Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы. Проблема оценки, консервации и использования редких и исчезающих пород признана международной (Maijala, 1987, Dmitriev, Ernst, 1989, EAAP/FAO, 1991). Сохранение и практическое использование генетических ресурсов локальных, аборигенных пород крупного рогатого скота во всем мире приведет к познанию, пониманию и овладению "взволнованной многосложной жизнью генофондов домашних животных" (Серебровский, 1928).
Якутский скот (В. t. turano-mongolicus), выведенный народной селекцией в экстремальных условиях Севера, является уникальным генетическим резервом. Не обладая высокой продуктивностью, он характеризуется исключительной устойчивостью к холоду, к крайне тяжелым экологическим условиям, в которых веками формировался, способностью питаться только грубыми кормами. По жирномолочности якутский скот является вторым в мире после джерсейской породы. Отличается прекрасными вкусовыми качествами молока и мяса (Дмитриев, 1895, Шубская, Салтыков, 1931, Глембоцкий, Попов, 1956, Копейко, 1955, Романов, 1963, 1978, Коро-тов, 1966, Панкратов, 1972, Никоро, Харитонова, 1974, Слепцов и др., 1977, Чугунов, 1981, Аммосов, 1993). Одновременно якутский скот представляет огромную историко-этнографическую ценность, являясь живым памятником культуры народа саха. В последнее время данные о полиморфных системах крови и белках крупного рогатого скота используют в этноисторических работах, они привлекаются для изучения миграции человеческих поселений и происхождения различных современных пород крупного рогатого скота (Medjugorac I. et al., 1994, Paoli et al., 1997, Bosch et al., 1997, Moral et al., 1997), что дает надежду на выяснение этногенетических корней народа саха.
Актуальность изучения полиморфных генетических систем крови якутского скота и его помесных популяций определяется, прежде всего, тем, что этот уникальный генофонд может служить моделью при изучении микроэволюционных процессов, а также при разработке селекционных программ в популяциях крупного рогатого скота не только Якутии, но и всего циркумполярного региона планеты.
Генетическое равновесие популяции якутского скота по большинству генетических систем крови (Слепцов и др., 1977, Машуров, 1983, Черкашенко, 1984, Иванова, Каштанов, 1993), данные о минимальных показателях генетического сходства якутского скота со всеми заводскими и аборигенными породами Евразии (Машуров, Сухова, 1995, Банникова, Зубарева, 1995), а также сведения по выявлению нового аллеля казеина CnF (Сулимова и др., 1996) указывают на возможный мощный породообразовательный процесс в популяциях якутского скота в условиях приполярного региона. Поэгому нам представляются необходимыми сравнительные исследования генетической структуры трех сохранившихся в Верхоянье популяций якутского скота, которые до настоящего времени не проводились.
В период с 1990 по 1995 гг. численность якутского скота, длительное время сохранявшаяся на уровне 1000 голов в трех хозяйствах Эвено-Бытантайского улуса, сократилась почти на 50%, что может привести к генетическому дрейфу и утрате редких, неповторимых генных комплексов (редких аллелей). Последнее, как известно, сопряжено со сдвигом генетического равновесия и сломом приспособительных механизмов популяции. Важно не потерять сложившийся уникальный генофонд якутского скота, тем более, что "...состояние генетического оптимума, унаследованное на-тивной системой популяции от предкового генофонда, только и может рассматриваться как показатель нормы" (Алтухов, 1995).
