smrtelné a jiné „škodlivé“ geny u potomků homozygotní. Pak se zvyšuje riziko snížení vitality, plodnosti a produktivity organismu, tedy inbrední deprese. Například u haplotypů plodnosti, jak se zvyšuje podíl inbreedingu, existuje riziko výskytu recesivních negativních mutací. Abyste se takovým rizikům vyhnuli, musíte být schopni používat metody genomické selekce.

Výhody příbuzenské plemenitby; Nevýhody příbuzenské plemenitby

kontrolovanější chov, ztráta genetické variability plemene, zlepšení kvantitativních a kvalitativních znaků, upevnění potřebných a zbavení se recesivních nežádoucích znaků, možné riziko inbreedingové deprese, která je vyšší, čím méně moderní nástroje se používají, především genomické selekční nástroje pro inbrední zvířata mohou být snazší najít pár než outbrední, protože tito mohou mít ve svých rodokmenech mnoho nepříbuzných zvířat, což znamená, že musíte najít dvě velmi nepříbuzná zvířata s různorodým rodokmenem, která zároveň poskytují větší zisk; zvýšené riziko akumulace recesivních mutací, které nejsou testovány, vede k embryonální úmrtnosti, snížení kvantitativních a kvalitativních charakteristik

Jak kontrolovat příbuzenskou plemenitbu a minimalizovat riziko inbreedingové deprese

Dříve se producenti mléčných výrobků snažili omezit nárůst příbuzenské plemenitby, protože rostoucí homozygotnost u zvířat by mohla vést k fixaci „škodlivých“ genů nebo haplotypů. Nyní genomické testování umožňuje rozpoznat zvířata, která nesou negativní haplotypy, a chovatelé mohou minimalizovat riziko nežádoucích důsledků inbreedingu.

Řada studií doporučuje zohlednit každé 1 % potenciálního zvýšení příbuzenské plemenitby u potomků, což sníží produktivní a reprodukční výkonnost. Ve skutečnosti však efekt není lineární a často existuje „prahová“ hodnota, po které se projeví vliv příbuzenské plemenitby – jedná se o hodnotu asi 5–6,5 %. To znamená, že až do „prahové hodnoty“ je příbuzenské křížení považováno za podmíněně bezpečné a pravděpodobnost deprese příbuzenské plemenitby je minimální.

Také efekt „blízkého“ a „vzdáleného“ příbuzenské plemenitby je odlišný: čím blíže byli identičtí předci inbredního zvířete, tím vyšší je riziko negativních důsledků. Některým studiím se nepodařilo získat spolehlivé výsledky vlivu inbreedingové deprese vůbec.

Navíc si to musíte pamatovat příbuzenská plemenitba se nedědí. Pokud vezmete dvě zvířata s 25% příbuzenskou plemenitbou, která nemají žádné společné předky, pak s největší pravděpodobností bude mít potomstvo téměř nulovou úroveň příbuzenské plemenitby. Proto jedno páření dvou nepříbuzných zvířat zničí veškerou příbuzenskou plemenitbu vytvořenou generacemi kříženců záměrně navrženými k příbuzenské plemenitbě. Ale pokud má výběr outbredního býka menší účinek než účinek inbredního býka, pak takový výběr přinese více ztrát než samotný nárůst inbrední plemenitby.

Inbreedingová deprese, stejně jako mnoho dalších genomických dat (odhady, dědičnost, vlivy na životní prostředí atd.), tedy není „významem pro každého“ – liší se pro různé populace v různých časových obdobích. Z tohoto důvodu je například nemožné napravit „ztráty“ z příbuzenské plemenitby přebíráním dat z jiné populace. Vliv zvýšené příbuzenské plemenitby lze vypočítat pouze v rámci místní populace.

Je důležité si uvědomit, že při sestavování páru můžeme úroveň příbuzenské plemenitby potomka pouze odhadovat, ale skutečnou příbuzenskou plemenitbu poznáme až poté, co se potomek objeví a vezmeme jeho genotyp. Genotypizační nástroje umožňují nejen potvrdit příbuznost, ale také najít skutečné rodiče ve stádě, díky čemuž je výběr předvídatelnější. KSITEST potvrdí příbuznost genomem a pokud existuje genotyp pravého předka, označí jej, což nám umožní obnovit rodokmeny ve stádě.

Evoluční teorie ukázala, že mezi zvířaty je páření mezi genetickými příbuznými povoleno. Metro zjistilo, proč to není tak nebezpečné, jak jsme si mysleli

Přečtěte si Metro na Telegram Zen VK

Nedávná studie provedená vědci ze Stockholmské univerzity (Švédsko) a publikovaná ve vědeckém časopise Nature Ecology and Evolution ukázala, že 73 % obyvatel školek a zoologických zahrad provozuje inbreeding (křížení blízce příbuzných forem v rámci stejné populace organismů).

