Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. История создания чистокровной арабской породы 8
1.2. Формирование отечественной популяции чистокровной арабской породы 12
1.2.1. Племенная работа 21
1.2.2. Состояние и пути повышения уровня использования генетического потенциала в чистокровной арабской породе..23
1.3. Генетический полиморфизм систем крови 25
1.3.1. Полиморфизм систем групп крови лошадей 29
1.3.2. Генетический полиморфизм систем белков и ферментов крови лошадей 34
1.4. Использование генетического полиморфизма систем белков, ферментов и антигенов крови для селекции 41
1.4.1. Использование генетического полиморфизма при анализе межпородной генетической дифференциации лошадей 44
1.4.2. Генетический полиморфизм в селекции сельскохозяйственных животных по хозяйственно-полезным признакам 53
2. Материал и методика исследований 60
2.1. Объект исследований 60
2.2. Схема исследований 62
2.3. Методы определения полиморфизма белков, ферментов и групп крови 62
2.4. Генетико-статистическая обработка данных исследований 63
3. Результаты собственных исследований 67
3.1. Характеристика аллелофонда отечественной популяции чистокровной арабской породы по полиморфным системам крови 67
3.2. Мониторинг генетической структуры чистокровной арабской породы за период с 1980 по 2000-е годы 78
3.3. Генетические особенности генеалогических линий чистокровной арабской породы лошадей 89
3.4. Характеристика маточных семейств чистокровной арабской породы по полиморфным системам крови 104
3.5. Эффективность использования полиморфных систем крови при контроле происхождения чистокровной арабской породы 120
3.6.Обсуждение результатов 122
Выводы 126
Практические предложения 128
Библиографический указатель использованной литературы 129
Приложение 152
- Формирование отечественной популяции чистокровной арабской породы
- Использование генетического полиморфизма систем белков, ферментов и антигенов крови для селекции
- Методы определения полиморфизма белков, ферментов и групп крови
- Мониторинг генетической структуры чистокровной арабской породы за период с 1980 по 2000-е годы
Введение к работе
Актуальность темы. Представленная к защите диссертационная работа: "Использование генетического мониторинга для характеристики отечественной популяции лошадей чистокровной арабской породы " входит в тематический план ВНИИ коневодства по программе отделения зоотехнии Россельхозакадемии «Разработать научные основы эффективного использования и дальнейшего повышения генетического потенциала сельскохозяйственных животных и на основе современных достижений науки создать ресурсосберегающие технологии производства высококачественной продукции для хозяйств с разной формой собственности по регионам страны» (тема 01.01, номер государственной регистрации 01.200.114180) и тематический план Санкт-Петербургского
Государственного Аграрного Университета «Разработать научные основы эффективного использования и дальнейшего повышения генетического потенциала сельскохозяйственных животных и на основе современных достижений науки создать ресурсосберегающие технологии производства высококачественной продукции для хозяйств с разной формой собственности» (номер государственной регистрации 01.200.112635).
В настоящее время одной из актуальных проблем в повышении эффективности селекционной работы, сохранения и использования генофондов ценных и редких пород домашних животных, включая лошадей, является использование достижений современной генетики, позволяющих совершенствовать генотипическую оценку животных и контролировать генетическую ситуацию в стадах.
Современные генетические подходы к совершенствованию пород животных основаны на более полной оценке генотипа животных и генетического разнообразия популяций с помощью маркерных технологий, таких как маркер — вспомогательная селекция (MAS), контроль происхождения и интрогрессия. В качестве генетических маркеров широко используются структурные гены (белки и ферменты), системы групп крови, а в последнее время и микросателльты ДНК.
Использование маркерных генов для контроля происхождения лошадей уже вошло в практику коневодства многих стран. На сегодня наиболее актуальной задачей является разработка стратегии маркер — вспомогательной селекции в коневодстве, включающая теоретические и практические аспекты генетического мониторинга. Одна из основных задач генетического мониторинга - это поддержание в стадах генетического разнообразия, что является необходимым условием для творческой селекционной работы. Решение этих задач требует как обобщения мирового опыта, так и проведения специальных исследований базы данных генетических маркеров лошадей отечественных пород. Лошадей чистокровной арабской породы, традиционно во всем мире в течение веков разводят в "чистоте" без прилития крови других пород. Сравнительно небольшая Российская популяция арабских лошадей сформировалась под влиянием мирового арабского коннозаводства и является уникальным объектом для разработки методики генетического мониторинга в коневодстве.
