Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. Породообразование в свиноводстве 8
1.2. Иммуногенетические маркеры в селекции свиней 16
1.3. Селекция свиней на стресс-устойчивость 22
1.4. Этологические маркеры в селекции свиней 25
2. Материал и методика исследований 31
3. Результаты исследов аний 38
3.1. Полиморфизм новосибирской популяции скороспелой мясной породы свиней по группам крови 38
3.2. Генетическая структура скороспелой мясной породы свиней по некоторым аллотипам сывороточных белков в динамике породообразования 45
3.3. Динамика воспроизводительных качеств свиноматок скороспелой мясной породы свиней в процессе породообразования 47
3.4. Динамика откормочных и мясных качеств свиней скороспелой мясной породы в процессе породообразования 56
3.5. Стресс-устойчивость и этологическая характеристика свиней скороспелой мясной породы в динамике породообразования 60
3.6. Связь генетических маркеров с продуктивностью свиней скороспелой мясной породы 65
Обсуждение 70
Выводы 78
Предложения 80
Литература 81
Приложения 101
- Иммуногенетические маркеры в селекции свиней
- Этологические маркеры в селекции свиней
- Генетическая структура скороспелой мясной породы свиней по некоторым аллотипам сывороточных белков в динамике породообразования
- Динамика откормочных и мясных качеств свиней скороспелой мясной породы в процессе породообразования
Введение к работе
Актуальность темы. Особое значение в условиях повышения интенсивности свиноводства и интродукции зарубежных пород свиней в системы скрещивания и гибридизации приобретает соотношение адаптивных качеств и продуктивности животных. В связи с этим актуальной задачей становится комплексная оценка и сохранение генофонда отечественных пород свиней как основы для развития отрасли.
Изменение генетической структуры популяции сельскохозяйственных животных под воздействием как факторов селекции, так и окружающей среды, может служить показателем важности тех или иных генетических систем для формирования адаптационного потенциала (Алтухов Ю.П., 2003). Разнообразие и сравнительно простой характер наследования таких маркеров, как эритроцитарные группы крови и аллотипы сывороточных белков свиней, позволяет использовать их в качестве средства отображения процессов, происходящих в популяции в динамике ее формирования и развития (Тихонов В.Н. и др., 2004).
Новосибирская популяция скороспелой мясной породы свиней имеет сложную синтетическую структуру, объединяя генофонд европейских и сибирских пород и специализированных типов (Гудилин И.И., 1995; Кабанов В.Д., 1998).
Цель и задачи исследований. Целью исследований было изучение генетической структуры и хозяйственно-биологических особенностей популяции скороспелой мясной породы свиней новосибирской селекции. Решались следующие задачи:
Оценить своеобразие современной генетической структуры новосибирской популяции в сравнении с исходными формами и другими зональными типами скороспелой мясной породы.
Изучить динамику уровня и изменчивости продуктивных качеств свиней породы СМ-1 в процессе породообразования.
Оценить корреляцию признаков продуктивности свиней СМ-1.
Определить динамику изменения признаков, характеризующих технологическую пригодность свиней в процессе совершенствования породы.
Изучить связь между некоторыми генетическими маркерами и продуктивностью свиней.
Научная новизна. Оценена динамика изменения генетической структуры популяции скороспелой мясной породы свиней новосибирской селекции по группам крови и аллотипам сывороточных белков в процессе породообразования. Изучены особенности формирования, изменчивость и корреляции воспроизводительных, откормочных и мясных качеств свиней СМ-1. Определена связь некоторых групп крови с продуктивными качествами свиней СМ-1, характеризующая своеобразие стада. С использованием молекулярно-генетических и этологических методов оценен адаптивный потенциал популяции в динамике совершенствования породы.
Практическая значимость. Результаты исследований включены в план селекционной работы со стадом свиней породы СМ-1 племзавода учхоза Новосибирского ГАУ «Тулинское»; используются в учебном процессе по специальности «Зоотехния» при преподавании дисциплин «Свиноводство», «Методика научных исследований» и «Биология свиньи».
