Почему геномный инбридинг и инбридинг по родословной отличается?

Автор: Чэд Дечоу — профессор кафедры генетики молочного скота Университета штата Пенсильвания

Совет по разведению молочного скота (CDCB) работает над существенным изменением методологии геномной оценки. Хотя точная дата перехода пока не определена, новая система, которую планируется внедрить, носит название одноэтапной геномной оценки (single-step genomic evaluation).
Если у вас есть брат или сестра, не являющиеся однояйцевыми близнецами, при общих отце и матери, ваша ожидаемая степень инбридинга с братом или сестрой составляет 50%. Это означает, что, согласно ожиданиям, 50% ваших генов идентичны генам вашего брата или сестры, а оставшиеся 50% — различаются. При одном общем родителе ожидаемая степень инбридинга составляет 25%. Однако фактическая степень инбридинга между вами и вашим братом или сестрой почти наверняка не будет ровно 50%. Компания 23andMe, специализирующаяся на генотипировании человека, сообщает, что средняя степень инбридинга родных братьев и сестер действительно составляет 50%, однако разброс значений колеблется от 38% до 61%. При этом с высокой степенью вероятности истинная степень инбридинга находится в диапазоне от 43% до 57%.

Восемь локусов, 16 аллелей

Степень инбридинга по родословной определяется исходя из теоретических ожиданий, тогда как геномный инбридинг отражает фактические закономерности наследования. Для того, чтобы продемонстрировать, почему инбридинг геномный и по родословной, как правило, расходятся, проследим за передачей аллелей, полученных от отца. Нам необходимо оценить степень инбридинга между тремя сводными братьями и сестрами — у них один общий отец и разные, не состоящие в родстве матери. Поскольку они сводные, ожидаемая степень инбридинга составляет 25%.
Далее мы рассмотрим наследование восьми локусов. В каждом локусе отец нашего пробанда получил от своего отца отцовский аллель, обозначенный буквой P, а от своей матери — материнский аллель, обозначенный буквой M. В каждом из восьми локусов присутствуют два аллеля, что дает в совокупности 16 отслеживаемых аллелей. 8 из 16аллелей отца — это аллели P, что подтверждает: степень инбридинга данного быка с его отцом составляет 50%. Аналогично, степень инбридинга с матерью (аллели M) также равна 50%. Если не учитывать половые хромосомы, потомок в равной степени связан с матерью и с отцом — по 50%. Однако Y-хромосома существенно меньше X-хромосомы, поэтому фактическая степень инбридинга в паре «отец–сын» в среднем ближе к 47,5%.
Проследим теперь передачу аллелей от отца к Дочери 1. В первом локусе отец мог передать либо аллель P, либо аллель M. Для того, чтобы сымитировать случайный характер наследования, было выполнено подбрасывание монеты: выпал «орёл» — передан аллель P. Во втором локусе выпала «решка» — и так далее. В результате Дочь 1 получила от отца аллель P трижды, а аллель M — пять раз. Кроме того, необходимо учесть аллели, унаследованные Дочерью 1 от её собственной матери.

Инбридинг сводных братьев и сестер = 4/16

Сравним теперь Дочь 1 с Дочерью 2, чтобы проверить, составляет ли их фактический инбридинг 25%, как ожидается исходя из родословной. От общего отца они унаследовали пять идентичных аллелей: P — в первом и седьмом локусах; M — во втором, третьем и восьмом. Поскольку матери у них разные, общих аллелей по материнской линии нет. Таким образом, фактическая степень инбридинга между ними составляет 31,25%.
Дочери 1 и 2 оказались более родственными, чем можно было ожидать исходя из их родословной. Для Дочерей 1 и 3 наблюдается обратная картина: фактический инбридинг оказался ниже ожидаемого (18,75%), тогда как Дочери 2 и 3 имеют степень инбридинга в точности соответствующую ожиданиям.

В основе генетики лежит элемент случайности — именно он и делает возможным генетический прогресс: одни потомки случайно получают благоприятную комбинацию аллелей, другие — менее удачную. Однако игнорирование случайности снижает надежность генетических оценок. Переход к одноэтапной геномной оценке позволит более точно выявлять фактические генетические связи между животными.