Молекуляно-генетический анализ количественных признаков

Генетический полиморфизм, т. е. существование в популяции нескольких форм гена или признака, встречающихся с определенной частотой, служит мерой генетической изменчивости популяции [Сулимова, 1993]. В свою очередь, изменчивость лежит в основе таких фундаментальных биологических процессов, как адаптация и эволюция, а следовательно, и связана с селекционными процессами, базирующимися на тех же механизмах преобразования фенотипов.

Генетический полиморфизм, сосуществование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений [Тимофеев-Ресовский Н. В., Свирежев Ю. М, 1967].

Чаще всего генетический полиморфизм обусловливается либо варьирующими давлениями и векторами отбора в различных условиях, либо повышенной относительной жизнеспособностью гетерозигот.

Генетический полиморфизм проявляется на разных уровнях: морфологическом, клеточном, молекулярном, изучение которых предполагает использование различных методических подходов. Морфологическая изменчивость характеризуется огромным размахов и определяется по масти, телосложению, массе и другим метрическим признакам [Тимофеев-Ресовский, Яблоков, 1973; Столповский, Захаров, 2006].

В 70-80-х годах ХХ века в арсенал исследователей вошли биохимические методы исследования белков, например, альбуминов, глобулинов, изоферментов, - применение которых привело к возникновению понятия «биохимический полиморфизм». Под биохимическим полиморфизмом подразумевается наличие в одной и той же популяции различных молекулярных форм белков, в частности изоферментов. Во многих природных популяциях биохимический полиморфизм обнаруживают более 30% из числа изученных генетических локусов [Алтухов, Рычков, 1972; Айяла, 1984].

Расшифровка первичной последовательности ДНК различных организмов позволила получить новые представления о структуре генома прокариот и эукариот. Значительную долю генома высших эукариот составляют повторяющиеся неэкспрессирующиеся последовательности сателлитной ДНК (до 50%), к тому же экспрессируемые гены сильно интронированы – длина интронов может составлять до 95% размера гена. Поэтому при анализе белкового полиморфизма от внимания исследователей ускользает большая часть генома – до 90%. При этом в состав неэкспрессируемых последовательностей могут входить функционально значимые участки. Так, современные представления о механизмах реализации генетической информации отводят важную роль регуляторным участкам, расположенным вне гена, иногда на значительном расстоянии от кодирующей последовательности [Сулимова, 2006, Глазко В. И., Глазко Г. В., 2003]. В связи с этим перспективно проведение анализа генетического полиморфизма на уровне ДНК.

Основными причинами, приводящими к возникновению полиморфизма ДНК, являются точечные мутации, затрагивающие сайты узнавания тех или иных эндонуклеаз рестрикции, а также крупные делеции и вставки, транспозиции мобильных генетических элементов и т. п.

В последние десятилетия в изучение генетического полиморфизма большое значение приобрели молекулярные маркеры, которые по праву занимают важное положение в различных областях генетических исследований [Caetano-Anolles, 1993; Mohan et al., 1997]. Большую роль молекулярные маркеры играют в разработке таких направлений генетических исследований, как идентификация и маркирование генов селекционно-ценных признаков [Messeguer et al. 1991; Barzen et al., 1997].

Большинство признаков и свойств организмов характеризуются количественным типом индивидуальной изменчивости, для которой типично непрерывное изменение величины признака у особей какой-либо группы. Даже в пределах достаточно однородной по полу, возрасту, породе группы животных у близкородственных особей наблюдается индивидуальная изменчивость признака. К количественным признакам относят хозяйственно ценные (живая масса, величина, удой, настриг шерсти и др.) и физиологические признаки. Они характеризуются типичным непрерывным изменением этих показателей у особей конкретной группы.

Специфическое воздействие генотипа по отдельному гену на фенотип особи в значительной мере зависит от окружающей его «генетической среды», которую можно рассматривать как комплекс генов, воздействующих на проявление гена в его признаке [Четвериков С.С., 1926]. На одном генетическом фоне конкретный генотип может увеличивать значение признака, на другом – уменьшать.

Sax'а K., 1923 выявил ассоциации размера семени фасоли и пигментации семенной кожуры. В его работе впервые было показано, как генетические факторы, определяющие количественные признаки, возможно, идентифицировать при помощи маркерного признака (пигментации семенной кожуры). Шмидт Т.Ю., Шевченко В.Г. в 2000 году был представлен подход поиска локусов количественных признаков, с помощью сцепленных с ними маркеров (признаков), не получившая развития из-за отсутствия последних [Шмидт Т.Ю., Шевченко В.Г., 2002].

В 1940-х годах Ирвинг, Стормонт и Фергюсон положили начало работ по изучению факторов групп крови крупного рогатого скота. В 60-е годы исследования групп крови и белкового полиморфизма зародили надежду применения генетических маркеров в селекции. Большое внимание уделялось поиску ассоциаций с количественными хозяйственно-полезными признаками. В многочисленных сообщениях приводились противоречивые результаты. Одни авторы находили маркеры продуктивности, другим по тем же локусам выявить ассоциаций не удавалось. Чаще зависимость интерпретировалась как тенденция, реже - как статистически значимая разница [Амбросьева Е.Д. 2002].

В качестве объективных причин противоречивых результатов можно рассматривать ограниченное количество маркеров и низкий уровень их полиморфизма [Шмидт Т.Ю. 2001].

С развитием молекулярных методов стало возможным картировать локализации полиморфных маркеров в геноме, определяющих специфические количественные признаки — так называемые локусы количественных признаков (ЛКП, илиQTL ).