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на международных научных конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирский государственный университет, 1999, 2001-2003), межвузовской научной конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири» (Новосибирск, 1999-2000), 49, 50 и 52-ой международных научных конференциях Европейской ассоциации по животноводству - ЕААР (Цюрих, 1999, Вагенинген, 2000, Будапешт, 2001), 17-й конференции международного общества по ветеринарии в свиноводстве - IPVS (Айова, 2002), международной научной конференции
7 «Актуальные аспекты экологической, сравнительно-видовой, возрастной и экспериментальной морфологии» (Улан-Удэ, 2004), региональной научной конференции «Актуальные проблемы животноводства Сибири: наука, производство и образование» (Новосибирск, 2004). Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ. Основные положения, выносимые на защиту:
Особенности формирования генетической структуры новосибирской популяции скороспелой мясной породы свиней по группам крови и аллотипам сывороточных белков.
Высокий уровень приспособленности животных СМ-1 новосибирской селекции к местным условиям обеспечивается оптимальным соотношением генофонда исходных пород и типов «европейской» и «сибирской» селекции.
Мониторинг стресс-устойчивости и этологических признаков свиней СМ-1 в процессе породообразования свидетельствует о формировании генетической структуры популяции, адаптированной к существующим условиям разведения.
Связь аллелей групп крови и аллотипов сывороточных белков с признаками продуктивности характеризует своеобразие популяции скороспелой мясной породы свиней новосибирской селекции.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методики исследований, результатов исследований, обсуждения, выводов, практических предложений, списка литературы, приложений. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 3 рисунка, 35 таблиц, 7 приложений. Список литературы включает 179 источников, в том числе 52 на иностранном языке.
Иммуногенетические маркеры в селекции свиней
Одним из важнейших факторов интенсификации селекционной работы является использование маркеров, облегчающих контроль передачи тех или иных хозяйственно полезных признаков (Серебровский А.С., 1970). В качестве маркеров предлагаются био- и цитохимические (Дементьева Т.А., 1998), иммуногенетические (Тихонов В.Н. и др., 2004), цитогенетические (Орлов В.Н., 1970; Жигачев А.И, 1984), фармакологические (Crabbe J.C. et al., 1999), иммунологические (McGlone J., 1987; Жучаев K.B. и др., 1989; Puel A.et al., 1998), этологические (Hemsworth P.H.et al., 1994), а так же маркеры ДНК (Archibald A.L. et al., 1995; Rettenberger G. et al., 1996; Walling G.A., 1998). Однако до сих пор среди исследователей ведется спор о наличии ассоциаций между моногенно наследуемыми биохимическими маркерами и сложно обусловленными продуктивными признаками. В связи с этим особенно большое теоретическое и практическое значение приобретает изучение конкретных генетических механизмов, которые могут обусловливать такие устойчивые корреляции. Выделяется четыре уровня организации, на которых проявляется корреляция между биохимическими маркерами, в том числе и системами групп крови, и продуктивностью животных - молекулярный, внутрихромосомный, организменный и популяционный. На всех четырех уровнях современными методами возможно проводить регистрацию и оценку биохимического полиморфизма, однако наиболее часто работа ведется именно на организменном уровне, что сопряжено с некоторыми сложностями (Тихонов В.Н., 1987). С другой стороны, благоприятное сочетание генов одновременно по многим генетическим системам может обеспечить проявление «кумулятивного эффекта», способствующего максимальному проявлению селекционируемого признака в данных условиях среды (Герасименко В.В., 1989).
Генетическое разнообразие белковых систем в природе породило теорию об адаптивном значении наследственной изменчивости по показателям биохимии (Левонтин Р., 1978). Для подавляющего большинства полиморфных генов у изученных видов селективная элиминация невелика (Алтухов Ю.П. и др., 1996), однако жизнеспособность популяций во многом зависит от приспособленности определенных генотипов (Алтухов Ю.П., 1995).
