Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Биологические основы оценки генотипа племенных животных 11
1.2. Теоретические основы использования генетических маркеров в селекции животных 26
1.3. Маркер-вспомогательная селекция и генетический мониторинг в животноводстве 35
1.3.1.Использование полиморфных систем крови в селекции животных 35
1.3.2. Использование ДНК-технологий в племенной работе 42
1.4. Генетический полиморфизм белков, групп крови и микросателлитов ДНК лошадей 50
1.4.1. Системы групп крови лошадей 50
1.4.2. Полиморфизм белков и ферментов крови лошадей 55
1.4.3. Молекулярно-генетические маркеры лошадей 64
1.5. Использование маркер-вспомогательной селекции в коневодстве 69
1.5.1. Использование генетических маркеров при контроле происхождения лошадей 69
1.5.2. Изучение генетической структуры пород 71
1.5.3. Оценка дифференциации линейной структуры в породах лошадей 75
1.5.4. Влияние генетических маркеров на селекционируемые признаки лошадей 76
Глава 2. Материал и методы исследований. 82
2.1. Характеристика обследованного поголовья 82
2.2. Сбор и хранение биоматериала 83
2.3. Методы тестирования лошадей по полиморфным системам крови 84
2.4. Типирование лошадей по локусам микросателлитов ДНК 86
2.5. Определение генетико-популяционных параметров 87
2.6. Методы оценки плодовитости и работоспособности лошадей з
3. Результаты собственных исследований 93
3.1. Генетическая структура заводских и местных пород лошадей по полиморфным системам крови 93
3.2. Изучение полиморфизма микросателлитных локусов у лошадей разных пород 111
3.3. Генетическая оценка популяционного разнообразия в чистокровной верховой породе лошадей 133
3.4. Мониторинг генетической структуры субпопуляций чистокровной верховой породы лошадей 144
3.5. Мониторинг генетико-популяционных процессов в заводских породах лошадей 157
3.6. Генетическая характеристика линейной структуры чистокровной верховой породы лошадей 172
3.6.1. Характеристика линий по полиморфным системам крови 172
3.6.2. Характеристика линий по локусам микросателлитов ДНК 184
3.7. Оценка генетической дифференциации маточных семейств чистокровной верховой породы по маркерным генам 191
3.7.1. Характеристика маточных семейств по локусам систем крови... 191
3.7.2. Генетическая характеристика маточных семейств чистокровной верховой породы по локусам микросателлитов ДНК
3.8. Влияние инбриднга и аутбридинга на гомозиготность лошадей чистокровной верховой породы 208
3.9. Влияние степени гомозиготности микросателлитных локусов на плодовитость и работоспособность лошадей 221
Глава 4. Обсуждение полученных результатов 231
Выводы и предложения производству 248
Выводы 248
Предложения производству 252
Список литературы 253
Приложение
- Генетический полиморфизм белков, групп крови и микросателлитов ДНК лошадей
- Методы тестирования лошадей по полиморфным системам крови
- Генетическая оценка популяционного разнообразия в чистокровной верховой породе лошадей
- Влияние инбриднга и аутбридинга на гомозиготность лошадей чистокровной верховой породы
Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшей задачей генетических исследований в животноводстве является совершенствование методов генотипической оценки животных, существенно влияющей на результативность селекционного процесса. Изучение полиморфных систем крови животных вооружило зоотехническую науку методами контроля происхождения, оценки генетических особенностей пород, стад и линий, определения уровня генетического сходства между ними и прогнозирования эффекта гетерозиса.
Современные достижения в области молекулярной генетики, успехи в расшифровке геномов многих одомашненных видов, включая и Equus caballus, существенно расширили базу маркер-вспомогательной селекции и обусловили актуальность разработки стратегии и тактики генетического мониторинга в животноводстве с учетом специфики каждой подотрасли. В настоящее время многие селекционные программы по улучшению пород животных базируются на использовании генетических маркеров, что открывает реальные возможности для мониторинга генеалогической структуры, сохранения оптимального уровня генетического разнообразия, подбора и отбора животных с учетом генотипической оценки (Охапкин С.К. и др., 1997; Глазко и др., 2001; Сердюк Г.Н., 2002; Букаров Н.Г., 2003; Попов Н.А., 2004; Новиков А.А., 2006; Смарагдов М.Г., 2006; Эрнст Л.К., Зиновьева Н.А., 2008; Стрекозов Н.И. и др., 2009).
