从突变到固定特征：猫咪繁育者如何平衡遗传风险？

2008 Sarah Hartwell

猫的繁育者希望其繁育猫群的体型和外貌保持一致。他们的繁育计划旨在固定某些特征并消除其他特征，但偶尔会出现一些不受欢迎的特征。这可能是肉眼可见的特征，如卷毛，也可能是遗传性疾病，如多囊肾病。当这种情况发生时，繁育者会面临以下问题：

这是否是繁育猫群中存在了数代的突变，由于携带者之间的交配而显现出来？如果是这样，是否有必要或可行找到所有携带者（或可能的携带者）并将它们从繁育计划中移除？
这是否是多个不同突变的累积效应？
这是否是个体或其父母中自发发生的新突变？如果是，这种突变是可取的还是不可取的？
一个不受欢迎的遗传特征是否被意外地固定在品种中？

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突变是如何发生的

突变是指生物DNA发生变化，从而产生基因的新版本。突变基因可能以不同的方式发挥作用，其影响范围从轻微到毁灭性不等。同一基因可能参与多个生物过程，一个看似轻微的变化（例如不同的毛色）也可能对其他方面产生不易察觉的影响。

突变自然发生，原因包括：细胞分裂时的转录错误（类似于复制文本时的打字错误）、同源染色体错误配对（有时它们匹配错误，导致环形或重复的DNA段出现）、或自然紫外线辐射造成的损害。表突变（Paramutations）则发生在基因被沉默时——基因仍然存在且未改变，但没有被激活。

突变可以发生在DNA的任何位置，也可以发生在任何细胞中。当突变发生在体细胞（除卵子和精子外的身体细胞）中时，可能导致癌症、衰老迹象或细胞功能异常。当突变发生在生殖细胞（卵子或精子）中时，则会传递给下一代并影响后代。

一些突变会通过细胞的DNA复制机制（酶）被修复，从而限制突变的发生率。其他突变则无法修复，最终导致变化。虽然本文主要讨论问题突变，但突变在进化和适应中起着重要作用。

突变必须被视为不可避免的现象。紫外线辐射和可能损害细胞DNA的毒素可以增加突变率，但即使完全消除这些因素，突变也不会彻底消失。

在有性繁殖动物中，基因突变的发生率通常低于 1/100,000，即每10万个卵子或精子中可能有一个特定基因发生突变。这其中，许多卵子或精子不会发育成胚胎。大多数哺乳动物拥有约80,000到100,000个基因，因此每只出生的后代很可能在某一个基因中携带新的突变。然而，这里有一个问题——染色体中存在大量的“垃圾DNA”，因此突变可能发生在未被使用的DNA片段中。由于后代继承了大多数基因的两份拷贝，很可能另一份拷贝是未受损的版本（但他们的后代可能没有这么幸运，我们将在后文中讨论）。少于三分之一的突变会被证明是致命的。

一个突变基因是否会被表达取决于它是显性基因（只需一份拷贝即可表现性状）还是隐性基因（需要两份拷贝才会表现性状），或它是否位于X或Y染色体上（将根据后代的性别以不同的方式表现出来）。

遗传漂变

在有性繁殖的动物中，每个后代从每位父母处各继承一份基因拷贝（X和Y染色体上的基因除外）。同时在两位父母中发生相同突变的可能性极低，因此后代通常只继承一份突变基因。这使得它在该遗传性状上表现为杂合子。

如果突变基因是显性的，动物只需一份拷贝就能表现出这种性状。如果突变是有害的，它会很快被种群淘汰。在野生环境中，如果这种性状对生存不利，该动物通常无法活到繁殖年龄，也无法将基因传递下去。

如果突变是有益的，该动物将在其环境中更为成功，并留下更多后代，其中大约有一半会携带该基因。这种基因在野生种群中的普遍性会逐渐增加，可能在25代或更多代后，最终超越或取代未突变的版本。

在宠物和家畜中，无论突变在野生环境中是有利还是不利，只要被认为在美学上或经济上具有吸引力，选择性繁育就可能创造出整个拥有这种性状的动物群体。许多现代品种由于体型或外貌的改变，在野外难以生存，但作为宠物却深受欢迎。

许多突变是中性的——既不有利也不不利，仅仅是不同。例如随机繁殖猫种群中的广泛颜色变化。这些突变目前既没有赋予生存优势，也没有造成劣势。然而，如果环境发生变化，这些基因可能会变得有利或不利。

隐性突变不会在首个突变后代中被检测到，因为它们的效应被另一位父母遗传的显性基因版本所掩盖。因此，自然或人工选择不会立即作用。当足够多的个体携带隐性突变基因的拷贝时，这些携带者之间的交配可能性增加，从而产生纯合子后代并表现出突变性状。当两只携带相同隐性突变的个体交配时，其后代将始终表现出突变性状。和显性突变一样，如果隐性性状具有优势，这些个体更有可能存活并繁殖。例如，长毛基因是猫的隐性基因，但在寒冷气候中被证明具有优势，因此在美国（缅因库恩猫）、西伯利亚和挪威等地出现了长毛猫种群。

