QUALI SONO I TRATTI (O CARATTERISTICHE) EREDITARI?

La risposta è “quasi tutti”, dal temperamento alla taglia e al colore, così anche le malattie genetiche come l’atrofia progressiva della retina (PRA). Le malattie infettive non sono invece ereditabili, anche se può esistere una certa predisposizione genetica, più o meno svantaggiosa.

Ogni caratteristica dipende da due fattori: genetica e ambiente. La “genetica” riguarda le informazioni codificate (istruzioni) che controllano tutti i processi biologici coinvolti all’interno delle cellule di tutti gli organismi viventi. Queste informazioni codificate sono responsabili, non solo della continuità di specie (o razza), ma anche di molte differenze tra gli individui della stessa specie o razza.

Anche l’ambiente contribuisce alla differenziazione degli individui. Il relativo contributo genetico o ambientale, non è lo stesso per ogni caratteristica; alcune caratteristiche ad esempio sono influenzate pochissimo dall’ambiente, come il colore. Per altre invece, come il temperamento, l’effetto ambientale è determinante. I genetisti usano il termine ereditabilità per indicare la possibile quota di variabilità totale di una carattere genetico. Quando le differenze genetiche non sono la fonte principale della variabilità, è difficile stabilire l’ereditabilità di un carattere e non può essere uguale per razze diverse. Di conseguenza, non possiamo affermare che l’ereditabilità della taglia, per esempio, è uguale al 70% (o a qualsiasi altro valore).

Prima di spostarci su un contesto più tecnico, riguardo la genetica, desidero soffermarmi brevemente sul concetto di “ambiente” in tal contesto. Per un cucciolo, il primo ambiente che incontrerà sarà l’utero materno. La madre è ben nutrita, sana e libera da stress? Che età ha? Questa è la sua prima gravidanza? Quanto è numerosa la cucciolata? Una volta nato, il cucciolo si troverà in un nuovo ambiente, nel quale dovrà competere per il cibo e le cure della madre. Il numero dei cuccioli è ancora un fattore importante. Quanto alimento ottiene il cucciolo? Quanta attenzione riceve dalla madre, dall’allevatore e dal proprietario definitivo? Vive in un ambiente sano e sicuro? Ci sono altri cani con i quali interagisce? Le risposte a queste domande definiscono, in parte, l’ambiente del cucciolo.

GENI

Il gene è spesso chiamato unità fondamentale dell’eredità. Un gene contiene le informazioni per una singola fase di un processo biologico; ma la maggior parte dei processi biologici, persino quelli che possono sembrare i più elementari, sono caratterizzati da moltissime fasi. Dunque, si deve pensare che una caratteristica è determinata da un solo gene, ma bisogna comprendere piuttosto, che la regola generale è che molti geni controllano un singolo tratto. Un buon esempio è il colore. In alcune razze, come il Barboncino e il Borzoi, c’è una grande varietà di colori e il fatto che questo dipenda dall’azione di vari geni, non dovrebbe essere una novità. Non ci sono solo geni che producono differenti colorazioni, ma anche geni che controllano la distribuzione dei pigmenti sia sul singolo pelo che sull’intero mantello. (Altre razze possono essere di un solo colore. Hanno gli stessi geni, ma un singolo allele per ognuno di essi).

Tutti gli animali posseggono migliaia di geni, che non galleggiano liberamente intorno alla cellula. Per rendere la divisione cellulare e la riproduzione più agevoli, i geni sono fisicamente collegati ad altri geni a formare i cromosomi. La gran parte degli animali “superiori” hanno due set di cromosomi: un set materno e uno paterno. Per mantenere stabile il numero di cromosomi, gli spermatozoi e gli ovuli ricevono ognuno un solo set; se non fosse così, i cromosomi aumenterebbero di generazione in generazione. I meccanismi che assicurano questa distribuzione, non possono dirci però quali sono i cromosomi proveniente da padre e quali quelli provenienti dalla madre. Di conseguenza, ogni spermatozoo e ogni ovulo, contiene un insieme misto. Il numero delle possibilità dipende dal numero dei cromosomi. Dato che un singolo set cromosomico canino è costituito da 39 cromosomi, il numero delle combinazioni possibile va oltre il miliardo. Da questo, è facile dedurre che l’idea di ottenere due individui con identica combinazione cromosomica dallo stesso accoppiamento, è estremamente remota. (Anche i lupi hanno 39 cromosomi in un set e possono essere incrociati con i cani domestici. Le volpi invece hanno solo 19 cromosomi e non possono essere incrociate).

