Geneettinen umpikuja: Mitä saat, EI ole välttämättä mitä näet kuusiosaisen artikkelisarjan 2. osa

Transkriptio

1 Geneettinen umpikuja: Mitä saat, EI ole välttämättä mitä näet kuusiosaisen artikkelisarjan 2. osa Susan Thorpe-Vargas, Caroline Coile, John Cargill Käännös Inkeri Kangasvuo Oletko koskaan ihmetellyt sitä ulkomuotojen moninaisuutta, mitä ilmenee eri roduissa? Kuinka voi olla, että yorkshirenterrieri ja bullmastiffi ovat saman lajin yksilöitä tai mopsi ja saluki ovat sukulaisia keskenään? Mitkä tekijät vaikuttavat tähän uskomattomaan erilaisuuteen ja ulkomuotojen vaihteluun, puhumattakaan käyttäytymisestä ja luonteesta? Tässä toisessa osassa kuudesta perinnöllisyyttä koskevassa sarjassa kirjoittajat pyrkivät löytämään tähän selityksen. Samalla selvitetään muutamia perinnöllisyyden perusasioita vaikeusasteeltaan hieman korkeammalla tasolla, kuin koskaan minkään koira-alan julkaisun yhteydessä ennen on yritetty. Ei ole vain yksinkertaisesti kysymys fenotyypin/ilmiasun ja genotyypin/peruasun tai dominanssin ja resessiivisyyden vastakkainasettelusta. Jotkin näistä asioista voivat olla hieman raskassoutuisia, mutta toivomme että ette lannistuisi ja jaksaisitte lukea. Nykyaikaisella koirankasvattajalla, joka haluaa olla vakuuttava, ei saa olla verukkeita olla käyttämättä viimeisintä tarjolla olevaa tietoa tai olla hyödyntämättä uusinta teknologista edistystä. Emme pyydä teitä luopumaan kriittisyydestänne, meidän päämäärämme on auttaa informaation jaossa. Miksi niin monta eri rotua? Puhdasrotuisuuden käsite on suhteellisen uusi asia, suurin osa varhaisista roduista oli paikallisia populaatioita, jotka koostuivat kohtalaisen samannäköisistä koirista, joita kasvatettiin tiettyyn tarkoitukseen. Vaikka joitakin poikkeuksiakin oli, sen aikuiset kasvattajat eivät epäröineet käyttää toiselta alueelta tullutta, sattumoisin toisentyyppistä koiraa jalostukseen oman erityyppisen koiran kanssa. Ne koirapopulaatiot, jotka jalostettaessa periyttivät itsensä tyyppiä (breed true), olivat niitä, jotka elivät fyysisesti eristyksissä. Siten 1800-luvulla eri rodut olivat useimmiten linjoja (strain), jotka koostuivat lähisukulaisista ja samannäköisistä yksilöistä tai työkoirista, joilla koko populaationa oli paljon perinnöllistä vaihtelua. Turhaan haemme, jos yritämme etsiä esihistoriallisia kulttuureja, joilla ei olisi ollut koiraa. Jotkut vanhimmista roduista tulevat Lähi-Idästä, Afrikasta ja Aasiasta. Lähi-Idän vinttikoirat olivat olemassa lähes nykymuodossaan jo aiemmin kuin 2000 Ekr. Afrikan tasankojen metsästyskoira basenji voi olla jopa Faaraoiden koiriakin vanhempi. Kauko- Idän eristyneillä Tiibetin ja Mongolian alueilla on joitakin rotuja, jotka ovat esihistoriallisia. Malta valloitettiin 3500 Ekr, ja koirat jotka sinne kotiutuivat saattoivat olla varhaiselta alkuperältään Egyptistä. Merkittävää on, että niin pian kun koirat ovat tulleet ihmisen kumppaneiksi, siis historiallisesti jo suhteellisen varhaisessa vaiheessa, on koirissa löytynyt valtavaa vaihtelua. Vertaa keskenään roomalaista molossikoiraa (tai sellaista miksi sen kuvittelemme) maltankoiraan tai tiibetinterrieriä lhasa apsoon, niin huomaat välittömästi, ettei ole olemassa sellaista kuin keskiverto koira. Pienessä Tiibetin kuningaskunnassa kehittyi monia erilaisia rotuja, joista jotkut ovat jo kadonneet, mutta joihin kuuluvat seuraavat rodut tai niiden esi-isät: Kuvasz (aiemmin Unkarin Kuvasz), lhasa apso, tiibetinterrieri, tiibetinspanieli, tiibetinmastiffi, vain muutaman länsimaissa tunnetun koirarodun mainitakseni. Jopa koirarodulla, jonka miellämme englantilaiseksi mastiffiksi on ollut hyvin vanhat juuret. Mastiffeja voidaan tunnistaa egyptiläisistä monumenteista noin 3000 Ekr. Kiinassa niitä esiintyi noin 1100 Ekr ja ne siirtyivät Englantiin todennäköisesti ensimmäisellä vuosisadalla jkr. roomalaisten