Является несомненным, что генетический полиморфизм как природных, так и контролируемых человеком популяций, в каждом конкретном случае отличается определенным своеобразием. Для диких и домашних форм вида Sus scrofa, имеющего сложную и неоднозначную систематику (Филипченко Ю.А., 1933; Князев СП. и др., 2004), и сложную генетическую структуру отдельных популяций, анализ биохимических и генетических маркеров позволяет лучше понять происхождение и микроэволюцию подвидов и пород (Тихонов В.Н., 1978).
Основными иммуногенетическими маркерами в селекции свиней являются системы эритроцитарных групп крови (Тихонов В.Н., 1991; Сухова Н.О. и др., 1984). Наряду с эритроцитарными системами групп крови свиней к иммуногенетическим маркерам относят так же и аллотипы - генетически детерминированные белки сыворотки крови, по которым идентифицируют группы особей одного вида (Баранов O.K., 1981, Князев С. П. и др, 1982). Наиболее хорошо у свиней изучена система липопротеинов высокой (Lpr) и низкой плотности (LpB, Lps и др.), иммуноглобулина IgG, в настоящее время активно изучается и описывается система & -макроглобулинов, относящаяся к Gp системе аллотипов (Савина М.А. и др., 2001).
В настоящее время хорошо изучено 16 генетических систем групп крови свиней, объединяющих около 100 эритроцитарных антигенов, часть этих систем является «открытыми» - некоторые аллели этих систем обусловливают пока не изученные антигены (Тихонов В.Н., 1991).
Использование иммуногенетических маркеров в свиноводстве позволяет уточнить адаптивную и племенную ценность свиней, принципы бонитировки, теорию инбридинга, теорию достижения селекционного плато (Безенко СП., 2000).
Многочисленные исследования, проведенные на свиньях, показали возможность связи между продуктивностью и структурой популяции по определенным аллелям и генотипам некоторых систем групп крови (Тихонов В.Н. и др., 1984; Сухова И.О. и др., 1990; Герасименко В.В. и др., 1985; Сердюк Г.Н. и др.,2000). Однако, исследования показывают разный характер связи иммуногенетических показателей с продуктивностью и адаптивной ценностью определенных генотипов, в значительной степени зависящий от исследуемой популяции и временной динамики проводимых исследований (Сердюк Г.Н., 2002). Так, например, в линии Белфера породы ландрас было отмечено, что поросята с генотипом, включающим отцовский аллель Eedg, отличались большей жизнеспособностью в постнатальный период (в 1,65 раз). В отношении аллеля Ее было отмечено, что позитивных по этому аллелю поросят, при рождении было в 1,5 раз меньше, чем негативных. С другой стороны, в некоторых популяциях наблюдалась обратная картина в отношении этого аллеля, проявляющего оппозитную селективную ценность, что в свою очередь доказывает, что механизм влияния локуса системы Е на жизнеспособность обусловлен не плейотропией, а неполным генетическим сцеплением с локусом, имеющим субвитальный эффект (Тихонов В. Н. и др., 1988).
Этологические маркеры в селекции свиней
Изучение поведения животных в условиях содержания их на современной ферме приобретает особое значение в связи с тем, что установлено влияние некоторых генетических факторов на изменения в поведении животных в различных ситуациях. К таким факторам относят в первую очередь индивидуальные особенности в действии нейромедиаторных систем и их компенсаторные возможности при длительном воздействии стресс-факторов. Однако в роли стресс-факторов могут выступать не только меняющиеся условия среды, но и различные фармакологические или наркотические вещества, такие как этанол, морфин, галотан и пр. (Crabbe J.C.et al., 1999). Уже единичное введение таких веществ вызывает индивидуальные изменения в поведении животных, в то время как длительное - значительный дефицит нейромедиаторов в мозге, индивидуальный для каждой особи (Phillips Т. J. et al., 1999). В ситуациях, когда животные подвергаются воздействию сильных стресс-факторов, в социальных группах проявляются значительные патологии пов едения, такие, как увеличение немотивированной агрессии, исчезновение четких иерархических связей, нарушение дистанции между особями (Sapaolsky R.M., 1995).
