Соматические клетки, за редким исключением, имеют один и тот же набор генов. Аллельные гены могут существовать во многих формах, каждая из которых влияет на развитие одного и того же признака по-разному.
Х– и Y-хромосомы неоднозначны по набору соответствующих генов. На Y-хромосоме генов содержится меньше, чем на Х-хромосоме.
Все основные свойства животных определяются структурой и функцией белковых молекул. В сочетании с другими веществами они участвуют в формировании различного рода клеточных структур, биохимических реакциях и физиологических процессах. Наиболее важными белками являются ферменты. Они отличаются высокой специализацией и принимают участие в различных реакциях синтеза и ресинтеза органических веществ.
Основные структурные элементы белковых молекул – аминокислоты. Наличие в белковой молекуле тех или иных аминокислот, порядок их расположения, повторяемость определяют специфику белка.
Ген, представляющий собой участок молекулы ДНК, несет в себе информацию для синтеза белковой молекулы с определенной аминокислотной последовательностью. Строение белковой молекулы закодировано в одной из цепочек гена – ДНК-смысловой цепочке. Кодирование аминокислотного состава белка в гене осуществляется определенным расположением в нем азотистых оснований. Каждая тройка азотистых оснований кодирует одну аминокислоту.
Реализация генетической информации для синтеза белка, заложенной в гене, осуществляется в цитоплазме клетки с помощью РНК (и-РНК, р-РНК, т-РНК).
Гены действуют на развитие признака через посредство синтезирующихся под их контролем белковых молекул, в частности ферментов. Для развития одного хозяйственно полезного признака животных необходимо наличие многих ферментов, которые синтезируются под контролем генов.
Действие группы генов, определяющих развитие одного хозяйственно полезного признака животных, регулируется отдельными парами генов. Так, например, американские ученые еще в 30-х г. установили, что действие генов, определяющих молочную продуктивность коров, регулируется тремя парами генов, находящихся в гомологичных хромосомах с парой генов, регулирующих содержание жира в молоке. Ряд генов характеризуется действием на развитие многих признаков (плейотропное, или множественное, действие).
Один и тот же признак у животных может встречаться в нескольких формах. Например, масть животных бывает черной, белой, палевой и др.
Если аллельные гены действуют на развитие признака одинаково, организм называют гомозиготным по данному гену; если они различаются в своем действии на развитие признака, организм называют гетерозиготным. Так, если один аллельный ген и другой определяют черную окраску шерсти животного, оно будет гомозиготным. Если же один аллельный ген определяет черную масть, а другой белую, животное будет гетерозиготным.
Аллельные гены могут быть доминантными и рецессивными. Доминантные гены контролируют развитие доминирующих признаков (проявляющихся у гибридов первого поколения), рецессивные – рецессивных признаков (не проявляющихся у гибридов первого поколения).
Под генотипом понимают совокупность всех генов организма. Каждая особь имеет свой, индивидуальный для нее, генотип. Аналогичными генотипами могут обладать лишь однояйцовые близнецы. Действие генов любого генотипа на организм представлено сложной системой взаимодействия аллелей и генов из неаллельных пар. Г енотип животного может быть гомозиготным (доминантная или рецессивная гомозигота) или гетерозиготным. В связи с большим количеством генов, представляющих генотип особи, истинную степень гомозиготности или гетерозиготности животного установить невозможно. Говоря о гомозиготности или гетерозиготное животного, имеют в виду состояние ограниченного числа аллельных пар генов.
Фенотип особи – это сумма индивидуальных признаков и свойств животного, доступных наблюдению или анализу. Фенотип животных определяется генотипом и условиями внешней среды.
Для обеспечения практически приемлемого фенотипического сходства потомков с каким-либо предком у них, вероятно, должно быть не менее 20 % его генетического материала. Это количество генетического материала предка у потомков в дальнейшем будет являться критерием, характеризующим предполагаемую эффективность разных вариантов родственных спариваний.
Сельскохозяйственные животные размножаются половым путем, особенностями которого являются обязательное образование женских и мужских половых клеток (гамет) и оплодотворение.