Цель и задачи исследований. Целью проводимых исследований являлась изучение особенностей генетической структуры чистокровной арабской породы лошадей по полиморфным системам крови и динамики происходящих в ней процессов. В связи с этим было необходимо решить следующие задачи:
Изучить особенности генетической структуры заводских популяций чистокровной арабской породы по полиморфным локусам белков и групп крови.
Провести генетический мониторинг аллелофонда племенного поголовья лошадей ведущих конных заводов по полиморфным системам крови с 1980 по 2000 год.
Охарактеризовать генетические особенности лошадей основных линий и маточных семейств арабской породы по частотам изученных локусов.
Определить возможности использования полиморфных систем крови при контроле происхождения лошадей чистокровной арабской породы.
Научная новизна. Впервые изучены особенности генофонда современного производящего состава лошадей чистокровной арабской породы по шести полиморфным системам белков и групп крови, включая генетическую структуру 3 заводских субпопуляций, а также основных генеалогических линий и маточных семейств. Впервые был проведен генетический мониторинг аллелофонда племенного ядра ведущих конных заводов и породы в целом в период с 1980 по 2000 годы. Определены возможности использования полиморфных белков (трансферрина, альбумина, эстеразы) и антигенов системы D групп крови в качестве генетических маркеров при селекции лошадей арабской породы.
Теоретическая и практическая значимость. Изучение полиморфизма систем крови у лошадей чистокровной арабской породы трех заводских субпопуляций и породы в целом. Проанализировано влияние селекции на изменение генетической структуры породы за период с 1980 по 2000-е годы.
Проведена генетическая паспортизация линий маточных семейств, определена степень дифференциации внутрипородной генеалогической структуры. Сравнительное изучение генетических характеристик линий и маточных семейств иммуногенетическими методами способствует пониманию механизма поддержания относительного постоянства генофонда арабской породы, и позволяет контролировать, и сохранять специфичность генеалогических структур породы.
Полученные данные иммуногенетического тестирования могут быть использованы как дополнительный материал при планировании селекционных программ по сохранению и совершенствованию чистокровной арабской породы.
Апробация работы. Материалы исследования доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов зооинженерного факультета СП6ТАУ в 2001-2003 гг.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 152 страницах компьютерного текста и состоит из введения, методики, 5 разделов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и предложений производству, содержит 35 таблиц, 20 рисунков и приложение. Список используемой литературы содержит 228 источников, в том числе 94 на иностранных языках. По теме диссертации опубликовано 3 статьи.
Положения, выносимые на защиту:
1. Изучение генетической структуры популяции по частотам встречаемости типов и аллелей изучаемых локусов, включая трансферрин, альбумин, эстеразу и 3 системы групп крови: A, D и К.
2. Определение уровня генетического разнообразия по изучаемым локусам (степень гомозиготности и уровень полиморфности).
3. Проверка генного равновесия методом % 2.
4. Оценка внутри- и межпородной дифференциации, выявление особенностей аллелофонда заводских субпопуляций и генетического сходства с арабскими лошадьми других стран.
5. Сравнительный анализ генетической структуры линий и основных маточных семейств.
6. Эффективность использования полиморфных систем крови при контроле происхождения чистокровной арабской породы.
7. Проведение генетического мониторинга племенного ядра породы раздельно по группам жеребцов-производителей и маток по десятилетиям за период с 1980 по 2000-е годы.
Формирование отечественной популяции чистокровной арабской породы
Русские специалисты-коневоды И. К. Мердер и В. Э. Фирсов отмечали, что уже с царствования Ивана Грозного (XVI в.) в государевых конюшнях утвердились довольно верные взгляды на ценность пород и дороже всех ценились арабские, персидские и туркменские лошади (87).
Первая официальная запись об арабской лошади в государственных документах России относится к началу XVII в. — периоду так называемого Смутного времени. Интересно отметить, что примерно в это же время в Англию был завезен первый арабский жеребец Маркхэм Арабиан.