valloitusten aikana. Voimme aivan hyvin sanoa, että tietyt koirarodut ovat olleet itsenäisinä olemassa jo hyvin kauan aikaa luvun puolivälissä uusi ajanviettotapa sai valtaa Euroopan yläluokassa: koiranäyttelyt. Tätä ennen oli tavallista, että järjestettiin koirien välisiä kilpailuja, jotka perustuivat kilpajuoksuun, koiratappeluihin, tai veto-ominaisuuksiin, mutta ajatus, että sen arvo perustuisi ulkomuotoon tai, että koiraa voisi arvioida sen ulkomuodon perusteella oli melkoisen uusi asia. Näyttelyiden syntyjuuret olivat hyötyeläinjalostuksessa, missä tunnistettavia jalostuslinjoja ja ulkomuodon

2 yhtenäisyyttä pidettiin erityisenä paremmuuden laatukriteerinä, ja siten ylpeyden aiheena. Kun kilpailu rotujen kesken lisääntyi, ryhdyttiin myös etsimään uusia ja eksoottisia rotuja kaukaa maailma eri kolkista. Matkailijat ja koirien ostajat saattoivat huomata mahdollisen uuden rodun kandidaatteja, ostaa muutaman ja esittää ne näyttelyssä. Sillä tavoin valitut koirat edustivat hyvin pientä vähemmistöä kyseisen rodun koko elossa olevasta kannasta. Käyttämällä esimerkkinä yhtä omista roduistani eli samojedia, tuli se Englantiin arktisten tutkimusmatkailijoiden mukana. Kuitenkin tiukka valinta kohti puhtaan valkoista koiraa rajoitti englantilaisen samojedien kantamateriaalin alle kahteenkymmeneen koiraan. Uudet tuonnit olisivat lisänneet kantakoirien määrää, mutta tietyssä vaiheessa koirarotukirjat suljettiin uusilta rotuunotoilta ja näin perinnöllisen vaihtelun lisääntyminen estettiin. Kaikki on kiinni ajoituksesta Kasvattajien keskuudessa on sanonta, että kaikki pennut näyttävät samanlaisilta ja se onkin totta, että vastasyntyneet pennut, paitsi kokoa ja tietysti väriä lukuunottamatta, näyttävät yllättävän samanlaisilta. Kuinka on sitten mahdollista, että pennut sitten kasvaessaan näyttävätkin niin erilaisilta? Fyysisen olemuksen ja käyttäytymisen suuri erilaisuus, ei todennäköisesti johdu jokaisen ominaisuuden valinnasta erikseen, vaan enemminkin kyse on saman perinnöllisen mekanismin alaisten ominaisuusryhmien valinnasta. Yksi sellainen mekanismi on kehitysprosessien säätely ja ajoitus. Valinta kohti ominaisuutta, johon vaikuttaa kehitysprosessien ajoituksen säätely, voi sattumalta johtaa muidenkin sellaisten ominaisuuksien valintaan, joissa on samanlaista säätelyä. Pentumaisten piirteiden säilymistä aikuisissa koirissa sanotaan neoteniaksi. On mahdollista, että tällä tapahtumasarjalla on ollut tärkeä rooli koiran varsinaisessa kesyttämistapahtumassa ja myöhemmin koirarotujen eriytymisessä (*). Kun eläin aikuistuu se läpikäy eri kehitysvaiheita, jotka soveltuvat juuri tiettyihin olosuhteisiin. Susilla pennut ja nuoret ovat riippuvaisia huolehtivista vanhemmista, ja ne ovat erittäin ovelia saadakseen tätä hoivaa. Aikuisiin susiin verattuna ne ovat melko kesyjä ja nöyriä. Sudet (tai susien ja koirien villit esi-isät), joilla kesyys ja nöyryys herkemmin säilyivät aikuisikään asti, olisivat siten olleet suosittuja varhaisten ihmisten keskuudessa ja olisivat täten muodostaneet alkukantaisen kesytetyn koiran ydinjoukon. Kun valittiin yksilöitä, jotka kykenivät jatkamaan sukua, vaikka olivat vielä käytökseltään pentumaisia, tapahtui samanaikaisesti valintaa muitakin pentumaisia ominaisuuksia kohti. Tämä on ollut perusta sille moninaisuudelle, jonka näemme eri koirissa. Joidenkin rotujen pyöreä pää ja lyhentynyt kuono-osa muistuttaa neonataalia sutta; luppakorvat ovat myös sudenpennun piirre. Koiran pienempi pää, aivot ja hampaat, ovat verrattavissa keskenkasvuiseen suteen. Monet paimennukseen, metsästykseen ja leikkimiseen liittyvät käyttäytymismallit, jotka ihminen on havainnut niin hyödyllisiksi, voidaan löytää keskenkasvuisen suden käyttäytymisestä. Aikuiselle sudelle haukkuminen ei ole tyypillistä, mutta se on sudenpentujen ja myös aikuisten koirien