Изучение генетики поведения, выявление факторов, влияющих на индивидуальные различия в формировании поведения необходимо в первую очередь для выяснения возможности селекции животных по этим признакам, во многом определяющим технологическую пригодность животных в современных условиях содержания. Определение генетического контроля этологических, в том числе этанол-индуцированных признаков свиней также имеет особое значение в связи с использованием свиней в качестве модели в биомедицинских исследованиях (Тихонов В.Н., 1990; Горелов И.Г. и др., 2001).
Установлено, что различия в поведении животных под воздействием стресса, не важно, социального или физиологического, в том числе индуцированного фармакологическими препаратами, зависят от особенностей деятельности нейромедиаторов (Crabbe J. et al., 1994; Bennett В., 1998; Vadasz С. et al., 1996). В свою очередь, деятельность нейромедиаторов, обусловливающих индивидуальную чувствительность животных к стрессу и, в том числе, к наркотическим препаратам, находится, хотя бы частично, под влиянием генетических факторов (Phillips Т. J. et al., 1999 ; Demarest К. et al., 1999; Crabbe J., 1998).
Генетика поведения лучше всего изучена на лабораторных животных -крысах и мышах (Phillips Т. J. et al., 1995; Plomin R.et al., 1993). Возможность кратковременной селекции инбредных линий мышей в сторону определенных особенностей поведения (Belknap J. К. et al., 1997; Risinger F. et al, 1998), легкость проведения скрещивания исследуемых инбредных линий (Gill К. et al., 1998) позволяет картировать множество локусов количественных признаков (QTL), связанных с особенностями поведения животных и, в первую очередь, этанол-чувствительность, как маркер стресс-чувствительности (Phillips Т. J. et al., 1998; Rodrigues L. et al., 1995; Cunningham C, 1995).
Основные маркеры, отвечающие за этанол-индуцированные реакции животных, связаны с утилизацией этанола. Гены Alh-І и Alh-3, картированные на 3 хромосоме мыши, кодируют фермент алкоголь-дегидрогеназу (Phillips Т. J. et al., 1995), Alh-1 так же определяет норму метаболизма этанола (Belknap J. K.et al., 1993; McClearn G.et al., 1998; Whatley V.at el., 1999). Изменчивость активности алкоголь-дегидрогеназы в человеческих популяциях напрямую связана с риском развития алкоголизма. Аналогичное предположение было высказано в отношении D2-peu,enTopa дофамина (Phillips Т. J. et al., 1994; Gehle V.et al., 1998; Галеева A. P. и др., 2000), являющегося также одним из генов-кандидатов, отвечающих за формирование алкогольной зависимости (Blum K.et al., 1990)
Полиморфизм гена GABAA рецептора (Gabrg2) определяет два фенотипа, связанных с остротой абстинентного синдрома и связан с двигательной активностью (Gill К. et al., 1998; Hitzemann R.et al., 1998; Erwin V.et al., 1997; Buck K. et al., 1998).
Подтверждением связи этанол-реактивности и этанол-индуцированных изменений в поведении со стресс-реактивностью является уровень кортикостерона в крови после употребления этанола, контролируемый одним основным геном (Pmv) (Roberts A. J. et al., 1995; Markel P. et al., 1996).
Тест «открытое поле» позволяет изучить изменение двигательной активности свиней под воздействием этанола, что может послужить подтверждением фармакологического или наркотического действия этого препарата. У 86 % поросят в этом тесте двигательная активность после обработки этанолом заметно снизилась (на 50 %), 8 % животных не изменили активность и 8 % увеличили активность, что является свидетельством наличия изменчивости по этому признаку.
Возможно, основным этологическим методом, перспективным для использования в селекции свиней, является изучение доместикационного поведения (Панкин B.C., 1996). Тест на «боязнь человека», разработанный Р.Н. Hemsworth (1987), был усовершенствован СВ. Папшевым (2001) и предложен как метод оценки ремонтного молодняка по технологической пригодности (патент № 2226344).
