Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Краткая история создания русской тяжеловозной породы лошадей и ее характеристика 9
1.2. Линейная структура русской тяжеловозной породы 16
1.3. Генетический полиморфизм 22
1.3.1. Основные сведения и биологическая роль 22
1.3.2. Генетический полиморфизм систем эритроцитарных антигенов сельскохозяйственных животных 23
1.3.3. Генетический полиморфизм систем белков и ферментов крови сельскохозяйственных животных 27
1.4. Возможности использования полиморфизма систем белков и групп крови в теории и селекции сельскохозяйственных животных 31
1.4.1. Использование полиморфных белков и групп крови при контроле происхождения и идентификации лошадей 31
1.4.2. Генетический анализ популяций, мониторинг и влияние эволюционных факторов на генетическую структуру популяций 33
1.4.3. Возможности использования генетического полиморфизма в селекции по хозяйственно-полезным признакам 39
Глава 2. Материал и методика исследований 49
2.1. Объект исследований 49
2.2. Определение систем белков и групп крови 51
2.3. Генетико-статистическая обработка данных 51
2.3.1. Генетический анализ 51
2.3.2. Статистический анализ 56
Глава 3. Результаты исследований 58
3.1. Особенности аллелофонда лошадей русской тяжеловозной породы 58
3.2 Мониторинг генофонда русской тяжеловозной породы лошадей за период с 1960 по 2009 годы 68
3.3. Внутрипородная дифференциация лошадей русской тяжеловозной породы 76
3.4. Генетическая дифференциация линейной структуры русской тяжеловозной породы 83
3.5. Влияние степени гетерозиготности на воспроизводительные качества и продолжительность использования кобыл 90
3.6. Эффективность контроля происхождения русской тяжеловозной породы по генетическим маркерам 95
Глава 4. Обсуждение полученных результатов 97
Выводы и предложение 102
Список использованной литературы 105
Приложение 122
- Линейная структура русской тяжеловозной породы
- Возможности использования полиморфизма систем белков и групп крови в теории и селекции сельскохозяйственных животных
- Генетико-статистическая обработка данных
- Мониторинг генофонда русской тяжеловозной породы лошадей за период с 1960 по 2009 годы
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время важнейшей задачей, стоящей перед отечественным коневодством, является повышение его эффективности и конкурентоспособности. Решение этой задачи должно осуществляться за счет селекционно-племенной работы, опирающейся на достижения современной генетики. Развитие животноводства на современном этапе невозможно без внедрения новых биотехнологических методов оценки признаков продуктивности сельскохозяйственных животных, базирующихся непосредственно на анализе наследственной информации. В этой связи разработка и внедрение в практическое животноводство генетических методов является актуальной задачей зоотехнической науки.
В настоящее время под влиянием ряда факторов наблюдается процесс вытеснения с животноводческого рынка отечественных универсальных пород, что зачастую сопровождается трансформацией их генетической структуры и снижением биоразнообразия. В коневодстве идет процесс сокращения племенного поголовья целого ряда лошадей заводских пород, что сопровождается снижением генетического разнообразия и принципиально ограничивает возможности селекционной работы в будущем.
Учитывая уникальность и оригинальность лошадей русской тяжеловозной породы, нами были проведены исследования генетической структуры популяции данной породы по полиморфным системам белков и групп крови. Тестирование лошадей данной породы было начато в 1973 году с целью подтверждения достоверности происхождения лошадей. За истекший период накоплен огромный материал по результатам тестирования поголовья этой породы в нескольких поколениях, что позволит провести генетический мониторинг аллелофонда основных конных заводов и породы в целом.
Цель и задачи исследований. Целью проводимых исследований было изучение особенностей внутрипородного полиморфизма лошадей русской тяжеловозной породы и возможности использования генетических маркеров в практической селекции.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
1. Изучить особенности аллелофонда русской тяжеловозной породы по 4 полиморфным системам крови, включая, Tf, Al, Es и D-систему групп крови.
