Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Морфометрический анализ хромосом у бычков и телок черно-пестрой.породы различного происхождения 36-51
1. 1. Характеристика.линейных размеров хромосом .36-44
1. 2. Характеристика.линайных размеров У-хромосомы .; 44-48
1. 3. Характеристика.линейных размеров Х-хромосом 48-51
Глава II. Пространственное расположение хромосом у крупного рогатого скота черно-пестрой породы различного происхождения 52 - 65
2. 1. Ассоциации.акроцентрических хро- мосом .52-57
2. 2. Ассоциации аутосом с половыми хромосомами 58-60
2. 3. Парное.расположение половых хро- мосом 61-65
Глава III. Спонтанная анеуплоидия и полиплоидия в клетках костного мозга у крупного рогатого скота черно-пестрой породы.различного происхождения 66-83
3. 1. Спонтанная анеуплоидия 66 - 72
3.2. Соматическая полиплоидия 73
Глава ІV. Спонтанная изменчивость хромосом и воспроизводительная функция быков-производителей 84
Выводы 92
Практические предложения 93
Список использованной литературы 94
- Характеристика.линайных размеров У-хромосомы
- Ассоциации аутосом с половыми хромосомами
- Соматическая полиплоидия
- Спонтанная изменчивость хромосом и воспроизводительная функция быков-производителей
Введение к работе
В последнюю четверть века начато изучение возможности использования при оценке производителей наследственно детерминированных интерьерных показателей в целях более раннего выявления их селекционной ценности Иммуногенетические показатели в последние годы стало возможным дополнить цитогенетическими, в связи с усовершенствованием методов исследования кариотипа сельскохозяйственных животных. Были изучены нормальные кариотипы крупного рогатого скота, овец, свиней разных пород. Анализ кариотипической изменчивости у ряда зарубежных и отечественных пород крупного рогатого скота выявил взаимосвязи некоторых аномалий кариотипа с резистентностью и воспроизводительной способностью. Так, наличие транслокаций влечет за собой снижение плодовитости. Обнаружены кариотипические различия между породами и стадами, различающимися адаптационной способностью и эффективностью гибридизации.
На основе цитогенетинеских исследований во многих странах принято решение о тестировании всех быков-производителей, работающих в племенных учреждениях, о записи в их индивидуальные карточки характеристики кариотипа. Ставится задача использования патогенетических характеристик для очищения стад от генетического брака, а также для удаления быков-производителей, носителей хромосомных аномалий, для подбора исходных форм при гибридизации животных.
На кафедре разведения и генетики сельскохозяйственных животных Московской ветеринарной академии имени КЇИ.Скрябина в течение 15 лет проводится работа по изучению кариотипической изменчивости у различных пород крупного рогатого скота, горского крупного рогатого скота, зебу, яков, буйволов и гибридов между ними. Настоящая работа является логическим продолжением предыдущих исследований.
В последнее время интерес вызывают предположения о связи У-хромосомы с воспроизводительной функцией у быков-производителей; В связи с этим перед нами была поставлена цель - современными методами анализа хромосом исследовать это явление в связи с проблемой повышения селекционных качеств черно-пестрой породы путем использования быков голландской породы.
Настоящая работа является самостоятельным разделом комплексной темы: "Генетические основы онтогенеза сельскохозяйственных животных", проводимой на кафедре разведения и генетики сельскохозяйственных животных под руководством члена-корреспондента ВАСХНИЯ, профессора В.Ф.Краеота.
Для достижения намеченной цели мы сосредоточили усилия на решении следующих основных задач:
1. Изучить особенности кариотипов быков-производителей черно-пестрой породы голландского корня и их потомства?
2. Исследовать морфометрические особенности У-хромосом у быков-производителей и их потомства.
3. Выявить различные генетические аномалии в строении кариотипов быков-производителей разного происхождения, линий и возраста.
4. Установить их генетическую благонадежность и возможность дальнейшего использования.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые представлены данные о полиморфизме хромосом в разрезе линий крупного рогатого скота черно-пестрой породы. Изучено влияние кариотипическое изменчивости на воспроизводительную функцию быков-производителей.
