Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Чистокровная арабская порода лошадей 8
1.1.1. История создания чистокровной арабской породы лошадей 8
1.1.2. Арабская лошадь в России 14
1.1.3. Современное состояние арабской лошади в России 19
1.2. Генетический полиморфизм 27
1.2.1. Основные сведения о генетическом полиморфизме 27
1.2.2. Генетический полиморфизм систем белков и ферментов Eguus Caballus 29
1.2.3. Генетический полиморфизм систем антигенов эритроцитов сельскохозяйственных животных 35
1.2.3.1. Группы крови сельскохозяйственных животных. История их исследований 35
1.2.3.2. Группы крови Eguus Caballus 36
1.3. Возможности использования генетического полиморфизма систем сывороточных белков, ферментов и эритроцитарных антигенов в теории и практике селекции сельскохозяйственных животных 39
Глава 2. Материал и методика исследований 48
2.1. Объект исследований 48
2.2. Методы определения генетического полиморфизма сывороточных белков, ферментов и анигенов эритроцитов .
Показатели аллелофонда лошадей 49
2.3. Генетико-статистическая обработка полученных при исследованиях данных 50
Глава 3. Результаты собственных исследований 55
3.1. Особенности аллелофонда в локусах полиморфных белков и системы D групп крови популяции лошадей чистокровной арабской породы 55
3.2. Особенности генетической структуры лошадей чистокровной арабской породы разных поколений 70
3.3. Мониторинг генетической структуры ведущих линий в чистокровной арабской породе 83
Глава 4. Обсуждение результатов исследований 166
Заключение.
Выводы 174
Практические предложения 176
Список использованной литературы
- Чистокровная арабская порода лошадей
- Современное состояние арабской лошади в России
- Методы определения генетического полиморфизма сывороточных белков, ферментов и анигенов эритроцитов
- Особенности аллелофонда в локусах полиморфных белков и системы D групп крови популяции лошадей чистокровной арабской породы
Введение к работе
Актуальность работы. Чистокровная арабская порода лошадей принадлежит к числу конских пород с ограниченным генофондом. Согласно разработанной Бодо (113) классификации статус ее генофонда является «ненадежным» по уязвимости.
Жесткий отбор животных в популяции по ограниченному числу признаков в ряде случаев приводит к нежелательным последствиям, связанными с понижением приспособительных способностей животных к изменяющимся условиям внешней среды, с понижением резистентности к заболеваниям.
В зоотехнической практике генетическую структуру породы принято оценивать по ее генеалогической структуре. Однако в последние десятилетия в работах отечественных и зарубежных авторов показано, что метод оценки генетической структуры популяций по их генеалогической структуре является ненадежным и нуждается в совершенствовании.
Открытие в первой половине XX века генетического полиморфизма сывороточных белков и эритроцитарных антигенов позволило генетикам разработать в кратчайшие сроки принципиально новые и высоко эффективные методы оценки генетических процессов, протекающих в популяциях животных при селекции.
Полиморфные белки и группы крови оказались удобными генетическими маркерами при оценке генетической изменчивости и консолидации пород животных, то есть тех показателей, с которыми непосредственно связаны приспособительные способности животных к изменяющимся условиям окружающей среды. Без необходимого генетического разнообразия популяции животных теряют свою эволюционную приспособляемость и становятся не устойчивыми к воздействию патогенной микрофлоры и негативным влияниям окружающей среды (изменению климата, отрицательному действию вредных веществ). Потеря генетического
5 разнообразия у животных приводит к значительному экономическому ущербу.
Теоретические основы использования генетических маркеров в животноводстве были разработаны А.С. Серебровским (79). В частности, им были сформулированы основные требования, предъявляемые к генетическим маркерам (их альтернативность, место положения на хромосомах (хотя бы приблизительное) и однозначность влияния или его отсутствие на изучаемый признак).
Возможность использования генетических маркеров при мониторинге генетической структуры популяций животных основывается на двух методических подходах. Первый из них предполагает анализ популяций на определенных этапах их развития путем изучения особенностей маркирующих аллелей в статике. Такое изучение структуры генофонда популяции позволяет детализировать представление о степени их консолидации и дифференциации, а также направленности происходящих в них изменений.