ominaisuus. Risteyttämällä koiria, jotka osoittavat neotenian eri asteita ja vaikutuksia, voidaan aikaansaada uusia pentumaisten ja aikuismaisten ominaisuuksien yhdistelmiä. Kesykoira voidaankin nähdä pennun ja täyskasvuisen eläimen piirteiden sekoituksena. Joskus tämä aiheuttaa ongelmia kasvattajalle; esimerkiksi suhteettoman suuret silmät kääpiökoirilla. Silmä tuntuu olevan melko immuuni neotenialle, ja on hyvin vaikea pienentää valinnalla silmän kokoa samalla tavoin, kuin rungon ja pään kokoa, jotka voidaan saada pysymään keskenkasvuisissa mitoissa. Miten sitten neotenia tapahtuu? Kasvattajat ovat tottuneet ajattelemaan geenien olevan joko läsnä tai poissa, mutta itse asiassa, suurin osa geenien vaikutuksista johtuu ajoituksesta tai säätelystä. Koiran genomissa arvioidaan olevan noin geeniä. Jokainen geeni koodaa eri proteiinia tai polypeptidiä, mutta näitä geenituotteita ei valmisteta koko ajan tai yhtä aikaa. Säätelyyn kuuluu geenien kytkeminen päälle ja pois tietyin väliajoin ja tietyssä jaksossa. Tästä tapahtumasarjasta tiedetään vielä suhteellisen vähän, itse asiassa se on tällä hetkellä hyvin kuuma aihe molekyylibiologiassa. Mitä siitä tiedetään on melko monimutkaista, mutta kannattaa ehkä tehdä lyhyt yhteenveto asiasta, sillä tämä tieto selventää joitakin asioita, joista kerromme myöhemmin

3 tässä ja seuraavissa genetiikkasarjan artikkeleissa. Geenin toiminta alkaa transkriptiolla (jäljentäminen/kopioiminen). Tämä tapahtuu siten, että DNA-mallijakso (templaatti) kopioidaan yhdeksi ainoaksi RNA-juosteeksi, jota kutsutaan esijäljennökseksi (primary transcript). Tämän tapahtuman aloittaa entsyymi nimeltään RNApolymeraasi. Geeneissä on kaksi osaa, rakenne- ja säätelyosa. RNA-polymeraasi on proteiini, jota säätelyosa ohjelmoi. Kopiointi alkaa, kun RNA-polymeraasi kiinnittyy geenin alkuun (promoottori-osaan) ja alkaa liukua pitkin DNA-juostetta, kunnes saavuttaa lopettamiskoodin geenin lopussa (terminator). Ensimmäinen askel säätelyssä on entsyymin kiinnittyminen tähän tiettyyn kohtaan. Kysymyksesi pitäisi kuulua KUINKA RNA-polymeraasi tunnistaa geenin alkukohdan ja MIKÄ kertoo sille, että juuri tuo kyseinen geeni tulee monistaa? Ennen kuin voimme vastata näihin kykymyksiin meidän tulee kertoa solujen erilaistumisesta. Oletko koskaan miettinyt miksi kynnet kykenevät valmistamaan vain kynsiproteiineja eikä esimerkiksi silmäproteiineja? Yksinkertainen vastaus on, että kynnessä solun kaikki muut geenit, paitsi ne, jotka koodaavat kynsien soluja, ovat jotenkin inaktivoitu. Kehitysprosessissa solut peruuttamattomasti erilaistuvat tiettyyn tehtävään. Voidaan ajatella, että solut muistavat tehtävänsä ja se näyttää johtuvan kromosomeista. Geenien toiminnan säätely on seurausta jäljentämisen käynnistymisestä ja kromososomeilla on aivan erityinen osuus tässä tapahtumasarjassa. DNA voidaan nähdä soluissa vain tietyssä vaiheessa. Useimmiten se on jokseenkin löyhässä muodossa ja jäljentäminen voi tapahtua vain tässä hajaantuneessa tilassa. Kuitenkin, myös tässä vaiheessa jotkut kromosomien osat säilyvät tiukasti kiertyneenä ja tiiviinä. Osaa, joka on avautuneena sanotaan eukromatiiniksi ja se on aktiivista ja jäljennettävissä. Osaa, joka säilyy kiertyneenä ei voida jäljentää, koska kopioimistekijät eivät fyysisesti pääse kosketuksiin DNA:n kanssa. Kromosomi voi kuitenkin olla kahdella tavalla inaktiivista. Toista sanotaan rakenteelliseksi heterokromatiiniksi (constitutive heterochromatin) ja se on aina jäljentämisen suhteen koskematonta. Toista sanotaan elimelliseksi heterokromatiiniksi (facultive heterochromatin) ja se vaihtelee kudostyypin mukaan. Siten, riippuen solutyypistä, suuret kappaleet kromosomeista on fyysisesti lukittuina eivätkä jäljenny. Tämä säätelee geenin toimintaa melko yleisellä tasolla, hienosäätely tapahtuu itse DNA:n kyseisen jakson avulla. Yleensä transkription