Uno dei 39 cromosomi contiene i geni che determinano il sesso. Nei mammiferi, il cromosoma che porta i geni “femminili” è indicato con X, mentre quello che porta i geni “maschili” è indicato con Y. Un animale con due cromosomi X sarà femmina, mentre uno con un X e un Y sarà maschio. (Uno con due Y avrà serie difficoltà!). Oltre quelli che determinano il sesso, sui cromosomi X e Y, sono localizzati altri geni detti sex-linked.

ALLELI

I geni svolgono le loro funzioni correttamente, ma può accadere che vengano alterati dall’esposizione a radiazioni (naturali o artificiali), a prodotti chimici, o casualmente, anche durante la divisione cellulare. Un gene può essere considerato come un piccolo programma. Le parti in cui è possibile introdurre un errore (mutazione)nel programma sono molte. Tanti di questi errori avranno tutti lo stesso effetto: il programma cesserà di funzionare. Altri possono modificare il funzionamento e altri possono essere apparentemente ignorati dal programma. (Dato che questi non producono effetti osservabili, generalmente non ce ne preoccupiamo). Tutti comunque cambiano le informazioni contenute nel programma, indipendentemente dal loro effetto.

In genetica noi chiamiamo allele ogni versione. Alcuni geni possono avere diversi alleli in una popolazione, ma un individuo può averne solo due – uno paterno e uno materno. Quando i due alleli sono gli stessi, l’individuo è detto omozigote per quel gene. Quando gli alleli sono differenti, è detto eterozigote.

NOMI DA GENI

Esistono delle regole per dare i nomi ai geni – purtroppo però, non tutti i genetisti usano lo stesso sistema. Quello che utilizzerò io è comune, ma non universale.

Il nome di un gene è dato dal primo allele mutante scoperto. Per esempio nel moscerino da frutta (Drosofila) che normalmente presenta occhi bruno-rossastri, fu scoperto molti anni fa un individuo con occhi bianchi. Di conseguenze, il particolare gene nel quale si è verificata questa mutazione, è stato chiamato “white” (bianco) ed è rappresentato dal simbolo w. L’allele mutante è indicato con la lettera w (notare che è scritto in corsivo) e l’allele wilde-type con w⁺. Un’altra mutazione scoperta più tardi, determinava il colore bruno-giallastro degli occhi e fu chiamata “eosin”. Era comunque un allele dello stesso gene e non gli fu data quindi una lettera differente; viene indicato con w^e. (Questo sistema riserva le lettere maiuscole per gli alleli dominanti).

Il sistema alternativo che si riscontra più frequentemente è molto simile, ad eccezione del segno + che non viene utilizzato per indicare l’allele wilde-type. Questo potrebbe confondere i meno esperti. Per esempio il colore grigio del mantello non è considerato il colore normale (wilde-type) nei Barboncini; tuttavia, poiché si tratta di una carattere dominante, il gene viene indicato con G (grey – grigio) e l’allele wilde-tipe con g.

La nomenclatura dei geni può anche essere piuttosto eccentrica. Il gene diluizione provoca il cambiamento del colore di base verso tonalità meno intense, ed è indicato quindi con D. Un ‘altro gene, avente un simile effetto, viene indicato con C. Comunque, l’allele mutante più conosciuto di quest’ultimo è l’unico che produce albinismo, perciò sarebbe più indicata la lettera A , ma questa era stata già designata per il gene agouti.

