Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1 .Биоразнообразие животных - основа сохранения и создания различных пород животных 7
1.2. Гибридизация в скотоводстве 12
1.2.1. Гибридизация крупного рогатого скота с зебу 13
1.2.2. Резистентность и стрессустойчивость гибридных животных 19
1.2.3. Хозяйственно-полезные качества гибридов крупного рогатого
скота с зебу и их биологические особенности 23
1.2.4. Использование полиморфных белков для характеристики генетических процессов, происходящих при селекции животных 25
1.2.5. Характеристика гибридных животных по полиморфным системам белков молока 30
Глава 2. Материал и методика исследований 3 9
Глава 3. Результаты собственных исследований 43
3.1. История создания стада гибридного скота в научно-экспериментальном хозяйстве (НЭХ) «Снегири» Московской области 43
3.2. Характеристика гибридных животных разной кровности и происхождения по полиморфным системам белков крови 48
3.2.1. Характеристика гибридов по системе постальбумина 49
3.2.2. Характеристика гибридов по системе трансферрина 52
3.2.3. Характеристика гибридов по системе посттрансферрина 56
3.3. Особенности гибридов по локусу ocsi-казеина 60
3.3.1. Особенности гибридов по локусу {3-казеина 64
3.3.2. Особенности гибридов по локусу каппа-казеина 65
3.3.3. Особенности гибридов по локусу бета-лактоглобулина 67
3.3.4. Особенности гибридов по локусу а-лактальбумина 68
3.4. Связь вариантов локуса каппа-казеина с хозяйственно-полезными признаками 71
3.5. Генетические аспекты филогении гибридных животных с исходными видами крупного рогатого скота 73
Обсуждение 80
Выводы 85
Сведения о практическом использовании научных результатов 87
Рекомендации по использованию научных выводов 87
Список использованной литературы
- Гибридизация крупного рогатого скота с зебу
- Использование полиморфных белков для характеристики генетических процессов, происходящих при селекции животных
- Характеристика гибридных животных разной кровности и происхождения по полиморфным системам белков крови
- Особенности гибридов по локусу ocsi-казеина
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из эффективных методов создания популяций молочного скота с повышенной естественной резистентностью является гибридизация молочных пород крупного рогатого скота с зебу различного происхождения. В странах Закавказья и Средней Азии накоплен обширный материал по гибридизации молочного скота разных пород с зебу. Однако, совершенно недостаточно материалов по эффективности использования метода гибридизации в условиях нечерноземной зоны России.
С целью углубления представлений о специфике . племенного материала в популяциях гибридного скота и контроля селекционно-генетических процессов на данном этапе желательно использование полиморфных систем белков крови, молока и других биологических жидкостей. Полиморфные системы белков крови и молока наследуются кодоминантно, не изменяются в течение всей жизни животного и поэтому могут служить удобной генетической моделью при решении теоретических и практических вопросов селекции.
В этой связи большой интерес представляет изучение генетической структуры гибридного стада НЭХ "Снегири" Московской области, созданного под руководством доктора биологических наук А.А. Рубенкова, по полиморфным локусам белков крови и молока. Это стадо было создано путем гибридизации скота черно-пестрой породы с зебу, вывезенными из Азербайджана, Индии, Новой Зеландии и Кубы. Гибридные животные сочетают в себе комплекс таких биологических качеств, как крепость конституции, повышенная устойчивость к болезням и неблагоприятным факторам внешней среды, выносливость и неприхотливость к кормам, жизнеспособность, долголетие, высокие жирномолочность и белковомолочность. Гибридные коровы характеризуются относительно высокими удоями (в разные годы от 3000 до 5000 кг) и высоким
содержанием жира и белка в молоке (соответственно 4,4-4,6% и 3,5-3,6%). -Дис^ертацишгная-работа-вьшолнялась в соответстви-и—темат-ичеєкого-гоіаші—
^афедры-н-леменногодела в животноводстве ФЕОУ-ИАМЖ, .