В первой половине XVIII в. в конных заводах России использовалось около 100 жеребцов-производителей восточного происхождения, в том числе арабские и берберийские (120).
Большое количество арабских лошадей было завезено в Россию во второй половине XVIII в., в период турецких войн. Самые лучшие из них были собраны у большого знатока лошадей — талантливого коннозаводчика графа Алексея Орлова.
Большое количество арабских лошадей было завезено в Европу из Аравии в начале ХГХ в. польским коннозаводчиком графом Ржевусским: 137 жеребцов и кобыл рода Неджеди Кохейлан Эль Бедави. Из числа этих лошадей 23 (в том числе 10 жеребцов) поступили в Австрию в завод короля Вюртембергского (теперь завод Марбах в ФРГ), а 35 жеребцов остались в заводе Ржевусского. Многие из них позднее были переданы в различные конные заводы и оказали большое влияние на развитие арабского коневодства Австрии, Польши, России и других стран Европы.
В 40-х гг. ХІХ вв. России насчитывалось уже 44 конных завода, в которых арабских лошадей разводили в чистоте или использовали в скрещиваниях с другими породами.
Конный завод С. А. Строганова, расположенный на Северном Кавказе, был основан в 1889 г., после того как его владелец в Аравии купил 4 жеребцов и 9 кобыл.
В 1891 г. С. А. Строганов получил в подарок еще 2 жеребцов, а в 1895-м и 1900 гг. в хозяйство поступили оригинальные арабские жеребцы и кобылы с Востока. В 1901 г. в конном заводе было 100 чистокровных арабских лошадей, в том числе 12 жеребцов и 32 кобылы (129).
Конный завод С. А. Строганова играл роль своеобразного рассадника, поставляющего высококлассную племенную продукцию для улучшения местного конского поголовья в районах Северного Кавказа и за его пределами.
Завод А. Г. Щербатова, расположенный в средней полосе России, производил в основном полукровную лошадь для армии путем скрещивания арабских жеребцов с чистокровными, полукровными и донскими кобылами. Лошади конного завода неоднократно демонстрировались на выставках и получали высокую оценку.
В конце XIX — начале XX в. арабское коневодство России находилось на высоком уровне развития и не уступало по качеству своей продукции иностранному. Чистокровные арабские, стрелецкие, русские верховые лошади и различные помеси арабской породы пользовались большим спросом как улучшатели и производители ремонтной лошади и высоко оценивались на отечественных и зарубежных выставках (127).
Разведение арабских лошадей в чистоте до Великой Отечественной войны в связи с небольшим количеством племенного состава производилось в ограниченных размерах. С 1941-го по 1943 г. все поголовье конного завода находилось в эвакуации в Западном Казахстане, где, несмотря на тяжелые условия табунного содержания, арабские лошади были сохранены. После возвращения завода в родные края работа по улучшению породы продолжалась (36). Основные продолжатели и родоначальники линий представлены на рисунках (рис. 1-6).
Таким образом, с 1930-го по 1947 г. в Терский конный завод было завезено 18 жеребцов и 86 кобыл арабской породы, которые использовались для воспроизводства и стали основой современного арабского коневодства в Советском Союзе (36).
Из жеребцов наиболее ценными оказались Канн, Насим, Пиолун, Офир, Таки Пан, а из кобыл — Карабинь, Сапинь, Рисальма, Риксалина, Стар оф тзи Хилс, Флоренция, Бизарие, а также Маммона, Тараща, Дзива, Володарка и некоторые другие.
В настоящее время в породе имеется более 300 чистокровных кобыл, которые относятся с следующим внутрипородным типам.
Сиглави («с») — лошади ярко выраженной породности, гармоничного сложения, нежной плотной конституции, среднего роста и средней массивности, из недостатков лошадей этого типа можно отметить малопроизводительные движения и невысокие скаковые способности. К типу сиглави относятся представители линий Насима, Мансура и частично Амурата.
Кох ей лан («к») — особенностью лошадей этого типа является массивность телосложения, костистость, крепкая конституция и неприхотливость к условиям содержания. Лошади этого типа отличаются хорошим качеством движений и вполне удовлетворительными скаковыми способностями. Характерными представителями типа являются потомки Аракса из линии Амурата.