В результате длительного поглотительного скрещивания (метизации) местного якутского скота с производителями симментальской и холмогорской пород в республике широко распространены два массива породистого скота: якутско-симментальский и якутско-холмогорский. В результате метизации скот потерял такие ценные качества, как жирномолочность, устойчивость к холоду, неприхотливость к кормам и ряд других. Жирность молока особенно сильно упала у помесей с холмогорским скотом и составляет 3,3 - 3,5%. С переходом к рынку, с ростом числа крестьянских хозяйств все чаще выявляется интерес к якутскому скоту, а в некоторых хозяйствах начались возвратные скрещивания с аборигенным якутским скотом. Для восстановления утерянного Госплемобъединением в 1995 г. разработана Программа по использованию генофонда якутского скота в селекции. Рекомендуется постановка научно-хозяйственных опытов по возвратному скрещиванию с использованием 1/2 , 3/4, 7/8-кровных якутских быков в селекции не только с холмогорскими, но и с симментальскими коровами. Таким образом, до сих пор для контроля генетических преобразований используются сведения о генеалогических линиях и о доле кровно-сти. Необходимо отметить, что сведения о доле кровности не выполняют своей прогнозирующей функции, "ее можно только изучать и, в случае удачи, контролировать" (Глазко, 1988). Это объясняется тем, что "элементарным в породообразовании, также как и в видообразовании, является не замена одного аллеля на другой, а многоступенчатый переход комплекса тесно ассоциированных аллельных вариантов групп локусов из одного качественного состояния в другое. Следовательно, доля кровности потомства может быть определена только по комплексу породоспецифич-ных сочетаний аллельных вариантов групп генов, по которым породы реально различаются. Но для этого их надо найти" (Глазко, 1988, 1995). Поэтому для создания научно обоснованных селекционных программ и осуществления их осмысленного контроля, необходим поиск породных генетических маркеров якутского скота и районированных в Якутии заводских пород, который сопряжен с изучением межлокусных ассоциаций между генами групп крови и генами количественных признаков крупного рогатого скота в помесных популяциях при возвратных скрещиваниях.
Между тем, до настоящего времени не изучена иммуногенетическая характеристика якутско-симментальских и якутско-холмогорских помесных популяций, повсеместно разводимых в Якутии.
Система иммуногенетического мониторинга популяций крупного рогатого скота отечественных пород разработана плеядой ученых - П. Ф. Сороковым, А. М. Машуровым, Н. О. Суховой, В. Я. Мещеряковым, Ф. Ф. Эйснером, А. А. Цалитис, С. К. Охапкиным, Н. А. Поповым и другими. В хозяйствах с развитой культурой животноводства с помощью имму-ногенетических маркеров удается добиться большей консолидированно-сти линий путем отбора более приспособленной и продуктивной части популяции. За генетические маркеры в таких случаях обычно принимают аллели генотипов по группам крови быков-производителей. К сожалению, для большинства хозяйств Якутии затруднительно разведение крупного рогатого скота по линиям под контролем аллелей, поскольку в них не велся систематический учет происхождения молодняка, а популяции якутского скота Верхоянья панмиктические. Тем не менее, в лаборатории иммуно-генетики Госплемобъединения республики накоплен достаточно большой массив данных о группах крови крупного рогатого скота республики. Племенные хозяйства располагают многолетними данными зоотехнического учета о количественных показателях.
В то же время использование накопленных данных для внедрения иммуногенетического мониторинга в селекционно-племенную практику, при отсутствии учета по происхождению и без аллельного анализа, представляет довольно серьезную проблему.
Все это определяет актуальность предпринятых усилий по разработке метода сравнительного межпородного и внутрипородного анализа профилей частот антигенов в популяциях якутского скота и его помесей с использованием ЭВМ, с целью получения генетических маркеров не только для селекционной работы, но и для поиска тех групп генов в геноме якутского скота, которые непосредственно связаны с его адаптированностью к условиям Севера.