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение генетической структуры стада гибридного скота НЭХ "Снегири" Истринского района Московской области по полиморфным системам белков крови и молока, и возможности использования полученных данных в племенной работе. В связи с этим решали следующие задачи:
Изучить встречаемость аллелей и генотипов по локусам постальбумина, трансферрина и посттрансферрина сыворотки крови; альфа-лактальбумина, бета-лактоглобулина, альфа-Si-, бета- и каппа-казеина молока. Оценить состояние стада по генному равновесию и степени гомо- и гетерозиготности.
Дать характеристику гибридным группам животных разного происхождения по изучаемым полиморфным белковым системам.
Определить характер изменения генетических особенностей гибридного скота различной кровности по сравнению с исходными видами животных (зебу и крупный рогатый скот черно-пестрой породы).
4. Провести филогенетический анализ гибридных групп животных
относительно исходных пород крупного рогатого скота.
5. Изучить связь полиморфных систем белков с показателями
молочной продуктивности у гибридов.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые проведена комплексная оценка животных гибридного стада по 8-ми полиморфным системам белков крови и молока. Показана генетическая специфика гибридов в связи с их кровностью и происхождением от разных разновидностей зебу. На основе генетической структуры полиморфных белковых систем установлены филогенетическое сходство и различия гибридов и исходных родительских форм.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы при уточнении происхождения гибридных животных, обосновании племенного подбора при дальнейшем разведении гибридных животных «в себе», для мониторинга генетических процессов в гибридном стаде и объективного определения на генном уровне влияния исходных родительских форм на гибридов последующих поколений.
Основные положения, выносимые на защиту:
оценка аллелофонда по полиморфным системам белков крови и молока у гибридов различной кровности по зебу;
филогенетический анализ гибридов относительно исходных видов крупного рогатого скота;
оценка связи полиморфных белков с показателями молочной продуктивности у гибридов.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены: на юбилейной конференции, посвященной 40-летию Российского университета дружбы народов (1999); на заседании ученого совета ФГОУ РАМЖ (2007).
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 3 научные работы, в том числе одна статья в журнале рекомендованного ВАК РФ «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук».^ [I/ — ol&G^L f)
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 105 страницах, состоит из введения, 3-х глав, обсуждения, выводов и практических предложений. Работа включает 15 таблиц и 7 рисунков. В списке цитируемой литературы 171 источников, в том числе 36 зарубежных авторов.
Гибридизация крупного рогатого скота с зебу
Первые официально зарегистрированные опыты по гибридизации зебу (Bos indicus) с различными породами крупного рогатого скота (Bos taurus) относятся к концу XIX - началу XX веков. Интерес к зебу возник в связи с тем известным фактом, что эти животные хорошо адаптированы к экстремальным условиям существования в субтропическом климате. Зебу хорошо переносят высокую температуру, повышенную влажность, интенсивную инсоляцию, разреженную атмосферу среднегорья и высокогорья. Именно в связи с этими качествами его стали использовать для гибридизации с культурными породами крупного рогатого скота.
Зебу и обыкновенный европейский скот имеют одного и того же дикого предка - дикого тура. Однако в процессе эволюции они развивались в разных природно-экономических условиях, что и способствовало их дивергенции по разным морфологическим и физиологическим признакам (Рчеулишвили М.Д., 1982).
В результате многовековой естественной селекции в резко различных климатических условиях у зебу развился широкий диапазон приспособительных свойств. Они хорошо адаптируются в таких разнообразных природно-климатических условиях, как Северная и Южная Америка, Африка, Цейлон, Филиппины, Австралия, Вьетнам, Лаос, Кампучия, Индия, Индонезия, Иран и др. (Bonadonna Т., 1959; Кугенев П.В., 1969; Кугенев П.В., Степанов Л.В., 1974; Сысоев А.А., 1975; Ерин И.Т., Мартынов И.Н., 1975; Рубенков А.А., 1977, 1982; Вердиев З.К., 1976, 1982; Рчеулишвили М.Д. с соавт., 1980; Brazzale J., 1980; Ward N., 1980; Черекаев A.B., 1981).