Использование генетического полиморфизма систем белков, ферментов и антигенов крови для селекции
Проблема контроля происхождения домашних животных стала особенно актуальной при массовом использовании искусственного осеменения. Исследование групп крови у этих видов животных, начатое в Висконсинском университете (155), показало, что изучение их перспективно в решении этой проблемы. Позже в США и некоторых европейских странах были созданы лаборатории, занимающиеся изучением групп крови у животных и разработкой методов использования этих исследований в селекции.
С давних пор привлекает к себе внимание многих исследователей проблема поиска эффективных способов контроля происхождения и идентификации лошадей (62,153,164,178,201,204,220).
Использование традиционных методов регистрации (масть, тавро, особые приметы) не гарантируют достоверность идентификации лошадей, записей их происхождения, установления спорного отцовства. Иммуногенетические маркеры нашли широкое применение в решении этих вопросов.
В коневодстве особенно актуально генетическое маркирование, применяемое для контроля происхождения племенных животных (137,143,152,176,205,209). Еще в 1969 году в Швеции было принято решение об обязательном типировании крови для регистрации лошадей шведской рысистой породы (201). Обязательное типирование крови проводится и у лошадей, участвующих в различных испытаниях. В современных условиях в связи с появлением большого числа частных коневладельцев, высокой стоимостью племенных животных, увеличением экспорта и импорта, участием в международных соревнованиях, а также применением биотехнологических методов при воспроизводстве необходимость надежной системы идентификации и контроля происхождения лошадей становится особенно актуальной. Причины, обуславливающие ошибки в документах лошадей, могут быть самыми разными (покрытие кобылы двумя жеребцами, случайные спаривания, небрежность при описании отметин и таврении, умышленная фальсификация).
Согласно Стормонту (224), общество племенного коневодства США проявляет большой интерес к изучению генетических маркеров у лошадей, которые могли бы использоваться, как в решении вопросов сомнительного происхождения, так и паспортизации и идентификации лошадей дополнительно к существующим методам мечения. В связи с тем, что у лошадей группы крови изучены хуже, чем у других видов животных, Стормонт приводит теоретические расчеты эффективности контроля происхождения и идентификации лошадей известными в настоящее время генетическими маркерами. Так, при использовании в тестах имеющихся в лаборатории автора 16 реагентов для восьми систем групп крови теоретически возможно различить у лошадей 16384 типа крови и исключить неправильное отцовство не более, чем в 50% случаев, когда возникают сомнения относительно отцовства двух жеребцов. Если к группам крови прибавить типы трансферрина (6 аллелей и 21 тип) и альбумина (2 аллеля и 3 типа),то можно дифференцировать 1032192 типа крови и исключить ошибки отцовства в родословных в 70% случаев. При использовании других электрофоретических маркеров число различных типов крови приближается к 125-10 . Подчеркивается, что типы крови не заменяют физических способов мечения и идентификации, но существенно их дополняют.
Вопросам генетического контроля происхождения племенных животных в литературе посвящено много работ. Одни авторы считают, что иммуногенетическим методом можно лишь исключить отцовство (материнство) у потомков, другие, кроме того, отмечают, что по группам крови в ряде случаев можно найти вероятных отцов, если по каким-то причинам они указаны в родословных неверно.
Перечисленные выше авторы отмечают, что эффективность иммуногенетического контроля происхождения сельскохозяйственных животных зависит: от числа используемых при проведении этих работ полиморфных систем белков и групп крови, выраженности в этих системах полиморфизма, а также от частот аллелей, контролирующих синтез данных полиморфных белков. Так, например, по данным P.M. Дубровской (40,41,44,46) по аллелям локуса трансферрина у лошадей чистокровной верховой породы можно определить до 40,4 % ошибок в записях происхождения, по аллелям системы альбумина - 14,6 % ошибок, эстеразы -4,3 %, по аллелям системы D групп крови до 70 % ошибок. По аллелям вместе взятых полиморфных систем (Tf, Al, Es, систем групп крови А, С, D, К, Р, Q, U) можно определить до 93,7 % ошибок в племенных документах.