DOMINANZA

Se per un particolare gene, i due alleli posseduti dall’individuo non sono gli stessi, uno predominerà sull’altro? Dato che gli alleli mutanti provocano spesso delle deficienze (alleli nulli o assenti), un individuo che possiede un solo allele di questo tipo, avrà generalmente anche un allele normale (wilde-type) per lo stesso gene - questa singola copia normale, sarà spesso sufficiente a salvaguardare la funzione genetica. Per meglio capire il concetto, immaginiamo di costruire una parete di mattoni e che uno dei nostri due fornitori abituali sia in sciopero. Finché quello presente potrà fornirci abbastanza mattoni, potremo continuare a costruire la nostra parete. Questo fenomeno, per il quale un solo gene può svolgere ancora la funzione normale solitamente sostenuta da due geni, è chiamata dai genetisti “dominanza”. Il normale allele è detto dominante sull’allele anomalo, o in altre parole, l’allele anomalo è recessivo a quello normale.

Quando si parla di anomalia genetica posseduta da un individuo o da una linea, significa che è presente un gene mutante recessivo. A meno che non si disponga di un sofisticato test genetico, non possiamo individuare un portatore che non mostra alcuna differenza da un individuo che porta due copie normali del gene. Purtroppo, l’assenza di test, non potrà permetterci di scartare il portatore, che potrà trasmettere l’allele mutante alla progenie. Ogni individuo, che sia uomo, topo o cane, porta alcuni di questi sinistri segreti nel proprio ripostiglio genetico. Tutti comunque abbiamo migliaia di geni per molte funzioni differenti e finché si tratta di anomalie rare, la probabilità che due individui indipendenti che portano la stessa anomalia si uniranno (generando una prole) è bassa.

Può succedere che gli individui con un solo allele normale, mostrino un fenotipo intermedio. (Per esempio nei Basenji che portano un allele per la mancanza di Pyruvate Kinase (enzima presente nei globuli rossi), i globuli rossi avranno una vita media di 12 giorni, che è intermedia tra la normale durata di 16 giorni e i soli 6.5 giorni in un cane con due alleli anomali. Anche se spesso è chiamata dominanza parziale, in questo caso è preferibile dire che non c’è dominanza.

Per tornare alla nostra parete, cosa succede se il singolo fornitore di mattoni non è sufficiente? Otterremo una parete più bassa del previsto. Qual è sarà il risultato? Dipende da cosa stiamo provando a fare con la parete e, possibilmente, sui fattori non genetici. Il risultato non può essere il medesimo, neppure per due individui che hanno costruito la stessa parete. (Una parete più bassa potrebbe impedire un piccolo allagamento, ma non un inondazione!). Se c’è la possibilità che un individuo con un solo allele anomalo, mostri un fenotipo difettoso, tale allele dovrebbe essere considerato dominante. Il difetto che questo determinerà per tutta la vita, è controllato dalla “penetranza”.

Una terza possibilità è che uno dei fornitori ci dia dei mattoni scadenti. Non accorgendocene, andremo avanti e realizzeremo ugualmente la parete, ma andrà giù. Potremmo dire che i mattoni scarsi sono dominanti. I progressi nella ricerca di parecchie malattie genetiche dell’uomo, suggeriscono che questa sia una ragionevole analogia. Molte mutazioni dominanti interessano le proteine che sono i componenti di più grandi complessi macromolecolari. Tali mutazioni inducono alla produzione di proteine alterate che non interagiscono correttamente con gli altri componenti, provocando la disfunzione dell’intero complesso. Altre riguardano le sequenze regolatrici adiacenti ai geni, e causano trascrizioni genetiche in tempi e luoghi inappropriati.

Le mutazioni dominanti possono persistere nelle popolazioni se i problemi che causano sono impercettibili, non sempre espressi (vedi sotto), o sviluppati più avanti nella vita, dopo che un individuo affetto abbia riprodotto.