2. Провести мониторинг генофонда русской тяжеловозной породы лошадей за период с 1960 по 2009 годы.
3. Проанализировать внутрипородную дифференциацию лошадей изучаемой породы.
4. Дать оценку уровня генетической дифференциации линейной структуры русской тяжеловозной породы.
5. Изучить влияние степени гетерозиготности на воспроизводительные качества и продолжительность использования кобыл.
6. Определить эффективность контроля происхождения лошадей русской тяжеловозной породы по генетическим маркерам
Научная новизна работы. Впервые проведен генетико-популяционный анализ современного аллелофонда лошадей русской тяжеловозной породы по полиморфным системам крови и изучены особенности генетической структуры 5 заводских субпопуляций. Проведен генетический мониторинг генофонда породы с 1960 по 2009 годы. Определена степень генетической дифференциации основных генеалогических линий. Изучена связь степени гетерозиготности полиморфных локусов с воспроизводительными качествами кобыл и продолжительностью их заводского использования.
Теоретическая и практическая значимость работы. Изучены особенности генетической структуры русской тяжеловозной породы лошадей и определены коэффициенты генетического сходства с другими тяжелоупряжными породами. Проведена оценка уровня внутрипородной дифференциации заводских субпопуляций, подтверждающая существование определенных заводских типов. Проведен генетический мониторинг аллелофонда породы за четыре последних десятилетия, выявивший тенденцию снижения генетического разнообразия. Дана оценка степени генетической дифференциации сложившейся линейной структуры. Выявлено влияние степени гетерозиготности на воспроизводительные качества и продуктивное долголетие маток. Установлена высокая корреляционная зависимость (r=0,95) между показателями уровня полиморфности и эффективности контроля происхождения.
Апробация работы. Материалы исследований были доложены на Международной – научно практической конференции «Зоотехнические и ветеринарные аспекты развития животноводства в современных условиях аграрного производства», Мичуринск, 2009 г. и на Международной – научно практической конференции «Современные технологии в животноводстве и их адаптация к международным требованиям», Харьков, 2009 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 в рекомендуемых ВАК РФ журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 129 страницах компьютерного текста и включает следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты исследований, обсуждение результатов, выводы и предложения производству. Работа содержит 27 таблиц, 24 рисунка, 7 приложений. Список литературы включает 157 источников, в том числе 26 на иностранных языках.
Линейная структура русской тяжеловозной породы
В русской тяжеловозной породе были сформированы 8 мужских линий: Караула, Ларчика, Лазутчика, Поденщика, Капитэна, Рубикона, Рубина, Газона. На протяжении почти всей истории русской тяжеловозной породы ведущую роль в ней играла линия Караула, которая развивалась в сочетании с линией Ларчика, второй по своему значению. Линия Ларчика, в свою очередь, прогрессировала на базе линии Караула, это сочетание представляла лучшая и наиболее многочисленная часть породы. В 70-х годах в ходе дальнейшего прогрессивного развития обеих линий Караул-Ларчик выделяются новые линии, которые отвечают высокому уровню современных требований. В линии Караула создана линия Лазутчика, в линии Ларчика -линия Коварного. Линии Караула (вместе с линией Лазутчика) и Ларчика (через Коварного) во взаимном сочетании удачно дополняют друг друга. Они отвечают основным требованиям по крупности, типичности, высокой работоспособностью, плодовитости и долговечности.
Линия 528 Караула. Ведущая роль в работе с линией Караула принадлежит Новоалександровскому конному заводу; а также тяжеловозному отделению Пермского конного завода. Линия Караула, 1909 г.р., (143-155-187-20) продолжается в основном через 527 Каравая, 1926 г.р., (144-160-199-22)сына Караула.