alkaminen välittyy solulle tyypillisten aineiden kautta. Geenien vaikutuksen säätelyssä välittäjäaineet tunnistavat tiettyjä emäsparikuvioita, koodattavan alueen edessä ja sisällä. Tätä tunnistusoperaatiota voidaan verrata pistokkeeseen ja pistorasiaan, sillä DNA:n alkuosan (promoottori) ja tehostajajaksojen (enhancer) täytyy istua välittäjäaineisiin. Mitä paremmin nämä sopivat yhteen, sitä useammin kopioiminen tapahtuu. Välittäjäaineet avustavat RNA-polymeraasia tunnistamaan geenin, joka täytyy kopioida ja säätelevät geenin kopiointitiheyttä. Toiset välittäjäaineet ohjaavat RNA-polymeraasin oikeaan aloituskohtaan. Toisten tarkoitus on kääntää polymeraasimolekyyli asianmukaisesti kulkemaan oikeaan suuntaan pitkin DNA juostetta. Mitkä tahansa niiden erilaiset tehtävät ovatkaan, ovat ne keskeisiä, jotta RNA-polymeraasi kiinnittyisi ja jäljentäminen alkaisi. Oletetaan, että näillä tekijöillä olisi myös osuutta geenivaikutusten estämisessä. Kaikkein ällistyttävintä on, että nämä välittäjäaineet toimivat yhteistyössä ja vaikuttavat usein tuhansien emäsparien päässä varsinaisesta toiminta-alueesta. Geenien säätely voi toisinaan johtaa aivan uuden proteiinin valmistukseen tai joissain tapauksissa geenituotetta ei synny lainkaan. Tämä voi tapahtua valitsemalla vaihtoehtoisia transkription alkukohtia tai vaihtoehtoisia katkaisukohtia. Täydentäväksi säätelymekanismiksi on arveltu lähetti-rna:n prosessointia. Lähetti- RNA on itse asiassa se mikä käännetään (translaatio) valmiiksi geenituotteeksi. Se pääseekö lähetti-rna solun tumasta vai ei, jotta sen avulla voidaan valmistaa proteiinia tai kuinka kauan se säilyy solulimassa ennekuin se hajoaa, vaikuttaa varmasti lopulliseen geenituotteeseen. Joka tapauksessa, tutkimustyö on vasta alullaan näiden asioiden kohdalla, joten jätämme sen tähän ja kerromme toisen tien miten fenotyyppin eroavaisuudet syntyvät.

4 ********************************************************************* Kuvio 1. Introni Eksoni Ylävirta = = = = = = = = = = Alavirta -n, -3, -2, -1 +1, +2, +3, +n Luettaessa vasemmalta oikealle, DNA jaksot ennen geenin alkukohtaa sijoittuvat ylävirtaan (upstream) ja emäsparit, jotka sijaitsevat itse geenissä tai oikealle transkriptiokohdasta sanotaan sijoittuvan alavirtaan (downstream). Emäsparit transkription alkukohdasta numeroidaan vasemmalta oikealle +1, +2, +3...jne. Ja jakso, joka on ennen transkriptiokohtaa numeroidaan oikealta vasemmalle -1, -2, -3...jne. ********************************************************************* Kaikki alleelit eivät ole samanlaisia Geenien vaikutuksen ohjailuun vaikuttaa myös, kuinka geenit ja niiden vaihtoehtoiset alleelit ovat vuorovaikutuksessa. Koska kromosomit kulkevat pareittain, on se syy, että myös geenit kulkevat pareissa. Geenit, jotka ovat vastaavissa kohdissa kromosomiparia kutsutaan homologisiksi geeneiksi. Homologisten geenien eri versioita sanotaan alleeleiksi. Joskus tunnemme vain kaksi mahdollista alleelia tietyllä geenillä, mutta tavan takaa esiintyy useampia mahdollisia alleeleja. Kuitenkin yksilöllä voi esiintyä kerrallaan vain kaksi alleelia. Mahdollisuus, että yksilöllä voi olla identtiset tai erilaiset alleelijäsenet geeniparissa, saa aikaan monia eri tapoja, miten nämä alleelit voivat olla vuorovaikutuksessa. Lyhyesti sanoen toinen alleeli voi täydellisesti peittää toisen alleelin olemassaolon (täydellinen tai yksinkertainen dominassi), molemmat alleelit voivat ilmetä samanaikaisesti (kodominanssi), tai tulos voi olla keskiarvo kahden alleelin muodostamista tuotteista (epätäydellinen dominassi) Voidaan ajatella, että geeni on pikkuinen yhtiö, jossa on kaksi osakasta. Joskus molemmat osakkaat jakavat samat toiveet, kuten tapauksessa, jossa molemmat alleelit koodaavat samaa proteiinia: tämä on tilanne, kun kyseessä on homotsygoottiset alleelit. Joskus