Внедрение в коннозаводство системы генетического контроля происхождения способствовало формированию фундаментальной базы данных генотипов лошадей разных пород, что создало возможности для использования методов маркер-вспомогательной селекции в практике коневодства. В этой связи разработка теоретических и практических аспектов использования разных типов генетических маркеров для повышения эффективности племенной работы в коневодстве и сохранения малочисленных пород лошадей приобретает особую актуальность.
Цель и задачи исследования. Цель исследований заключалась в разработке теоретических и практических аспектов генетического мониторинга в породах лошадей. В соответствии с этим в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:
-
Изучить генетические характеристики заводских и местных пород лошадей по полиморфным системам крови.
-
Дать сравнительную оценку генетического полиморфизма заводских пород лошадей на молекулярно-генетическом уровне.
-
Проанализировать структуру аллелофонда разных популяций чистокровных верховых лошадей отечественной селекции.
-
Провести генетический мониторинг аллелофонда чистокровной верховой породы за последние десятилетия.
-
Проконтролировать динамику генетической структуры верховых и рысистых пород лошадей за 1980-2005 годы.
-
Исследовать генетические особенности линий чистокровной верховой породы
-
Оценить степень генетической дифференциации маточных семейств чистокровной верховой породы.
-
Определить влияние уровня инбридинга на степень гомозиготности лошадей по полиморфным локусам.
-
Изучить влияние микросателлитных локусов на плодовитость и работоспособность чистокровных верховых лошадей.
Научная новизна исследований
Впервые проведена сравнительная оценка аллелофонда 14 заводских и местных пород лошадей по 8 полиморфным системам белков, ферментов и групп крови, включая локусы ALB, AlB, Es, Tf, EAA, EAC, EAD и EAK и определена степень их генетического сходства и межпородных различий. Впервые изучен полиморфизм белков и систем групп крови у лошадей бурятской и забайкальской пород и проанализированы их филогенетические связи с другими породами лошадей.
Впервые изучены молекулярно-генетические особенности 10 пород лошадей отечественной селекции, при этом выявлен высокий уровень генетической дифференциации башкирских, орловских рысистых и якутских лошадей. Установлены существенные различия в генетической структуре орловского и американского рысаков по 7 из 17-ти локусов микросателлитной ДНК. В большинстве изученных пород зарегистрировано наличие приватных аллелей. Определена высокая степень генетического сходства между русской рысистой и американской стандартбредной породами по иммуногенетическим и ДНК-маркерам.
В шести заводских породах лошадей проведен генетический мониторинг, выявивший тенденцию снижения генетического разнообразия в тракененской, орловской и русской рысистых породах лошадей за период с 1980 по 2005 годы.
На примере чистокровной верховой породы дана сравнительная оценка степени генетического разнообразия и внутрипородной дифференциации племенного ядра и массива породы. Выявлена определенная степень генетической дифференциации линий и маточных семейств этой породы по иммуногенетическим и молекулярно-генетическим маркерам. Рассмотрены механизмы проявления внутрипородного гетерозиса и влияния отбора на формирование генетической структуры популяций.
Впервые изучено влияние инбридинга на степень гетерозиготности лошадей чистокровной верховой породы по 13-ти локусам микросателлитов ДНК, отмечена высокая вариабельность гетерозиготности у аутбредных животных. На основании анализа родословных лошадей проведена оценка фактического генетического сходства потомков с выдающимися предками.
Изучено влияние гомозиготности микросателлитных локусов на показатели плодовитости и работоспособности лошадей чистокровной верховой породы. Проанализировано влияние альтернативных отцовских аллелей на скаковую работоспособность потомства. Получены данные, позволяющие отнести локус HMS2 к генетическим маркерам, связанным с дистанционной работоспособностью чистокровных верховых лошадей.
Теоретическая и практическая значимость работы
Разработана концепция маркер-вспомогательной селекции в коневодстве, основой которой являются методы генетического мониторинга в породах и субпопуляциях лошадей. На основании полученных данных о генетической структуре пород разработана система генетической идентификации в коневодстве, не имеющая аналогов в практике отечественного животноводства.
Информационная оценка разных типов генетических маркеров лошадей дает возможность их использования для изучения филогенетических связей пород, оценки генетической дифференциации внутрипородной структуры и мониторинга генетического разнообразия при разных методах селекции.
Показано, что генетические особенности пород в значительной степени определяются маточным составом, так как жеребцы-производители имеют более низкий уровень полиморфности по сравнению с племенными кобылами, что принципиально отличается от традиционного представления о роли мужских и женских особей в микроэволюции пород животных.