Линия 327 Лазутчика. Лазутчик, бурый, родился в 1936 году в Новоалександровском конном заводе. Отец Лазутчика - 2 Кальян-представитель линии Караула, а мать-6 Лазийка - дочь родоначальника другой линии - Ларчика. Таким образом, здесь осуществлен «золотой кросс» двух линий: Караула и Ларчика.
Линия 556 Ларчика. Родоначальник линии - рыж. в сед. жеребец Ларчик родился в 1918 году в Дубровском конном заводе от Мальчика рыж. 1911г.р., и Табакерки, рыж. 1914 г.р. Ларчик был мелкий, сухой, породный жеребец, с длинным и объемистым корпусом (139-193-20). По телосложению он соответствовал типу лошадей Новоалександровского завода и поэтому, несмотря на очень малый рост и беднокостность, был использован там производителем и оставил очень ценное потомство. Его линия быстро и очень широко распространилась в породе, заняв ведущее место.
Линия Капитэна. Французкий арден Капитэн, рыж., 1924 г.р., по типу был чрезвычайно далек от русского тяжеловоза. Такие его качества, как грубая, сырая конституция; негармоничное сложение, перестроенность, фризистость, были особенно нежелательны для русской тяжеловозной породы. Единственным его преимуществом был крупный рост (156см). Обладая таким набором недостатков, Капитэн, по - видимому, никогда бы не смог войти в породу, если бы к нему не бала подобрана знаменитая матка -родоначальница семейства 199 Соха, рыже-чал., 1911 г.р.(Салем - Векша), от которой были получены два жеребца: 77 Сорванец, рыже-чал., 1930 г.р., и 61 Сумрак, рыж., 1929 г.р. Через них и создана линия Капитэна, выведенная на Урале, основное свое развитие получила в Куединском конном заводе через Сорванца и его сына Свиста, рыж.., 1948 г.р. давшего большое количество ценных заводских жеребцов.
Линия 596 Поденщика. Одна из старейших линий русской тяжеловозной породы, но, несмотря на свое длительное существование, никогда не входила в число широко распространенных.
Поденщик, бур. в сед., 1918 г.р., родился в Дубровском конном заводе от Запоя и Колоды. Его промеры 142-205-22. С самого начала использования в Новоалександровском конном заводе, он, как нечистопородный жеребец, оценивался невысоко и получал не лучших кобыл. Вероятно, в связи с таким происхождением представителей линии Поденщика, в ней нет вполне однородного типа и строго определенной сочетаемости. Успешным был кросс с разными линиями: Караула, Ларчика, Капитэна, Рубикона. Большинству лошадей этой линии присущи такие ценные качества, как гармоничность сложения, скороспелость, хорошее использование корма и способность «держать тело».
Линия 378 Рубикона. Бурый жеребец 378 Рубикон родился в 1910 году в заводе Кочубея от Рулета 3-го и Полтавки, типичный арден (144-181-22). Достигнув небывалых вершин, линия вдруг стала быстро сокращаться и сошла почти на нет, не имея полноценных мужских продолжателей. Сократившись количественно, линия Рубикона сохраняет еще влияние на породу через маток. Особенно велика насыщенность кровью Рубикона у производящего состава Красноармейского конного завода.
Современный период развития породы и совершенствования ее структуры определяется еще более возросшим спросом на крупного русского тяжеловоза. В 70 -х годах ответом на этот запрос явилось выведение двух новых линий в породе, которые по своим качественным показателям в наиболее полной мере соответствовали современным требованиям. В линии Караула - Лазутчика особенно интенсивно шел процесс укрупнения лошадей и была выведена новая линия 909 Градуса, т-рыж., 1964 г.р., (857 Соболь -1097 Горбуша) в Куединском конном заводе, рост которого 156 см. По своим хозяйственно - полезным качествам и численности поголовья превзошла материнскую линию и заняла лидирующее положение в русской тяжеловозной породе.
