選配繁殖避免遺傳病蔓延 Picture

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[由 Agnes Lou 翻译, www.romaskogkatt.com]

原著:Ulrika Olsson

純種貓配育員和不同的貓會和協會之間討論遺傳病的風險正在日益增加。當然我們全體都希望我們的貓健康!不過不良的遺傳病繼續出現,之後在不同的品種中發現。這是如何發生?我們可以做些什麼呢?當遺傳"傳染病"出現,為了了解我們選育的品種的現況,并加以控制,需要一些有關族群遺傳學的基本知識。

一個非常重要的詞:基因頻率 Gene frequency

以稀釋顏色為例,我們假設可以選育的族群有100隻貓。由于每一隻貓都擁有雙套的染色體,這一個族群將會有200個稀釋基因的基因座 - 意味著200個座可以放上 D 或 d 的基因。現在,假設其中40個基因座已經有 d-基因,而其余160個放上D-基因。這樣在這一個族群的 d 的基因頻率是40/200= 0.2 = 20%。同樣地,我們會發現D-基因的基因頻率是160/200 = 0.8 = 80%。

現在,假如某些準據(哈溫平衡 Hardy-Weinberg's equilibrium)得到實踐 - 雖然我們知道永遠無法成為事實,暫且先擱下一會 - 因此兩個 d 基因在一個個體中出現,得出藍色幼貓的機會率將會是 20% x 20% = 0,20 x 0,20 = 0,04 = 4%。

在這一個族群中帶有(異合)稀釋基因的幼貓機會率是20% x 80% + 80% x 20%(在兩條染色體中特定一條中的 d 基因機會率 x 在另一條染色體 D基因的機會率 + 在"另一"染色體中的 d 基因機會率 x 在"第一"染色體中 D 基因的機會率) =2 x (0.20 x 0.80) = 0.32 = 32%。

在這一個種群中出現純合黑色(沒有稀釋)的幼貓機會率,DD 是80% x 80% = 0.80 x 0.80 = 0.64 = 64%。

我們現在從相反方向看看。假設我們發現了在種群中16%患有視網膜萎縮症 Progressive retinal atrophy - PRA。如果我們現在假設以上提及的平衡準據得到實踐(並且假設族群不分為不同血系),那麼我們可以估計 PRA 隱性基因的基因頻率。我們將這基因頻率命名為 f。然後我們知道 f x f =0.16。這樣我們簡單地得出方程式。f = 0.16二次方。f =0.40=40%。

現在我們可以估算在種群中帶有 PRA 基因的異合子比例:(0.40x0.60) +(0.60 x 0.40)= 2 ×(0.40 x 0.60)= 48%。非常方便,你不能不同意吧?現在放諸基因庫和近親繁殖,是一個非常重要的課題!

有效族群 Effective Population

實際上,某些品種的族群比其他的品種大,同時在小品種中對許多配育員而言很明顯地基因池太有限。但是太多在大型品種的配育員過分感到安全 - 例如:波斯貓 Persians 和伯曼貓 Birmans -擁有一個足夠大的基因池。近親繁殖的問題風險不高,除非您故意選擇將一條血系近親繁殖!但是這不是永遠正確。

我們有時候討論,甚至是大品種只選用少數優秀貓隻過分地進行繁殖,將會對整個品種造成損害。過分地從一隻貓大量繁殖的極端的情況,我們可以想象如果一隻雄性跟在同一代每一隻雌性交配。這種選育方法,甚至如果族群中有上千隻沒有血緣關系的雌性,當然基因池不會大。為了更清楚在這一個情況基因池實際上有多大,我們可以計算有效族群。如果族群中有100隻貓,雌雄數目均等,所有都隨機地交配,而每一對父母都擁有同樣數目的後代,這樣有效族群也是100隻。 另一方面,如上述利用一隻雄性極端地過分繁殖,我們可以利用以下的方程式計算有效族群:

 
 
       1        1        1
 
      ---- = ------ + -------
 
       Ne    4 x Nm    4 x Nf
 
 
 