ESPRESSIVITA’ E PENETRANZA

Per un allevatore, capire l’eredità di una caratteristica che è controllata da diversi geni ed è influenzata dall’ambiente, può diventare un incubo. Supponiamo ad esempio, di voler allevare Barboncini albicocca, ma invece di ottenere una singola tonalità, le nostre cucciolate presentino sempre varietà dal pallido allo scuro albicocca. Potremmo puntare il dito contro l’espressività variabile, che è solo un modo conveniente di dire che non sappiamo quale sia il ruolo che giocano gli altri fattori genetici o ambientali nel determinare il colore.

Uno degli esempi classici nei cani, è l’espressione variabile della macchia nei Beagles mostrata da Little (1957). I cani hanno tutti lo stesso allele Sp, ma i colori variano dal nero e marrone con piedi bianchi, al bianco predominante con moderate focature nere.

La penetranza è un termine di simile convenienza (eufemismo). Se siete sicuri al 99% che Fido porta l’allele per sei dita (perché entrambi i genitori e i fratelli hanno sei dita), ma lui ha cinque dita, potremmo accusare la penetranza incompleta, cercando di sembrare degli esperti e sperando che nessuno faccia domande più precise. (In realtà, probabilmente sarebbe più sicuro dire che una caratteristica non sempre si esprime, evitando così eventuali momenti imbarazzanti). La differenza tra espressività e penetranza è che con la prima la caratteristica può espressa in misura variabile, mentre con la seconda può o non può essere espressa anche se il makeup genetico (genotipo) dell’animale suggerisce che dovrebbe esserlo.

SEX LINKAGE

Nei cani, come nella maggior parte degli animali, il sesso è determinato geneticamente, ma non da un singolo gene. Una delle 39 coppie di cromosomi ha il compito di determinare il sesso. La caratteristica insolita di questo sistema è che il cromosoma femminile, chiamato cromosoma X, non assomiglia per niente al cromosoma maschile Y – ciononostante essi rappresentano una coppia e vengono chiamati cromosomi sessuali. (Gli altri 38 sono detti autosomi). Come probabilmente sappiamo già, le femmine hanno due cromosomi X e i maschi un X e un Y. Questi ultimi producono generalmente un numero uguale di spermatozoi che portano il cromosoma X o Y. Dato che la femmina produrrà uova che portano solamente il cromosoma X, la cucciolata dovrebbe dare alla luce femmine (XX) e maschi (XY) in numero uguale. Ovviamente, le probabilità giocano un ruolo importante e le cucciolate spesso non hanno un rapporto di 1:1.

Senza dubbio, le mutazioni si verificano nei geni che controllano lo sviluppo e la funzione delle ovaie, dei testicoli e di altri organi riproduttivi, ma solo alcune di queste sono state descritte, probabilmente perché il danneggiamento del normale processo riproduttivo provoca l’infertilità. Sui cromosomi sessuali vi sono altri geni che non hanno niente a che fare con la determinazione del sesso. Quelli localizzati sul cromosoma X non hanno geni corrispondenti sul cromosoma Y. Quindi risulta che i maschi hanno solo una copia di questi geni. (Dato che i termini “omozigote” ed “eterozigote” si applicano solo quando sono presenti due copie, tale situazione prende il nome di “emizigote”).

Quando le mutazioni si presentano in questi geni X-linked, il modo di trasmissione del fenotipo mutato differisce da quello visto per i geni autosomi. Se una femmina porta un carattere di questo tipo, non la esprimerà (finché è recessiva), ma trasmetterà il carattere a metà dei suoi figli maschi, e dato che questi non ricevono nessun cromosoma X dal padre, non importa quale sia il genotipo di quest’ultimo. La metà delle figlie femmine saranno portatrici, ma trattandosi di caratteristiche recessive, non saranno affette. Se il problema non interessa la sopravvivenza e la riproduzione, un maschio può essere impiegato in riproduzione, trasmettendo il gene solo alla sua progenie femminile, dato che i maschi ottengono solo il cromosoma Y che non ha una copia del gene.