На защиту выносятся данные характеризующие кариотипическую изменчивость быков-производителей трек ведущих линий
Характеристика.линайных размеров У-хромосомы
Результаты измерения У-хромосомы в клетках костного мозга бычков представлены в таблице . Величина У-хромосомы бычков составляет менее половины длины Х-хромосомы. Для каждого животного размер У-хромосомы оказался величиной постоянной, табл.4. Практическое определение относительных размеров У-хромосомы быков чрезвычайно трудно, поскольку требует обязательного изме рения всех хромосом в кариотипе животных. Мы применили другой бо лее простой в вычислении критерий оценки величины У-хромосомы, представляющий собой отношение абсолютной величины У-хромосомы к полусумме абсолютные длин 1-й и 29-й пар аутосом (У :3 $, где соответствующих пар хромосом, а 0,88і - константные, для метафаз клеток системы крови со средней степенью спирализации хромосом, отношение линейных размеров 1-й и 29-й пар аутосом. Относительные размеры животных:, указанных в табл.4 вычисленные по отношению к , представляют следующий цифровой ряд: 0,38; 0,40; 0,51; 0,46; 0,41; 0,44. Из этих данных следует, что большая разница между средними значениями У : С/ соответствует большей разнице между У : Г. То же оправедливо для меньших разниц.
При проведении цитогенетического анализа нами был установлен знутрипородный полиморфизм размеров У-хромосомы у бычков различного происхождения табл.5. Центромерный индекс ( J ) различной величины У-хромосом бычков варьировал от 35,2 до 46,3$, вследствие чего эта хромосома у некоторых животных: была почти метацентрической. Представлялось важным изучить, за счет какого участка У-хромосомы происходит изменение ее размеров. С этой целью была построена поликариограмма для У-хромосом наибольшей и наименьшей величины, рис.6. Анализ поликариограммы показывате, что наибольшие У-хромосомы - субметацентрические, наименьшие - приближаются к метацент-рическим. Анализ данных табл.5 подтверждает этот вывод. Выраженный полиморфизм У-хромосомы был обнаружен у быков французских пород.Дарре с сотр. ( о.гге еЛ 4. , 1974) в специальной работе проанализировали величину У-хромосомы в лимфоцитах крови у 87 быков пяти французских пород крупного рогатого ско та нормандской, P. P.M. , шароле, монтбельярд и мен-ащу. Величина У-хромосомы оценивалась автором по отношению к длине 1-й пары аутосом и длине Х-хромосомы по формуле: Наибольшая средняя величина У-хромосомы оказалась у быков породы шароле и монтбельярд, наименьшая - у быков нормандской породы и мен-анжу (№аиім,Р№е.-&у. , 1975) нашли, что У-хромосома быков породы шароле длинее, чем у датских быков молочных пород. S.r.vK /i " А А. (1977) подтвердили факт широкого полиморфизма размеров У-хромосомы при цитогенетическом исследовании лимфо-цитов крови 91 быка голштинской, айрширской, санта-гертруда, шароле, герефордской пород и зебу. Полиморфизм У-хромосомы описан так же у человека. Установлено, что 2-Д# мужчин имеют отклонения от средних размеров У-хромосомы (CfWb Кг0и нае&9 1966), обнаружены особи с необычно большими и необычно маленьки ми У-хромо сомами (ft&rlLevic. / ,1975; ll n\eras, &. с - } 1967). В одних случаях эти наблюдения были сделаны у фенотипически нормальных людей, в других - изменения морфологии У-хромосомы сопутствовали каким-либо аномалиям, в том числе, нарушениям функции воспроизводства {Я)е і/СгЛ є?г— \/с» іІг- &. &&. 1971$ Уиъъо -ЇЛ , 1966).
Ассоциации аутосом с половыми хромосомами
Проведя анализ большого числа метафаз бычков и телок различного происхождения мы наблюдали наряду с ассоциациями этого типа ассоциаций характерно близкое расположение акроцентрических аучго-сом и центромерному участку Х-хромосомы своими короткими плечами (рис.8). Результаты исследования этого феномена приведены в таблице II.
Анализ таблицы II показал, что частота ассоциаций аутосом с их Х-хромо сомой изменяется параллельно показателю характеризующему ассоциации между аутосомами, т.е. чем выше частота встречаемости ассоциаций акроцентрических хромосом, тем выпе и частота ассоциаций аутосом с половыми хромосомами.
Различия в частоте ассоциаций аутосом с половыми хромосомами в разрезе пола животных объясняется тем, что женские особи. имеют в своем кариотипе две Х-хромосомы, что и нашло свое подтверждение в данном эксперименте.