Ne = 有效族群, Nm = 雄性數目, Nf = 雌性數目。

在我們的個案:

 
 
       1       1         1
 
      ---- = ----- + --------
 
       Ne    4 x 1   4 x 1000
 
 
 
       1      1     1
 
      ---- = --- + ----
 
       Ne     4    4000
 
 
 
       1     1001
 
      ---- = ----
 
       Ne    4000
 
 
 
       Ne    4000
 
      ---- = ----
 
       1     1001
 
 
 
      Ne = 3,996
 

因此這一個大種群 - 1001隻用作繁殖的動物 - 等同只有2隻雄性和2隻雌性的種群!

一般而言,有效族群不會超過每一種性別最少數目的4倍。(除非您的選育計劃特別設計成避免基因變異的流失,但是這是在貓選育個案中罕有的做法)。這意味著如果用了5隻雄性,有效族群將不會超過 4 x 5 = 20,甚至如果我們在選育計劃中會選擇1百萬隻雌性。

現實中,當然很少機會5隻雄性用作同樣數目的繁殖,而在族群中其余的雄性完全不用作選育。這樣,利用這條方程式有點困難。但不用擔心!有其他的方法!

一個過小有效族群會導致不同程度的近親繁殖以增加每一代的數目。近親繁殖與有效族群之間是有關連。利用這關連,我們將可以計算我們的貓的品種的有效族群。我們可以利用血統書計算近親繁殖的係數, COI。最簡單的方法是輸入一個優秀并可以計算 COI 的血統書程式。也可以人手計算。這并不是非常困難,但是如果關系復雜,并且您希望計算多代的 COI,這需要花很多時間,同時考慮整個過程中隨時會出現些微的錯會和誤失。然而,如果關系簡單,并不涉及多代,您也可以從血統書上直接很快地計算出 COI。最簡單的方法是利用可以計算 COI 的良好的血統書程式。頁可以人手計算。這並非困難,但是但是如果關係複雜,而你希望從多代中計算近親繁殖係數,是非常費時,並且在計算其間某些地方出現錯誤的風險非常大。然而,如果關係簡單並且不是很多代,可以合理地計算,你可以很快地出血統書上直接計算出近親繁殖係數。懂得如何計算實在是一件好事!有許多專門講解如何計算的文章已經發表。

如果我們在指定國家中計算個別品種的貓的有效基因,比如柯尼斯捲毛貓/哥尼斯雷庫斯貓 Cornish Rex,我們首先需要在所選擇的國家一份記錄柯尼斯捲毛貓/哥尼斯雷庫斯貓血統書的文件或數據庫。從數據庫,我們挑選在最近的那年出生的幼貓(以胎計算)。如果有許多胎,從這些胎中隨機抽取所需的胎數作為樣本。然後我們從這些胎的樣本中計算 近親繁殖系數COI,比如計算5代。得出這些胎的近親繁殖系數平均值備用。然後我們取得從選出的胎的所有父母並且計算這些貓的近親繁殖系數,現在我們有了一代的數據-在我們的個案是4代。之後,我們取得這些近親繁殖系數的平均值。假設我們出這些胎中得到得平均值是5.5%,從這些胎的父母中得到的平均值是4.5%。我們需要兩組數字之間的差異,5.5%-4.5%=1.0百分比單位。我們感到興趣得是在這一代的異合降低率有多少,因此將會是0.01/(1-0.045)=0.01047 或 1.047%,這樣我們有其他的方程式:

 
 
              1
 
      Ne = ------
 
           2 x dF
 

... Ne 是有效族群, dF 是在按照以上的計算得出最後一代的異合降低率。

在我們的例子中,dF = 1.047% = 0.01047,我們得出:

 
 
                1
 
      Ne = ----------- = 47,76
 
           2 x 0,01047
 

在我們的例子中,柯尼斯捲毛貓/哥尼斯雷庫斯貓的有效種群是48。當有效種群是50的時候,一般會界定為該物種直接受到滅絕的威脅。如此,當然我們的個別品種的貓不是一個物種,但是如果只用少量的血統書繁殖,效果將會是一樣。

現在柯尼斯捲毛貓/哥尼斯雷的例子中,在我們的種群近親繁殖的程度遠超所需,只是由於配育員分隔成為較少的小組,繁殖不同血系的貓。如果血系隔離並不存在也許我們的有效種群可能更大?我們如何得知呢?