Продемонстрирована возможность использования микросателлитных локусов для оценки степени гомозиготности лошадей и определения фактического генетического сходства пробанда с выдающимися предками. Полученные данные свидетельствуют, что отдаленное и умеренное родство практически не приводит к увеличению гомозиготности чистокровных верховых лошадей. Повышение гомозиготности лошадей наблюдается при коэффициенте инбридинга 3,1% и выше, при этом превышение уровня гомозиготности кобыл по микросателлитным локусам свыше 62% сопровождается инбредной депрессией по показателям плодовитости и работоспособности, что подтверждают результаты исследований других авторов.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Методология генетического мониторинга в коневодстве.
- Использование разных типов генетических маркеров для характеристики аллелофонда лошадей разных пород.
- Методика оценки степени гетерозиготности животных на индивидуальном и популяционном уровнях.
- Результаты мониторинга генетической структуры пород и методы поддержания оптимального уровня генетического разнообразия.
- Методы определения степени генетической дифференциации внутрипородной генеалогической структуры.
- Приемы оценки родословных лошадей на генотипическом уровне.
- Методы повышения эффективности использования генетических маркеров в селекции лошадей.
Апробация результатов диссертации
Основные положения диссертации доложены на 3-й Международной конференции «Молекулярно-генетические маркеры животных» (Киев, 1999); Международной научной конференции «Актуальные проблемы ДНК-технологий и клеточной инженерии с.-х. животных» (Дубровицы, 2001); Международной научной конференции «Современные достижения и проблемы биотехнологии с.-х. животных» (Дубровицы, 2002); 28-й Международной конференции по генетике животных (Гёттинген, Германия, 2002); Всероссийском координационном совещании по коневодству (Дивово, 2003); Международной научно-практической конференции «Прошлое, настоящее и будущее зоотехнической науки» (Дубровицы, 2004); 4-й Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития генетики с.-х. животных» (Киев, 2004); 6-й Международной научной конференции «Современные достижения и проблемы биотехнологии с.-х. животных» (Дубровицы, 2006); 31-й Международной конференции по генетике животных (Амстердам, Нидерланды, 2008); Международной научной конференции «Достижения в генетике, селекции и воспроизводстве с.-х. животных» (С-Пб.-Пушкин, 2009); Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в животноводстве» (Жодино, Беларусь, 2010).
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическими планами научных исследований ГНУ Всероссийского НИИ коневодства Россельхозакадемии (номера государственной регистрации 01. 9.60 0 04268 (1996-2000 гг.); 01.200.1 14180 (2001-2005 гг.); 15070.7822000013.06.8.001.1 (2006-2010 гг.).
Публикации результатов исследований
По теме диссертации опубликовано 140 научных работ, из них 19 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ, включая «Доклады РАСХН» - 4, «Сельскохозяйственная биология» - 2, «Зоотехния» - 1, «Коневодство и конный спорт» - 12, а также издано 6 методических рекомендаций.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 296 страницах компьютерного текста, включает введение, обзор литературы, собственные исследования и их обсуждение, выводы, практические рекомендации и приложение. Работа проиллюстрирована 71 таблицей и 46 рисунками. Библиографический список включает 468 публикаций, в том числе 260 на иностранных языках.
Генетический полиморфизм белков, групп крови и микросателлитов ДНК лошадей
Каждый организм начинает свое развитие с одноклеточной стадии, при этом в зиготе содержится видовая и индивидуальная информация обо всех процессах развития индивидуума, программа дифференциации тканей и органов, его физиологических и биохимических особенностях. Именно заложенная в ДНК наследственная информация является основой для осуществления всех клеточных программ и формирования тех или иных признаков, в том числе хозяйственно-полезных. Поэтому сейчас наследственность определяют, как способность живых организмов повторять в ряде поколений подобные типы биосинтеза и обмена веществ в целом, что обеспечивает их структурную и функциональную преемственность, начиная от внутриклеточного аппарата до морфофизиологической организации организма на всех стадиях индивидуального развития.
У эукариот, к которым относятся представители сельскохозяйственных животных, наследственная информация находится в ядре клеток в виде отдельных структурных единиц - хромосом. Их генетический материал представлен несколькими молекулами ДНК и воспроизводится как одна единица, при этом в распределении его по дочерним клеткам при делении решающую роль играет взаимодействие с клеточной мембраной.