Второй методический подход предусматривает наблюдение за конкретными маркерами и маркирующими ими хромосомами в динамике, то есть за передачей наследственного материала из поколения в поколение.
Генетический полиморфизм сывороточных белков и групп крови лошадей чистокровной арабской породы до сих пор остается слабо изученным. Мониторинг генетической структуры популяции лошадей этой породы проводился только в статике (Пономаревой Т.А., Стародумовым И.М., Тарек А.Р.)
Представляемая к защите диссертация «Мониторинг генетической структуры популяции лошадей чистокровной арабской породы» посвящена изучению влияния проводимой на протяжении 34-летнего периода селекции по комплексу признаков на генетическую структуру в локусах полиморфных белков, ферментов и групп крови популяции лошадей чистокровной арабской породы, входит составной частью в план научно-
исследовательских работ Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. П.А. Костычева (номер государственной регистрации 76073132).
Цель и задачи исследований. Целью проводимых нами исследований была оценка происходящих генетических изменений структуры популяции лошадей чистокровной арабской породы, связанных с проводимой на протяжении 34-летнего периода селекции лошадей по комплексу признаков (типу, экстерьеру и работоспособности). При проведении исследований нами решались следующие задачи:
Изучались в статике особенности генетической структуры в локусах полиморфных белков (трансферрина, альбумина, эстеразы) и системы D групп крови популяции лошадей чистокровной арабской породы;
Исследовались в динамике особенности генетической структуры в локусах полиморфных белков (трансферрина, альбумина, эстеразы) и системы D групп крови лошадей пяти поколений чистокровной арабской породы.
3. Проводились исследования генетической структуры основных
генеалогических линий лошадей чистокровной арабской породы.
Научная новизна исследований. Впервые изучена в динамике генетическая структура в локусах полиморфных белков (трансферрина, альбумина, эстеразы) и системы D групп крови популяции лошадей чистокровной арабской породы пяти поколений и установлена роль отдельных факторов, влияющих на аллелофонд породы. Впервые проведен генетический мониторинг основных генеалогических линий в чистокровной арабской породе. Впервые были подсчитаны ожидаемые частоты генов в локусах полиморфных белков (трансферрина, альбумина, эстеразы) и системы D групп крови.
7 Теоретическая и практическая значимость работы. Использование генетического мониторинга позволит наблюдать за изменениями генетической ситуации в популяции лошадей чистокровной арабской породы и вовремя принимать меры по предупреждению в ней негативных последствий. Сравнительное изучение генеалогических линий иммуногенетическими методами расширит наше представление о механизмах, поддержавающих относительное постоянство генофонда лошадей чистокровной арабской породы.
Использование генетических маркеров при разведении чистокровных арабских лошадей позволит поддерживать оптимальный уровень генетической изменчивости в породе и консолидации лошадей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Ижевск, 2005 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Научное наследие профессора П.А. Костычева в теории и практике современной аграрной науки» (Рязань, 2005 г.), на межвузовской научной конференции молодых ученых и аспирантов (Рязань, 2006 г.), на ученом совете факультета биотехнологии РГСХА (2007 г.).
Объем работ. Диссертационная работа изложена на 194 страницах
компьютерного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и
практических предложений, приложения; содержит 66 таблиц и 10
фотографий. Список использованной литературы содержит 180
источников, из них 77 на иностранных языках. По теме диссертации опубликовано 8 научных статей.
Чистокровная арабская порода лошадей
Чистокровная арабская порода лошадей принадлежит к числу древнейших конских пород мира. По классификации французского ученого Bodo (113), учитывающей численность животных в популяциях, статус генофонда лошадей чистокровной арабской породы можно отнести к «ненадежному», а породу в целом - к числу пород с ограниченным генофондом, при совершенствовании которых необходимо постоянно проводить генетический мониторинг.
Лошадей арабской чистокровной породы разводят во многих странах. Они пользуются большой заслуженной популярностью за свои племенные и пользовательные качества.
Во всех литературных источниках арабских лошадей описывают некрупными, верхового типа, с ярко выраженной восточной породностью, обладающими прекрасными производительными движениями, высокой работоспособностью, выдающейся прочностью конечностей, хорошими адаптационными способностями, долголетием и устойчивой передачей потомству хозяйственно-полезных качеств (5).