Dříve se vědecká komunita domnívala, že se zvířata snaží vyhýbat páření s příbuznými. Ostatně příbuzenská plemenitba je „evolučně nepříznivý“ jev. Může vést k abnormalitám a deformacím a ke snížení počtu potomků se znaky, které činí populaci geneticky různorodou. V důsledku toho se zvířata hůře přizpůsobují podmínkám prostředí. Ale nebylo tomu tak.

“Lidé předpokládají, že zvířata by se pokud možno neměla pářit se svými příbuznými,” říká zooložka a evoluční bioložka Raisa de Boer. „Ale evoluční teorie nám ukazuje, že zvířata zřídka odolávají a možná dokonce preferují spojení s příbuznými déle než čtyři desetiletí.

Článek shrnuje výsledky 139 experimentálních studií na 88 druzích, které byly provedeny za posledních 40 let. Ukázalo se, že některé druhy hlodavců a primátů, dva druhy ryb a jeden druh ocasu nejčastěji preferují páření s příbuznými.

„Zdá se, že zvířatům je před pářením jedno, zda je potenciálním partnerem jejich bratr, sestra nebo cizinec,“ vysvětluje spoluautorka Regina Vega Trejo.

Vědci se domnívají, že jejich objev může být velmi užitečný pro biologii a vývoj ohrožených druhů a nabádají ty, kdo se podílejí na ekologických aktivitách, aby to vzali v úvahu.

„Došli jsme k závěru, že 73 % zvířat je jedno, kdo je jejich partner. Pouze 17 % se vyhýbá páření s příbuznými a 10 % preferuje tento způsob reprodukce,“ řekla Regina Vega Trejo, spoluautorka studie.

Otázka – odpověď
Regina Vega Trejo, výzkumná pracovnice Stockholmské univerzity

— Proč jste se rozhodl studovat tento problém?
„Za posledních 40 let mnoho výzkumníků testovalo, zda se zvířata skutečně vyhýbají páření s příbuznými. Vědci se ale často zaměřovali na stejný druh. Očekávali například výsledky tím, že dali rybě, pavoukovi, ptákovi nebo motýlovi příležitost vybrat si bratra nebo sestru – nebo cizince – k reprodukci. Takže nám chyběl celkový obraz. Vzali jsme všechny tyto experimentální studie a jednoduše shrnuli výsledky.

– Opravdu se zvířata nevyhýbají kontaktu s příbuznými?
— Došli jsme k závěru, že 73 % zvířat je jedno, kdo je jejich partner. Pouze 17 % se takovému chování vyhýbá a 10 % preferuje tento způsob reprodukce. Jedním z našich dalších kroků je pochopit, zda toto spojení vede k depresi a nemocem.

— Proč si lidé myslí, že tento způsob reprodukce je špatný?
– Ano, my lidé nevybudujeme vztahy se svými bratry a sestrami. To je ostatně nejen společensky nepřijatelné, ale může to negativně ovlivnit i zdraví budoucích dětí. A očekáváme, že tomu tak bude i u zvířat. Pokud se zeptáte skupiny lidí: “Myslíte si, že se zvířata páří s příbuznými?”, s největší pravděpodobností odpoví: “Ano, samozřejmě.” A to je pochopitelné, vzhledem k tomu, že spojení s příbuznými může skončit špatně, alespoň pro potomka. Ale není to tak jednoduché. Zvířatům to může být jedno nebo se dokonce raději páří s příbuznými.

— Je to pro ně nakonec dobré nebo špatné?
— Na tuto otázku zatím neexistuje jednoznačná odpověď.

— Jak může váš výzkum pomoci v budoucnu?
— V programech chovu ohrožených druhů v zajetí je často důležitý výběr partnera. Zjistilo se například, že pandy velké mají spíše zdravé potomky narozené ze dvou příbuzných než z náhodných druhů. Tuto skutečnost musíme mít na paměti. Ale přesto nestojí za úvahu, že bratři a sestry mohou být použity k chovu vzácných druhů. Domníváme se, že zaměstnanci chovatelského střediska by měli být opatrnější při výběru partnerů pro ohrožené druhy. To je nezbytné pro zachování genetické rozmanitosti.

Tři případy křížení mezi příbuznými ve světě zvířat

Včely

Včely jsou jedním z nejznámějších druhů, které praktikují páření mezi příbuznými. Včelí královna kopuluje se svými potomky, aby byl úl plný.

Mangusty

„Hlavy“ skupin mangust se také páří se svými příbuznými.

Horské gorily v Africe

Některé studie ukázaly, že populace goril vzrostla kvůli páření mezi členy stejné rodiny.