Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 7
1.1 Состояние и перспективы изменения структуры поголовья коров молочного направления продуктивности в Краснодарском крае 7
1.2 Существующие подходы к оценке племенной ценности быков - производителей в России и за рубежом 11
1.3 Взаимосвязь полиморфизма различных локусов с продуктивными показателями крупного рогатого скота 18
1.4 Полиморфизм локуса BoLA- DRB3, методы его выявления и возможности использования 25
2 Материал и методика проведения исследований 34
2.1. Собственные исследования 37
2.2. Распределение аллелей и генотипов по локусу BoLA-DRB3 у быков - производителей айрширской и голштинской пород 37
2.3. Распределение аллелей и генотипов по локусу BoLA-DRB3 у быков - производителей айрширской и голштинской пород, принадлежащих различным племпредприятиям 46
2.4. К вопросу о целесообразности разведения молочного скота по линиям и межлинейного кроссирования 54
2.5. Использование маркера BoLA-DRB3 для прогнозирования племенной ценности быков - производителей 62
2.6. Использование маркера BoLA-DRB3 в работе со стадами крупного рогатого скота 73
2.7. Экономический эффект использования генетического маркера BoLA - DRB3 в селекционно - племенной работе с крупным рогатым скотом 81
Обсуждение результатов 83
Выводы 88
Предложения производству 90
Список литературы 91
Приложение 1 106
- Существующие подходы к оценке племенной ценности быков - производителей в России и за рубежом
- Взаимосвязь полиморфизма различных локусов с продуктивными показателями крупного рогатого скота
- Распределение аллелей и генотипов по локусу BoLA-DRB3 у быков - производителей айрширской и голштинской пород
- К вопросу о целесообразности разведения молочного скота по линиям и межлинейного кроссирования
Введение к работе
Актуальность темы. Темпы генетического улучшения молочного стада на 85-90% определяется племенной ценностью используемых в воспроизводстве быков - производителей. Следовательно, оценка их генетических качеств является одним из главных звеньев племенной работы в молочном скотоводстве. Племенная ценность производителя характеризуется рядом признаков и показателей. Это не только продуктивность дочерей, но и особенности их конституции и экстерьерные показатели, в первую очередь, крепость конечностей и свойства вымени, устойчивость к заболеваниям.
Совершенствование методов оценки животных, их отбора в основные селекционные группы, научное обоснование подбора и интенсивности использования производителей, имеющих лучшие, генетически обусловленные хозяйственно – полезные признаки – важнейшая задача сельскохозяйственной биологии. В этой связи выявление на основе ДНК анализа маркерных аллелей, свидетельствующих о наличии у тестируемых животных позитивных селекционных признаков, обуславливающих высокую продуктивность, устойчивость к заболеваниям и длительное хозяйственное использование – важнейший инструмент в преобразовании современного молочного скотоводства в высокоэффективную отрасль АПК России [Эрнст, 2009]. В частности, ген BoLA- DRB3 представляет интерес как универсальный маркер, связанный с резистентностью, показателями продуктивности и биологическим разнообразием групп крупного рогатого скота [Kulberg, Heringstad, Guttersrud, Olsaker, 2007].
Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований явилось изучение возможности селекции животных по локусу BoLA- DRB3 для повышения молочной продуктивности и продолжительности племенного использования разводимого поголовья айрширского и голштинского скота.
Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие задачи:
- определить частоту встречаемости полиморфных вариантов гена BoLA- DRB3 у используемых в воспроизводстве популяций быков – производителей айрширской и голштинской пород;
- выявить характер связи структуры гена BoLA- DRB3 тестируемых быков с породной и генеалогической принадлежностью, оценкой их племенных качеств;
-разработать селекционную схему выведения и репродукции животных желательных генотипов по BoLA- DRB3 и её использование в работе со стадами молочного скота.