Исследование архитектоники ядра соматических клеток имеет теоретическое и практическое значение для понимания механизмов функционирования наследственного аппарата и разработки методов воздействия на него с целью повышения продуктивности животных. Постановка этого вопроса связана с идеей о неслучайной взаимной ориентации хромосом в ядре клетки. Современными работами, выполненными в нашей стране и за рубежом. Показано, что в соматических клетках человека, различных видов животных и растений можно наблюдать закономерное расположение определенных хромосом в центре или на периферии ядра, спаривание гомологичных хромосом и группировки негомологичных.
Мы исследовали пространственное расположение хромосом в ядрах соматических клеток (на примере клеток костного мозга) крупного рогатого скота черно-пестрой породы, в результате чего удалось описать различные типы ассоциаций аутосом и аутосом с Х-хромосомой.
По исследованию ассоциаций хреновом в яялтаа системы крови выполнено большое количество работ (В.М.Гиндилис, С.А.Па-вулсоне, 1967; Ferf u-i uih, Й& «.Й/«. &.е - 9 jg63)
Полагают, что групповое расположение акроцентрических хромосом в клеточном ядре является следствием их функциональной связи. .. Так, например, по данным ряда авторов акроцентрические хромосомы человека участвуют в ядрыпкообиазовании CGr&f, C&&L , 1967) и несут в своих коротких плечах гены, ответственные за синтез р-РЩ. Согласно расггооетранннному мнению, формирование спутничных ассоциаций и слияние яДтэыпек в интерфазе - взаимосвязанные явления$А.И.Шерудило, Е.Ф.Семешин, 1969). Ядрыпко в процессе дифференцировки клетки утрачивает свою компактность. Таким образом, групповое расположение ажюцентвических хромосом, связанное с функционированием ядрышка в интеюфазном ядре, по ме-ре приближения клетки к делению нарушается, однако в СИЛУ каких-то внутренних причин это свойство проявляется и у ряда клеток, . входящих в фазу митоза. Возможно, что одним из факторов, препятствующих дезориентации акроцентрических хромосом, является их. способность вступать в ассоциации. Этой точки зрения придерживаются некоторые исследователи (fLezenkn uz f L , 1969). Однако предложены и другие гипотезы. А.А.Прокофьева-Бельговекая. (1966) считает, что спутничные ассоциации образуются в результате негомологической конъюгации гетерохроматиновых районов хромосом. Феномен ассоциациб хромосом есть ошэеделенное свидетельство упорядоченности во внутренней организации ядра клеток соматических тканей животных. Примечательно еще одно обстоятельство, а именно, обусловленность проявления ассоциаций хромосом многими факторами генотипического и физиологического порядка.
Соматическая полиплоидия
Как генетический феномен, полиплоидия состо#ит в кратном увеличении диплоидного числа хромосом в ядрах клеток. Дол итога иднвд формы широко распространена среди растений. Для некоторых растительных видов тлеются серии полиплоидов. Среди домашняя животных полиплоидные формы неизвестны, вместе с тем, полиплоидные клетки у них являются нормальной составной частью различных соматических тканей. Количество полиплоидных клеток изменяется в зависимости от физиологического состояния животных и при различных патологических состояниях. Широкий круг вопросов, связанных с проблемой полиплоидных клеток системы крови животных, делает актуальным всестороннее изучение этого явления. Полиплоидизация по отношению к ядру и клетке - понятия не всегда тождественные. Клетку с двуда диплоидныни ядрами можно рассматривать как полиплоидную, тогда как к ядрам этот термин не относится. Распознать полиплоидную клетку относительно не трудно, она имеет увеличенные размеры, увеличенный размер ядра или наличие двух или более ядер. Определение степени полиплоидизации клетки основано на измерении массы ядерного материала. Для этого применяют цитофотометрию, планиметрический анализ (измерение площади ядер), прямой подсчет числа хромосом. Наиболее объективным методом исследования полиплоидных клеток, несомненно, является прямой анализ хромосом, дающий возможность совершенно точно определить уровень полиплоидии и изучить качественный состав кариотипа. Мы применили кариологический анализ для изучения количественного и качественного состава полиплоидных клеток крупного рогатого скота различного происхождения. Исследование полиплоидии проводили следующим образом: вначале под малым увеличением микроскопа в препаратах подсчитывали не менее 500 метафаэ и учитывали полиплоиды, затем при иммерион-ном увеличении микроскопа, фотографировали все политою да, каче -ственный анализ которых выполняли подсчетом количества хромосом.