Еще в середине прошлого века Дж. Уотсоном и Ф. Криком было установлено, что ДНК представляет собой биологический полимер, состоящий из отдельных элементов - нуклеотидов, каждый из которых имеет в своем составе одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты формируется из двух спиралевидных образований, состоящих из комплиментарных пар нуклеотидов А-Т и Г-Ц, связанных с молекулой сахара дезоксирибозы и соединенных между собой остатками фосфорной кислоты. Именно последовательность этих четырех оснований несет конкретную наследственную информацию, которая определяет последовательность аминокислот в белковой молекуле, поскольку каждой тройке нуклеотидов (триплету) соответствует определенная аминокислота. Включение разных аминокислот в белковую молекулу осуществляется с помощью рибонуклеиновых кислот (РНК), которые выполняют разные функции при синтезе белка. Информационная РНК после копирования определенного участка ДНК соединяется с рибосомами, куда транспортная РНК поставляет соответствующие аминокислоты. Двадцать аминокислот в различных комбинациях формируют все белки, которые составляют основу живых организмов (Инге-Вечтомов С.Г., 1989).
Наследственная информация "записана" в структуре молекул ДНК в виде функциональных единиц - генов. Гены являются элементарными единицами наследственности, которые передают наследственную информацию от клетки к клетке, от родителей - потомству и принимают непосредственное участие в реализации этой информации. Гены осуществляют регуляцию жизнедеятельности клеток, органов и систем организма в соответствии с внешними условиями (паратипическими факторами).
Воспроизведение генов заложено в структуре ДНК - в комплементарности ее оснований и заключается в разъединении и последующей достройке новых комплементарных цепей из нуклеотидов клетки. Таким образом, в структуре ДНК заложена возможность так называемой ковариантной репродукции. Этим термином Н.В. Тимофеев-Ресовский (1969) назвал способность живых организмов воспроизводить себе подобных, а также мутировать и воспроизводить мутантные варианты. Иначе говоря, наследственность и изменчивость оказались связанными со свойствами конкретного химического соединения - универсального носителя наследственной информации.
Молекулярная структура гена. По современным представлениям гены высших организмов представляют собой участки ДНК, содержащие закодированную последовательностью нуклеотидных оснований информацию о составе полипептидной цепи. Частным случаем являются гены, кодирующие различные классы сервисной РНК (рибосомальная, транспортная и лидерная), а также проонкогены и мобильные генетические элементы. Специфичность гена определяется числом нуклеотидов, их уникальной последовательностью и молекулярной массой. Последовательность ДНК гена, определяющая аминокислотную цепь белка, получила название кодирующей области. Структурные гены, кодирующие синтез полипептидной цепи, являются составной частью оперона, и имеют сложную систему регуляции. Если рассматривать область генома, ответственную за образование продуктов гена, как функциональную единицу, то понятие ген необходимо расширить, включая в него также сигнальные и регуляторные последовательности, которые обеспечивают его своевременную и адекватную экспрессию (Глазко В.И. и др., 2001; Зиновьева Н.А. и др., 2002; Бакай А.В. и др., 2006; Петухов Л.В. и др., 2007). Эти последовательности, как правило, располагаются впереди и позади кодирующей области гена и не транскрибируются.
Отвечающий за генный синтез структурный участок ДНК, так называемая транскрипционная единица, включает кодирующую область гена и два соседних участка, важных для его экспрессии. Она начинается с регуляторной области, называемой промотором, так как она содержит последовательности, обуславливающие уровень экспрессии гена, а также временную и тканевую специфичность экспрессии. К ним относятся консервативные последовательности, получившие названия «ТАТА-блок», «ЦТ-блок», «ГЦ-блок» и «эсхансеры». «ТАТА-блок» представляет собой консервативный участок ДНК, расположенный за 20-30 п.о. перед сайтом копирования. Значение промоторов трудно переоценить, так как от них зависит эффективность транскрипции. Мутации в области промоторов могут значительно снизить экспрессию генов (Клаг У., Каммингс М., 2007).
Методы тестирования лошадей по полиморфным системам крови
Неоспоримым преимуществом молекулярно-генетических маркеров является возможность их использования для изучения филогенетических связей и эволюции близких видов (Breen М. et al., 1994; Folch P. et al., 1996; Kruger K. et al., 2002; Ling Y.H., et al., 2011). M Breen et al. (1994) продемонстрировали, что лошадиные микросателлиты могут быть использованы для генотипирования представителей рода Equus, в частности, лошади Пржевальского. Сравнительный анализ полиморфизма у лошади и двух видов зебры (Moodley Y. et al., 2006) показал, что у представителей диких эквидов имеется достаточно высокий уровень генетического разнообразия. Как правило, геномы родственных видов млекопитающих характеризуются консервативностью и гомологичностью. Это дает возможность максимально поддерживать гетерозиготность в селекционных программах по сохранению диких видов животных, благодаря использованию генетического мониторинга (Binns М., et al. 2000).