我們回到那幾胎樣本的父母,將他們分成雄性和雌性,再隨機測試交配。從這些隨機交配中計算近親繁殖系數,我們計算出它們的平均值後,再與父母的近親繁殖系數比較。假設隨機交配的平均值是5.0%。這樣 dF=(0.05-0.045)/(1-0.045)=0.005236=0.5236%。這樣⋯⋯

 
 
                1
 
      Ne = ------------ = 95,49
 
           2 x 0,005236
 

因此,在這樣的情況下,如果在這一個國家,可以達到在配育員之間能更合作,有效種群將可維持更合理的水平。

如果有效族群太小,將會如何?

每一代的近親繁殖係數將會增加。事實上,這發生在所有不是無限大的族群,但是物競天擇將會對近交的個體更不利,因此合理地調整小幅度的近親繁殖并保持現狀。眾所周知越多的卵細胞受精,一胎中的出生的後代數目就更多,一個理論是這些早期的胚胎需要在子宮中"搏鬥"爭取位置,越純合的胚胎可以生存的機會更遜。然而,這一個理論沒有證據支持為實際狀況。

當近親繁殖係數一代一代的增加,之後將會如何?開始的時候,沒有什麼。直至純合性的程度已經臨界,真正的問題才會出現,但通常到達了已經非常困難作出糾正的階段。更佳的方法預防勝于治療。這也涉及教育的問題,當然那些擁有非常小量貓隻便開始選育的配育員,不會立即發現將會產生的問題。他們的想法"我多年來都是用這種方法選育,而我從來都沒有遇上任何問題"。但是我們知道,"試錯法"不適用于此!當"錯誤"出現的時候,已經錯過了可以簡單點調整的時候。

為何近親繁殖是如此危險?有一件事情 -是所有受過教育的配育員都知道 - 這意味著將有害或致命的隱性基因倍增的風險更高。在一個擴張到一定程度而不是太多近親繁殖的族群,雙套染色體將會保護我們遠離這一個危險。所有的個體都帶有一些有害的隱性基因。有些人的想法是透過近親繁殖可以淘汰這些有害的隱性基因,得出未來更健康的品種。但是,首先近親繁殖不會自行清除任何東西,它是結合了選擇的基因而壯大,排除不合用的基因。其次,是您需要進行令人難以置信的嚴重近交,因此令所有或接近所有的基因座純合,而您可以看見貓帶有些什麼和淘汰所有的不良基因。將雌性與她的直系弟兄交配,所有的基因座的25%將會純合。再將這些後代的兩隻,互相交配,所有他們的基因座的37.5%會純合。再將那些後代互相交配!現在的近親繁殖已經太過了,許多配育員都會終止。但是還是"只有"50% 的基因座純合化。因此,儘管這樣嚴重的近親繁殖,我們將錯過揭露其他隱性,潛在的有害基因。

但是讓我們假設,我們繼續這樣做!我們選育一條朝100%純合的血系進發,全程都選擇淘汰有害基因的選育。所有個體都將會擁有完全一樣的基因型,除了現實中雄性一定有一條 Y-染色體,而雌性有第二條X-染色體。

好了,花了很多的經歷和金錢創造這一條所謂的同基因的血系,許多貓在途中死去。但是,如果我們最終到達這點,那麼我們有一條從遺傳學觀點看來是100%健康的貓!多好!

這是可以的,如果您可以很小心地不讓純合性水平增加的速度比您能掌握淘汰壞基因快便可以。在實驗室中利用小鼠的科學實驗取得成功!但是……他們只是能從二十隻中能生存的只有一條血系。其他19條血系在過程中死亡。也許最好不要投機?