При большом количестве наложений хромосом в полиплоидной клетке точно подсчитать их количество не всегда представляется возможным. В этом случае речь может идти лишь об уровне плоидности (полиплоидная клетка тетраплоидного уровня, октошіоидного уровня и т.д.) (рис.11). Результаты исследования соматической полиплоидии у крупного рогатого скота различного происхождения представлены в таблице 15. Анализ данных таблицы 15 показал, что полиплоидия в среднем составила 0,10$. Достоверных различий между потомками различных быков-производителей не обнаружено Качественный состав полиплоидов представлен в таблице 16. Анализ таблицы 16 показывате, что спектр полиплоидных клеток в костном мозге довольно широк, но основную массу составляют клетки, имеющие набор хромосом равный 8 п и более. Интересно отметить, что все полиплоидные клетки представлены ортоплоидами. . Кратное изменение наборов хромосом в клетках гемопоэтиче-ской ткани животных в норме может быть рассмотрено с нескольких точек зрения: либо полиплоидия обусловлена присутствием специфических типов клеток, наделенных определенной функцией, либо она проявляется вследствие каких-либо физиологических процессов, происходящих в гемопоэтической ткани, либо - есть следствие геномных мутаций. Наиболее распространено представление о том, что полиплоидные клетки нормальной гемопоэтической ткани животных - это мега-кариоциты. В эмбриональный период развития животных мегакариоци-ты впервые появляются в печени. У взрослых особей они находятся в костном мозгу. Т.ЇЇ.Цессарская (1968) при исследовании костного мозга собак обнаружила 4,2$ полиплоидных клеток. Она полагает, что эти клетки образуются в результате повторных эндомитозов и являются мегакариобластами, из которых формируются мегакариоциты.
В результате эндомитотических процессов, следующих один за другим, степень плоидности ядер в клетках должна возрастать в геометрической прогрессии. Между тем, детальный кариотипический анализ полиплоидных клеток гемопоэтической ткани животных обнаруживает присутствие и иных типов полиплоидных клеток.
R работах различных авторов по разному оцениваются как общее количество, так и качественный состав полиплоидных клеток гемопоэтической ткани сельскохозяйственных животных. Эти расхождения, на наш взгляд, обусловливаются несколькими причинами Среди них можно, например, указать на генетические и физиологические особенности обследуемых животных (порода, линия,, семейство, пол и возраст животных).
Обнаруживаемые различия в содержании полиплоидных клеток в , гемопоэтической ткани животных можно было бы трактовать как видовую специфичность, обусловленную различным содержанием мегакарио-цитов в костном мозгу соответствующих видов. Подобное объяснение не относится к ряду исключений, поскольку аналогичные особенности в содержании различных форменных элементов крови и костного мозга для многих видов животных уже известны (В.Н.Никитин, 1949), однако, количество мегакариоцитов у видов, контрастных по содержанию полиплоидов в гемопоэтической ткани, например, крупный рогатый скот (0,13$. полиплоидов) и свиньи (1,985» полиплоидов), оказывается одинаковым - 0,2$.
Спонтанная изменчивость хромосом и воспроизводительная функция быков-производителей
Широкое внедрение искусственного осеменения коров значительно повышает роль производителей в генерическом улучшении стада и "является одним из основных моментов в деле повышения эффективности племенной работы, совершенствования плановых- пород, создания животных нового типа, максимально отвечающих требованиям крупных- специализированных хозяйств, позволяющих обеспечить наиболее экономичное производство продукции животноводства на промышленной основе" (Б.Т.Горин, 1969).
Вместе с тем, массовое осеменение маточного поголовья "требует применения специальных мер предупреждения широкого распространения нежелательных рецессивных генов", которые в гомозиготном состоянии вызывают уродства или сильные нарушения жизнеспособности (Я.Л.Глембоцкий, 1973, 1976). В связи с этим необходимы широкие всесторонние и особенно цитогенетические исследования быков, направленные на изучение наследственных структур клетки -хромосом. Необходимость в проведении таких исследований связана с тем, что встречаются кариотипические нарушения, которые наследуются потомством и оказывают влияние на его качество, а также на воспроизводительные функции коров. Цитогенетические исследования последних лет свидетельствуют о необходимости изученш хромосомного аппарата быков-производителей на станциях искусственного осеменения ( Ц».ілсш , 1972; fcw ci хЛ cz. у jg73; Po&eeL, 1972, 1974; Ісрі v cd2. , 1975; Qr&-i z $e,r , 1975).