可以通过选择性繁育来支持隐性性状，但不可能完全消除隐性基因的携带者，除非可以通过DNA测试检测仅携带该基因单一拷贝的个体。目前，对于一些猫的遗传缺陷，已经有可用的筛查测试。

遗传事件的随机性会导致遗传漂变。如果你用一只黑猫与一只灰猫交配，你可能会期望后代为黑色，因为黑色是显性性状。然而，由于一些黑猫携带隐性灰色基因（杂合子），后代可能是黑猫和灰猫的混合体。理论上，你可能期望一半小猫为黑色，另一半为灰色，但现实中不一定总是一个50/50的比例（如果统计同一对父母生育的一百窝后代，可能会接近50/50）。你可能得到75%的黑猫和25%的灰猫。如果这些后代都参与繁殖，下一代中黑猫的比例可能会上升。但是，由于许多黑猫携带了隐藏的灰色基因，灰猫的比例可能会在更晚的世代中上升。

在大种群中，这种波动通常不会很大。即使连续几代没有灰猫出生，灰色基因也不会完全消失——它仍然隐藏在那里作为隐性基因，迟早当两只杂合黑猫交配时会出现返祖现象。隐性突变很少在种群中达到显著水平，若发生这种情况，通常是因为某种因素使这些个体占据优势，例如隐性突变赋予动物某种生存优势（例如寒冷气候中的长毛性状）。

在小种群中，这种波动往往更大，最终某一版本的基因会占据主导地位，该性状会在种群中固定。如果种群是孤立的且没有新血缘引入，这种情况更有可能发生。一个性状可能在25代内（对于猫来说大约100年）在种群中固定下来。马恩岛无尾突变有许多有害的副作用，但由于突变种群位于岛屿上，这一性状成为固定特征。而在大陆（康沃尔），这一突变最终消失了。

选择性繁育、遗传负荷和奠基者效应

上一部分假设所有动物同样可能进行繁殖并产生后代。然而，在家养动物和牲畜中并非如此。一些雄性会被选择来固定品种中的某些特性，它们的后代数量将远远超过其他雄性（其中一些可能永远不会被允许繁殖）。无论是好是坏，被选中的种公猫的所有突变（包括那些已知的和未知的）都会传递给更多的个体。如果它携带新的突变，这种突变将在种群中迅速传播。整体来看，种群将失去遗传多样性。

种群中的每个个体可能都携带3到4种显著有害的隐性基因。如果一个个体遗传了两个拷贝的“致命”或“延迟致命”基因，它们将胎死腹中或幼年死亡。在这些基因均匀分布于一个大型种群时，这并不是问题，因为两名携带者相遇的几率很小。

如果这些个体中的一部分形成了一个隔离小群体，情况会发生变化。例如，一个个体可能携带一个在较大种群中非常稀有的基因（如每10万个个体中有1个）。如果这个个体与其他9个个体隔离在一起，这个基因的出现频率将变成10分之1。这一基因会传递给后代，并在小种群中广泛传播，从而增加两个携带者相遇并繁殖的几率。同时，许多基因的变异将会丧失，因为由10个动物组成的基础种群中并不携带这些基因。这种效应也发生在通过婚姻限制将自己与外界隔离的宗教团体中。奠基者所携带的任何有害基因将在后代中变得普遍。这就是奠基者效应，它对动物品种和人类社区的遗传健康都有重大影响。

有时，一个突变或隐藏的隐性基因会在一个已建立的品种中出现，并被认为具有吸引力。例如，阿比西尼亚猫中的长毛突变使我们得到了索马里猫。长毛的后代及其携带突变基因的父母被用来创建一个新猫种。如果这些创始品种中的任何个体携带有害基因，这些基因也会被繁育到新猫种中。在一个品种的发展历史中，奠基者效应可能会发生多次。第一个衍生品种可能会产生另一个具有吸引力的突变，从而产生另一个衍生品种。

数量较少的品种在繁育者努力固定“品种特性”时，面临失去宝贵基因的风险。一些基因紧密相连（位于染色体上的邻近位置），因此在选择某种性状时，繁育者可能无意中将一个有害突变固定下来。许多品种因此出现了品种特有的遗传问题，例如酶缺陷或肾病。如果性状是隐性的，繁育者可能只见过一次，并认为这是一个随机的新突变。只有当这一性状在同一品种中反复出现时，繁育者才意识到潜在的有害基因的存在。

在过去，由于缺乏信息交流，一些有害的隐性基因在某些品种中变得常见。在互联网时代，与其他繁育者交流这些突变或通过遗传性疾病清单（如由猫科顾问局维护的清单）讨论相关问题变得更加容易，从而判断该品种是否倾向于表现这一性状。