同時,純合個體的免疫系統也不是很好。如果有異合的基因座的免疫系統運作較佳,這是因為異合令個體有機會發展更多不同類型的抗體,而不是只有大量同樣的抗體。這不是在實驗室的小鼠主要的問題,由于他們的生存環境是頗受保護遠離(不希望)的傳染病,并因此,如果很不幸地有小鼠在在實驗室中死亡,并不絕對視為一個悲劇。如果在另一方面,一隻萬千寵愛在一身的貓咪和家族成員身亡,這是非常悲哀的事情。恩……畢竟這可能不是一個好主意?!

最重要的是基因突變是不由自主地發生,并會隨著時間逐漸破壞我們良好的基因型。您需要指望每一個個體都會有一或而個新的基因突變。

我認為最好是改變我們的策略!

但是如果品種已經同系繁殖呢?

如果一個品種或一個族群已經嚴重地同系繁殖,而出現近親繁殖造成近交衰退 inbreeding depression,舉例說:年幼患癌症或感染,該怎麼辦?

如果在其他國家可以找到沒血統關系的血系,當然最佳的解決方法是增加與那些國家之間貓的交換。如果沒有這些沒血統關系的貓,我們將需要與其他品種、或沒有注冊而符合標準的貓雜交。如果有足夠的新基因混進族群,近親繁殖的問題就可以迎刃而解。

一個常見反對這種解決方法的意見是,我們不會知道有哪些新的有害隱性基因,透過雜交會引入我們的品種。這是事實,我們不知道。我們知道的是大部分的個體都帶有一些有害的隱性基因。許多配育員也認為一個更近交的族群會較少類型的遺傳病,而更易于控制。也許甚至有檢測這些疾病的測試。但是,如下列的例子,有多種不同的有害隱性基而低發病率,比高發病率高而只有一種有害隱性基因是更佳。

假設我們有一個族群 A 擁有某種隱性缺陷的發病率是50%。我們將其與擁有五種不同隱性缺陷的 B族群作比較。兩個族群的有害基因發病率無異,但是 A 族群只有一種隱性缺陷(易于控制),而 B 族群的基因缺陷分別為五種。

在 A 族群,幼貓出現遺傳病的風險是 0.50 x 0.50 = 0.25 = 25%.

在 B 族群,幼貓出現遺傳病的風險是 5 x (0.10 x 0.10) = 0.05 = 5%.

這顯示,我們從一個有多種遺傳病而發病率低的情況下,將會得出相當小量的帶病幼貓。保持一個品種健康的最有效方法是不要切法消除有害的隱性基因,而是將發病率減低至一個相當低水平,令兩個同類的有害隱性基因幾乎用不接觸。

有些配育員會對雜交猶豫,他們害怕品種貓的類型會從此消失。有些配育員的意見是近親繁殖(同系繁殖)是唯一的配出最好和統一類型的方法。利用近親繁殖在專注某一個部分會較迅速地看見成果是事實。問題是您將貓的長遠健康作賭注。不利用近親繁殖也可以得出同樣的成果,然而所花的時間較長。不幸的是,近親繁殖對熱衷于貓展的配育員而言是甚誘惑的捷徑。但是我們應該緊記,大部分的基因都會因為近交而雙倍增加,而絕對對類型起不了作用。例如人類大約擁有30,000個基因,當中98.5%與黑猩猩是相同!但是我們仍然跟黑猩猩很不一樣,對嗎?暹羅貓和波斯貓之間,有多少部分的基因是不同?或挪威森林貓與緬因貓?或在擁有良好類型的伯緬甸貓與看上去相當不錯類型的緬甸貓?當中的差異不超過經過我們選育幾代能定型的,這一點,我可以十分肯定!

但是如果品種已經同系繁殖呢?