osakkaat, eli alleelit eivät ole samaa mieltä, näin on tilanne heterotsygoottisten aleelien kohdalla. Vaikutukset ovat erilaisia. Kuten missä tahansa yhteistyökumppanuudessa, päätöksen teossa voi olla useita ilmenemismuotoja. Joissain tapauksissa toinen osakas (dominantti alleeli) päättää kaikesta, välittämättä toisen (resessiivinen alleeli) toiveista. Tätä kutsutaan genetiikassa yksinkertaiseksi dominanssiksi. Joissain yhtiöissä, jossa ei päästä yksimielisyyteen, saadaan aikaan kompromissi, jolloin tehdään välimuotoinen ratkaisu (epätäydellinen dominanssi). On myös mahdollista, että molemmat osakkaat ajavat vain omaa asiaansa ja tekevät sitä mitä haluavat välittämättä mitä toinen tekee. Genetiikassa sellainen ratkaisu määritellään kodominanssiksi. Yksinkertainen dominanssi Kasvattajat lankeavat usein ansaan luullessaan, että piirre on dominantin alleelin aiheuttama, sillä vaikka se on ollut piilossa sukupolvia, se vain yhtäkkiä tuli esiin en tunnu pääsevän irti siitä. Itse asiassa tässä on kyse resessiivisestä alleelista. Ajatelkaamme mustaa ja maksanväristä turkkia. Yksi ainoa dominantti alleeli B koodaa mustaa pigmenttiä, koirat, jotka ovat joko BB tai Bb ovat mustia, eikä niitä voi erottaa toisistaan. Vain jos yksilöllä on kaksi resessiivistä alleelia, bb, syntyy maksanvärinen koira. Jos kaksi maksanruskeaa (bb) koiraa paritetaan, saavat ne ainoastaan maksanruskeita jälkeläisiä. Jos kaksi mustaa koiraa paritetaan, on mahdollista, että molemmat koirat ovat heterotsygootteja (Bb) ja saavat maksanruskeita jälkeläisiä - ei siksi, että maksanruskea värigeeni olisi dominantti, vaan siksi, että se on resessiivinen ja piilossa vanhempien mustan värigeenin alla. Dominantti ominaisuus voidaan jäljittää sukupolvesta toiseen suoraan, joskin kuten tulemme huomaamaan, toiset geenit voivat muokata koiran väriä tai salata sen. Kaikki ominaisuudet eivät periydy kuitenkaan tällä tavalla. Itse asiassa useimmat ominaisuudet eivät

5 periydy yksinkertaisen dominantisti. Epätäydellinen dominanssi Erotuksena yksinkertaisesta dominassista, jossa kaksi alleelia voivat muodostaa kolme erilaista genotyyppiä, mutta vain kaksi mahdollista fenotyyppiä, epätäydellisessä dominanssissa alleeleista muodostuu kolme erilaista genotyyppiä ja kolme erilaista fenotyyppiä. Merle-väritys (esim. australianpaimenkoira, mäyräkoira, collie) on esimerkki välimuotoisesta fenotyypistä, joka muodostuu kahdesta epäidenttisestä (M ja m) alleelista. Koirilla, joilla on mm, on normaali nonmerle väritys, jonka määrää geenit muissa paikoissa. Koirat, joilla on Mm, ovat klassisen merlevärisiä. Turkista puuttuu joiltakin alueilta normaali pigmentointi, jolloin tuloksena on läiskikäs, kirjava normaalin ja vaaleamman karvan sekoitus. MM koirilta puuttuu runsaasti pigmenttiä ja ne voivat olla melkein valkoisia. Niillä on hyvin usein näkö- ja kuulo-ongelmia, jotka ovat yhteydessä pigmentin puutteeseen. Siksi kasvattajat yleensä välttävät merle x merle parituksia, sillä ¼ Mm x Mm yhdistelmän jälkeläisistä on (teoreettisesti) MM. Sitä vastoin kun käytetään hyväksi epätäydellisen dominanssin tietoa, merlejä (Mm) syntyy parhaiten yhdistettäessä non-merle (mm) ja merle (Mm), jolloin keskimäärin 50% on merlejä ja 50% non-merlejä. On olemassa kaksi yksinkertaista testiä, joilla epätäydellisen dominanssin voi todeta. Ensimmäiseksi, kahden erilaisen fenotyypin risteys aikaansaa aina välimuotoisen tyypin. Toiseksi, kahden välimuotoisen tyypin risteys tuottaa välimuotoisia ja molempia aikaisempia tyyppejä. Kodominassi On vielä muuan periytymitapa, jossa alleelit koodaavat geenituotteita, jotka voidaan samanaikaisesti havaita yksilön fenotyypissä. Yleisin esimerkki tästä kodominassista on eräät veren proteiinit, joita esiintyy sekä ihmisillä, että koirilla. Yksinkertaisin ja tutuin on ihmisen veriryhmät. Ihmisillä on kolme