Генетическая структура скороспелой мясной породы свиней по некоторым аллотипам сывороточных белков в динамике породообразования
В силу сложной генетической структуры породы СМ-1, уже на ранних этапах породообразования наблюдалось значительное своеобразие по частотам аллотипов сывороточных белков в сравнении с другими породами свиней, таких, как крупная белая, ландрас, семирече некая и др. (Ермолаев В.И. и др., 2001; Горелов И.Г. и др., 1999; Князев С.П.и др., 2004). Так, частота встречаемости аллотипов AMI и АМ2 в 1989 и 1993 гг. была в 4 раза ниже, чем у родственной СМ-1 кемеровской породы, но близка к частотам, характерным для дикого кабана (Горелов И.Г. и др, 1999) и свиней породы минисибс (Князев СП. и др, 2000). В то же время частоты аллотипов LpB12 и IgG2B различались в скороспелой мясной и кемеровской породах только на 7-9%. Индекс генетического сходства между популяцией трехпородных помесей 1989 г. и кемеровской породой свиней составил 0,89, что достаточно близко к данным, полученным при оценке генетического сходства этих пород с использованием систем групп крови.
Динамика изменения частот аллотипов сывороточных белков представлена в таблице 8. На протяжении всего исследуемого периода наблюдалось увеличение частоты аллотипов AMI и АМ2 (с 0,05 до 0,25), что несколько выше, чем у крупной белой, семиреченской и других пород. По данным В.И. Ермолаева, носители этих аллотипов имеют некоторое селективное преимущество (Ермолаев В.И. и др., 2001). Обратная картина наблюдается в отношении аллотипа АМ5, частота которого с 1989 года по 1999 год снизилась с 0,15 до 0. В 2003 г. этот аллотип был обнаружен вновь с частотой 0,05. Сывороткой Б-29 в 1989 году с частотой 0,20 был выделен подтип аллотипа АМ5. В 2003 г. его частота повысилась более чем в 2 раза. Существуют данные о встречаемости этого подтипа АМ5 у свиней породы минисибс, но его селективное значение не определено.
Частота встречаемости липопротеина высокой плотности Lprl колебалась от нуля в 1989 г. до 0,17 в 1996 г. со снижением до 0,03 в 2003 г. На протяжении всего исследуемого периода не было отмечено достоверных колебаний в частотах двух аллотипов липопротеина низкой плотности - ЬрВЗ и LpB12 (табл. 8). Из всей выборки аллотип ЬрВЗ был обнаружен только у одного животного в 2003 г.
В период с 1989 по 2003 гг. генетическая структура новосибирской популяции скороспелой мясной породы свиней по системам аллотипов в значительной степени изменилась. Подобная динамика, без сомнения, может являться следствием дрейфа генов в популяции с постоянной ограниченной численностью (Алтухов Ю.П., 2003,; Князев СП. и др., 2004). В то же время анализ данных литературы и собственных исследований позволяют предположить адаптивную и селективную ценность некоторых аллотипов.
Частота встречаемости аллотипа иммуноглобулина IgG2B была достаточно высока на всех этапах работы с породой (0,63-0,86), что выше, чем у большинства культурных пород свиней, за исключением кем еровской, а так же некоторых подвидов дикого кабана (Ермолаев В.И. и др, 2001). Индекс генетического сходства в 2003 г. между популяцией СМ-1 и кемеровской породой составил 0,93. Таблица 8 - Частоты аллотипов сывороточных белков свиней породы СМ-1
Результаты первых этапов скрещивания свиней европейской и сибирской селекции при выведении нового типа скороспелой мясной породы свиней представлены в таблице 9.