1.2. Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является изучение генофонда якутского скота и его помесей с симментальской и холмогорской породами по эритроцитарным антигенам крови, а также разработка "неаллельного" метода выявления генетических маркеров для селекции и для поиска групп генов в геноме якутского скота, непосредственно связанных с его адаптированностью к условиям Севера, а также для оценки изменений антигенного профиля при разных типах метизации якутского скота.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучить фонд эритроцитарных антигенов (фенотипов) крови 10 генетических систем якутского скота и его помесей с симментальской и холмогорской породами;
оценить генетическую гетерогенность по группам крови трех популяций чистого якутского скота Верхоянья;
оценить генетические дистанции между якутско-симментальскими и якутско-холмогорскими помесными популяциями, а также якутским скотом Верхоянья и заводскими районированными породами;
адаптировать компьютерные пакеты программ Fox pro для удовлетворения требований поиска генетических маркеров по эритроцитарным антигенам 10 генетических систем групп крови и некоторым интерьерным показателям крупного рогатого скота, а также оценки степени разнообразия и генетического сходства в популяциях крупного рогатого скота;
получить графическое отражение профилей частот антигенов крови с выявлением породных особенностей Bos taurus;
выявить породные особенности антигенофондов якутского скота и районированных в Якутии симментальской и холмогорской пород с учетом антигенов В, С и простых систем крови;
оценить возможность выявления потомков от возвратного скрещивания, с привлечением иммуногенетических маркеров - "сигналей" метизации якутского скота заводской породой;
-оценить возможность выявления генетических маркеров по группам крови, связанных с хозяйственно-полезными признаками животных и приспособленностью к условиям Крайнего Севера;
- сопоставить антигенные профили якутского скота и его помесей с
профилями частот антигенов пород крупного рогатого скота турано-
монгольской группы и стран циркумполярного региона.
1.3. Научная новизна. Получены новые данные о частотах эритроци-тарных антигенов 10 генетических систем крови якутско-холмогорских и якутско-симментальских помесей крупного рогатого скота Якутии. Про-иедеио сравнительное изучение антигенофондов помесных и аборигенных популяций крупного рогатого скота Якутии с заводскими районированными породами. Сопоставление проведено по трем параметрам: по профилям частот антигенов десяти генетических систем групп крови; по фенотипам и феногруппам систем крови В и С; по индексам генетического сходства и дистанций.
Разработан новый способ анализа профилей частот эритроцитарных антигенов комплексных локусов В и С систем крови крупного рогатого скота для выявления породных генетических маркеров. Он основан на сопоставлении профилей частот антигенов исходных пород и их помесей в последовательности, соответствующей моделям комплексных локусов крови ЕСВ и ЕСС с использованием оригинальных компьютерных программ.
Графический способ сопоставления антигенных профилей позволил выявить генетические маркеры - "сигнали" метизации якутского скота заводскими породами и обнаружить изменения антигенного профиля, привнесенные десятилетие назад возвратным скрещиванием.
Межпородное сравнение графических изображений профилей частот антигенов крови 12 пород крупного рогатого скота выявило их сходство и различие. Сформулировано представление об антигенном профиле крови популяции.
Определены породные особенности антигенофонда якутского скота, симментальской и холмогорской пород, районированных в Якутии.
Оценены генетические дистанции между тремя популяциями чистого якутского скота Верхоянья, степень их полиморфное по группам крови.
1.4. Практическая значимость.
Для мониторинга чистопородного и помесного крупного рогатого скота по иммуногенетическим признакам крови предложен более чувствительный, в сравнении с индексами генетического сходства, способ. На основе предложенного графического иммуно-генетико-статистического анализа с использованием ЭВМ выявлены распространенные во всех исследованных популяциях фенотипы и феногруппы систем В и С крови и реконструированы генотипы якутских быков-производителей и быков-производителей якутско-симментальских помесных популяций. Для Гос-племобъединения проведено типирование крови 11 быков-производителей симментальской породы (8 местных) и 8 быков-производителей холмогорской породы, завезенных из Архангельской области. Госплемобъединению республики даны рекомендации для обеспечения должной генетической гетерогенности и для разведения по линиям крупного рогатого скота Якутии. Составлены списки всех фенотипов крови якутско-симментальских помесей КП "Чочунский" Вилюйского улуса (n = 676), чистого якутского скота Верхоянья (n = 603) и якутско-холмогорских помесей КП "Хатын-Арынский" Намского улуса Центральной Якутии (п=365), а также предоставлены данные о наиболее распространенных фенотипах В и С систем крови.
Метод межпопуляционного сравнительного анализа антигенных профилей использован при сравнении популяций "Едяй" и "Сиэр-Биэ" КП "Едяйский" Намского улуса в целях выявления "следов прилития крови" якутского скота, привнесенных десятилетие назад, при возвратном скрещивании якутско-холмогорских коров.
