Jak podobne do siebie jest rodzeństwo czyli jak wybrać najlepszą jałówkę?

Blisko spokrewnione osobniki mogą bardzo różnić się od siebie, jeśli spojrzymy na ich potencjał zapisany w genach.

 

Podczas wiosennych spotkań z hodowcami dr Tomasz Krychowski omawiał „Praktyczne wykorzystanie technologii genomowej w hodowli bydła mlecznego na świecie”. Za każdym razem uwagę hodowców przyciągał slajd, na którym zostały przedstawione wyniki genomowej oceny czterech sióstr (Darcy, Dalia, Dialene, Doline) pozyskanych z transplantacji zarodków (rys. 1). Na podstawie informacji rodowodowej nie było możliwości wskazania, która z nich ma najwyższą wartość hodowlaną. Jednak w oparciu o genotypy jesteśmy w stanie poznać genomową ocenę wartości hodowlanej każdej z jałówek i dostrzec różnice w potencjale genetycznym poszczególnych sztuk. Wartości francuskiego indeksu ISU dla omawianych czterech jałówek wahały się od 140 do 161. Dla wielu osób zadziwiające jest, że tak duża zmienność genetyczna występuje wśród tak blisko spokrewnionych osobników. Skłoniło mnie to do opisania genetycznych podstaw tego zjawiska.
Pokrewieństwo jest podstawą prowadzenia pracy hodowlanej. Wskazuje na stopień genetycznego podobieństwa między osobnikami. Podobieństwo jest konsekwencją posiadania kopii genów pochodzących od wspólnych przodków (np. w przypadku jałówek będących półrodzeństwem po danym buhaju). Może też wynikać z faktu, że jeden osobnik jest przodkiem drugiego (np. relacja rodzic – potomek dla jałówki po danym buhaju). W przypadku relacji rodzicielskiej spokrewnienie między osobnikami (rodzicem i potomkiem) wynosi 50%, gdyż połowa materiału genetycznego każdego osobnika pochodzi od matki, a druga połowa od ojca. Osobnik dziedziczy po każdym z rodziców po jednym chromosomie z każdej pary (w przypadku bydła jest ich 30), a na nich zlokalizowane są różne wersje tych samych genów (rys. 2).

Bardziej podobna do rodziców czy do rodzeństwa?
Jak natomiast wygląda sytuacja z rodzeństwem? Współczynnik pokrewieństwa w tym przypadku także wynosi 50%, jednak określa on przeciętny udział genów identycznych przez pochodzenie od wspólnego przodka. Oznacza to, że średnio połowa genów rodzeństwa jest identyczna, jednak w konkretnych przypadkach podobieństwo może być większe lub mniejsze niż 50%. Z czego to wynika? Jest to konsekwencja losowej segregacji genów oraz zjawiska crossing-over (które, dla uproszczenia, w tym tekście pominę) mających miejsce podczas tworzenia komórek rozrodczych (gamet: plemników lub komórek jajowych). Wygląda to tak, jakby w przypadku każdej pary chromosomów (ponumerowanych od 1 do 30) uruchamiana była maszyna losująca, która wyciąga jeden z dwóch chromosomów z danej pary. Powstające gamety mogą posiadać różną względem siebie ilość identycznych genów. Przykład został przedstawiony na rysunku 3.

Do powstającej gamety trafia losowo jeden chromosom z każdej pary: niebieski – pochodzący od ojca buhaja, lub zielony – pochodzący od matki buhaja. W ten sposób w skrajnych przypadkach mogą powstać zarówno gamety jednakowe (w przypadku każdej pary wynik losowania był identyczny), jak i gamety nieposiadające genów identycznych przez pochodzenie (w przypadku każdej pary wylosowany został odmienny chromosom). Po połączeniu gamet (plemnika z komórką jajową) i uzyskaniu potomstwa możliwe jest, że osobniki będące rodzeństwem będą znacznie różniły się pod względem genetycznym lub też będą do siebie bardziej podobne, niż przeciętnie ma to miejsce w przypadku rodzeństwa. Jednakże ze względu na ilość genów w genotypie większość rodzeństwa będzie faktycznie spokrewniona ze sobą w około 50%.

Współczynnik spokrewnienia – miara genetycznego podobieństwa osobników wynikającego z posiadania genów będących kopiami tej samej sekwencji DNA, pochodzącej od wspólnego przodka. W pewnym uproszczeniu można powiedzieć, że współczynnik ten określa prawdopodobieństwo, że dana wersja genu (np. niebieski chromosom 1 u osobnika C) jest identyczna z jedną z wersji tego genu innego osobnika (np. niebieskim lub żółtym chromosomem u osobnika B). Współczynnik pokrewieństwa przyjmuje wartość 0 dla osobników, które nie mają genów identycznych przez pochodzenie, a więc są niespokrewnione. Z kolei współczynnik ten przyjmuje wartość 1 w przypadku, gdy wszystkie geny są identyczne, a więc osobniki są jednakowe.

Genetyczna tęcza
Prześledźmy prosty przykład, w którym założymy, że genotyp ogranicza się do jednego chromosomu (rys. 4). Kojarzymy dwa niespokrewnione ze sobą osobniki: buhaja o chromosomach niebieskim i zielonym oraz krowę o chromosomach różowym i żółtym. Uzyskujemy potomstwo, które w każdym przypadku posiada jeden z dwóch chromosomów ojca oraz jeden z dwóch chromosomów matki. Oznacza to, że pokrewieństwo w linii prostej – między potomkiem a każdym z rodziców – zawsze wynosi 0,5. Kiedy jednak przyjrzymy się podobieństwu genetycznemu między rodzeństwem, możemy zauważyć, że osobniki A i B są całkowicie odmienne od siebie, choć w większości przypadków u obojga rodzeństwa taka sama jest połowa genów (A i C, A i D, B i C, B i D, B i E). Mogą zdarzyć się także osobniki identyczne jak D i E (np. bliźnięta jednojajowe).

Warto zaznaczyć, że – podobnie jak w przykładzie prezentowanym przez dr. Krychowskiego – wszystkie uzyskane z tego kojarzenia osobniki mają jednakową wartość indeksu rodzicielskiego. Jednak nie zawsze potomstwo po wybitnych rodzicach także będzie wyjątkowe. Ocena wartości hodowlanej w oparciu o genotypy umożliwia wskazanie osobników, które otrzymały od rodziców warianty genów przekładające się na lepszą użytkowość i umożliwiające uzyskanie większego postępu.

 

 Tekst: dr Katarzyna Rzewuska, CGen PFHBiPM