Научная новизна исследований. Впервые в России изучены закономерности распространения BoLA- DRB3 аллелей и генотипов в популяциях быков айрширской и голштинской пород. Научно обоснован и внедрён в производство селекционный способ повышения молочной продуктивности и устойчивости к заболеваниям крупного рогатого скота (Патент РФ № 2316207). Предложены технологические схемы использования BoLA- DRB3 - генотипирования для увеличения срока племенного использования крупного рогатого скота.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Модели отбора и подбора производителей к маточному поголовью в молочном скотоводстве внедрены в 60 товарных и племенных хозяйствах ЮФО Российской Федерации. Ряд установленных закономерностей можно использовать учреждениям по искусственному осеменению сельскохозяйственных животных при комплектовании быками-производителями.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
маркирование некоторыми BoLA – DRB3 аллелями и генотипами генетических блоков, связанных с обильномолочностью, жирномолочностью, белковомолочностью;
селекционно - генетический способ повышения продуктивности и устойчивости крупного рогатого скота;
существование зависимости частот встречаемости устойчивых, нейтральных и чувствительных аллелей локуса BoLA – DRB3 от породной принадлежности крупного рогатого скота.
Апробация результатов исследований. Материалы диссертации докладывались на научных конференциях факультета зоотехнологии и менеджмента Кубанского государственного аграрного университета в 2007-2009 гг., а так же обсуждались на краевых совещаниях с участием специалистов зооветеринарного профиля. Результатом исследований явилась разработка «Селекционно-генетический способ создания высокопродуктивного и устойчивого к персистентному лимфоцитозу стада крупного рогатого скота», удостоенная серебряной медали на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2007 г. и бронзовой медали на 10 юбилейной российской агропромышленной выставке в 2008 г. (г. Москва). Материалы диссертации использовались в учебном процессе ФГОУ ДПО «Краснодарский региональный институт агробизнеса» и докладывались на IV Международной научной конференции «Актуальные проблемы биологии в животноводстве», посвященной 100-летию со дня рождения академика Николая Александровича Шманенкова в 2006 году (г. Боровск).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, все по теме диссертации, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: «Вестник РАСХН», «Зоотехния», «Животноводство России» - 5 работ. Приоритет исследований подтверждён патентом Российской Федерации (№ 2316207).
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, глав собственных исследований, заключения, выводов, предложений производству, списка использованных источников, включающего 133 работы, в том числе 64 зарубежных авторов. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 6 рисунков и 1 приложение.
Существующие подходы к оценке племенной ценности быков - производителей в России и за рубежом
На основании результатов проверки Оценка быков по качеству потомства по качеству потомства специалисты является наиболее затратной частью племобъединений, госплемстанций той селекционно-племенной работы, или госплемрассадников, племенных которая направлена на генетическое заводов и племхозов совместно с улучшение отдельных стад и целых соответствующим селекционным популяций крупного рогатого скота. центром оценивают племенные Поэтому в целях недопущения качества быков, определяют их неоправданных экономических племенные категории по расходов от использования продуктивности за первую производителей с неподтвержденной законченную лактацию не менее 15 племенной ценностью, результаты дочерей; вносят предложения в оценки по качеству потомства вышестоящие организации по должны носить надёжный и руководству племенным делом и достоверный характер, другими соответствующим селекционным словами, иметь пространственно центрам о месте и объемах временную повторяемость и использования оцененных быков- подтверждаться вариационно производителей. статистической обработкой. Действующей инструкцией оценки быков молочных молочно-мясных пород по качеству потомства не предусмотрена постановка и решение подобных задач [Янчуков, 2006] Результаты оценки быков выражают Действующая инструкция не в абсолютных и относительных определяет критерии отбора для показателях, характеризующих отцов сверстниц. В результате мы продуктивность их дочерей (удой - можем говорить не об абсолютной, а кг, содержание жира - %, молочный об относительной оценке на фоне тех жир - кг, содержание белка - %, быков, дочери которых попадают в молочный белок - кг, скорость категорию сверстниц. Другими молокоотдачи - кг/мин, индекс словами хорошие быки могут вымени - %), учитывают развитие и получить посредственную оценку на форму вымени, определяют разницу фоне лучших, а плохие - высокую на между соответствующими фоне худших. показателями дочерей и их сверстниц, а в племенных заводах и в племенных хозяйствах и их матерей. требование по возрасту с 1996 г. не применяется.