В 70-80 гт. во многих странах мира были созданы специализированные лаборатории иммуногенетики, которые в основном занимались контролем происхождения сельскохозяйственных животных разных видов (40). В нашей стране подобная лаборатория по контролю происхождения была открыта в 1974 году во ВНИИ коневодства, а в 1976 году Министерством сельского хозяйства СССР было принято решение об обязательном проведении контроля происхождения и идентификации лошадей чистокровной арабской, ахалтекинской, чистокровной верховой, тракененской и ряда других пород. Проведение работ по иммуногенетическому контролю в первую очередь было необходимо в связи с импортом и экспортом племенных лошадей и широким внедрением в конных заводах метода искусственного осеменения кобыл замороженной спермой. В настоящее время лаборатория иммуногенетики ВНИИ коневодства ежегодно проводит контроль у 3,5-5 тысяч лошадей.
Методы определения полиморфизма белков, ферментов и групп крови
Наследственно обусловленные варианты белков сыворотки крови (трансферрина, альбумина, эстеразы) определяли методом горизонтального электрофореза в крахмальном геле по Смитису, (Smithies О., 1955), в модифицикации Ганэ (Gahne В., 1966). Взятие и подготовку проб крови для анализа, а также гидролиз крахмала и электрофорез проводили согласно методическим рекомендациям P.M. Дубровской (1986). Генотипы в локусах трансферрина, альбумина, эстеразы определяли непосредственно по фенотипу (расположению полос на фореграммах). Типирование лошадей по группам крови систем A, D и К проводили с помощью моноспецифических сывороток-реагентов (Аа, Aad, Da, Db, Dc, Dd, De, Df, Dg, Dh, Dk, Dm, Ka), изготовленных в лаборатории ВНИИКа и идентифицированных с международными эталонами. Генотипы лошадей по группам крови определяли на основании результатов серологических тестов и уточняли на основе семейного анализа. Частоты аллелей локусов полиморфных белков трансферрина, альбумина и эстеразы высчитывались, исходя из встречаемости аллотипов одноименных белков, по формуле (Е.К. Меркурьева, 1977): q- частота определяемого аллеля; 2пАА- число животных, гомозиготных по определяемому аллелю; nqAa- число животных, гетерозиготных по определяемому аллелю; N - общее число исследованных животных. Частоту аллелей в системе А группы крови вычисляли по формуле: pt - частота искомого антигена в популяции; ПІ - число животных-носителей данного антигена; N- общее число исследованных животных. Частоту аллелей в системе D группы крови определяли аллокационным методом Нейма-Соренса при помощи «решетки»
Пиннета. Расчет концентраций аллелей в двухаллельной системе К группе крови, где генотипы животных серологически не выявляются, провели по формулам Харди-Вайнберга: Рид- частота альтернативных аллелей; R - количество животных, гомозиготных по рецессивному аллелю. Статистическую ошибку частоты аллелей определяли по формуле: т,, - ошибка частоты аллеля; q- частота аллеля; N - количество животных. Теоретически ожидаемое распределение типов полиморфных систем вычислялось на основании значений частот генов по формуле Харди-Вайнберга: (р + q)2 = р2 + 2pq + q2 = 1, где: р и q - частоты соответствующих аллелей; pq- частота встречаемости гомозиготных животных; 2pq- частота встречаемости гетерогенных животных. Для систем имеющих более двух аллелей, применяли формулу Берштейна: (р + q +...+ г)2 = р2 + q2 + г2 + 2pq + 2qr +...+ 2рг Генное равновесие проверяли по методу хи- квадрат путем сопоставления фактически обнаруженного числа особей, обладающих определенным генотипом, с теоретически ожидаемым: Рэмп.- фактически наблюдаемое число особей с определяемым генотипом Ртеор.- теоретически наблюдаемое число особей с определенным генотипом.
