Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

нечувствительности?) возникали регулярно и независимо у нескольких видов кошачьих. А поскольку они никак не влияли на жизнеспособность, то частоты этих мутаций варьировали от вида к виду, от поколения к поколению.

Четыре финских исследователя попытались оценить коэффициенты наследуемости нескольких показателей темперамента кошек – признаков более важных для котоводства, чем пристрастие к котовнику185. Они попросили котовладельцев дать своим питомцам балльные оценки разных признаков поведения, а затем вычислили коэффициенты наследуемости с учетом степени родства.

Конечно, этот подход уязвим для критики. Объективных котовладельцев в природе не существует: все они склонны представлять своих питомцев лучше, чем те есть на самом деле. Но у них нет никаких оснований завышать или занижать сходство между родственниками. Поэтому будем считать, что это приемлемые оценки коэффициентов наследуемости.

Полученные коэффициенты оказываются поразительно одинаковыми для разных признаков и разных пород. Вариация их всех в районе 0,5 свидетельствует, скорее всего, о том, что: во-первых, изменчивость по признакам поведения контролируется как изменчивостью генов, так и изменчивостью условий среды[75]; во-вторых, таких генов очень много; в-третьих, внутри каждой породы по признакам поведения действует стабилизирующий отбор.

Конечно, это не естественный, а искусственный отбор, хотя, скорее всего, и бессознательный. То есть нигде в стандартах пород не прописано, какова должна быть активность кота или его неприязнь к членам семьи. Но очевидно, что те коты, которые проводят весь день на диване, и те, что постоянно носятся по квартире, вызывают гораздо меньше симпатии у их котовладельцев, судей на выставках и владельцев их потенциальных супругов, чем особи с нормальным, средним уровнем активности.

Табл. 11–1. Коэффициенты наследуемости показателей темперамента кошек разных пород185.

Если задуматься, это верно и для всех остальных признаков поведения. Зачем нам крайности? Нам крайностей не нужно. Самые ленивые и самые неугомонные оказываются последними кандидатами на вязку и первыми кандидатами на кастрацию. В вязку идут коты умеренного нрава. Но эти умеренные, скорее всего, гетерозиготны по множеству генов, вовлеченных в контроль поведения. При скрещивании друг с другом они, в полном соответствии с законами Менделя, производят как гетерозигот (таких же умеренных), так и оба класса гомозигот (крайних по поведению – совершенных лентяев и неугомонных хулиганов). Тем самым они обеспечивают поддержание генетического разнообразия по этим признакам в каждой породе, что и выражается в высоких коэффициентах наследуемости.

Конфликт отборов

Стабилизирующий отбор – это не единственная причина поддержания генетического разнообразия внутри пород. Другой причиной может быть конфликт между искусственным и естественным отбором, между интересами человека и интересами кота.

Среди мейн-кунов довольно широко распространена дисплазия тазобедренного сустава: около 40% кошек этой породы страдают от этой патологии. При этом коэффициент наследуемости довольно высок (0,36)186. То есть в генофонде мейн-кунов есть множество аллелей множества генов, которые обеспечивают предрасположенность к развитию этой патологии. Почему? Очевидно, что против нее должен идти отбор и ее наследуемость должна стремиться к нулю. Почему она до сих пор так высока?

Потому что дисплазия тазобедренного сустава – это расплата за огромный размер тела. Два этих признака генетически связаны: чем больше размер тела, тем выше вероятность развития дисплазии тазобедренного сустава. Движущий отбор на увеличение размеров тела – главное направление в селекции мейн-кунов – неизбежно влечет за собой повышение частоты дисплазии тазобедренного сустава. Но почему?

Потому что суставы кошек рассчитаны на нормальную для обычных кошек нагрузку. Когда селекционеры в погоне за выставочными медалями увеличивают массу тела своих питомцев, они увеличивают и нагрузку на их суставы, за что их коты расплачиваются патологией. Ничто в эволюции – естественной и искусственной – не дается бесплатно. Мы хотели ходить на задних лапах, а получили боль в спине. Котов мы хотели видеть большими, а они получили боль в суставах.

Что делать? Кому что. Нам отказываться от прямохождения уже поздно. А селекционерам следует меньше думать о медалях и больше – о благе их питомцев. Как только в экспериментальной группе, на которой выявили связь между размером и дисплазией, начался строгий отбор против дисплазии и был ослаблен отбор по размеру тела, частота этой патологии упала. Одновременно с размером тела! Минус 33 грамма за поколение!

Полногеномный анализ ассоциаций

Коэффициент наследуемости как инструмент для анализа наследования количественных признаков вполне устраивал прежние поколения генетиков и селекционеров. За неимением лучшего инструмента. В XXI веке, когда чтение геномов стало рутинной, быстрой и относительно дешевой процедурой, в руках ученых, занимающихся генетикой количественных признаков, появился новый превосходный инструмент. Его называют полногеномным анализом ассоциаций (от англ. Genome-Wide Association Study, GWAS). Точка. Ассоциаций между чем и чем? Ассоциаций чего с чем? Ассоциаций между последовательностями нуклеотидов в отдельных районах генома и значениями признаков у их носителей.

С помощью этого анализа мы можем оценивать вклад в признак отдельных генов, находить их в геноме (картировать) и выяснять механизмы их действия. Как только мы картируем гены и поймем, как они работают, мы сможем предсказывать значения количественных признаков у потомков гораздо точнее, чем делали это раньше на основе коэффициента наследуемости и среднего значения признаков родителей.

Первое, что требуется для такого анализа, – это расставить сигнальные флажки по всему геному. Такими флажками служат ОдноНуклеотидные Полиморфизмы (ОНП). Так называют точки генома размером в один нуклеотид, в которых у разных особей в популяции могут находиться разные нуклеотиды (полиморфные нуклеотиды)[76]…

Миллионы таких ОНП найдены в геномах множества живых организмов. У человека их найдено около 300 миллионов. У кошки – поменьше, около 37 миллионов. Но по числу вариантов на душу населения каждый кот вдвое обгоняет своего хозяина – у него их в среднем около 10 миллионов против 4–5 миллионов хозяйских ОНП187.

ОНП выявляют полным секвенированием нескольких особей одного вида (например, котов). Затем из них выбирают несколько сотен тысяч ОНП – сигнальных флажков, относительно равномерно распределенных по всем хромосомам. Для этих ОНП изготавливают геномные чипы.

ДНК-чип – это набор лунок в пластиковой панели. К пластику этих лунок пришиты фрагменты ДНК размером около 25 пар нуклеотидов из того района, где обнаружена ОНП. Эти фрагменты различаются только одной точкой, ОНП, которая находится в самой середине фрагмента и представлена двумя вариантами: А или Г. Таких лунок в чипе от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен тысяч. В исходной кошачьей панели было 63 тысячи лунок. Этого оказалось мало. В 2021 году люди уже работали с панелью на 340 тысяч лунок.

Как люди работают с чипами ДНК? Они выделяют ДНК из тканей. У кошек это обычно образцы крови, оставшиеся от рутинных анализов. Можно использовать выщипы (не состриги!) шерсти, но это хуже: там меньше ДНК. Выделенную ДНК расщепляют на мелкие фрагменты с использованием