Un buon esempio si sex linkage è l’emofilia A. Recentemente sono stato chiamato a visionare una cucciolata di 6 maschi e 1 femmina, di cui 3 maschi hanno iniziato a sanguinare internamente a sei o sette settimane e sono morti nel giro di una settimana o due. Entrambi i genitori e tutti i cuccioli erano esenti da vWD (malattia di Willebrand), ma un controllo del fattore VIII di coagulazione, ha rivelato che i cuccioli effetti avevano una deficienza del 2% rispetto ai valori normali. Questo test non permette di distinguere i portatori dai normali individui abbastanza bene da fornire una diagnosi inequivocabile. Comunque, poiché un maschio ottiene il suo cromosoma X dalla madre, possiamo concludere con certezza che gli altri tre maschi sono esenti. Una sorella potrebbe essere portatrice ed è stata sterilizzata.

Ci sono anche caratteristiche definite sex-influenced (influenzate dal sesso), dove la loro espressione è influenzata dal sesso dell’individuo. Ciò non implica che il gene sia sex-linked. Un esempio è la calvizie umana. L’espressione del gene è influenzata da livelli ormonali e solo una copia dell’allele responsabile è sufficiente per causare la calvizie in uomo, mentre nella donna sono necessarie due copie. Effettivamente si comporta come un allele dominante nei maschi e come un allele recessivo nelle femmine. La metà dei figli maschi di una femmina portatrice, saranno affetti e uno di loro trasmetterà il carattere a metà dei suoi figli maschi.

Quindi tutte le caratteristiche che compaiono più frequentemente nei maschi, sono sospettati di essere sex-linked o sex-influenced. Se è stata trasmessa da uno dei due genitori alla metà dei figli maschi, si tratta probabilmente di una caratteristica sex-influenced. Se la caratteristica pare che salti una generazione (nonno-nipote), potrebbe essere sex-linked.

DETERMINARE L’EREDITARIETA’ DI UN CARATTERE

Supponiamo di avere una cucciolata in cui diversi cuccioli sembrano essere meno sani di altri e dopo alcune settimane risulta evidente come stanno crescendo più lentamente e sembrano meno energici degli altri. Cosa facciamo? Ovviamente, la prima cosa è portarli dal veterinario per un controllo.

Senza entra nei particolari (questo è un esempio ipotetico) supponiamo che dopo averli sottoposti ai test appropriati, la diagnosi sia un foro nel setto tra le due pareti del cuore, che provoca il mescolarsi del sangue ossigenato con il sangue deossigenato. Andando oltre ogni considerazione sull’eutanasia dei cuccioli malati, la domanda rimane: cosa ha causato il problema? Si tratta semplicemente di un difetto inerente allo sviluppo, di una condizione indotta da fattori ambientali, o di genetica? (Ho scelto questo esempio proprio perché questo problema potrebbe essere di natura diversa).

Come regola empirica, se la malattia riguarda un solo cucciolo, non si è mai manifestata in cucciolate precedenti e non si verifica spesso nella razza, è probabilmente un problema legato allo sviluppo. Tuttavia, dato che molti solitamente non denunciano i problemi sanitari, particolarmente quelli genetici, un secondo accoppiamento tra gli stessi genitori potrebbe essere rischioso.

Se tutti i cuccioli, o comunque la maggioranza, presentano la malattia, si sospetterebbe maggiormente dell’ambiente, il quale potrebbe aver causato delle alterazioni nel normale processo di crescita. La maggior parte delle anomalie genetiche sono recessive e in circostanze normali, è improbabile che i genitori siano affetti (cioè omozigoti). Quindi se il problema fosse genetico sarebbe più probabile che i genitori fossero fenotipicamente normali e portatori (cioè eterozigoti) e l’aspettativa è quella di ottenere un quarto di progenie affetta.