На основе линии Капитэна при сочетании с линиями Ларчика -Коварного и Рубикона была создана новая линия Свиста, 1948 г.р., (148-161-198-21,5), которая по комплексу своих качеств превзошла исходные линии, с использованием которых она создавалась. В ней удачно сочеталась повышенная крупность (высота в холке жеребцов от 156 см и выше) с породностью и типичностью. Поэтому она фактически полностью заменила линию Капитэна, то есть ее оставшуюся часть, не обладающую нужной суммой полезных качеств.
Возможности использования полиморфизма систем белков и групп крови в теории и селекции сельскохозяйственных животных
Одним из основных приложений использования данных о полиморфизме биохимических маркеров крови в коневодстве является проведение контроля достоверности происхождения племенных лошадей. Наличие племенных книг, учета случки и выжеребки, таврение, как показала практика, не могут гарантировать 100% идентификацию особи. Применение методов искусственного осеменения, случки с несколькими жеребцами в одном эстральном цикле, использование нескольких жеребцов в случной кампании, непреднамеренные технологические ошибки при проведении случки и содержании лошадей могут привести к неточностям в племенных записях о происхождении лошадей. При испытаниях на ипподромах в гладких скачках лошадей таких пород, как арабская, ахалтекинская, терская, буденновская и других выявлялись случаи, когда вместо них скакали помеси этих пород с чистокровной верховой. Такие помеси значительно резвее, и это создает экономические предпосылки для умышленной фальсификации происхождения испытываемых лошадей. Появление большого числа частных владельцев лошадей, участвующих в воспроизводстве племенного поголовья, активизация торговых операций с племенными лошадьми создают дополнительные предпосылки для замены в документации менее ценных, с точки зрения селекции, родителей на более ценных. Выше перечисленные особенности современных условий селекции лошадей объясняют повышенное внимание к генетическому контролю достоверности зоотехнических записей происхождения лошадей и идентификации особей.
Достоверность происхождения оценивают благодаря проведению семейного анализа наследованных пробандом и имеющихся у родителей генетических маркеров. Только при использовании одного локуса трансферрина можно уточнить происхождение в 30% случаев, а при совместном использовании с альбумином этот показатель увеличивается до 51%. Использование трех генетических систем белков (Tf, Al, Es) и семи систем групп крови (A, D, С, К, Q, V, Р) при контроле происхождения лошадей позволяет уточнить до 88,8-97,4 процентов ошибок в записях происхождения лошадей (29). Так, в русской верховой породе эффективность применения аллелей четырех локусов (Tf, Al, Es и система D) при контроле происхождения лошадей составила 81,8% (75), а в тракененской - 80,4% (54). A.Bowling же показала, что эффективность контроля происхождения, основанная на 7 группах крови и 11 полиморфных системах белков и ферментов, составляет 97,3% (135). По рекомендациям Международного общества по изучению генетики животных 1999г. (139), лаборатории, занимающиеся тестированием лошадей, должны определять до 16 полиморфных систем белков и ферментов крови, 7 групп крови и 8 микросателлитов ДНК, при этом эффективность контроля происхождения повышается до 99,9%. В нашей стране для записи в племенные книги и получения племенных документов обязательное тестирование должны проходить лошади чистокровной верховой, арабской, ахалтекинской, ганноверской, тракененской пород, а с 1998 года и рысистых пород.
Генетический контроль достоверности зоотехнических записей происхождения лошадей, идентификации особей не только сохранил свое значение и в современных условиях, но и заметно повысил свою важность для объективной оценки селекционно-племенной работы. Использование племенных лошадей с генетически подтвержденным происхождением в воспроизводстве и селекции обеспечит реальную оценку этих процессов, позволит точно оценивать линейную и семейственную принадлежность племенных лошадей.
