Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы 7
Генетический полиморфизм 7
Иммуногенетические исследования 9
1. Особенности генетики эритроцитарных антигенов 10
2. Наследование групп крови 11 Значение изучения групп крови для практики 12
1. Контроль достоверности происхождения животных 12
2. Межпородная и внутрипородная дифференциации 13
3. Генетический мониторинг 17
4. Использование групп крови в селекции 20
5. Связь групп крови с продуктивностью 26 Материал и методики исследований 36 Характеристика хозяйств 36
Методы и методики научных исследований 40
Результаты исследований 46
Анализ показателей динамики аллелофонда 46
1. Динамика аллелофонда 46
2. Динамика частоты встречаемости аллелей 48
3. Динамика связи показателей молочной продуктивности с аллелями ЕАВ-локуса 52
Связь показателей продуктивности коров с коэффициентом экологической валентности 58
1. Первая лактация 58
2. Наивысшая по удою лактация 64 Сервис-период и коэффициент экологической валентности 66
3.4. Связь коэффициента экологической валентности с показателями продуктивного долголетия 69
3 5. Фонд антигенов ЕАВ-локуса быков-производителей Вологодского племпредприятия 76
3.5.1. Фонд антигенов основных плановых пород Вологодской области 76
3.5.2. Фонд антигенов линий черно-пестрого скота 80
Краткаяпстория создания массива черно-пестрого скота в Вологодской области 80
3.5.2.2. Результаты микроэволюционных процессов в популяции черно-пестрого скота Вологодской области 4
3.5.3. Фонд антигенов генкомплексов линий черно-пестрого скота 92
3.5.4. Результаты микрофилогенетических процессов в линиях голштинского скота Вологодской области 104
3.5.5. Фонд антигенов популяций черно-пестрого и голштинского скота Вологодской области 115
3.6, Связь заболеваемости крупного рогатого скота с факторами ЕАВ-локуса групп крови 123
4. Оценка экономической эффективности проведенных исследований 135
Выводы 139
Предложения производству 141
Список использованной литературы 142
Приложения 155
- Особенности генетики эритроцитарных антигенов
- Динамика связи показателей молочной продуктивности с аллелями ЕАВ-локуса
- Фонд антигенов основных плановых пород Вологодской области
- Фонд антигенов популяций черно-пестрого и голштинского скота Вологодской области
Введение к работе
Актуальность темы. Вологодская область - старейший в стране регион молочного животноводства. Агропромышленный комплекс является важной составной частью экономики Вологодской области, обеспечивающей продовольственную безопасность населения. Доля продукции АПК в поставках товаров народного потребления достигает 55%.
Вологодская область по валовому производству молока и численности коров занимает лидирующее положение среди других областей и республик Европейского Севера России. После распада СССР и введения экономических реформ в агропромышленном комплексе, молочное скотоводство области претерпело значительные изменения. На начальном этапе произошел спад маточного поголовья и снижение валового производства молока, затем наступил период стабилизации и в настоящее время молочное скотоводство области находится на подъеме. За последние 4 года наблюдается значительный рост продуктивности скота. Стада черно-пестрой породы достигают продуктивности 7 - 8 и более тыс. кг молока от коровы в год. В 2004 году сельскохозяйственными предприятиями получен валовой надой молока 400 тыс. тонн, при годовом надое молока от коровы 4200 килограммов, произведено мяса в живом весе около 63 тыс. тонн, из которых 22 тыс. тонн - говядина. Такие результаты были достигнуты благодаря увеличению генетического потенциала скота и, в первую очередь -популяции черно-пестрой породы (занимающей доминирующее положение по продуктивности и многочисленности, по сравнению с другими плановыми породами), улучшением условий кормления и содержания животных, а так же внедрением интенсивных технологий производства молока. В результате проводимой учеными и практиками работы, в Вологодской области начал складываться определенный тип черно-пестрого скота, с характерными особенностями продуктивности, телосложения и приспособленности к условиям региона.