Для научно-исследовательских работ в области иммуногенетики крупного рогатого скота и для селекционно-племенной службы республики могут быть использованы компьютерные базы данных на ПЭВМ по иммуногенетическим показателям якутского скота и его помесным популяциям, а также разработаннные на основании пакета систем управления базами данных (СУБД) Fox pro, оригинальные компьютерные программы, удовлетворяющие требованиям поиска генетических маркеров в популяциях якутского скота и его помесей и для оценки степени разнообразия и генетического сходства.
Материалы по теоретическим и практическим аспектам иммуногенетики якутского скота и его .помесей, компьютерные программы обработки баз данных иммуногенетического анализа, породные генетические маркеры предложены не только для дальнейших исследовательских работ по выявлению ассоциаций с хозяйственно-полезными признаками, адаптированно-стью животных к экстремальным условиям Севера, но и для использования в лекционном и практическом курсе генетики сельскохозяйственных вузов.
1.5. Апробация работы. Материалы диссертации представлены на итоговых конференциях Якутской государственной сельскохозяйственной
Академии (1986 - 1997 гг.); Ill школе-семинаре по генетике и селекции животных, проведенном ИЦиГ СО АН СССР (Горный Алтай, 1989); доложены на международных, региональных, республиканских научных и научно-практических конференциях: 1 Международной по частной генетике сельскохозяйственных животных (Аскания-Нова, 1993); республиканской, посвященной 60-летию высшего образования в Республике Саха (Якутск, 1994); региональной "Механизмы адаптации организмов Севера" (Якутск, 1994); 2 Международной циркумполярного сельского хозяйства (Тромсо, Норвегия, 1995); региональной "Экологические и генетические исследования в Якутии" (Якутск, 1995); Якутского Отделения ВОГИС (Якутск, 1997). Основные положения, выводы и практические предложения, изложенные в диссертации, обсуждены и одобрены на кафедре генетики и экологии КрасГАУ (Красноярск, 1997) и на расширенном заседании кафедры общей зоотехнии агротехнологического факультета ЯГСХА (Якутск, 1997).
-
Публикация результатов исследований. Материалы диссертации представлены в монографиях: "Генетические ресурсы крупного рогатого скота: редкие и исчезающие отечественные породы" (Москва: Наука, 1993), "Генофонд антигенов крови крупного рогатого скота Якутии" (Новосибирск: РАСХН, 1997). Всего по теме диссертации опубликовано 21 работа в сборниках научных трудов ЯГСХА, НПО "Якутское", Института биологии ЯНЦ АН РС(Я), в журналах "Доклады ВАСХНИЛ", "Природа" и др.
-
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 35С страницах машинописного текста, иллюстрирована 33 рисунками и 61 таблицами. Структура диссертации: введение, 4 главы обзора литературы, материал и методика исследований, 8 глав результатов собственных исследований, выводы, практические предложения, список литературы, содержащий 461 источник, в том числе 234 иностранных.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность коллективу Якутской государственной сельскохозяйственной Академии и лицам, способствовавшим выполнению его диссертационной работы: к. и. н. И. С. Сивцеву, В.И. Баланову, с. н. с. Т.И. Ивановой О.Н. Сивцевой, члену корреспонденту РАН Н.Г. Соломонову, д. б. н Д.Д. Саввинову, к. б. н. М.К. Слепцову, д. т. н. О.Н. Толстихину, д.б.н И.Ю. Элингсен.
Особую благодарность автор приносит своему учителю и наставник; д.б.н. , профессору, заслуженному деятелю науки Российской Федерациі Н.О. Суховой.
1.8. Основные положения, выносимые на защиту.
1.8.1. Результаты анализа генетической структуры аборигенного якут ского скота Верхоянья и помесных якутско-симментальских и якутско холмогорских популяций крупного рогатого скота Якутии по профиля? частот эритроцитарных антигенов десяти генетических систем крови, пі фенотипам и феногруппам В и С систем крови, а также индексам генетиче ского сходства и дистанций.
-
Новый способ сопоставления профилей частот эритроцитарных антигенов комплексных В и С локусов крови крупного рогатого скота, при выявлении межпородных и внутрипородных генетических особенностей.
-
Особенности антигенофондов якутского скота, симментальской и холмогорской пород, районированных в Якутии.