О возникновении арабской породы в Аравии рассказывают две легенды. Пророк Магомет бежал из Мекки в Медину и увел с собой небольшой табун. Когда после нескольких дней перехода через безводную пустыню он, наконец, добрался до оазиса, истомленные жаждой лошади бросились к воде. Однако пророк, желая проверить их послушание, позвал лошадей. Семь кобыл, несмотря на жажду, повернулись к хозяину. От них якобы и ведет начало порода чистокровных арабских скакунов. По другой легенде у арабских лошадей не было никаких предков - их из ладони, наполненной ветром, выпустил на землю сам Аллах.
Исследователи породы рассматривают и оценивают ее происхождение по-разному. Одни полагают, что арабская лошадь - прямой потомок местной дикой лошади, якобы издавна существовавшей на Аравийском полуострове в местности Неджед (территория нынешней Саудовской Аравии), другие считают, что она продукт селекции более древних пород, испокон веков разводимых в регионе Малой Азии и Северной Африки.
Некоторые даже утверждают, что арабская лошадь существовала уже во времена царя Соломона, сына Давида (IX век до н.э.), забывая о том, что сам термин «араб» впервые упомянут в истории столетием позже, о чем свидетельствует наскальная запись ассирийского царя Салманасара. Во всяком случае, достоверно известно, что вплоть до 1 столетия нашей эры обитатели Центральной и Южной Аравии были верблюдоводами и лишь во 2 столетии освоили седла для лошадей, употребляемые ранее для верблюдов.
Когда лошадь впервые появилась в Центральной и Южной Аравии, достоверно не выяснено. Страбон, ссылаясь на своего друга, военочальника Аэлиса Галлюса, воевавшего с арабами в 25-24 годах до н. э., отрицает наличие там лошадей.
После завоевания арабами Сирии, Ирана, Ирака, Египта, Северной Африки и Испании мусульмане оказались обладателями прекрасных азиатских лошадей: персидских, туркменских и других. Появляются все основания полагать, что эти богатейшие пополнения Аравии ценнейшими лошадьми и позволили в своеобразных условиях воспитания, почвы и климата, при строгом отборе по рабочим качествам трансформировать полученный материал в то, что мы сейчас называем арабской лошадью. Отсюда следует считать, что арабская порода создана в IV - VII веках н.э. в сухих степях и пустынях Ближнего Востока, Сирии и севера Аравийского полуострова, так как к столетию лошадь была уже широко распространена в Аравии. Не подлежит сомнению, что в процессе создания породы и последующего совершенствования на нее постоянно оказывали влияние древние конские породы Средней и Малой Азии, Средиземноморского побережья Африки, а также своеобразные приемы народной селекции, суровое воспитание и использование в специфических условиях Аравии и прилегающих районов.
Аравию можно охарактеризовать как страну знойных пустынь и плодородных оазисов. Пустыни и сухие степи горных плато, в частности Неджед, заселены бедуинами, ведущими полукочевой образ жизни. Своих лошадей бедуины пасут на скудных пастбищах, лишь изредка подкармливая ячменем. В таких скудных условиях кормления лошади южного типа, попавшие к бедуинам, претерпели в течение веков существенные изменения. Они стали мельче, но вместе с тем неприхотливее. Пастбищное содержание на горных плато способствовало формированию широкотелой и относительно низконогой лошади. Неравномерное кормление развило у нее способность в благоприятных условиях быстро накапливать жир и переносить длительные периоды голоданий за счет собственных жировых запасов.
Иные условия складывались для коневодства Аравии в оазисах. Здесь лошади обеспечены зеленой люцерной, люцерновым сеном, ячменем; молодняку и кобылам дают морковь, а жеребцов в случной сезон подкармливают кашей из ячменя и хлебом.
В таких условиях в большей степени сохранились оригинальные качества древней лошади - более высокий рост (148-155 см), более длинные линии шеи, крупа и относительная высоконогость (12).
Исследователи высказывают также предположения, что предки современной арабской лошади были выведены в пустынях примерно 1200 лет тому назад, а их родоначальники также «пустынного происхождения», но не аравийского (6). Отличительной особенностью выведения и совершенствования арабской лошади было единоличное владение арабом-воином (57).