Родиной зебу или «Bos indicus» считается Индия и Пакистан, где они были одомашнены еще 4-5 тыс. лет до нашей эры, а затем распространились по другим континентам. По современной классификации в мире насчитывается свыше 1000 пород крупного рогатого скота, из них: 300 пород крупного рогатого скота, 121 порода зебу, 29 гибридных зебувидных пород и 38 пород буйволов (Яковлев А.А., 1982; Рчеулишвили М.Д., 1982). Общее поголовье зебу в мире превышает 250 млн. голов (около 1/3 всего мирового поголовья крупного рогатого скота), а в республиках бывшего СССР было более 2 млн. зебу и зебувидов (Вердиев З.К., 1974).
Зебу, или горбатый скот, имеет свои особенности. Это универсальность животных, их способность сохранять здоровье и давать продукцию в условиях жаркого, сухого и влажного климата.
Указанные свойства связаны с биологическими особенностями зебу. К ним относятся многие морфофизиологические признаки, в том числе относительно большая поверхность их кожи, хорошее развитие потовых желез, редкий и короткий волосяной покров, интенсивная пигментация кожи и другие.
Считается, что около половины созданных культурных пород крупного рогатого скота несут в себе кровь зебу. Среди них известные мясные породы: санта-гертруда, биф-мастер, чербрей, индубразилия, а также новозеландский молочный зебу и другие. Наиболее ценные в племенном отношении породы зебу сосредоточены в Азии (Индия, Пакистан и Бангладеш). В Индии имеется около 30 пород зебу (Яковлев А.А., 1982). Разводят в чистоте и используют для скрещивания зебу на Кубе, в США, Австралии, ряде стран Латинской Америки и Африки.
В республике Куба зебу хорошо переносят жару, засуху и при нагуле дают хороший прирост живой массы. Кубинский зебу имеет живую массу до 1200 кг, животные устойчивы ко многим заболеваниям. В племенном хозяйстве «Раскато де сонгели» (провинция Комагуей) лучшие животные (двухлетние кастраты) достигали живой массы 850 кг. У зебу высокий убойный выход - 60% и более, при этом в туше меньший процент костей (Яковлев А.А., Ерин И.Т., 1985).
В анатомическом отношении отличиями зебу от европейского скота являются: наличие горба, суженная и удлиненная форма черепа, легкая и сухая голова (у молочных пород), расщепленные остистые отростки грудных позвонков, сильно развиты складки кожи на шее, подгрудье и животе, короткая шея, относительно узкая грудь, ровная линия спины и поясницы, короткотелость, свислый, узкий, крышеобразный зад, горизонтально расположенные большие уши, сухие, тонкие, с хорошо очерченными суставами конечности, вертикально поставленные ноги, высокие копыта с прочным роговым веществом, длинный и тонкий хвост. Вымя зебу короткое, шарообразное, с длинными, неодинаковыми по длине сосками, довольно близко расположенными друг к другу и менее приспособлено для машинного доения, чем вымя европейского скота.
Использование полиморфных белков для характеристики генетических процессов, происходящих при селекции животных
Изучение полиморфных белков и ферментов крови, полиморфизма ДНК в популяциях животных насчитывает больше 30 лет. Успехи данных исследований обусловили в последнее время развитие особого направления в животноводстве - маркерзависимой селекции - оценки потенциальных возможностей (продуктивных и племенных) животных по их внутренним морфофизиологическим особенностям (Марзанов Н.С., 1994).
К генетическим системам относят семь близких типов биохимического полиморфизма крови: 1) внутривидовые серологические различия по антигенам эритроцитов; 2) полиморфные локусы белков и ферментов крови; 3) полиморфные системы белков молока; 4) полиморфные системы ДНК; 5) антигены тромбоцитов; 6) аллотипы белков сыворотки крови; 7) биохимически активные образования (комплексы) между продуктами отмеченных выше систем (Roychoudhury А.К., Nei М ., 1988; Марзанов Н.С., 1994; Марзанов Н.С. и др., 2006) .
Система крови является важнейшим механизмом адаптации организма и мощным фактором, направленным на сохранение его антигенного гомеостаза. Она обеспечивает структурную и функциональную целостность организма. Следует отметить, что роль отмеченных аллоантигенов плазмы и других клеточных структур крови до последнего времени окончательно не ясна, однако их огромное количество и разнообразие заставляет предполагать о той важной функции, которую они выполняют в организме.
В настоящее время эти субстанции используют для маркирования тех или иных генотипов, а поэтому их часто называют "генетическими маркерами", что не соответствует полностью их генетической и фенотипической функции (Бороздин Э.К., 1991).