Степень гетерозиготности отдельно по локусам вычислялась, как процент животных, гетерозиготных по этому локусу. Среднюю степень гетерозиготности по нескольким локусам вычисляли по формуле: Саср - средняя степень гетерозиготности; п - число локусов; Ссїі С(Лп " степень гетерозиготности локусов. Уровень полиморфности локусов определялся по формуле: Na - уровень полиморфности; ра, ql- квадраты частот по каждому аллелю. Индекс генетического сходства при сравнении изучаемых популяций определялись по формуле Майала-Линдстрема (Mayla-LindstrOm, 1966)
Мониторинг генетической структуры чистокровной арабской породы за период с 1980 по 2000-е годы
Генетический мониторинг представляет совокупность мер по контролю и управлению процессом оптимизации разведения животных с использованием традиционных зоотехнических и генетических методов. Основой генетического мониторинга является контроль за формированием генетической структуры стад и пород, позволяющий повысить эффективность разведения путем оптимизации подбора родительских пар, ранней генотипической оценки животных и повышения племенной ценности стада. Обязательная генетическая экспертиза происхождения племенных животных с использованием полиморфных систем является основой для создания генотипической картотеки и позволяет систематически вести генетический мониторинг с целью оценки аллелофонда селекционируемых популяций. Результаты изучения генетической структуры племенного ядра арабской породы по полиморфным локусам, включающие раздельную оценку жеребцов и маток за последние 20 лет, представлены в четырех таблицах (табл. 15-18).
Сравнение частот встречаемости генов изучаемых локусов у жеребцов-производителей и маток Терского конного завода за последние десятилетия показало, что по всем четырем изученным системам между ними имеются заметные различия (табл. 15). В локусе трансферрина наибольшие различия между жеребцами и кобылами современного племенного состава отмечены по частотам встречаемости аллелей Тг и Tf, а в 80-х годах существенные отличия между ними наблюдались по другой паре аллелей Tf и Tf 1. За анализируемый период у жеребцов-производителей заметно увеличилась частота встречаемости «быстрых» аллелей Tf и Тг , но полностью элиминировался аллель Ті 1, что в целом привело к снижению уровня полиморфности по этому локусу.
Самые высокие показатели уровня полиморфности и степени гетерозиготности по локусу трансферрина наблюдались у жеребцов-производителей в 1980-х годах, что обеспечило достаточную гетерогенность маточного состава в последующие десятилетия.
Динамика аллелофонда лошадей Терского конного завода по локусу альбумина в течение двух последних десятилетий не имела четкой направленности, изменения частот встречаемости аллелей А1А и А1в в группах жеребцов и маток менялись очень незначительно. Максимальная частота аллеля А1А (0,486) была определена у жеребцов-производителей и заводских кобыл 1990-х годах, 0,486 и 0,341 соответственно.Уровень полиморфности, показывающий число активных аллелей в локусе, менялся несущественно, а степень гетерозиготности даже несколько понизилась.
Генетическая структура локуса эстеразы у лошадей Терского конного завода представлена тремя аллелями - EsF, EsG и Es1 , в отличие от производящего состава двух других конных заводов. Редкий аллель EsG появился у жеребцов и маток Терского конного завода в 90-х годах, благодаря использованию импортированного из Польши жеребца Харфиажа, его сына Похвального и нескольких дочерей, поступивших в маточный состав. В настоящее время этот аллель с очень низкой частотой, грозящей его элиминации, имеется только у заводских маток, преимущественно внучек Харфиажа. Изменения частот встречаемости двух других аллелей эстеразы у жеребцов и маток происходили волнообразно и не были существенными. Характеризуя современный производящий состав завода, следует отметить, что у маток частота аллеля EsF несколько превышает этот показатель у жеребцов.
Уровень полиморфности эстеразного локуса у жеребцов имеет самое минимальное значение из четырех полиморфных систем (Tf, Al, D). У маток 2000-х годов, напротив, уровень полиморфности этого локуса несколько возрос (до 1,37). Степень гетерозиготности у кобыл современного племенного состава также заметно возросла (32,3%) за счет использования жеребцов с большей степенью гетерозиготности. Заметные изменения произошли у лошадей племенного ядра в генетической структуре -системы группы крови, представленной пятью аллелями (D , Dcgm, DQesmi D D ). У жеребцов и маток заметно повысилась частота встречаемости аллелей Dbcm и D 1 , тогда как концентрация аллеля D снизилась, особенно в группе заводских маток. Показатели уровня полиморфности и степени гетерозиготности у жеребцов и маток менялись несущественно. Максимальная полиморфность этого локуса отмечена у жеребцов в 1980-х годах (3,90), а у заводских маток в 1990-х годах (3,51).