mahdollista alleelia: A, B ja O. A ja B ovat dominantteja O nähden, mutta keskenään kodominantteja, jolloin saadaan veriryhmä AB. Penetranssi ja expressiivisyys (ilmeneminen) Juuri kun varhaiset tutkijat olettivat, että dominantti ja resessiivinen periytymistapa oli selvitetty, havaittiin tapauksia, joissa alleeli, jonka olisi pitänyt näkyä ei näkynytkään. Ilmeisin esimerkki oli identtiset kaksoset, jotka eivät olleetkaan aivan identtisiä. Ominaisuuden tiedettiin kulkevan suvussa, vaikkei se näkynytkään tosessa kaksosessa, joka kuitenkin oli identtinen muissa suhteissa. Tähän verrattavissa oli myös vaihteleva ilmeneminen, jossa molemmilla kaksoilla oli tämä sama ominaisuus, mutta toisella huomattavasti korostuneempana kuin toisella. Kaksi koiraa, joilla on samat valkokirjavuuden alleelit, voivat olla aivan eri tavalla läikikkäitä. Jostain syystä jotkut alleelit eivät aina näy, tai esiintyvät vaihtelevalla osuudella yksilöissä, joiden tulisi normaalisti sitä ilmentää. Kasvattajalle, näiden kahden ilmiön perinnöllisyysmekanismin jäljittäminen voi olla vaikeampaa. Pleiotropismi Jotkut geenit vaikuttavat useisiin ominaisuuksiin. Kiinanharjakoiria on kahdenlaisia, karvattomia ja karvallisia (powder puff), joissa karvattomuuden aiheuttaa yksi ainoa geeni H. Itse asiassa geeni on homotsygoottina letaali, koska HH koirat kuolevat ennen syntymää. Karvattomat koirat ovat kaikki Hh. H alleeli ei aiheuta ainoastaan karvattomuutta, vaan myös epänormaalia purentaa, siksi kiinanharjakoirille hyväksytään hammasviat. Nämä kaksi ominaisuutta ovat pleiotrooppisia eli geeni vaikuttaa molempiin ominaisuuksiin, eikä niitä siten voi erottaa toisistaan, siksi toinen kulkee aina toisen mukana. Lisäksi vuorovaikutusta voi tapahtua myös eri lokuksissa olevien alleelien välillä. Esimerkkejä, joissa ominaisuuteen vaikuttaa eri lokukset kuuluu esimerkiksi käsitteet kuten fenokopiot, epistasia ja ehkä tärkeimpänä polygeeniset ilmiöt. Fenokopiot Joskus kahdella koiralla näyttäisi olevan sama ominaisuus, mutta itse asiassa ominaisuuden

6 aiheuttaakin kaksi täysin eri geeniä. Valkoinen koira voi olla joko äärimmäisyyden valkokirjavuuden aiheuttama, (periaatteessa laikullinen koira, jolla laikkuja ei näy) tai eri lokuksissa olevien haalistavien tekijöiden aiheuttama (periaatteessa kermanvärinen koira, joka on niin haalistunut, että näyttää valkoiselta). Monilla roduilla progressiivinen retinan atrofia (PRA), näyttää kliinisesti täysin identtiseltä. Vaikka kaikilla roduilla PRA on resessiivisesti periytyvä, eri rotujen risteytyksissä sairaiden koirien jälkeläiset voivat olla aivan normaaleja, koska eri roduissa eri geenit aiheuttavat sairauden. (Jos sairas koira rodussa A on pprr ja rodussa B PPrr, kaikki niiden jälkeläiset ovat tyyppiä PpRr, ja terveitä.) Epistasia Alleelit eivät ole vuorovaikutuksessa vain samassa lokuksessa olevien alleelien kanssa, vaan joissain tapauksessa myös muissa lokuksissa olevien alleelien kanssa. Kun dominassia voidaan sanoa lokuksen sisäiseksi vuorovaikutukseksi, epistasiaa voidaan sanoa lokuksen ulkopuoliseksi vuorovaikutukseksi. Yksinkertaisin tapaus epistasiasta on, kun toinen geeni tehokkaasti peittää toisen olemassaolon. Tällainen esimerkki on labradorinoutajan turkin väreissä. B lokuksessa dominantti B alleeli aiheuttaa mustan värin (BB tai Bb) ja resessiivinen b alleeli suklaanruskean (bb) värin. Mutta aivan toisessa lokuksessa E, dominantti E alleeli sallii joko mustan tai suklaanruskean värin, (jonka määrää B lokus), mutta resessiivinen ee estää tumman pigmentin muodostumisen, saaden aikaan keltaisen koiran, riippumatta siitä mitä B lokus koodaa. Polygeenit Kasvattajat käyttävät jalostuksessa usein ohjenuorinaan dominantti ja/tai resessiivinen piirre. Ongelma on, että suurin osa ominaisuuksista ei ole jaoteltavissa näin yksinkertaisesti, vaan ominaisuudet