Вместе с тем открытие и изучение генетических систем в крови крупного рогатого скота, свиней, лошадей явилось традиционным и одним из важнейших направлений в иммунобиологии (Матоушек И., 1964; Тихонов В.Н., 1967, 1990; Машуров A.M., 1980; Дубровская P.M., 1988). Группы крови и полиморфные системы белков, ферментов и ДНК успешно применяются в селекции по количественным признакам в качестве маркеров, объективного контроля происхождения животных, характеристики пород, линий, повышения жизнеспособности молодняка при отборе стрессоустойчивых и резистентных особей, при изучении микроэволюционных процессов.
Использование полиморфных систем необходимо как для экспертизы достоверности происхождения, так и изучения генетической структуры популяций животных различного происхождения, что позволит в конечном счете разработать концепцию генетического мониторинга, совершенствования продуктивных качеств у гибридного скота, оказания содействия в сохранении сокращающихся и исчезающих пород. Учитывая разнообразие пород, научный поиск и разработка методов и специальных путей применения полиморфных систем для повышения эффективности селекционной работы в животноводстве приобретают особую актуальность.
Постальбумин. В системе постальбумин (Pal) выявлены два аллеля Ра1А и PalB (B.Gahne et al., 1977). Б. Гане и Р.К. Джунейа (1979) обнаружили, что постальбумины являются протеинами, связывающими витамин D.
Трансферрин. Выполняет в организме животного функцию связывания и переноса железа ( Е.Р. Giblett et al., 1959; A.L. Ogden, 1961). Он относится к металлопротеинам сыворотки крови и является важнейшей составной частью фракции (З-глобулинов. Каждая молекула трансферрина связывает два атома железа. Период его полуобновления длится 10 дней. Многогранна и важна роль трансферрина. С железом трансферрин образует обратимо диссоциирующее соединение, устойчивое в щелочной и неустойчивое в кислой среде. Трансферрин удерживает основную массу железа в организме и обеспечивает его использование при ресинтезе гемоглобина и других железосодержащих белков.
По данным Е.Ф. Давиденковой и Н.С. Либерман (1968), недостаточность трансферрина может являться следствием некоторых перенесенных заболеваний, например, наследственного гемохроматоза.
Полиморфность трансферрина у человека впервые установил Smithies О., (1957). В этом же году Smithies О. (1957) в Канаде, и Ashton G.C. (1957) в Австралии установили наличие полиморфизма трансферрина и у крупного рогатого скота. Первоначально (Ashton G.C., 1957; Hikmann C.G., Smithies О., 1957) было показано, что трансферрины ((3-глобулины) у скота контролируются серией из трех кодоминантных аллелей.
Характеристика гибридных животных разной кровности и происхождения по полиморфным системам белков крови
Кровь вместе с кроветворными органами образует в составе целостного животного организма очень сложную морфологическую и функциональную систему. Она выполняет многообразные функции, создавая наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности отдельных тканей. В свою очередь, состав крови определяется и регулируется всем организмом в целом, всеми его тканями и органами. Состав крови опосредован нейрогуморальной регуляцией и очень точно отражает характер обмена веществ организма в его норме и патологии. Точность реакции крови на состояние организма и доступность крови делают ее чрезвычайно важным объектом изучения биологических, физиологических и зоотехнических особенностей гибридного и чистопородного скота.
Полиморфизм белков может быть использован для углубленного изучения генетики популяций, степени консолидации и дифференциации ее структурных единиц, прогноза эффективности сочетаемости как индивидуальной, так и групповой.
В процессе проведенных исследований по различным системам белков крови и молока, установлено своеобразие встречаемости генотипов и аллелей.
По локусу постальбумина было выявлено три фенотипа АА, ВВ и АВ, обусловленные 2 аллелями А и В. Проведённый анализ показал значительное преобладание Ра1в аллеля (0,870). Следует отметить, что исследованные разнообразие и концентрации аллелей и генотипов изученных полиморфных систем крови гибридных животных разного происхождения не были характерны для исходных видов и пород животных. Наблюдались наибольшая встречаемость гомозигот ВВ (п=321) затем АВ (п—87) и наименьшая АА (п=11). Частота встречаемости аллеля А по всему стаду составила 0,130, а В - 0,870. Структура локуса по постальбумину (Раї) у гибридного стада похожа больше на аналогичную систему у черно-пестрого скота (табл. 3).