Образование гамет называется гаметогенезом. У самок этот процесс называется оогенезом, а у самцов – сперматогенезом.
Женские половые клетки – яйцеклетки – образуются из соматических клеток яичников, мужские – сперматозоиды – из клеток семенников.
Процессы оогенеза и сперматогенеза в принципе сходны между собой. Различия между ними состоят только в том, что при оогенезе из одной соматической клетки образуется одна яйцеклетка, а при сперматогенезе – четыре сперматозоида.
Схематически гаметогенез можно представить следующим образом. Половые железы животных представлены соматическими клетками – сперматогониями (у мужских особей) и оогониями (у женских), которые размножаются путем митоза. В определенный период развития животных часть этих клеток превращается в сперматоциты и ооциты I порядка, которые претерпевают два быстро следующих друг за другом деления. В результате первого деления из каждого сперматоцита I порядка образуются два сперматоцита II порядка, из одного ооцита I – один ооцит, и порядка и одно полярное тельце. При этом почти вся цитоплазма сосредоточивается в ооците II. При втором делении из каждого сперматоцита II образуются по две сперматиды, которые в процессе созревания превращаются в сперматозоиды. При втором деление оогенеза из полярного тельца образуются еще два полярных тельца, а из ооцита II – одна оотида, содержащая основную часть цитоплазмы, и одно полярное тельце.
Оотида в дальнейшем превращается в женскую половую клетку.
Как было отмечено выше, в половых клетках животных гаплоидный набор хромосом – от каждой пары по одной. Такой набор хромосом гаметы получают в процессе специального деления соматических клеток половых желез – мейоза.
Мейоз – это два быстро следующих друг за другом деления сперматоцитов и ооцитов I порядка, в результате которых сперматозоиды и яйцеклетки получают одинарный набор хромосом. Первое деление мейоза называют редукционным, второе – эквационным. Каждое из делений мейоза имеет интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Фазы первого деления обозначаются цифрой I, второго – II.
В интерфазе I в сперматоцитах и ооцитах I порядка за счет синтеза молекул ДНК происходит удвоение хромосом. Затем через посредство профазы, метафазы, анафазы и телофазы сперматоциты и ооциты I делятся на сперматоциты II, ооциты II и полярное тельце. В этих клетках будет гаплоидный набор хромосом (от каждой пары по одной), но состоящих из двух хроматид. После короткой интерфазы II происходит деление сперматоцитов II, ооцитов II и полярных телец, в которые попадает по одной хроматиде от каждой хромосомы. Образующиеся при этом сперматиды и оотиды превращаются в половые клетки животных с гаплоидным набором хромосом.
При оплодотворении происходит слияние гамет мужского и женского пола, что приводит к образованию зиготы, дающей начало особи следующего поколения. Оплодотворение обеспечивает восстановление диплоидного набора хромосом, а в пределах диплоидного набора – парность гомологичных хромосом. Оно служит основой для проявления комбинативной изменчивости, являющейся следствием комбинирования у нового организма наследственного материала предков разных поколений.
Оплодотворение, так же как и расхождение хромосом по гаметам, носит случайный характер, основывающийся на теории вероятности. Поэтому возможности для проявления комбинативной изменчивости неограниченны. Она проявляется у потомков, полученных при межпородных и межвидовых скрещиваниях, а также у чистопородных животных.
Определенное представление о возможности проявления комбинативной изменчивости у животных, полученных при чистопородном разведении, может дать установление вероятности рождения потомков с генетическим материалом разных предков.
В процессе выполнения таких исследований установлено, что при четном числе хромосом предка в кариотипе обоих родителей наблюдается наибольшая вероятность рождения тех его потомков, у которых будет половина хромосом предка, имеющихся у родителей. В случае, когда количество хромосом предка в кариотипе родителей нечетное, наиболее вероятным ожидается рождение потомков двух типов, в кариотипе которых количество его хромосом самое близкое к значению медианы от числа их в кариотипе обоих родителей. Вероятность рождения потомков, у которых количество хромосом предка уменьшается от медианы на единицу, соответствует вероятности рождения тех потомков, у которых число хромосом предка увеличивается на ту же единицу.