Маток европейской селекции покрывали сибирскими хряками и наоборот. Наиболее высокими воспроизводительными качествами характеризовались свиноматки БПМ - при многоплодии, находящемся на одном уровне с животными КМ-1 и незначительно превосходящем многоплодие маток ПМ-1, гибриды БПМ отличались высокой молочностью - 64,2 кг, массой гнезда в два месяца - 202,7 кг, а также высокой сохранностью поросят к отъему - 93,2 %, что, очевидно, обусловлено высоким эффектом гетерозиса. У свиноматок сибирской селекции уровень изменчивости в целом несколько выше (Су = 5-11%), чем у европейских маток (Су = 4-10%). Средние показатели и изменчивость многоплодия свиноматок кемеровской породы (9,97 гол., Су = 5,0%) не превышают уровень чистопородного разведения.
Динамика откормочных и мясных качеств свиней скороспелой мясной породы в процессе породообразования
Проведенные исследования показали достаточно высокий уровень мясных и откормочных качеств свиней на разных этапах работы с породой (табл. 19 и 20).
Уровень среднесуточного прироста на контрольном откорме на этапе создания породы составил 727 г при возрасте достижения живой массы 100 кг 182 дн. (Cv=8,6 и 5,2 % соответственно). В период 2001-2003 гг. произошло значительное улучшение откормочных качеств свиней породы СМ-1. Среднесуточный прирост составил 830 г при возрасте достижения живой массы 100 кг в 178 дней (Р 0,001), изменчивость среднесуточного прироста осталась на прежнем уровне.
Из таблицы 20 видно, что заметных колебаний в уровне и изменчивости мясных качеств за период с 1988 по 2003 гг. не произошло. При преимущественной селекции по скороспелости и приспособленности уровень мясных качеств животных соответствует требованиям классов «элита» и первого инструкции по бонитировке.
Как правило, на всех этапах работы с породой минимальным уровнем изменчивости характеризовалась длина туши (Су = 2,5-3,5%). Колебания показателей качества мяса носили волнообразный характер, однако в период 2001-2003 гг. отмечается увеличение в сравнении исходными показателей содержания триптофана до 473 мг% (Р 0,001) и, как следствие, белково-качественного показателя (табл. 21), так же, как и общего количества белка мышечной ткани (табл. 22).
Показатели качества мяса отличаются гораздо большей изменчивостью, чем мясные и откормочные качества. Наиболее высоки коэффициенты вариации признаков, характеризующих минеральный состав свинины, содержание миоглобина.
Содержание протеина и жира в мясе забитых животных составило 26,0 г% и 1,3 г% соответственно, в то время как средние данные по породе на момент апробации (1993 г.) составляли 20,4 г% и 3,9 г% (Горин В.Т. и др, 1993). Увеличение процентной доли протеина в мясе произошло в основном за счет снижения количества влаги (до 70,1 г%). Полученные данные свидетельствуют о повышении полноценности мяса свиней СМ-1 в процессе развития породы. Аналогичная картина наблюдается и в отношении изменения химического состава сала (табл. 23).
В 2003 г. снизилось содержание воды за счет увеличения процентной доли жира до 92 %, в то время как на момент апробации породы содержание воды и жира составило 8 и 89 % соответственно. Достоверных колебаний в содержании белка и золы в сале свиней не выявлено.
Особый интерес представляет характер связи между морфологическими и качественными показателями продуктов убоя (табл. 24). Установлена отрицательная корреляция между показателями полноценности мяса и массой внутренних органов (г = -0,24... -0,32).
Достоверного влияния генотипа отца на откормочные и мясные качества молодняка породы СМ-1 не выявлено как на этапе создания породы, так и на этапе формирования новосибирского типа. Однако, сила влияния генотипа отца на толщину шпика потомства в 2001 и 2003 гг. была близка к достоверной (td=l,70 и 1,46) и составила 0,25 и 0,18 соответственно.
Таким образом, откормочные качества скороспелой мясной породы свиней в динамике породообразования претерпели значительные изменения как по абсолютным показателям, так и с точки зрения изменчивости признаков. Установлена значительная консолидация этих признаков в период 2001-2003 гг. Значительные изменения произошли в химическом составе мяса и сала при высокой изменчивости этого признака, отмечено увеличение полноценности мяса свиней СМ-1 в процессе селекции. Установлена отрицательная корреляция между показателями полноценности мяса и массой внутренних органов.