Наблюдалось своеобразное смещение генетических характеристик гибридов по сравнению с исходными формами скота черно-пестрого генеалогического корня и породами зебувидного скота азербайджанского, индийского, кубинского и новозеландского происхождения.
Как видно из данных табл. 5, различия между животными разного возраста по встречаемости фенотипов и частотам аллелей, хотя иногда и были существенными, но не носили систематического характера. Они скорее всего были следствием существенного влияния отдельных, широко использовавшихся быков-производителей, которое особенно заметно при небольшом количестве обследованных животных разного возраста.
Трансферрин (Tf) — металлопротеин сыворотки крови. Основная его функция - связывание и перенос Fe3 в организме, отсюда происходит и наименование (Spooner R.L. et al., 1975). Относительная молекулярная масса трансферрина у крупного рогатого скота составляет 103000. Он является составной частью фракции 31-глобулинов. Обычное его содержание в плазме крови варьирует от 3 до 6 % белков сыворотки крови. Биосинтез трансферрина происходит в печени. Белок обладает также антибактериальной активностью и играет роль в защите организма от инфекций.
Полиморфизм трансферрина у крупного рогатого скота изучен наиболее подробно. В настоящее время известно 9 аллелей, однако, наиболее часто выявляемыми являются Tf, Tf\ Tf. Причем частота встречаемости аллеля Е у зебувидного скота бывает значительной и достигает 0,66 (Меркурьева Е.К., 1977). Подобное наблюдается и с аллелям Е у овец в некоторых регионах Непала и Индии (Марзанов Н.С., Магомадов Т. А, 1996).
Всего было выявлено 5 фенотипов (АА, AD, АЕ, DD, DE), 2 из которых гомозиготные (АА, DD) и 3 гетерозиготные (AD, АЕ, DE), контролируемые 3 кодоминантными аллелями (A, D, Е). Независимо от происхождения чаше всего встречался тип AD, затем соответственно АА и DD. Возможно, высокая концентрация аллелей трансферрина А и D в стаде свидетельствует о селективных преимуществах их носителей при различной направленности отбора, т.е. проводимая племенная работа способствует накоплению данных аллелей. Реже всего встречались фенотипы АЕ и DE. Отсутствие ЕЕ фенотипа, вероятно, связано с очень низкой частотой аллеля Tf6 и, возможно, с пониженной жизнеспособностью таких животных в условиях разведения гибридов, т.е. в условиях научно-экспериментального хозяйства (НЭХ) "Снегири" Истринского района Московской области.
По своему аллельному профилю система трансферрина у гибридов не была похожа ни на черно-пеструю породу из Московской области ни на зебувидный скот (Меркурьева Е.К., 1977). Независимо от происхождения и кровности, практически все исследованные животные по внешнему виду были сходны друг с другом. Нарушение генетического равновесия отмечалось по локусу трансферрина только у всей популяции новозеландских гибридов (%2=6,7; df=2; р 0,05) и у новозеландских гибридов 1/16 кровности (%=6,1; df=2; р 0,05). Нарушение генетического равновесия в обеих группах гибридов с новозеландскими зебу, по нашему мнению, связано с избытком гетерозиготных особей в стаде, которые, как более жизнеспособные и лучше адаптирующиеся, возможно, поддерживаются отбором.
Особенности гибридов по локусу ocsi-казеина
Крупный рогатый скот черно-пестрого генеалогического корня относится к лучшим специализированным молочным породам мира. Они имеют самый высокий в мире и в Российской Федерации генетический потенциал молочной продуктивности. Если в 1960 году удельный вес коров черно-пестрой породы в России составлял 11,7%, то в 1970 году он достиг 22,6%, в 1985 г. - 32.5%. В настоящее время на долю черно-пестрого скота Российской Федерации в общей массе приходится 53%. В Канаде, США, Японии и других странах эти цифры превысили 90%. Большинство наших лучших племенных заводов с молочной продуктивностью коров свыше 5000 кг разводят скот черно-пестрого корня (Прудов А.И., Дунин И.М., 1992).