За исследованием ядерной ДНК началось изучение митохондриального генома лошади. В 1994 году X. Xu a. U. Arnason привели секвинирование лошадиной мтДНК и продемонстрировали, что она имеет приблизительно 16,660 Ьр, и ее конфигурация варьирует из-за различного числа повторов GTGCACCT в контрольной области. Число таких повторов колебалось в пределах от 2 до 29 копий, хотя в среднем этот показатель составлял 22-27 копий. Дальнейшие исследования показали, что полиморфизм мтДНК можно изучать с помощью разных технологий (Marclund S. et al., 1995; Ishida N. et al., 1996). Применив метод PCR-SSCP, включающий денатурацию продукта амплификации с последующим разделением однонитевых молекул с помощью электрофореза, S. Marklund et al. (1995) провели анализ 78 лошадей различного происхождения и установили наличие 15-ти различных вариантов повторов на небольшом (440-Ьр) фрагменте гипервариабельного участка D-петли. N. Ishida et al. (1996) использовали широко распространенный метод PCR-RELF, основанный на оценке полиморфизма длин рестрикционных фрагментов. Это дало возможность выявить у лошадей полиморфизм гена митохондриального цитохрома Ь. Не менее эффективным оказался метод прямого секвенирования 270-Ьр региона D-петли, использованный N. Ishida et al. (1995) с целью изучения филогенеза пород лошадей. Вариабельность контрольного участка митохондрий и 12S rRNA была исследована у представителей линий лошади Пржевальского Е. A. Oakenfull и О.А. Ryder (1998), установивших, что она является очень низкой и индивидуальные особенности животных указывают на их происхождение из трех географических регионов.
А. Т. Bowling et al. (2000) провели исследование вариабельности D-петли мтДНК у 62 лошадей арабской породы, находящихся в США. По своему происхождению они восходили к 34 кобылам, приобретенным в середине XIX века у племен бедуинов. В проанализированных образцах было выявлено 27 гаплотипов с 31 основным сайтом замены в пределах 397Ьр последовательности. Авторы показали прикладную значимость анализа мтДНК в вопросах выяснения спорного происхождения отдельных лошадей по материнской линии, а также поставили под вопрос традиционное мнение, что арабские лошади одной линии обязательно имеют общего предка по материнской линии.
Анализ различий материнских линий по мтДНК в породе лузитано показал (Lopes M.S. et al., 2006), что в геноме 145 заводских маток встречались 27 различных гаплотипов, среди которых три повторялись с высокой частотой (56,5%). У части кобыл лузитано и соррайя были выделены одинаковые последовательности мтДНК, что свидетельствует о наличии общих предков по материнской линии.
Изучение последовательностей мтДНК у трех ирландских пород лошадей - ирландской тяжелоупряжной, Kerry Bog пони и коннемара показало (McGahern A. et al., 2006), что изученные породы не образуют отдельных кластерных последовательностей, и большинство мтДНК тяжеловозов (47%) относится к гаплотипу D. Третья часть сиквенсов мтДНК у Kerry Bog пони ассоциировалась с редким гаплотипом Е. В дополнение к этому, в 3 археологических останках ирландских лошадей были определены последовательности мтДНК, относящиеся к гаплотипу А.
Подводя итоги научных достижений последних десятилетий, следует отметить, что, быстрое развитие молекулярно-генетических методов исследования обусловило заметные успехи в изучении генетики лошади и ее генома. В дополнение к полиморфным системам белков и групп крови у разных пород лошадей изучен полиморфизм десятков локусов ядерной и митохондриальной ДНК, создана справочная база данных библиотеки нескольких сотен генов с указанием их генетического кода. Число достаточно изученных генетических маркеров лошадей, включая структурные гены и вредные мутации, достигло уже нескольких десятков. Благодаря этому, широким фронтом ведутся исследования по эволюции вида и микроэволюции пород, генетической структуре популяций, а также разрабатываются программы по изучению и сохранению генетических ресурсов коневодства.
Генетическая оценка популяционного разнообразия в чистокровной верховой породе лошадей
Сравнивая частоты аллелей полиморфных систем белков крови у лошадей разного скакового класса, Н.С. Лукаш (1983) не выявила статистически значимых различий между этими группами и сделала заключение об отсутствии связи локусов трансферрина, альбумина, эстеразы, преальбумина, церулоплазмина, карбоангидразы и каталазы с уровнем работоспособности скаковых лошадей.
