Инбридинг

У дрозофил после 330 поколений инбридинга с отбором на быстрое или медленное развитие были получены инбредные линии, в которых имаго вылупляются из куколок (при 25 °С) на 7-й день после откладки яиц (быстрое развитие) или на 13-й день (медленное развитие) при нормальном развитии в 10 дней.

У человека супружеские отношения  между родителями и детьми или  между братьями и сестрами называются кровосмешением. В большинстве человеческих культур существует запрет на подобные браки. Уже в Библии Моисей предлагает своему народу правила, запрещающие половые отношения с любыми людьми, близкими по плоти: дедов с внучками, племянников с тетками, других близких родственников, даже не состоящих в кровном родстве.

Однако близкородственные браки  все же случаются на протяжении всей истории человечества. Удивительную сводку о распространении в близкородственных браках различных недостатков и уродств дал основоположник Томского университета Василий Флоринский в книге, вышедшей в 1865 г. Он исследовал случаи распространения глухонемоты в человеческих популяциях. При анализе частоты рождаемости глухонемых в разных государствах Европы обнаружили, что упомянутая болезнь при кровосмешении развивается в 12— 15 раз чаще, чем при браках неродственных. Если число глухонемых, родившихся от нормального брака, принять за единицу, то опасность глухонемоты для браков между двоюродными братьями и сестрами, дядьями и племянницами, племянниками и тетками составит 18-70.

В 1861 г. было проведено исследование берлинских евреев, у которых по причине малочисленности популяции и большей терпимости законов бракосочетания кровные браки заключаются гораздо чаще, чем у христиан. Из 341 глухонемого, находившегося в то время в Берлинском институте, было 42 еврея. Если учесть общую пропорцию численности христиан и евреев, то оказывается, что один глухонемой приходится на 1477 христиан и на 368 евреев. Похожие различия в частоте этой болезни у евреев и христиан обнаружены в Париже и Каире.

Обширные исследования глухонемоты  проведены в различных провинциях США среди белых и негров, находившихся в то время в рабстве. Оказалось, что у последних эта болезнь встречается в 91 раз чаще. Эту огромную разницу объясняют влиянием рабства: рожденные от матерей-рабынь и хозяев-рабовладель- цев, дети также оставались рабами, как и их матери. Эти дети по закону не считались родственниками, так как они даже не знали, что приходятся друг другу братьями и сестрами, и, естественно, могло случиться, что они женились между собой.

Многие другие пороки также имеют  большее распространение в результате кровосмешения, например, при изучении 4013 детей от 883 кровных браков в США доля детей, имевших различные врожденные пороки, составила 61 %. Среди отклонений, выявляемых в близкородственных браках, находят альбинизм, слабоумие, идиотизм, бесплодие.

Обширная литература о роли инбридинга в выявлении различных наследственных заболеваний у человека накоплена к настоящему времени.

Известная степень инбридинга встречается  довольно часто в изолятах. Так  называют небольшие группы населения, в силу разных причин изолированные от основной массы населения и вынужденные поэтому вступать в брак преимущественно с лицами, принадлежащими к тому же изоляту. Типичные примеры — жители островов и отдельных долин. В этих изолятах наследственные дефекты или болезни часто более распространены, чем в основной популяции.

Обратившись опять к книге Флоринского 1865 г., находим: «В некоторых местностях шестипалость является как недостаток, свойственный почти всему народонаселению. Так, например, было в деревне Изо, в департаменте Изер (Франция), которая по своему положению была совершенно изолирована от других селений. Жители этой бедной деревни в продолжение долгого времени не вступали в супружеские сношения с соседними жителями, роднились между собой и часто женились на родственницах. Вследствие этого, к концу прошлого столетия, в помянутой деревне начало родиться много шестипалых, а в течение 35-40 лет такими сделались почти все жители. Как мужчины, так и женщины имели по 6-му пальцу на руках и ногах. Еще более замечательно то обстоятельство, что как скоро в деревню Изо начала проникать помесь крови, когда при устроившихся путях сообщения эти жители стали вступать в сношения с окрестным народонаселением, излишние пальцы в следующих смешанных поколениях начали пропадать».

Однако угнетающее действие инбридинга проявляется не всегда. Многие растения постоянно и без всяких признаков депрессии размножаются исключительно или преимущественно самоопылением, например пшеница, овес, рис, горох, табак, томаты и др. У лабораторных животных (мыши, крысы), у которых инбридинг большей частью приводит к вредным последствиям, в отдельных случаях даже очень длительный (50-70 поколений) тесный инбридинг не приводил к сколько-нибудь заметным отрицательным результатам.