Сверстницами дочерей оцениваемого быка являются дочери других быков, имеющие одинаковый (в пределах трех месяцев) возраст, сезон отела, которые содержатся в равных условиях. Разница во времени рождения и в возрасте при первом отеле в группах дочерей проверяемых быков и их сверстниц не должна превышать 6 месяцев. Дополнительно учитывают следующие показатели: количество абортов, мертворожденных плодов и дефективных телят, трудных отелов, выбывших в процессе лактации и по окончании лактации коров с классификацией причин выбытия, время прихода коровы после отела в охоту, кратность осеменений и продолжительность сервис-периода. Присвоение племенных категорий Подобная процедура оценки быкам-производителям, проверенным производителей по продуктивности по качеству потомства, производят дочерей предусматривает одновременно по двум признакам - определение племенной ценности по удою и жирности молока. животных отдельно по каждому Племенные категории не признаку. В результате, в присваивают быкам, дочери которых практической работе не имеют в среднем показатель скорости представляется возможным молокоотдачи ниже 8 баллов, индекс определить рейтинг-лист быков по их вымени - ниже 40 процентов. совокупной племенной ценности, что Присвоение племенных категорий не позволяет оптимизировать быкам-производителям систему подбора пар как при осуществляют на основании шкал ассортативных спариваниях, так и в поправочного коэффициента на массовой репродукции стад и пород число дочерей и группы породы, к молочного скота. В итоге, снижаются которой относятся проверяемые темпы генетического быки. совершенствования отечественных Племенные категории по удою (А1, популяций. А2, A3) и по проценту жира (Б1, Б2, БЗ) присваивают быкам при условии, если количество молочного жира у их дочерей не ниже, чем у сверстниц. В мировой практике племенного животноводства прогноз племенной ценности животных осуществляется на основе современных методов популяционной генетики и моделирования селекционного процесса (например, BLUP). Метод BLUP позволяет составить прогноз племенной ценности быков-производителей на основе решения уравнения смешанной модели по методологии наилучшего линейного несмещенного прогноза.
Взаимосвязь полиморфизма различных локусов с продуктивными показателями крупного рогатого скота
Искусственный отбор определил интенсивное давление на вид Bos taurus в сторону формирования генотипов, связанных с мясной продуктивностью или с производством молока. Это делает корову удобным объектом для понимания механизмов возникновения и распространения мутаций, накопления и исчезновения определённых генотипов, изучения взаимосвязи различных локусов и выраженности продуктивных показателей [ М. Zerabruk, et al. 2007].
Трудно оценить роль молекулярно- генетических методов в этой связи. Открытие технологий анализа ДНК позволило сформировать несколько направлений так называемой маркер - зависимой селекции: выявление полиморфизма структурных генов, связанного с генетическими заболеваниями («маркеры наследственных заболеваний») или продуктивными качествами животных («маркеры продуктивности») и использование полиморфизма повторяющихся последовательностей («маркеры происхождения») (рис. 1).
В качестве примера маркеров генетических заболеваний можно привести маркеры CVM и BLAD аномалий крупного рогатого скота.
Комплексный порок позвоночника (CVM) — широко распространенный рецессивный генетический недостаток голштинского и голштинизированного скота. Скрытые носители CVM внешне ничем не отличаются от здоровых. Однако 25% стельностей, полученных в результате спаривания таких животных друг с другом, заканчиваются абортами или рождением мертвых телят, а половина появившихся на свет живыми — скрытые носители порока. Лишь четверть стельностей завершается рождением свободного от CVM потомства [Эрнст, Зиновьева, Гладырь, 2009].