對,這也是由于有效族群太小!除非是由于罔顧動物的解剖學功能而繁殖。選育出身軀過長的貓將會帶來背部的問題,選育出面部非常扁的貓,可能為牙齒帶來問題,選育出過分三角、方、圓等等的頭部,可以帶來下顎、眼睛、大腦、或其他毛病。貓首先就是一隻。他不是一塊粘土讓我們可以根據我們的審美理想而塑造。我們必須緊記,一隻貓不會有圓形、三角形、方形、或其他幾何圖形。有時候,我偏向接受大部分研究狗的遺傳學家,他們建議,可能全部都將狗繁殖成為擁有獅子狗的皮毛,這樣我們可以剪掉 那些對我們非此吸引的幾何圖形和古怪的角。這樣讓動物的解剖學功能可以得到安寧。

除了這個不幸的現象,有效族群太小也會導致多個品種出現多種高發病率的遺傳病。許多配育員對于這件事似乎有點混亂。他們可能認為,如果我們品種中的貓,比如說10%感染了 PRA,意味著 PRA 隱性基因的基因頻率大約是32%,如果我們不做檢測并且不努力地減低這一個頻率,隨著時間流逝,這一個頻率會自動提高。這絕對是不正確。如果是這樣,稀釋顏色(藍、奶油等)的貓都會隨著時間增加,除非我們選育抵制稀釋基因。如果有效族群是足夠大,不選擇或淘汰 PRA,基因頻率將會停留在32%。

另一方面,如果我們弱擇抵制 PRA,舉例讓帶有 PRA (純合)的貓生育不超過一胎,這樣基因頻率便會減低。弱擇的速度較慢,強擇的速度會較快。如果我們現在可以將所有患有 PRA 的貓在繁殖任何幼貓之前從選配計畫中淘汰,後果可能是這樣:

 
 
      代               基因型頻率 (%)
 
                      PP         Pp        pp
 
 
 
      1               46.8       43.2      10.0
 
      2               57.8       36.5      5.76
 
      3               65.0       31.2      3.74
 
      4               70.2       27.2      2.62
 
      5               74.1       24.0      1.94
 
      如此類推。
 

但是如果有效族群太小會如何?基因頻率將會如何?這跟您拋錢幣10次的後果一樣。每一次您都有50%得到正面。如果您拋這一個錢幣1000次,您將會得出差不多50%正面和50%反面。但是現在您只拋1-次。如果您有機會得到70%正面和30%反面、或30%正面和70%反面,或諸如此類,并不稀奇。

在一個小的貓族群的類似情況,這意味著基于這一個隨機的後果,基因頻率約30%,在下一代可能增加至35%。或同樣地由于隨機後果,會跌至25%,如果在 PRA 的例子中,這是很不錯。但是,悲觀一點的假設頻率增加至35%。這樣對下一代的預期值是35%。但是也有機會最后是29%、34%、38%、42% 等等。有效族群越小,基因頻率的預期值有偏離機會會越大。這一個隨機得出的頻率,將會成為下一代的預期值。這種現象稱為逢機漂變 random drift。如果這一個逢機漂變的影響比選育選擇 - 天擇或人擇更大 -基因頻率的改變,非常有可能跟我們的期望背道而馳。儘管選擇。這樣我們的暹羅貓的眼睛顏色會越來越淡、或我們的挪威森林貓的山貓蔟毛會變小、或在我們的波斯貓中的 PKD 會更普遍。當然這可以是任何東西,但有趣!

如果我們深入研究,為什麼 PKD 在波斯貓中變得非常普遍,這很難是一些神秘的選育,特別挑選腎臟包囊。肯定是其他原因。

這當然是在很久以前有一隻貓出現基因突變,因此貓的腎臟出現包囊。讓我們假設是一隻雄貓在5歲的時候死于 PKD。或在7-8歲。不管怎樣,我們有一些抵制這基因的選擇。如果有效族群足夠大,頻率將會減少甚至跌至0%。和甚至如果壓抑基因不作出任何選育,這有很好的機會在幾代后這種基因會消失,由于頻率隨機地可以稍微較大或較小。并由于頻率在開始時是很小(一個大族群中的一個特變基因),這相當有可能地,頻率隨機偶然跌至0%,并消失。

