Inbriding (sorodno križanje) v genetiki: definicija in posledice

Inbriding (sorodno križanje) v genetiki: pomen, tveganja in posledice — inbredna depresija, izguba genetske variabilnosti ter vpliv na zdravje rastlin, živali in ljudi.

Inbriding je izraz v genetiki, ki pomeni križanje oziroma parjenje sorodnih živali ali rastlin. Gre za prenos genov med posamezniki, ki imajo skupne prednike, zaradi česar se poveča razmerje homoziготnih alelov v potomstvu. Najekstremnejša oblika sorodstvenega križanja je samooploditev pri rastlinah; razširjena je pri vrstah, ki imajo na isti rastlini tako moške kot ženske cvetove. Inbriding je nasprotje outcrosinga, pri katerem se parijo nepovezani pripadniki iste vrste. V praksi se pogosto uporablja kombinacija obeh pristopov: križanje v sorodstvu in zunaj njega je standardna metoda umetne selekcije v rejništvu in kmetijstvu.

Mehanizem in merjenje

Pri inbridingu se poveča verjetnost, da bosta oba alela posameznega gena v potomcu identična po izvoru (identical by descent). To pomeni večjo homoziготnost, kar razkrije recesivne nepravilnosti, ki so lahko škodljive. Genetiki in rejci pogosto merijo stopnjo sorodnosti s koeficientom inbridinga (pogosto označen kot F), ki predstavlja verjetnost, da sta dva alela pri posamezniku identična po izvoru. Za orientacijo so običajne vrednosti za nekatere sorodstvene zveze:

• starš–potomec ali parjenje polnih bratov in sester: F ≈ 0,25
• parjenje polsester/polbratov (half-sibs): F ≈ 0,125
• prvi bratranci in sestrične: F ≈ 0,0625

Inbridni sev in inbridna depresija

Izraz inbridni sev označuje skupino organizmov, ki so tako inbridni, da je njihova genetska variabilnost zelo majhna ali praktično nična. Takšni sevi so v znanstvenih raziskavah in v kmetijstvu uporabni, kadar je cilj imeti gensko homogeno populacijo (primer: standardne inbridne linije laboratorijskih miši).

Inbridna depresija pa pomeni poslabšano zdravstveno kondicijo in zmanjšano biološko uspešnost zaradi kopičenja škodljivih recesivnih alelov. Simptomi so lahko zmanjšana plodnost, razvojne napake, pogostejše bolezni, večja smrtnost mladičev ali rastlin in splošno slabša prilagodljivost populacije. Inbridna depresija je pomemben problem pri ožjih populacijah in pri rejnih linijah, kjer se ponavljajo ozke sorodstvene zveze.

Posledice in primeri

• Za divje in ogrožene vrste lahko inbriding pomeni hitro zmanjševanje sposobnosti preživetja; majhne populacije so še posebej ranljive. Primeri vključujejo nekatere ogrožene plenilske vrste, pri katerih so poročali o zmanjšani plodnosti in zdravstvenih težavah.
• V rejništvu je inbriding lahko namenoma uporabljen za utrjevanje želenih lastnosti, a prinaša tveganje za pojavljanje recesivnih bolezni. Zato rejci pogosto tehtajo med pridobitkom za lastnosti in izgubo splošnega zdravja.
• V laboratorijskih pogojih so inbridne linije dragocene za reproducibilnost poskusov, ker zmanjšana genetska variabilnost zmanjša variacijo rezultatov med posameznimi poskusi. Hkrati to pomeni, da so te linije lahko bolj občutljive na določene patogene ali okoljske spremembe.
• Pri ljudeh imajo skoraj vse kulture močna pravila proti incestnim zvezam. Sorodstveno križanje lahko poveča tveganje za prirojene napake in genetske bolezni, zato družbe pogosto prepovedujejo poroke med zelo bližnjimi sorodniki. Nekatere kulture pa, npr. nekatere skupnosti, dopuščajo poroke med bratranci in sestričnami iz prvega kolena; povečano absolutno tveganje za resne prirojene okvare je običajno majhno, a prepoznavno v primerjavi z nepovezanimi pari.
• Znani primeri iz živalskega sveta vključujejo populacije z zmanjšano genetsko raznolikostjo, kot so nekatere podvrste gepardov ali lokalno izolirani plenilci. V primerih, kot je Florida panther, so v preteklosti izvedli metapopulacijsko mešanje (introdukcijo genetske raznolikosti iz drugih populacij), da bi zmanjšali negativne učinke inbridinga.

Upravljanje, preprečevanje in uporaba

Strategije, ki zmanjšujejo škodljive učinke inbridinga ali jih izkoriščajo kontrolirano, vključujejo:

• ohranjanje dovoljšnje efektivne velikosti populacije in socialnih struktur, ki spodbujajo izmenjavo genov;
• načrtovano outcrossing (križanje z nepovezanimi linijami) za povečanje heterozigotnosti in zmanjšanje pojavnosti recesivnih bolezni;
• sledljivost pedigrejev in izračun koeficientov inbridinga pri rejskih načrtih;
• uporaba genetskih orodij (mikrosateliti, SNP-paneli, sekvenciranje) za določanje dejanske genetske raznolikosti in identifikacijo delečnih ali škodljivih alelov;
• v konzervacijskih programih lahko ciljano vnašanje posameznikov iz drugih populacij (genetski “rescue”) izboljša vitalnost ogroženih skupin;
• v kmetijstvu in biomedicini se inbridne linije uporabljajo selektivno — npr. za ustvarjanje homogenih rastlinskih sort ali laboratorijskih sevov — medtem ko se za komercialne linije pogosto načrtuje križanje in stabilizacija hibridov, da se izkoristi heterozis ali hibridni vigor.

Purging in dolgoročni učinki

Purging (»čiščenje«) je proces, pri katerem se skozi selekcijo iz populacije odstranijo zelo škodljivi recesivni aleli, saj postanejo izpostavljeni v homoziготni obliki in jih selekcija izloči. V nekaterih primerih to lahko zmanjša stopnjo inbridne depresije skozi generacije, vendar je purging nepopoln in pogosto spremljan z izgubo uporabne genetske raznolikosti, kar dolgoročno zmanjšuje prilagodljivost populacije.

Praktična priporočila

• V vzreji in rekonstrukciji populacij uporabljajte kombinacijo pedigrskega nadzora in molekularnih metod za oceno sorodnosti.
• Pri manjših ali ogroženih populacijah načrtujte redne vnose nepovezanih posameznikov, kadar je to mogoče, in spremljajte zdravstvene kazalce ter plodnost.
• V raziskavah in industriji dobro dokumentirajte inbriding, saj poznavanje in nadzor nad genetsko homogenostjo omogočata boljše upravljanje tveganj in predvidljive rezultate.

Na kratko: inbriding povečuje homoziготnost in razkriva recesivne allele, kar ima lahko koristne učinke (npr. oblikovanje inbridnih sevov) ali škodljive posledice (inbridna depresija). Učinke je mogoče upravljati z informiranim vzrejnim načrtovanjem, genetskim nadzorom in po potrebi ciljanim povečanjem genetske raznolikosti.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je inbriding?

V: Kaj je samooploditev pri rastlinah?

V: Kaj je križanje?

V: Za kaj se uporablja kombinacija križanja v sorodstvu in zunaj njega?

V: Kaj je inbridni sev?

V: Kaj je inbriding depresija?

V: Zakaj imajo skoraj vse kulture tabu za incest pri ljudeh?

Išči po črki