esiintyvät liukuvasti eri asteisina. Esimerkiksi ei ole vain pieniä, keskikokoisia ja suuria koiria, vaan niitä on kaikenkokoisia. Jopa rodun sisällä korkeus on tavallisesti esitettävissä normaalijakaumana. Tämä johtuu siitä, että monet tärkeät ominaisuudet ovat seurausta useiden eri geeniparien yhteistoiminnasta. Näissä tapauksissa ominaisuuden aste määräytyy geeniannoksesta, mikä on tiettyjen alleelien kokonaislukumäärä genotyypissä. Kuvitellaan, että korkeuden määrittää epätäydellisesti dominantit, kolmessa lokuksessa olevat alleelit A, B ja C ja A+, B+ ja C+, joista jälkimmäiset lisäävät korkeuteen yhden senttimetrin. Koira, jolla on genotyyppi A+A+ B+B+ C+C+ olisi kuusi senttimetriä korkeampi kuin AA BB CC. Itse asiassa näistä kuudesta alleelista on mahdollista aikaansaada 27 erilaista yhdistelmää ja genotyyppiä ja seitsemän eri korkeutta. Mitä enemmän lokuksia ominaisuuteen vaikuttaa, sitä monilukuisemmat ovat mahdolliset genotyypit ja fenotyypit, kunnes niitä on niin paljon, että ne ovat tasaisesti jakautuneet. Tähän jakautumaan vaikuttaa lisäksi myös elinympäristö. Lonkkadysplasian oletetaan periytyvän polygeenisesti. Kytkentä ja kytkentäepätasapaino Hyvin sisäsiitetyssä populaatiossa geneettiset viat voivat fiksoitua melko nopeasti, jos ne sattuvat olemaan samassa kromosomissa toivottua ominaisuutta aiheuttavan geenin kanssa. Mitä lähempänä toisiaan ne fyysisesti ovat, sitä kiinteämmin ne ovat kytkeytyneet. Nämä geenit ja niiden vastaavat alleelit periytyvät yhdessä, ellei niitä saada toisistaan erotettua tapahtumassa, jota sanotaan tekijänvaihdunnaksi (crossing over) ja uudelleen yhdistymiseksi (rekombinaatio). Tämä on ilmiö, joka tapahtuu gameettien (sukusolujen) muodostuessa, jolloin homologiset kromosomiparit vaihtavat DNA:n osia keskenään. Kiinteästi kytkeytyneiden geenien sanotaan olevan kytkentäepätasapainossa. Kun kasvattaja tekee valintaa tietyn geenin suhteen tai sitä vastaan, hän myös samalla tekee valintaa samassa kromosomissa olevien geenien suhteen tai niitä vastaan. Tämä tulisi aina muistaa, kun tehdään jalostusvalintaa. Epätoivotun ominaisuuden vakava vastustaminen, voi aiheuttaa tilanteen, jossa heitetään lapsi pois pesuveden kanssa, kun hävitetään pysyvästi tarpeellisia tai haluttuja ominaisuuksia. Sukupuoleen kytkeytyminen Erityinen kytkentä on olemassa, kun geenit sijaitsevat sukupuolikromosomeissa. Erotuksena muista

7 38 kromosomiparista, sukupuolikromosomit eivät aina ole homologisina pareina. Tämä yksinkertaisesti siksi, että sukupuoli määräytyy sen perusteella onko yksilöllä kaksi X-kromosomia (XX=narttu) vai X ja Y kromosomit (XY=uros). Y-kromosomi on hyvin pieni ja vielä äskettäin otaksuttiin, ettei siihen sisältynyt mitään erityistä informaatiota. X-kromosomi sitä vastoin on suurempi ja sen tiedetään sisältävän geenejä, jotka koodaavat useita tärkeitä ominaisuuksia. X- kromosomin geenit eivät vastaa Y-kromosomien geenejä, estäen alleeliparien muodostumisen. Uroksella kaikki X-kromosomissa olevat piirteet ilmenevät yksilössä (tilanne, jota kutsutaan hemitsygotiaksi). Nartulla tilanne on myös erilainen verrattuna siihen, mikä nähdään autosomaaleissa kromosomeissa. Vuosia luultiin, että nämä X-kromosomiin linkittyneet (kromosomissa olevat) alleelit vaikuttivat aivan samalla tavalla kuin autosomaalit alleelit. Näin ei kuitenkaan ole. Sen sijaan, että ne käyttäytyisivät kuten tavanomaiset dominantit-resessiiviset alleelit, nämä alleelit toimivat kuten kodominantit alleelit. Nisäkäsnaarailla toinen kehon jokaisen solun kahdesta X-kromosomista inaktivoituu sattumanvaraisesti. Näiden inaktivoituneiden kromosomien jäänteet voidaan nähdä tummina pilkkuina (Barr bodies) melkein jokaisessa normaalin (XX) nartun solussa, mutta ei normaalissa (XY) uroksessa. Hyvin varhaisessa sikiövaiheessa molemmat X-kromosomit ilmeisesti ovat aktiivisia, mutta