因此,波斯貓的有效族群明顯地是不夠大。逢機漂變的結果,隨機而很不幸地增加了 PKD 基因的頻率。儘管有一定數量對基因選育,然而在更多的配育員意識到這一個問題的時候,頻率已經達到約25-30%,而引入強擇。

這一切告訴我們什麼?如果我們沒有足夠大的有效族群,令人不悅的基因的高頻率繼續爆發。如果我們很不幸,我們可能對試圖減少這些問題選育也有困難。

如果我們可以肯定在我們的品種中有足夠大的有效族群,遺傳病將不會在整個族群中成為一個普遍的問題。作為一個紅利,我們避免了近交衰退和不良的免疫系統。

選育太小的有效族群,并同時開始計劃壓抑在品種中的遺傳病,等同治療肺癌但繼續吸煙。或擦乾在浴缸邊溢出的水,但忘記關掉水龍頭,因此水繼續倒進浴缸中。

在品種中擴大基因池,是對避免治療的措施。在可以預防的前提下,只是對付疾病而不采取預防措施并不顯得高明。

當我們創造和接受一隻從另一個品種的梅花點短毛貓品種,一隻大型毛茸茸的半長毛品種中型大小的頭型等等的時候,我們必須緊記我們有需要一個合理大小的有效族群。除非愿意選育梅花點短毛貓的配育員數目與品種的數目同比例地增加,招募配育員,例如:豹貓 - 只是舉例 -將會損耗歐西貓/奧西貓 Ocicats 的、東方梅花點短毛的、埃及貓的等等品種在他們的選育計劃中,保持穩定和足夠大數量的動物的機會。這些品種能夠承擔嗎?新品種可以在這些其他品種中打出一片自己的天地嗎?或如果,他們的族群都變小,因此到最后我們破壞了所有的梅花點短毛品種嗎?這是在貓協會中的我們必須考慮的重要事情。這些威脅是事實,不是"紙上談兵"的理論,并且我們已經開始看見的一個效應,雖然沒有在狗的品種中出現的情況那麼壞。然而,除非我們能立即採取行動,否則情況會更壞。

因此,這些是我們在貓協會中人應該開始努力。不要忘記對抗特別疾病的具體計劃。這是關于貓和各品種的健康的真正基礎。

©Ulrika Olsson, 2002

萬分感激 Cootopia 貓舍的 Cynthia Bowen 的協助完成英文版本!



網上數據庫

為了確保我們努力中的品種的有效種群以及基因庫足夠大,我們必須打造一個記錄所有貓的數據庫,不管他們是在哪個協會註冊。種群遺傳學家將會有機會研究每一個品種的情況,這樣我們可以得到根據事實而作出的選配建議,而非按照我們認為的情況猜測。如果該品種的基因庫中正在流失基因多樣化,我們也可以在近親繁殖的症狀出現之前及時發現。

為了讓全球的配育員得到資訊和支持,因此這些數據可以在互聯網上流通是非常重要,讓大家都以分享收集得來的資料。在我看來在數據庫記錄可造福選育,而且這些訊息都提供給配育員。畢竟,是配育員決定如何選配。因此,記錄了的訊息必須公告讓全球的配育員都可以研究。

在初期,當一個更開放的政策出現的時候,都會引來輿論,普遍的聲音是有些人會擔心公開這些質料將會更容易偽造血統書。但問題是,如果不令血統書更難偽造,那些偽造血統書也很快在互聯網上出現。然後參與的貓主當然會介入,立即作出反應並採取行動更正錯誤。

如果之前沒有顧及這個問題,這些聽起來真的有點嚇人,但是我相信將血統書資料保密只是傳統做法的問題。我認為如果註冊資料公開,將會獲益良多 - 只需習慣這個想法並且自我說服將不會有任何危險的事情發生便可。

我堅信,從健康角度而言"不良"的選育大部分是由於缺乏信息和對機制的認識。這些數據庫可以結合由貓協會安排更多的教育,有助提高在配育員對品種和選配的知識。從而改善我們的貓的基因健康。