Современное состояние арабской лошади в России
Современные арабские лошади в нашей стране характеризуются следующими показателями (30). Они имеют средние для породы промеры (у взрослых кобыл высота в холке 151 см, длина туловища 152 см, обхват груди 179 см и обхват пясти 18,5 см), очень гармоничное сложение, хорошо развитую, выразительную мускулатуру, исключительно крепкие, сухие конечности. Голова арабских лошадей небольшая, с развитой лобовой частью, с выразительными открытыми глазами, с большой вогнутостью в области переносья, с небольшими подвижными, красивой формы ушами. Шея обычно средняя по длине, высоко поставленная, с ярко очерченным затылком и хорошим развитием мускулатуры. Холка развита недостаточно, лопатка средней длины, косая. Спина нередко мягкая, поясница обычно хорошо выполненная, прочная. Круп недлинный, но широкий и хорошо обмускуленный. Грудная клетка широкая, средней глубины, с хорошо развитыми ложными ребрами. Конечности имеют правильную постановку и строение. Оброслость гривы и хвоста средние. В породе распространены серая, гнедая и рыжая масти, другие практически не встречаются. Белые отметины на голове и ногах встречаются часто.
Достаточно большая консолидация арабской породы по экстерьеру не противоречит наличию в ней внутрипородных типов, отличающихся особенностями строения и внутренними качествами (5,12).
Тип сиглави. Голова исключительной легкости и сухости; лоб широкий и длинный, иногда выпуклый. Глаза крупные, выпуклые, очень выразительные и широко поставленные. Ветви нижней челюсти высокие и хорошо расходятся. Лицевая часть черепа укорочена, узкая и легкая; профиль вогнутый или прямой. Ноздри и губы тонкие, не мясистые, очень подвижные. Уши среднего размера, нежные, тонкие, широко поставленные, иногда встречается лопоухость. Шея нормальной длины, прямая или изогнутая (лебединая); затылок хороший; кадыковатость шеи у сиглави встречается редко; постав шеи высокий или нормальный.
Холка обычно хорошо развита, но часто встречается и недостаточно высокая. Лопатка длинная, с нормальным наклоном. Спина нередко мягкая или с уложиной к холке; прямая не встречается. Поясница мускулистая, широкая, хотя имеются сиглави с запавшей поясницей.
Круп нормальной длины и наклона; нередко бывает укороченный крестец. У некоторых лошадей бугры подвздошных костей заметно возвышаются над уровнем остистых отростков позвонков, образуя бугорок, что создает впечатление о западине в области поясницы. При укороченном крестце характерна высокая пристановка хвоста, что считается типичным для арабской лошади.
Корпус не отличается большой глубиной; ребра округлые, ложные ребра нередко недостаточно длинные, но в силу короткой поясницы пах редко бывает растянутым.
Ноги отличаются общей сухостью и нормальной костистостью; сухожилия хорошо очерчены; щетки маленькие или совсем отсутствуют. Из дефектов в строении и постановке ног следует отметить подхваты под запястными суставами, плоское запястье, саблистость и др. Копыта нормальные, обычно с хорошим рогом. Масть для сиглави характерна серая и рыжая.
Тип кохейлан. Голова менее легкая по сравнению с сиглави, но широкая во лбу; глаза крупные и выразительные. Профиль прямой или вогнутый; ветви нижней челюсти высокие и широко расходятся; лицевая часть черепа более массивная, чем у сиглави, губы и ноздри более мясистые.
Методы определения генетического полиморфизма сывороточных белков, ферментов и анигенов эритроцитов
Оценку генетической структуры проводили в популяции чистокровных арабских лошадей, принадлежащих ведущим конным заводам России (Терскому, Хреновскому, Ставропольскому), Украины (Ягольницкому) и республике Литва (Вильнюсскому).
Исследование образцов крови проводили в период с 1976 по 1994 годы. При исследованиях использовали имеющиеся в лаборатории иммуногенетики ВНИИ коневодства данные по наследственно обусловленному полиморфизму сывороточных белков (трансферрину, альбумину, эстеразе) и эритроцитарным антигенам системы D групп крови 2244 лошадей пяти поколений.