D.R. Osterhoff et al. (1977) также не обнаружили прямой связи типов альбумина, трансферрина и преальбумина с работоспособностью лошадей чистокровной верховой породы, но при этом отметили положительное влияние наличия аллеля Т на результаты скаковых испытаний.
Проведенный Т.А Пономаревой (1981) дисперсионный анализ скаковой работоспособности арабских лошадей показал, что генотипы по локусам трансферрина и церулоплазмина оказывают достоверное влияние на результаты ипподромных испытаний лошадей. При этом более высокие показатели скаковой работоспособности показывали лошади, имеющие аллель Ті и гетерозиготный генотип по локусам трансферрина и альбумина.
Шведские исследователи во главе с L. Andersson (1985) изучили влияние полиморфных систем белков и групп крови, используемых при контроле происхождения, на работоспособность 12.502 рысаков и пришли к выводу, что типы альбумина (А1, Р=0.007) и карбоангидразы (СА, Р=0.03) оказывают статистически значимое влияние на индекс работоспособности рысистых лошадей.
При обсуждении возможностей использования иммуногенетических маркеров в селекции лошадей по работоспособности P.M. Дубровская с соавт. (1986) пришли к выводу, что при установлении прямой связи с иммуногенетическими маркерами мы чаще всего имеем дело с ложными корреляциями, возникшими из-за колебаний численности лошадей в группах и других факторов. Тем не менее, типирование по полиморфным системам может быть использовано для маркирования генотипов выдающихся производителей, поскольку наиболее высокую работоспособность показывают потомки, повторяющие генотип отца. В дальнейшем, изучая связь 4-х полиморфных систем крови (А1, Es, Tf, EAD) с работоспособностью чистокровных лошадей, И.М. Стародумов и P.M. Дубровская (1990) пришли к выводу, что эти локусы не оказывают заметного влияния на скаковые качества. По данным авторов, работоспособность двухлетних лошадей не зависела от степени гетерозиготности по тестированным локусам, но в трехлетнем возрасте лучшие результаты показывали гомозиготные кобылы и гетерозиготные жеребцы. При этом было отмечено, что в двух проанализированных линиях потомки, унаследовавшие аллели родоначальника, имеют более высокую сумму выигрыша при испытаниях в гладких скачках.
Современные генетико-молекулярные методы изучения генома обусловили реальную возможность вести системный поиск генов и участков хромосом, определяющих скаковую работоспособность лошадей (Ellis N. А. et al., 2002; Hasegawa Т. et al., 2002; Durkin К., 2008; Tozaki Т. et al., 2010). Американскими (Вinns M.M. et al. 2010) и японскими (Tozaki Т. et al., 2010) исследователями был проведен генетический анализ чистокровных верховых лошадей разных популяций показавший, что на скаковую карьеру лошадей статистически значимое влияние оказывает ген миостатина (MSTN), локализованный в 18-й хромосоме. Полиморфизм этого локуса у лошадей определяют три замещающие однонуклеотидные мутации, детерминирующие способность лошадей выигрывать скачки на разные дистанции.
Ирландские ученые (Hill E.W. et al., 2010) провели генотипирование 148 лошадей чистокровной верховой породы разного скакового класса по 17-ти генам-кандидатам и пришли к выводу, что как минимум 2 нуклеотида в структуре гена PDK4 ассоциированы с высокой работоспособностью лошадей. Скакуны с генотипами А:А и A:G имели явное преимущество по сравнению с G:G. Исследователи считают, что результаты генотипирования лошадей по данному локусу могут быть использованы в селекции для определения потенциала скаковой работоспособности.
Следует отметить, что среди одомашненных животных только лошадь повсеместно получила использование как рабочее, спортивное и продуктивное животное, дающее молоко и мясо. Результаты изучения связи молочной продуктивности с иммуногенетическими показателями крови кумысных кобыл свидетельствуют, что типы трансферрина, альбумина, эстеразы и D-системы групп крови оказывают влияние на удой и содержание казеина в молоке (Новоселова К.С., 1997; Юмарзина Э.Э., 2007). Даже при разнотипном характере таких связей у кобыл разных пород такие ассоциации маркерных генов с хозяйственно-полезными признаками могут быть использованы в племенной работе с конкретными популяциями.