CVM широко распространился среди голштинов, потому что этот генетический недостаток оказался у выдающегося быка производителя К.М. Белла 1667366, который одновременно был носителем другого наследственного порока — дефицита лейкоцитарной адгезии (BLAD). В настоящее время установлено, что К.М. Белл унаследовал это заболевание от своего отца Penstate Ivanhoe Star 1441440, а тот в свою очередь — от матери Penstate Lucifer Anna Star 3279562. Только в США от К.М. Белла было получено более 79 тыс. дочерей, оцененных по продуктивности, и более 1200 сыновей, оцененных по дочерям. Широкое распространение заболевания произошло не только потому, что от К.М. Белла было получено много дочерей, скрытыми носителями CVM оказались и его выдающиеся сыновья, которые произвели распространившихся по всему миру потомков. В 2000 г. при проведении оценки по потомству быка Kol Nixon датские ученые открыли ген, обусловливающий CVM. В 2002 г. они же идентифицировали мутацию, вызывающую это заболевание, и разработали генетический тест для выявления скрытых носителей CVM. Они маркируются генетическим кодом CV, а не носители — TV. Код ставят после индивидуального номера животного. Проведенные сразу после разработки теста молекулярно-генетические исследования показали, что в Голландии и во Франции около 40% быков - производителей — скрытые носители CVM, в США — 20, в Италии — 15, в Канаде —6 и в Германии — 7%. Полный список быков — скрытых носителей CVM можно найти на сайте североамериканской ассоциации голштинского скота [Электронный ресурс. URL: http://www.holstein.com.].
Широкое распространение CVM среди голштинского скота позволило предположить, что аллель CV положительно коррелирует с признаками продуктивности, использующимися в качестве критериев в селекционных программах. Для подтверждения или опровержения этой гипотезы изучено влияние носительства CVM на некоторые селекционно - значимые признаки продуктивности (удой, содержание жира и белка в молоке, длительность сервис- периода). Для этого исследовали около 3 млн. записей продуктивных параметров 1,7 млн. дочерей быков с известными генотипами по CVM. В результате удалось установить положительную связь аллеля CV со всеми изучаемыми признаками [Эрнст, Зиновьева, Гладырь, 2009].
Дефект адгезии лейкоцитов (BLAD) так же наследуется по аутосомно-рецессивному типу и ассоциирован с поверхностным лейкоцитарным гликопротеином Мас-1 (CD1 lb/CD 18), который ответственен за устойчивость животных к инфекциям. Телята, гомозиготные носители мутантного гена, гибнут от иммунодефицита на ранних этапах жизни [Михайлова, Белая, Голенченко, Волчок, Камыш, 2007]. В каталогах быков -производителей животные, давшие отрицательный результат в тесте на носительство BLAD синдрома, обозначаются как TL, положительный - BL.
Для выявления носителей разработаны ДНК тесты, позволяющие идентифицировать нуклеотидные дефекты, приводящие к развитию BLAD и CVM. Изучение распространения носительства этих аномалий очень интересно с точки зрения- генетики популяций домашних животных. Перед нами иллюстрация того, к каким последствиям может привести «узкая селекция», жестко нацеленная на повышение продуктивных качеств. В нашей стране практически завершена работа по освобождению? популяций молочного скота от этих опасных мутаций CVM и BLAD [Глазко, Кириленко, 1995; Эрнст, 2009].