Исследованные лошади принадлежали к 9 основным генеалогическим линиям (Пиолуна, Насима, Корея, Амурата, Мансура, Эль-Дере, Крыжика, Сеандерича, Кухайлана Афаса) и к другим, менее распространенным.
Мониторинг генетической структуры популяции лошадей чистокровной арабской породы проводили в локусах сывороточных белков (трансферрина, альбумина, эстеразы) и системы D групп крови. При выборе генетических систем крови исходили из того, что генетический полиморфизм этих систем относительно легко определяется в лабораторных условиях, и по нему был накоплен значительный материал для проведения исследований по теме диссертации.
Аллотипы трансферрина, альбумина и эстеразы определялись методом горизонтального электрофореза (О.Смитис, 1955), модифицированный разными авторами применительно белков эквидов. При типировании эритроцитарных антигенов использовали моноспецифические сыворотки-реагенты анти- Da, Db, Dc, Dd, De, Dk, Dm, Dg, Dh, Df, идентифицированные с международными эталонами.
Аллелофонд лошадей оценивали по следующим показателям: наблюдаемым и ожидаемым частотам генов и генотипов (фенотипов) локусов трансферрина, альбумина, эстеразы и системы D групп крови, по уровню наблюдаемой и ожидаемой гомозиготности, оцененной по аллелям локусов полиморфных белков и групп крови, по уровню генетического сходства (дифференциации) по аллелям локусов лошадей разных поколений, генному равновесию в локусах маркерных генов исследованной популяции, тестам гетерозиготности, коэффициентам эксцесса.
Мониторинг генетической структуры в локусах полиморфных белков и системы D групп крови лошадей проводили в статике и динамике с учетом линейной принадлежности лошадей и в популяции в целом.
Частоты генов локусов трансферрина, альбумина, эстеразы и системы D групп крови определялись в статике (в популяции в целом) и в динамике (у лошадей, принадлежащих к пяти поколениям). При определении частот генов локусов Tf, А1 и Es использовали формулу (65, 43): q - частота определяемого аллеля q; 2nqAA - удвоенное число животных, гомозиготных по аллелю q; nqAa - число животных, гетерозиготных по аллелю q; N - число исследованных животных в популяции.
Проверку генного равновесия в локусах трансферрина, альбумина, эстеразы и системы D групп конкретных генотипов с ожидаемыми их числами) по формуле (75): X2 - критерий соответствия наблюдаемых чисел животных данного генотипа ожидаемым их числам; О - наблюдаемое число лошадей конкретных генотипов; Е - ожидаемое число лошадей конкретных генотипов.крови проводили методом X2 (сравнением фактического распределения лошадей
Теоретически ожидаемое распределение аллотипов альбумина и эстеразы у лошадей вычисляли на основании значения частот генов, по формуле Харди-Вайнберга (65):
Особенности аллелофонда в локусах полиморфных белков и системы D групп крови популяции лошадей чистокровной арабской породы
У лошадей 1960 -1962, 1965 -1969, 1971 - 1976 годов рождения частота аллеля А1 А была примерно одинаковой и колебалась в пределах от 0,208 до 0,466.
У лошадей 1960 - 1976 годов рождения в основном были идентифицированы фенотипы А1 АВ и Al ВВ, частота которых в отдельные годы достигала 66,7% (в 1963 году) и 66,6% (в 1970 году) соответственно. Гомозиготы типа А1 АА1 А у лошадей рожденных в 1966, 1975 - 1976 годах отсутствовали.
В локусе эстеразы у лошадей, рожденных в 1960 - 1976 годах, наиболее часто встречался аллель Es и генотип Es Es . В ряде случаев частота I I I С аллеля Es достигала 0,961 и 100% - генотипа Es Es . Аллель Es у лошадей 1960 - 1976 годов рождения не был идентифицирован (таблица 7).
В локусе системы D групп крови изменение частот генов и генотипов у лошадей 1960 - 1976 годов рождения практически не наблюдалось. Это видно по данным таблицы 8.