P.M. Дубровской и И.М. Стародумовым (1986, 1991) выявлена достоверная связь между показателями воспроизводства кобыл и гетерозиготностью ожидаемого приплода по локусу трансферрина. По данным этих исследований, проведенных на 11 породах лошадей, зажеребляемость и процент рожденных живых жеребят при гетерозиготных подборах бывает на 10-14% выше, чем при гомогенных подборах. По данным И.М. Стародумова (1996), антигены системы D групп крови также оказывают влияние на воспроизводительную функцию лошадей. У кобыл чистокровной верховой и арабской пород лучшие показатели по зажеребляемости и числу рожденных живых жеребят наблюдаются при подборах, исключающих возможность проявления иммунологических конфликтов между матерью и плодом.
В последние время начаты поиски генов-кандидатов, связанных с воспроизводительными качествами лошадей (Giese A. et al., 2002; Muller D. et al., 2005; Klukowska-Rotzler J., et al., 2006; Hamann H. et al., 2007), что представляет несомненный интерес для коннозаводства.
У лошадей известно несколько десятков наследственных дефектов и заболеваний, вызванных изменением структуры и функции отдельных генов (Bowling A.T., Ruvinsky A., 2000; Nicholas F.W., 2003; Hillyer L.L. et al., 2005; Dranchak P.K. et al., 2006; Herszberg B.A., 2009; Bierman A. et al., 2010; Lopes M.S., 2010). Достаточно хорошо изучены такие генетические болезни, как комбинированный иммунодефицит (SCID, severe combined immunodeficiency disease), периодический паралич (HYPP, hyperkaliemic periodic paralysis), буллозный эпидермолиз (epidermolysis bullosa), миопатии и некоторые другие (Valberg SJ. et al., 1996; Valentine B.A. et al., 1997; Swinburne J. et al., 1999; Nicholas F.W. 2003; Graves K.T. et al., 2008).
SCID является рецессивным аутосомным заболеванием и встречается у 0,4-2% арабских жеребят (Bernoco D., Bailey Е., 1998; Swinburne J. et al., 1999). E.K. Shin et al. (1997) было установлено, что это заболевание обусловлено делецией 5-ти пар нуклеотидов в генной структуре ДНК-протеинкиназы, что приводит к синтезу неактивного фермента и, как следствие, нарушению защитной функции лейкоцитов. Жеребята, получившие рецессивные гены от родителей, рождаются вполне здоровыми, но после 2-х месяцев, когда заканчивается колостральный иммунитет, заболевают и погибают от любой инфекции.
Скрытыми носителями этого гена являются 4-8% арабских лошадей, которых можно выявить только с использованием ДНК-технологии. Учитывая большой потенциальный ущерб от этого заболевания, в Бразилии была принята и успешно реализована государственная программа тестирования арабских лошадей на SCID (Oliveira D.A. et al., 2002).
Влияние инбриднга и аутбридинга на гомозиготность лошадей чистокровной верховой породы
Задача рационального использования и сохранения генетических ресурсов, осуществляемая путем ведения систематического генетического мониторинга, особенно актуальна в коневодстве. Мониторинг генетических процессов в селекционируемых популяциях дает возможность дополнить традиционную систему разведения новыми технологиями и позволяет проводить оценку породы не только на фенотипическом, но и на генотипическом уровне.
С целью изучения процессов, происходящих в генетической структуре заводских субпопуляций чистокровной верховой породы, были прослежены изменения частот встречаемости аллелей изучаемых систем крови, их уровня полиморфности и степени гетерозиготности. Материалом для исследований служили результаты тестирования лошадей чистокровной верховой породы, включая 112 жеребцов и 957 маток, по 4 полиморфным системам крови (ALB, Es, Tf, AED). В статистическую обработку были включены данные генотипирования лошадей производящего состава 5 ведущих конных заводов, включая Бесланский, «Восход», Кабардинский, Лабинский и им. Майстренко. Мониторинг проводили раздельно в группах жеребцов-производителей и маток в три временных периода с десятилетним интервалом.
При тестировании поголовья лошадей чистокровной верховой породы, принадлежащих Бесланскому конному заводу, по полиморфным системам крови было установлено, что это хозяйство имеет типичную для породы генетическую структуру, включающую пять аллелей трансферрина (Ті , Ті , Tf", Tf, ТІ ) и по два - альбумина (ALBA, ALBB) и эстеразы (EsF, Es1). В генотипах жеребцов и маток этого конного завода сравнительно часто встречались аллели , Tf, ALBB, Es1 , а также были широко представлены аллели Dbcm, DCem и Ddk и Б СГабл. 25).