Известно (#ЄА.-« , 1937 ), что сбалансированность количества хромосом в клетках всех органов и тканей необходимое ус ловие нормальной жизнеспособности организма. Анеуплоидия, по-видимому, оказывает влияние на количество спермопродукции быков-производителей. Модно также предположить, что повьшенная анеуплоидия быков с низкой спермопродукцией является следствием нарушений физиологических функций всего организма. В.И.Евсюков (1968, 1970) повышенную частоту анеуплоидных клеток стерильных самцов норок объясняет постулированием параллелизма в повреждаемости хромосомного аппарата в митозе и мейозе.
При изучении спонтанных структурных изменений хромосом у крупного рогатого скота черно-пестрой породы различного происхож дения мы обнаружили в основном хроматидные аберрации. Результаты анализа хромосомных аберраций представлены в таб лице 17.
Данные о том, что большинство аберраций были хроматидного типа свидетельствуют, что исследуемые клетки с подобной перестройкой произошли на стадии S и (j. , когда хромосома реагирует как двухнитчатая структура. У потомков была Лавра помимо клеток с делецией аутосом были обнаружены разрывы длинных плеч (одного или двух) Х-хромосомы.
Мы попытались сопоставить результаты производственного использования быков-производителей с кариотипической характеристикой их сыновей. Результаты этого анализа представлены в таблице 18.
Анализ данных показал, что бык Лавр имел наименьший процент покрывшихся коров и телок (67,750 Также и наибольшее число коров (7,6/0 покрытых этим быком завершили свою стельность абортами, В то же время в клетках костного мозга потомков Лавра было наибольшее число анеуплоидных клеток (10,815») и наибольшее число клеток с аберрациями хромосом (0,64/0« Ассоциативная способность ХРОМОСОМ у сыновей Лавра была ниже по сравнению с другими быками (64, ).
Лучшие показатели производственного использования имеет бык Барс, от которого все 1005 коров и телок оказались покрытыми, У. коров покрытых этим былом не было ни одного аборта. Сыновья этого быка имели наименьшее число анеуплоидных клеток (6,61$) и клеток с аберрациями хромосом (0,245).
Хорошие показатели воспроизводства имеет и бык Циклон, У его сыновей также невысокие показатели анеуплоидии (7,5650 и хромосомных аберраций (0,205).
R работах многих исследователей было показано, что величина У-хромосомы быков соответствует длине 2-хромосомы их сыновей
Мы также сопоставили результаты производственного использования быков с величиной У-хромосомы. Оказалось, что быки с худшими воспроизводительными качествами имели и меньшую У-хромосому (Лавр, например, имел У-хромосому с относительной длиной 2,11), а быки имевшие лучшие показатели воспроизводства тлели и большую У-хроносому (Циклон - 2,31).
Наиболее интересным, на наш взгляд, является тот факт, что наименьшая величина У-хромосомы соответствует повышенному числу аберраций хромосом, и наибольшая величина - наименьшему числу аберраций. Таким образом можно предположить, что полиморфизм по
величине У-хромосомы может возникать в результате хромосомных аберраций. Уменьшение величины У-хромосомы может водникать за счет небольших делеций и хотя эта хромосома генетически почти инертна, тем не менее утеря небольших участков может приводить к снижению "воспроизводительной функции быков. В то же время, если изменение величины У-хромосомы возникает за счет аберраций, возможно появление очень крупных У-хромосом,возникающих за счет транслокаций. Таким образом цитогенетический анализ может служить надежным тестом воспроизводительной функции быков-производителей.
За последние 5 лет количество выявленных цитогенетических . нарушений, встречающихся у сельскохозяйственных животных, значительно возросло. Цитогенетические обследования быков-производителей на станциях искусственного осеменения в Чехословакии, Италии, Франции позволили вскрыть и классифицировать ряд новых часто встречающихся нарушений. По данным института ветеринарии в г.Брно ( LclJcc eJcdP.i 1976), в 1976 году при цитогенетическом обследовании быков были выявлены различные типы хромосомных аномалий: химеризм по половил хромосомам с мозаичными типами 60/ХУ -6І/ХХУ; 59/ХО - 60/ХХ, а также транслокации робертсоновского типа 1/29; 1/88; I/8I; 1/82. Ыитогенетическое обследование некоторых телят с дефектами, полученными от этих производителей, выявило у них эентрические слияния 1/83 и 6/88, кольцевые хромосомы и пяд других трудно идентифицируемых нарушений. Авторы делают вывод о том, что цитогенетическое обследование является необходимым дополнительным методом при проверке животных по потомству. В ряде стран, как Чехословакия, Франция, Швеция проводят систематический цитогенетический контроль всех быков, используемых в искусственном осеменении.