В настоящее время, в преддверии вступления России в ВТО, достижение устойчивого роста сельскохозяйственного производства, в том числе и продукции молочного скотоводства, остается приоритетным направлением развития АПК на Вологодчине. В связи с вышесказанным представленные в диссертационной работе результаты исследований по разработке методов повышения продуктивных и воспроизводительных качеств крупного рогатого скота с использованием аллелофонда и фонда эритроцитарных антигенов В-локуса групп крови являются актуальными. Исследования проводились согласно государственному тематическому плану НИР Северо-Западного НИИ молочного и лугопастбищного хозяйства тема № 01.02.01. «Разработать методологию использования методов иммуногенетики в селекционном процессе с молочным скотом в Северо-Западном регионе РФ». Цель и задачи исследований. Целью данной работы явилось совершенствование методов повышения уровня молочной продуктивности с использованием результатов иммупогенетического тестирования черно пестрого скота. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи. 1. Изучить аллелофонд и спектр антигенов ЕАВ-локуса групп крови крупного рогатого скота. 2. Провести анализ динамики связи уровня молочной продуктивности с аллелями ЕАВ-локуса групп крови. 3. Рассчитать значения коэффициента экологической валентности по отцовским аллелям ЕАВ-системы групп крови. 4. Оценить показатели продуктивности черно-пестрого скота (удой, массовая доля жира в молоке, выход молочного жира, живая масса) по первой и наивысшей по удою лактациям в зависимости от уровня значений коэффициента экологической валентности. 5. Проанализировать продолжительность сервис-периода в зависимости от значений коэффициента экологической валентности. 6. Оценить показатели продуктивного долголетия коров (продолжительность хозяйственного использования, пожизненную продуктивность, средний удой за лактацию) относительно значений коэффициента экологической валентности. 7. Проанализировать связь заболеваемости скота с уровнем значений коэффициента экологической валентности. 8. Рассмотреть микрофилогенетические особенности популяции скота черно-пестрой породы Вологодской области. Научная новизна исследований заключается в том, что впервые в популяции черно-пестрого скота Вологодской области: - рассмотрена динамика связи уровня молочной продуктивности коров с аллелями ЕАВ-локуса групп крови с использованием элементов системного анализа; - рассчитаны значения коэффициента экологической валентности по отцовским аллелям ЕАВ-системы групп крови; - проведена оценка хозяйственно-полезных качеств скота в связи с уровнем значений коэффициента экологической валентности; исследована зависимость заболеваемости скота болезнями различной этиологии от коэффициента экологической валентности; - на основе проведенных исследований антигенофонда, рассмотрены микрофилогенетические особенности популяции черно-пестрого скота (с использованием кластерного анализа). Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основе проведенных исследований предложены: - методика анализа динамики связи между группами крови и хозяйственно-полезными признаками; - применение коэффициента экологической валентности как теста для раннего прогнозирования хозяйственно-полезных качеств животных; - использование сложившихся степени родства и различий структурных единиц популяции черно-пестрого скота для повышения эффективности селекционной работы. Наши разработки внедрены для практического использования в ФГУП учхозе «Молочное». Апробация работы. Результаты исследований были доложены: -на научно-производственной конференции СЗНИИМЛПХ «Интенсификация сельскохозяйственного производства», 2004 г.; - на научно-методической конференции преподавателей и аспирантов ВГМХА «Реализация академической системы управления качеством образования», 2005 г.; - на межрегиональной научно-практической конференции ВГМХА посвященной 75-летию зооинженерного факультета ВГМХА «Зоотехния: вчера, сегодня и завтра», 2005 г.; - на Емельяновских чтениях в СЗНИИМЛПХ, 2006 г. Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 6 статей. Объем и структура работы. Диссертация изложена на 160 страницах компьютерного текста, содержит 57 таблиц, 18 рисунков, 6 приложений. Список литературы включает 176 наименований, в том числе 17 на английском языке.
Особенности генетики эритроцитарных антигенов
Эритроцитарные антигены представляют собой сложные » биополимерные макромолекулы, которые накапливаются на оболочке (строме) эритроцитов. Молекулы антигенов содержат мукополисахаридные комплексы. Основа биосинтеза эритроцитарных антигенов определяется действием генов и структурами ДНК и РНК. Антигены имеют различную специфичность: видовую, групповую, типовую, патологическую, органоидную, функциональную. Антигенные особенности обусловлены последовательностью и качественными различиями аминокислот, а также особенностями строения первичной полипептидной молекулы антигена. На поверхности молекулы антигена имеются наиболее активные участки — детерминантные группы, которые определяют специфичность антигена. Синтез каждого эритроцитарного антигена обусловлен действием одного гена. Антиген может наследоваться отдельно от других антигенов, проявляя чаще всего доминантный или кодоминантный тип наследования, и только в редких случаях наблюдается рецессивное наследование некоторых антигенов. В настоящее время у крупного рогатого скота выявлено более 100 факторов (антигенов) крови, у свиней и кур — 60, у лошадей и овец — более 20.
Кроме отдельного наследования каждого антигена, наблюдается совместное наследование определенного сочетания нескольких антигенов. Это явление вызвано полным сцеплением тех генов данного локуса, которые детерминируют синтез совместно наследуемых антигенов.