В начале 80-х годов у жеребцов-производителей недавно сформированного Бесланского конного завода в локусе трансферрина отсутствовали аллели а у маток явно преобладал аллель Tf , что обусловило невысокий уровень полиморфности этого локуса. В 90-х годах в этом заводе наблюдалось изменение частот встречаемости аллелей трансферрина в сторону средних показателей по чистокровной верховой породе, что сопровождалось увеличением уровня генетического разнообразия в группах жеребцов-производителей и маток. Этому способствовало назначение в производящий состав жеребцов с типами TfFO: Банта 1979 г.р. от Трастида и Бездны и Фазона 1980 г.р. от Заказника и Фесы, а также импортированного из Великобритании жеребца Мистник 1981 г.р. от Трепана и Мисс Техран с редким генотипом TfFR.
Интересно отметить, что в начале 2000-х годов в заводе уже не используются жеребцы с аллелем Tf, тем не менее, этот аллель передается матерями и стабильно сохраняется в данной заводской субпопуляции.
Частоты встречаемости аллелей альбумина, эстеразы и D-системы групп крови с 1980 по 2005 год у жеребцов и маток менялись несущественно (Р 0,95), благодаря использованию жер. Принц Хатим 1989 г.р. (Хатим -Принцесса Мартина). Уровень полиморфности локусов альбумина, как и эстеразы, на протяжении десятилетий меняется незначительно, а D-системы групп крови даже несколько увеличивается. За анализируемый период в целом у производящего состава лошадей Бесланского конного завода несколько увеличился уровень полиморфности, но снизилась степень гетерозиготности изучаемых локусов (Табл. 31).
Мониторинг генетической структуры производящего состава лошадей чистокровной верховой породы ведущего конного завода «Восход» показал, что в течение последних десятилетий наблюдались колебания частот встречаемости аллелей в наиболее полиморфных локусах трансферрина и эстеразы (Табл. 26). Частота аллелей Tf и Тг у жеребцов-производителей в 90-е годы заметно снизилась, тогда как концентрация аллеля Tf постоянно возрастала. Таблица 26 - Генетический мониторинг популяции лошадей чистокровной верховой породы конного завода «Восход» по локусам систем за период 1980-2005 гг. Локус Аллель 1980-1985 гг. 1990-1995 гг. 2000-2005 гг. 9 в $ 3 n=8 n=92 n=12 n=102 11=10 n=73 Tf Tf 0,313
У заводских маток за анализируемый период происходило накопление аллеля Tf на фоне сохранения высокой концентрации аллеля Tf и снижения частоты встречаемости аллелей Tf и Tf , отсутствующих у большинства производителей. При этом в генотипах лошадей производящего состава конного завода «Восход» отсутствовал редкий аллель Tf", который элиминировался из этой субпопуляции еще в 80-е годы.
В динамике частот D-системы групп крови наблюдалась интересная картина: постепенное снижение частоты встречаемости аллеля Dbcm у жеребцов с 0,125 до 0,050 и ее увеличение у маток с 0,250 до 0,281. Удельный вес аллеля D , напротив, резко увеличился у жеребцов (с 0,250 до 0,500), но почему-то снижался у кобыл (с 0,261 до 0,199). Анализ показал, что на генетическую структуру этой заводской субпопуляции существенно повлияли жеребцы Айвори Тауэр 1959 г.р. (Luminary- Winmarleigh) , Флагман 1983 г.р. (Флоридой - Лапилла), Обзервейшн Пост 1986 г.р. (Shirley Heights - Godzilla), Трипл Бак 1986 г.р. (Sunny" s Halo - sleep On It), Дотсеро 1987 г.р. (Conquistador Cielo - Honest Joy), Бэйлиол Бой 1992 г.р. (Nashwan -Fiesta Fan), Тормонт 1993 г.р. (Local Talent - Virginia Hills) и Кинг Терек 1990 г.р. (Petorius - Adaraya), имевшие в своем генотипе аллели Tf и Ddk.
Изменения в генетической структуре племенного состава Кабардинского конного завода в период 1980-2005 годов были обусловлены изменением частот аллелей трансферрина, альбумина и D-системы групп крови (Табл. 27). Следует отметить, что генетическая структура поголовья этого конного завода характеризуется сравнительно высокой частотой встречаемости редких аллелей Tr , ALB , Dcegm и D е, что в свою очередь обеспечило большое разнообразие типов изучаемых белков у кобыл производящего состава. В 90-х и 2000-х годах в заводе продуцировало сразу четыре жеребца с аллелем Tf , что определило накопление этого аллеля в генотипах маток. В этот период в данной популяции наблюдается фиксация аллелей Dcegm и Dde, а также появляются новые аллели EsF и D gm .