Генетико-статистическая обработка данных
Определение генотипов по системе белков и групп крови были проведены в лаборатории генетики методом горизонтального электрофореза на крахмальном геле согласно традиционным методикам по О. Smithies (153), модифицированных применительно крови лошадей: для определения типов альбумина и трансферрина - в модификации В. Gahne (137), эстеразы -Томашевской-Гужкевич (37). Для определения антигенов группы крови D пользовались методом (реакция гемагглютинации) с помощью моноспецифических сывороток (Da, Db, Dc, Dd, De, Dg, Dh, Dk, Dm). Сыворотки-реагенты были идентифицированы с международными эталонами. Для выявления генотипов пользовались семейным анализом. Тестирование животных по группам крови и полиморфным системам белков приобретает определенное практическое значение, если осуществляется популяционный анализ этих данных.
Генетический анализ популяции по группам крови и биохимическому полиморфизму белков проводили с использованием следующих статистических параметров: - частота генотипов (фенотипов) полиморфных белков; аллелей, детерминирующих полиморфные белки и систему D групп крови; - показатель наблюдаемой и ожидаемой гомозиготности (или гетерозиготности) с применением коэффициента Робертсона; - состояние генного равновесия через распределение хи-квадрат; - генетическое сходство и генетическое расстояние между субпопуляциями (поголовье регионов, различных генеалогических линий); - число действующих аллелей по локусам и число аллелей, приходящийся на один условный локус; - эффективность контроля происхождения; 1. Частоты генотипов систем белков вычисляли по формуле: где R - количество животных определенного генотипа (фенотипа); N - общее количество животных Р -частота генотипа в долях единицы. - Частоты аллелей определяли, исходя из встречаемости аллотипов одноименных белков (6, 67): где q - частота определяемого аллеля; 2ПДА - количество в популяции особей, гомозиготных по аллелю А; пАа - количество в популяции особей, гетерозиготных по аллелю А; 2 N — удвоенное количество особей в популяции. Ошибку частот аллелей вычисляли по формуле (67): где Sp - средняя ошибка частоты аллеля; р - частота соответствующего аллеля; п - общее число исследованных животных в популяции. 2. Для оценки характеристики популяции по степени гомозиготности (или гетерозиготности) вычисляли наблюдаемую и ожидаемую гомозиготность (или гетерозиготность). Наблюдаемая величина есть доля соответствующих генотипов в популяции (33): Но - наблюдаемая гомозиготность; Р - количество гомозигот данного локуса в исследуемой популяции; N - объем популяции. Ожидаемую гомозиготность определили через коэффициент гомозиготности, используя формулу Робертсона (67): где q? - квадраты частот каждого аллеля данного локуса Са - ожидаемая гомозиготность данного локуса. Уровень гомозиготности по всем изучаемым локусам является средним арифметическим значением коэффициентов гомозиготности локусов (33), который определяли следующим образом: где Н: - уровень гомозиготности одного локуса; п - количество локусов. 3. Отклонение ожидаемых соотношений распределения генотипов от наблюдаемых рассчитывали при помощи критерия Пирсона методом хи-квадрат (6, 17): где Fi0 - ожидаемое количество особей с і аллелем; FJH - наблюдаемое количество особей с і аллелем; m - количество генотипов. При этом ожидаемое количество особей определяли по формуле Бернштейна (6, 133): где р, q, г - частоты соответствующих аллелей; N - общее количество исследованных животных. Вероятность того, что гипотеза справедлива, т.е. наблюдаемая численность генотипов приближается к ожидаемой (популяция находится в состоянии равновесия), определяется по сравнению полученного X2 с табличным, с учетом степени свободы (d.f.), равной разности числа наблюдаемых генотипов и числа аллелей в локусе. Вероятность (Р) равная менее 5% свидетельствует о нарушении генного равновесия в локусах полиморфных систем. 4. Метод определения генетических расстояний основан на вычислении показателя генетической идентичности (I), которую определяли как (17, 144)
Мониторинг генофонда русской тяжеловозной породы лошадей за период с 1960 по 2009 годы
Генетический мониторинг представляет совокупность мер по контролю и управлению процессом оптимизации разведения животных с использованием традиционных зоотехнических и генетических методов, а его основой является контроль за процессом формирования генетической структуры популяций и пород, позволяющий повысить эффективность разведения путем оптимизации подбора родительских пар, ранней генотипической оценки животных и повышения племенной ценности поголовья. 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.