Основными причинами наблюдаемых флуктуации частот генов и генотипов у лошадей рожденных в 1960 - 1976 годах являлись случайный и сопряженный дрейфы генов. Первый из них наблюдался в тех случаях, когда количество лошадей в группах не превышало 30 голов. Например, в группах лошадей 1961 - 1971 годов рождения количество исследованных особей не превышало 30 голов, частота аллелей у этих лошадей во многом зависила от случайного дрейфа этих генов. Сопряженный дрейф генов был у потомков жеребцов, имеющих одинаковые генотипы.
Колебания частот генов в локусах полиморфных белков и системы D групп крови у лошадей 1977 - 1994 годов рождения были значительно меньше, чем у лошадей 1960 - 1976 годов рождения. Например: частота аллеля Tf D у названных лошадей 1977 - 1994 годов рождения варьировала в пределах 0,130 - 0,263, тогда как у лошадей 1960 - 1976 годов рождения она колебалась в пределах от 0,119 до 0,438. Минимальной частота аллеля Tf F была у лошадей 1977 года рождения (0,432), а максимального уровня (0,670) она достигла в 1994 году.
В эти же годы частоты аллелей Tf н и Tf изменились в два с лишним раза (аллеля Tf с 0,041 до 0,143), частота аллеля Tf изменилась соответственно с 0,110 (у лошадей 1994 года рождения) до 0,241 (у лошадей 1988 года рождения) (таблица 4).
Частота аллеля локуса альбумина у лошадей 1977 и 1994 годов рождения под действием разных факторов изменялась примерно в 1,5 раза, в частности, аллеля А1 с 0,231 до 0,453, а аллеля А1 в, соответственно, в эти же годы с 0,547 до 0, 769 (таблица 6).
В системе эстеразы в указанные годы наиболее заметные изменения частоты произошли у аллеля Es F, концентрация которого изменялась с 0,050 до 0,190.
Аллель Es у лошадей 1960 - 1976 годов рождения не был идентифицирован. В последствии в конные заводы СССР были приобретены из-за рубежа лошади, в генотипе которых был аллель Es . Вследствие чего у лошадей 1977 - 1994 годов рождения был определен аллель Es . Его частота у потомков названных лошадей колебалась в отдельные годы от 0,004 (у лошадей 1987 года рождения) до 0,012 (у лошадей 1993 года рождения) (таблица 7).
Не зависимо от времени рождения у лошадей арабской породы в локусе системы D групп крови было идентифицировано пять аллелей: D bcm, D cgm, D cegm, D de, D . Наиболее характерными из которых у лошадей арабской породы были D е, D dk и D bcm. Частота аллелей в указанный период времени варьировала в пределах: аллеля Dbcm от 0,160 до 0,294, аллеля D de от 0,330 до 0,488, аллеля D dk от 0,185 до 0,327.
Частота аллеля D cgm была минимальной (0,026). Позднее концентрация этого аллеля в популяции лошадей арабской породы увеличивалась и достигла максимального значения (0,220) у лошадей 1994 года рождения. Аллель D cegm в популяции лошадей 1977 - 1994 годов рождения, как и у лошадей 1960 - 1976 годов рождения встречался крайне редко. Частота этого аллеля не превышала 0,028 у лошадей 1987 года рождения (таблица 8).
Одной из задач проводимых нами исследований было изучение особенностей аллелофонда лошадей арабской породы разных поколений. Количество типированных по полиморфным белкам и группам крови животных показано в таблице 9.
Анализ полученных при исследованиях данных показал (таблицы 10-15), что проводимая на протяжении 34-летнего периода времени селекция лошадей арабской породы оказала незначительное влияние на их аллелофонд. У лошадей пяти поколений в локусе трансферрина было идентифицировано четыре аллельных гена (Tf D, Tf F, Tf н и Tf ) (таблица 11). Известные у лошадей других пород аллели (Tf м, Tf R) у представителей арабской породы нами не были идентифицированы. В локусе альбумина было определено два аллеля (А1 А, А1 в), в локусе эстеразы у лошадей 1960-1975 годов рождения было идентифицировано по два аллельных гена (Es F и Es ) (таблицы 12-13). Аллель Es был определен только в геномах лошадей 1976-1994 годов рождения у потомков жеребцов - производителей, приобретенных нашими конными заводами за рубежом. В локусе системы D групп крови идентифицированно пять аллелей (D bcm, D Сёт, D cegm, D de, D dk) (таблица 15).