Однако интенсивный, из поколения в поколение, отбор животных по молочности и максимальное использование небольшого количества производителей привели к ряду нежелательных последствий. Черно-пестрая порода нуждается в дальнейшем совершенствовании по таким важным показателям, как улучшение качества молока и особенно, чтсь важно, усиление устойчивости животных к неблагоприятным факторам внешней среды и различным болезням.
Во многих странах мира подобная задача была успешно решена с помощью прилития к молочным породам крови зебу. Примером могут служить созданные породы молочного зебувидного скота - ямайка-хоуп на острове Ямайка, австралийский молочный зебу и австралийский фризский сахивал в Австралии, дамаскус в Израиле, фризваль в Индии, порода сибонея на Кубе, бушуевский скот в Узбекистане, - сочетающие высокие удои, повышенное содержание в молоке жира, белка и сухих веществ, с резистентностью к болезням и крайне тяжелым климатическим условиям (КаюковаН.В., 1998, Коренев В., 2001).
В Российской Федерации центром гибридизации крупного рогатого скота с зебу разного происхождения явилось НЭХ «Снегири» Истринского района Московской области. Именно с этого хозяйства гибридные животные широко использовались в самых различных зонах страны и показали высокие результаты. Так, в Псковской области молочная продуктивность гибридных коров (с 1/8 долей крови зебу и 7/8 черно-пестрого скота), полученных с использованием животных из НЭХ »Снегири», составляла при невысоком уровне кормления за 1 лактацию 2590 кг с жирностью молока 4,5% и содержанием белка 3,3%. Продукция молочного жира у этих животных по сравнению с черно-пестрыми сверстницами при одинаковых удоях была выше на 35 кг, молочного белка - на 16 кг (Козлов С.Е., 1989). На Алтае средняя продуктивность коров с 1/8 долей крови зебу по трем лактациям составляла 4343 кг молока жирностью 3.8 %, а их дочери с 1/16 долей крови зебу и 15/16 черно-пестрой породы дали по 5350 кг молока с содержанием жира 4% (Роганова Н.Н., 1992). Эти и другие работы подтверждают, что основой проводимых исследований явилось создание нового черно-пестрого жирномолочного и белковомолочного типа зебувидного скота (Рубенков А.А., 1991).
В настоящее время стадо НЭХ «Снегири» полностью состоит из 679 гибридного поголовья животных, в том числе 310 коров, 11 быков-производителей с кровностью по зебу разных пород от 1/8 до 1/32. На долю гибридов крупного рогатого скота с индийским зебу приходится около 18% от всего поголовья, с новозеландским зебу -23%, с азербайджанским зебу -54%, с кубинским зебу - 5%. Гибридные животные, кроме особого качества молока, обладают крепкой конституцией, повышенной устойчивостью к заболеваниям, особенно к такой чувствительной болезни молочного скота, как лейкоз. К сказанному следует добавить то, что накоплен солидный материал по результатам гибридизации молочного скота в условиях нечерноземной зоны России и в частности НЭХ «Снегири» Истринского района Московской области. Однако мало известно о биологической специфике получаемого племенного материала. В доступной литературе отсутствуют данные изученности полиморфных систем белков крови и молока у гибридных животных, возможности использования полученных результатов в племенной работе.
Глазко В.И. (1988) предполагает наличие следующих вариантов механизма вовлечения генетико-биохимических систем в отбор по признакам продуктивности и повышенной адаптивности животных:
1. Прямое участие белка в формировании признака;
2. Физиологическая связь хозяйственно-полезных признаков и внутриклеточных биохимических процессов, контролируемых биохимическими маркерами;
3. Тесное физическое сцепление генов биохимических маркеров с генами, детерминирующими развитие хозяйственно-полезных признаков.
Тесное сцепление генов является наиболее распространенной версией объяснения причин вовлечения биохимических маркеров в процесс отбора по полезным признакам. Тем не менее, феномен такого вовлечения биохимического полиморфизма в отбор требует наличия еще одной системы - защиты сцепленных локусов от рекомбинации, что тоже, в свою очередь, генетически детерминируется и контролируется отбором.