Анализ генофонда и слежение за динамикой генетической структуры породы проводили путем исследования аллелофонда начиная с 1960 года до 2009 год. Результаты проведенного мониторинга представлены в таблицах 11-20 и на рисунках 11-15.
Данные, приведенные таблицах 11-13, свидетельствуют, что селекция на
протяжении "последних десятилетий сопровождалась определенными изменениями генетической структуры породы. Это наглядно прослеживается в локусах системы D групп крови, трансферрина, а также эстеразы (рис. 11-12).
В локусе трансферрина прослеживается тенденция периодического колебания частот встречаемости практически всех аллелей (рис. 11). Наибольший размах колебаний зарегистрирован у аллелей Tf и Tf". Частоты встречаемости аллеля Н достоверно увеличиваются в 90-х годах, затем несколько снижаются до среднего уровня. Похожую динамику изменения частот имеют аллели Tf, Tf\ Интересно отметить стабильную динамику малораспространенного в породе аллеля Тг, колебания частот которого в последние десятилетия составляют от 0,004 до 0,029. Несмотря на такую крайне низкую концентрацию аллель не элиминировался, что может служить наглядной иллюстрацией действия частот зависимого отбора. Колебания частоты аллеля D в течении шести периодов незначительны и не достоверны. Динамику изменения концентрации трансферриного локуса наглядно демонстрируют графики на рисунке 11.
Интересно отметить, что характер распределения аллелей альбумина в течении изучаемых периодов менялся незначительно и оставался почти на одном уровне (таблица 12).
В локусе эстеразы в течение четырех последних десятилетий наблюдается явный тренд аллеля Es , и возможно, направленный отбор особей, несущих этот аллель. Интересно отметить, что увеличение частоты аллеля EsG проходит на фоне снижения концентрации аллеля Es1. Частота аллеля EsF имела некоторые колебания, но в шестом периоде фактически вернулась к показателю первого периода. Графическая динамика частот представлена на рисунке 12, при этом частота встречаемости аллелей у современного поголовья (VI период) статистически отличается от средних значений этих показателей по породе в целом.
Наибольшие колебания генетической структуры наблюдались при мониторинге D системы групп крови, практически по всем аллелям. По данным таблицы 13 видно, что в течение всех изучаемых периодов шло заметное изменение частот аллелей Dcgm, Dde и Ddhgm (Р 0,99). При этом распространение аллеля Dcem с V периода резко возросла до 0,3577. в VI периоде, a Ddhgm - снизилось до 0,1346 в VI периоде. Аналогично наблюдается в VI периоде достоверное снижение частоты аллеля ad (0,1731) и увеличение D (0,1154). Изменение распространения аллеля Dbcm шло волнообразно, что показано на рисунке 13, а частота аллеля Dcegm незначительно изменялась в течение почти всех шести периодов.
Контроль за уровнем генетического разнообразия в течении шести периодов показывает, что уровень полиморфности, характеризующий число эффективно действующих аллелей, несколько менялся по периодам, имея минимальное значение во II периоде (в 70-х годах) и достигал максимума в V периоде (90-е годы) таблица 14, рисунок 14. Средний уровень гомозиготности оказался достаточно стабильным показателем и колебался в пределах (37,42 - 43,28%). Максимальное значение этого показателя было также зарегистрировано в 90-х годах, когда выборка животных включала лошадей всех основных конных заводов. Важно отметить, что во все периоды уровень наблюдаемой гомозиготности был несколько выше теоретических показателей.