D’altro canto, se la percentuale dei cuccioli malati è inferiore o superiore a un quarto dell’intera nidiata, non potremo dire con certezza se il problema è di natura genetica. Anche le razze più grandi producono cucciolate di soli otto cuccioli circa, quindi in teoria anche due soli cuccioli affetti dovrebbero far pensare ad un difetto genetico. Uno o tre individui malati non sono considerati insoliti e anche l’assenza di individui affetti non è abbastanza improbabile tanto da allarmare un genetista. Potremmo ottenere tutti cuccioli sani da un accoppiamento e quattro malati al prossimo!

Le mutazioni dominanti, che hanno un impatto significativo sulla salute, nella maggior parte dei casi provocano il decesso prima che si sia raggiunta l’età riproduttiva. Esistono comunque delle eccezioni come la Malattia di Huntington negli uomini. L’insorgenza di qualsiasi malattia genetica, dominante o recessiva, rappresenta un potenziale problema. Se si ha a che fare con malattie dominanti, abbiamo perlomeno la possibilità di attendere che i nascituri raggiungano un età, in cui solitamente si presenta il problema, per scegliere quindi animali esenti e che non siano portatori. Per esempio, se la condizione ereditata si presenta a sei o sette anni, potremmo attendere che il cane raggiunga i tre o quattro anni di età prima di farlo riprodurre, senza poi accoppiare nessuno dei suoi figli finché i genitori non abbiano compiuto sette o otto anni.

Per una mutazione dominante, che si presenta raramente, gran parte degli accoppiamenti avverranno tra individui eterozigoti affetti (Aa) e individui normali (aa). L’aspettativa è che metà dei figli saranno Aa. Se entrambi i genitori sono Aa, un quarto della cucciolata sarà aa (normale) e tre quarti Aa e AA. A volte, i soggetti AA saranno colpiti più duramente rispetto agli altri e potrebbero morire anche prima di nascere.

Fare degli accoppiamenti necessari a stabilire quale sia l’ereditarietà di un carattere, può essere un operazione costosa e può richiedere molto tempo, e a questo, si aggiunge la spiacevole prospettiva di sopprimere i cuccioli malati e di cercare delle sistemazioni per i restanti. Per queste ragioni, raramente vengono fatti accoppiamenti di prova sufficienti a fornire dei dati da sottoporre ad analisi statistiche. (Un’importante eccezione è quella del celebre studio di Bourns sulla cecità diurna).

Un’alternativa agli accoppiamenti di prova, è l’analisi anticipata dei pedigree degli animali affetti. Dato che la malattia di solito colpisce un certo numero di animali consanguinei durante molte generazioni, il problema sarà diventato abbastanza comune. L’accuratezza di tale analisi è direttamente proporzionale al numero dei parenti per i quali esistono dei dati – un noto argomento sullo scambio libero di informazioni tra i proprietari, gli allevatori, i veterinari e i ricercatori.

Note

Il termine wilde-type significa letteralmente il tipo più comune trovato allo stato selvatico. Per un Samoiedo dovrebbe essere il colore bianco, mentre per un Barboncino il nero. Di solito utilizziamo questo termine come sinonimo di “normale” e un Samoiedo bianco è ovviamente normale per la sua razza, anche se presenta una deficienza genetica della pigmentazione.

Non è del tutto corretto dire che le funzioni dell’allele sono anomale. L’allele porta l’informazione sbagliata. La conseguenza di questa informazione provocherà il funzionamento anomalo di qualche processo.

L’agouti è una sorta di colore marrone screziato, non presente nella maggior parte delle razze canine. I genetisti cercano di essere coincisi nella nomenclatura genetica, e usano simboli comuni a tutte le specie, esaltando così l’azione vera e propria dei geni.

Dr. John B. Amstrong, Ph. D.
Professore di Biologia e Genetica
Ricercatore Genetico per la Salute del Cane

Con i ringraziamenti a Kathleen Armstrong

Testo tradotto da Nicola Cacciola