sitten toinen tehdään tomimattomaksi, jolloin se säilyy tiukasti kiertyneessä heterokromatiinisessa tilassa. On täysin sattumanvaraista onko kyseessä solun isänpuoleinen vai emänpuoleinen X-kromosomi, mutta kerran inaktivoituna, kaikilla soluilla, jotka muodostuvat tästä solusta on tämä sama X-kromosomi inaktivoituna. Yksilöissä, joilla on näkyviä sukupuoleen kytkeytyneitä piirteitä, tulos voidaan nähdä isän ja emän puolelta periytyneinä kohtina. Siten kaikki naaraspuoliset nisäkkäät ovat mosaiikkeja. Parhaiten tunnettu on kilpikonnan värinen (calico) kissa, joista melkein kaikki ovat naaraita (jotkut urokset ovat epänormaaleja XXY yksilöitä) ja jotka ovat mustan ja punaisen kirjavia. Jokainen laikun solu on alkuperäisen solun klooni, jonka sattumanvaraisesti inaktivoitunut X-kromosomi esiintyy joko mustana (X-kromosomi, joka koodaa mustaa väriä on aktiivinen) tai punaisena (Xkromosomi, joka koodaa punaista väriä on aktiivinen). Koirilla todisteita täytyy etsiä hieman tarkemmin. Esimerkkeinä voidaan mainita X-kromosomiin kytkeytynyt lihasdystrofia kultaisella noutajalla ja perinnöllinen munuaissairaus (nephritis). Koska kantajanartut ovat mosaikkeja vian suhteen, voivat ne ilmentää vikaa laimennettuna, vaikeusasteen riippuessa kuinka paljon mosaiikista aiheutuu siitä X-kromosomista, jossa epänormaali alleeli on. Sukupuoleen kytkeytyneet piirteet periytyvät emältä pojille, emän toisen X-kromosomin mukana. Koska urokset voivat periyttää X-kromosominsa ainoastaan tyttärilleen, täytyy nartulla olla ominaisuutta ilmentävä isä ja ominaisuuden suhteen kantaja (tai ilmentävä) emä, jotta ominaisuus esiintyisi kyseisessä yksilössä. Nartun ilmentämä mosaikismin aste on sattumanvaraista, eikä vaikuta nartun jälkeläisten mahdollisuuksiin olla ominaisuutta ilmentäviä, tai ominaisuuden vaikeusasteeseen. Ymmärtämättömyys sukupuoleen kytkeytyneiden ominaisuuksien periytymisestä on antanut aihetta moniin jalostuksen myytteihin. Yleisin näistä on isälinjan (isä-isoisä-isoisänisä) korostaminen uskottaessa, että mitä näet on mitä saat, johtuen tästä ainoasta X-kromosomista, samoin kuin uskomus, että tärkeät rotuominaisuudet periytyvät Y-kromosomin mukana; tai kiistely siitä kumman puoleinen emän vai isän esi-isä on tärkeämpi. Nämä teoriat unohtavat, että itse asiassa Y-kromosomi sisältää vähän tai ei ollenkaan tunnettuja geenejä paitsi ne, jotka liittyvät uroksen lisääntymistoimintoihin, ja sen, että sukupuolikromosomit ovat vain yksi pari 39 kromosomiparin joukossa. Nämä ajatukset palvelivat hyvin 1900-luvun kasvattajaa, mutta niillä ei ole sijaa luvun kasvattajan aseistuksessa. Johtopäätöksiä Eri rotujen ulkomuotoon vaikuttaa siten erilaiset tapahtumat. Jotkut ilmenemismuodot johtuvat säätely- ja ohjausgeeneistä, jotka kytkeytyvät päälle ja pois siten, että tuloksena on tietty kehityskaari. Toisten ulkomuodollisten erojen täytyy perustua geenien vuorovaikutukseen, niiden erilaisiin alleeleihin, sekä siihen, missä nämä perinnölliset tekijät kromosomissa sijaitsevat. Toivottavasti nykyajan kasvattaja kykenee käyttämään tätä tietämystä ja tekemään asiantuntevampia jalostusvalintoja, sekä ymmärtämään, miksi tietyt jalostusvalinnat epäonnistuivat.

8 Seuraavassa osassa käsittelemme niitä tekniikoita ja käsitteitä, joita käytetään geenikartoituksessa. Tutkimme sellaisia asioita, kuten konservoituneet jaksot, syntenia ja homologia (conserved sequences, synteny and homology) ja miten hiiren ja ihmisen genomiprojektit auttavat etsiessämme perinnöllisiä perusteita koiriemme sairauksissa ja miksi koiran geenikartoitushanke (canine genome project) on niin tärkeä koiraystäviemme tulevaisuudelle. -(*) R Coppinger & R Schneider: Evolution of working dogs. In: JSerpell (Ed): The Domestic Dog: Its evolution, behaviour, and interactions with people. Cambridge University Press. Cambridge