Распределение аллелей и генотипов по локусу BoLA-DRB3 у быков - производителей айрширской и голштинской пород
Нами генотипированы по локусу BoLA-DRB3 образцы спермы, полученные от быков-производителей различных пород. Установлены частоты встречаемости BoLA-DRB3 генотипов и аллельных вариантов этого локуса у 435 животных (полный список приведен в приложении 1), в том числе у 293 представителей голштинской и 113 - айрширской породы (табл. 4). Результаты исследований представлены в таблице 5. Как следует из таблицы 5, голштинские и айрширские производители существенно отличаются друг от друга по частотам встречаемости генотипов. Так в профиле айрширской породы преобладают HZH генотипы (65,49 %), а голштинской - Н/Ч и Ч/Ч (33,44 и 34,47% соответственно). Межпородные BoLA-DRB3 отличия становятся ещё более заметными при сравнении аллельных профилей исследуемых групп (таблица 6). Данные таблицы иллюстрируют, что в профиле голштинской породы преобладают Ч - аллели, частота их встречаемости составляет 59,79%. В профиле айрширской - Н-аллели (встречаются с частотой 75,46%). Наиболее типичными для голштинов являются BoLA-DRB3 3, 8, 11, 16, 22, 24 аллели; для айрширов - BoLA-DRB3 \, 3, 7, 8, 18 и 27 аллели. Следует отметить, что безусловное лидерство в распространении среди голштинов принадлежит BoLA-DRB3 24 (аллель встречен с частотой 22, 02%); у айрширов мономорфизм ещё более выражен - частота встречаемости аллеля BoLA-DRB3 7 составляет 26, 99 %. Если говорить об абсолютных значениях, то 115 из 293 (39,25 %) быков голштинской породы в тех или иных сочетаниях несут в своём генотипе аллель BoLA-DRB3 24 и 49 из 113 (43,36 %) быков айрширской породы - BoLA-DRB3 7. неспецифический фактор устойчивоти. Нами установлено, что из 293 быков голштинской породы 30 (или 10,23 %) - гомозиготны (причём 46,67% из них несут генотип 24 24 и 20,00% генотип - 22 22); а у айрширов 17 (или 15,04 %) из 113 быков гомозиготны (из 17 гомозиготных быков - 12 или 70, 59% несут генотип 7 7). Таким образом, уровень гомозиготности быков айрширской породы превосходит уровень гомозиготности голштинской в 1,5 раза. Полученные данные возможно экстраполировать на породы в целом. Для аналогичной характеристики конкретных стад по уровню гомозиготности необходимо учитывать быки с каким генотипом работали в стаде в прошлом. Определённый интерес вызывают материалы, позволяющие проследить изменения частоты встречаемости BoLA-DRB3 аллелей и генотипов в динамике. Мы сравнили данные показатели у голштинских быков черно-пёстрой масти (п=243) четырёх возрастных групп (до 1990 года рождения - I группа; 1991 по 1999 гг - II группа; с 2000 по 2004 гг - III группа и с 2005 по 2007 год рождения - IV группа).Полученные результаты представлены в таблицах 7-8. Очевидно существование волнообразной динамики распределения частот встречаемости в различных возрастных группах как для генотипов, Таким образом, можно отметить ряд общих черт, характерных для быков-производителей айрширской и голштинской пород: 1. Аллельная «узость» - из описанных в литературе более чем 50 разновидностей аллелей BoLA-DRB3 гена (ПДРФ типов), нами встречено у 391 быка около 30, причём значительная часть этих аллелей находится в процессе элиминации, а некоторые, напротив занимают лидирующие с большим отрывом позиции, что свидетельствует об их селекционной предпочтительности. Однако, от BoLA-DRB3 генотипа зависит наследственная предрасположенность к развитию ряда заболеваний и со снижением генетического разнообразия по этому локусу, может произойти ограничение пределов компетентности иммунной системы у отдельных животных и стад в целом, что может сделать их уязвимыми перед внешними неблагоприятными воздействиями.
К вопросу о целесообразности разведения молочного скота по линиям и межлинейного кроссирования
Примем за аксиому тот факт, что чем сильней различаются BoLA- DRB3 профили групп животных, тем дальше филогенетически эти группы отстоят друг от друга. В таблицах 14 и 15 представлено как различаются по частотам встречаемости BoLA- DRB3 аллелей и генотипов животные айрширской и голштинской пород. Линии теоретически являются следующим подразделением после породы и типа. Логично предположить, что каждая линия, как нечто единое и консолидированное, будет отличаться от других своими частотами отдельных аллелей и генотипов.