Многие породы животных введены  в результате близкородственных  скрещиваний. С помощью инбридинга еще в XIX в. были получены чистокровная английская скаковая лошадь, породы дюрнамского быка, дишлейского барана и т.д.

Для человека инбридинг, как правило, вреден, но известны примеры длительного  и тесного инбридинга, не сопровождавшегося  вырождением, в частности в династиях  египетских фараонов.

Инбредная депрессия и гетерозис

Селекционеры стремятся  вывести сорта растений и породы животных, отличающихся максимальными  показателями хозяйственно полезных признаков (урожайность, яйценоскость и т.п.). При  этом в качестве родителей в каждом поколении используют «наилучшие» организмы, т.е. проводят искусственный отбор. Селекционеры пытаются также получить как можно более однородные сорта и породы. Для этого применяют систематический инбридинг, повышающий гомозиготность. Однако селекционеры уже давно знают о том, что инбридинг обычно приводит к понижению приспособленности потомства вследствие ухудшения таких важных характеристик организма, как плодовитость, жизнеспособность и устойчивость к болезням. Это явление принято называть инбредной депрессией.

Инбредная депрессия обусловлена  повышением степени гомозиготности по вредным рецессивным аллелям. Рассмотрим рецессивный летальный аллель, темп мутирования которого равен и = 10^-5. Равновесную частоту этого аллеля можно представить как q ==0,0032. В случайно скрещивающейся популяции частота гомозигот составляет q²=10^-5. Предположим теперь, что в какой-то линии поддерживается коэффициент инбридинга, равный F=l/16, т.е. такой, который достигается за одно поколение при скрещивании между двоюродными сибса- ми. Тогда частота гомозигот по рассматриваемому аллелю будет равна

q² + pqF= 10^-5 + (0,9968 * 0,0032 * 0,0625)≈10^-5 + (2*10 " ⁴) ≈2*10^-4.

Таким образом, частота гомозигот  при такой степени инбридинга примерно в 20 раз больше, чем в случайно скрещивающейся популяции. Аналогичное повышение частоты гомозигот происходит и по другим вредным рецессивным аллелям.

Заметим, что увеличение доли гомозигот  в любом локусе прямо пропорционально  значению F, поскольку определяется величиной pqF; так, если F = 1/4, то в предыдущем примере частота гомозигот составит 10^-5 + (8*10^-4), т. е. возрастет примерно в 80 раз по сравнению со случайно скрещивающейся популяцией.

Инбредной депрессии можно  противопоставить скрещивания между  представителями разных независимых  инбредных линий. Такие гибриды  обычно обнаруживают заметно возросшую приспособленность-в отношении плодовитости, жизнеспособности, размеров и т. п. (рис.4). Это явление называется гибридной мощностью, или гетерозисом. Независимые инбредные линии обычно становятся гомозиготными по различным вредным рецессивным аллелям. При скрещивании между двумя инбредными линиями можно сохранить в потомстве гомозиготность по искусственно отобранным признакам, тогда как вредные аллели переводятся в гетерозиготное состояние.

Рис.4. Инбредная депрессия и гетерозис у кукурузы. При скрещивании двух инбредных линий (P₁ и Р₂) в поколении F, возникает гетерозис. В последующих поколениях (от F₂ до F₈) самоопыление приводит к тому, что инбредная депрессия постепенно усиливается.

Гетерозис как метод получения  высоких урожаев был впервые  с большим успехом испытан  на кукурузе. Повышение урожайности, по лученное у гибридной кукурузы, было очень значительным. Впоследствии данный метод был применен и к другим сельскохозяйственным растениям и животным. Для успешного использования этого метода необходимо получать новые гибридные семена, скрещивая на специальных селекционных станциях соответствующие инбредные линии растений (рис.5).

В природе многие растения размножаются путем самоопыления. У таких растений инбредная депрессия не возникает  благодаря тому, что естественный отбор поддерживает в популяциях этих растений значительно более низкую частоту вредных рецессивных аллелей, чем в случайно скрещивающихся популяциях. В популяциях самоопылителей гомозиготность очень высока. В результате рецессивные вредные аллели элиминируются под действием естественного отбора по мере того, как они переходят в гомозиготное состояние. Однако у животных и перекрестноопыляющихся растений инбридинг приводит к возникновению инбредной депрессии, поскольку вредные рецессивные аллели, обычно находящиеся в гетерозиготном состоянии, переходят в гомозиготное.

Рис.5. Получение гибридной кукурузы от четырех инбредных линий A, B, C, и D. Парные скрещивания между исходными инбредными линиями дают два мощных гибридных растения AB и CD, при перекрестном скрещивании которых получается двойной гибрид ABCD.