При объединении животных, принадлежащих одним линиям, но разным племпредприятиям можно наблюдать определённые отличия частот встречаемости аллелей и генотипов BoLA-DRB3 (табл. 14-15).
Данные представленные в таблицах 16-17 показывают, что различия между линиями существуют и значимые, но в разрезе локально взятого племпредприятия. При сравнении одинаковых линий разных племпредприятий выявляются отличия порой гораздо большие, чем межлинейные.
Так, например, частота встречаемости Ч-аллелей в линиях Рефлекшен Соверинга 95679, Уес Идеала 933122 и Монтвик Чифтэйна 198998 «ГЦВ» составляет соответственно 51,79%, 50,00%, 54,00% (то есть, практически не отличается). Аналогичные показатели ОАО «Московского» по племенной работе составляют - 62,00%, 65,56% и 73,68% (а разница между частотой встречаемости Ч-аллелей в линии Монтвик Чифтэйна 198998 «ГЦВ» и линии Монтвик Чифтэйна 198998 «Московского» - 73,68% - 54,00% = 19,68 %). Подобные расчёты можно привести и для других аллелей и генотипов.
Таким образом, маркер BoLA- DRB3 позволил установить, что понятия линии как некой обособленной структуры, обладающей выраженными генетическими отличиями, в данный момент не существует, что отличия, в большей степени, зависят от того, из какой страны преимущественно ввезены быки - производители конкретного племпредприятия.
В разделе 3.5 данной работы подробно описан установленный нами эффект «минигетерозиса», получаемого при сочетании в генотипе Ч - и У -аллелей у голштинов. При линейном разведении, либо межлинейном кроссировании наибольшее количество У/Ч генотипов (а следовательно повышение продуктивности) могут дать потомки родителей, группы принадлежности которых наиболее сильно отличаются по частотам встречаемости Ч и У - аллелей. Но есть ли смысл в таком разведении, если мы имеем более тонкий механизм индивидуального (или группового) подбора на основе BoLA- DRB3 генотипирования и получения прогнозируемого эффекта?!
У айрширов ситуация с разведением по линиям ещё более интересная и, на наш взгляд, придерживаться каких либо линий (генеалогических групп) при разведении айрширов нецелесообразно. Установив, что 12 из 113 быков-производителей айрширской породы несут генотип BoLA- DRB3 7 7, мы предположили, что теоретически у этих быков должны быть общие предки или преобладать какая - либо генеалогическая группа. Как показано на рис. 4 (изображены типичные генетические карты трёх гомозиготных айрширских быков с генотипом 7 7) ничего подобного не наблюдается.
Таким образом, у айрширов мы наблюдаем явление, названное нами «скрытым инбридингом», когда животные различных генеалогических групп, выходящие на разных родоначальников являются гомозиготами по одному и тому же аллелю BoLA-DRBS- маркерного гена. С высокой степенью вероятности можно утверждать, что они гомозиготны и по другим генетическим блокам, а значит являются по сути своей инбредными. Такой инбридинг мы называем «скрытым» потому, что его невозможно проследить или исключить, располагая данными племенных свидетельств или генеалогических схем - для его исключения необходим ДНК — анализ.
Полученные материалы позволяют вполне обосновано предположить, что негативные проблемы, имеющиеся сегодня в айрширских стадах Краснодарского края: низкий выход телят, высокий уровень поражения скота лейкозом, низкий иммунитет, наряду со многими факторами связаны с проявлением имбредной депрессии, обусловленной воздействием «скрытого» инбридинга, и низкой частотой использования в воспроизводстве особей с устойчивыми генотипами.
Следовательно, главными задачами в планировании селекционных мероприятий по совершенствованию айрширского скота следует признать: - сокращение использования гомозиготных быков, прежде всего с генотипом BoLA-DRBS 7 7, в воспроизводстве; - активизацию расширения аллелофонда айрширской породы за счёт введения быков с редкими аллелями и генотипами.