Совокупность антигенов (факторов крови), контролируемых одним локусом, называют генетической системой (локусом) групп крови. У крупного рогатого скота известно 12 систем групп крови, у свиней — 17, у овец — 16, у лошадей — 9, у птиц — 14. Из всех этих систем наиболее сложной является ЕАВ-система у крупного рогатого скота, включающая более 40 антигенов, которые в различных комбинациях образуют более 500 аллелей. После рождения группы крови у животных не изменяются и не зависят от условий кормления и содержания. Каждая группа крови наследуется как определенная генетическая единица. В состав конкретной группы крови может входить один или несколько антигенов.
Генетические системы групп крови и антигены обозначаются прописными и строчными буквами латинского алфавита: А, В, С и т. д. В связи с наличием большого количества антигенов буквы пишут со значками А , В , С и подстрочными индексами Аь А2, А3 и т.п. (18,22,24,43, 106).
У всех видов животных большинство аллелей генетических систем групп крови наследуется по типу кодоминирования, т. е. в гетерозиготе фенотипически проявляются оба гена. Весьма редко встречаются рецессивные аллели, подобные аллелю О системы АВО у человека (в связи с этим возможен анализ частоты аллелей разных локусов в популяциях во времени и в пространстве, что является главным инструментом для описания их генетической структуры и позволяет приблизиться к пониманию эволюционного процесса).
Все известные системы групп крови у сельскохозяйственных животных локализованы в аутосомах. В сложных системах (у скота ЕАВ- и ЕАС-системы) антигенные факторы контролируются несколькими тесно сцепленными сублокусами.
Можно выделить три основных правила наследования групп крови:
1) каждая особь наследует по одному из двух аллелей от отца и от матери в каждой системе групп крови;
2) особь с антигенами, не обнаруженными хотя бы у одного из родителей, не может быть потомком данной родительской пары;
3) гомозиготная особь по одному антигену, например Р/Р, не может быть потомком гомозиготной особи с противоположным антигеном, например У/У (18,24,43). 1.3. Значение изучения групп крови для практики
Огромное количество возможных комбинаций эритроцитарных антигенов у животных позволяет с большой точностью определять соответствие происхождения животных данным племенного учета. Практическое применение иммупогенетического тестирования для обязательной проверки отцовства было введено в 40-х годах Канадским объединением голштино-фризского скота. С 1946 года этот метод стали применять в ряде стран Европы и в США, где проверяют происхождение всех племенных животных, поступающих в продажу и на станции искусственного осеменения. В результате введения иммуногенетического контроля в скотоводство Дании неправильная запись отцовства снизилась с 23% до 1%, а в Чехословакии с 13% до 3%. В Италии количество недостоверных по происхождению животных за 5 лет снизилось с 10-20% до 6-7%, в Румынии — с 32-49 до 14-25%. В нашей стране проведенными исследованиями было установлено, что доля неправильных записей в определении отцовства у крупного рогатого скота в отдельных хозяйствах колеблется от 16 до 42% (88, 131, 173).
Причины ошибочных записей происхождения племенных животных обуславливаются как объективными, так и субъективными факторами. К объективным факторам следует отнести технологические требования. Так, технологией племенного скотоводства, наряду с основными производителями в системе спаривания предусматривается использование, производителей-дублеров. Только по этой причине ошибочность записей происхождения племенных животных достигает 15-20%. Если добавить ошибки исполнителей по разным причинам (несвоевременность индивидуальной или семейной идентификации, неправильность прочтения номеров из-за нечеткости их написания или стертости, разрывы ушей, потери бирок и т. д.), то количество племенных животных с неправильно записанным происхождением может достигать 50% и более (39, 67).
Динамика связи показателей молочной продуктивности с аллелями ЕАВ-локуса
Проводимые исследования показывают, что для коров с определенными отцовскими аллелями ЕАВ-системы групп крови характерна высокая молочная продуктивность вне зависимости от того, к какой линии относятся животные и в каком стаде они находятся. В частности такими аллелями являются BiCbYiA TTVQ и О Ег (в данной главе исследования проводились в 5 хозяйствах ФГУП учхоз «Молочное», ПЗ «Родина», ГОНО «Куркино», колхоз им. 50-летия СССР, и СХПК «Присухонское»). Включенные в анализ животные-первотелки с отцовской аллелью B YiAj TP Q находились в стадах пяти хозяйств и относились к 11 линиям черно-пестрого и голштинского скота. В среднем удой этих коров выше удоя сверстниц на 724±108 кг (табл. 8).
Однако указанное превосходство колебалось в зависимости от года рождения коров и, даже и животных 1994-1995 годов рождения у коров с аллелью ВіОгУїАі Ег ГРг Р удой был ниже, чем у сверстниц. Для подтверждения связи между удоем и аллелью ВіОгУїАі Ег ГРг нами были рассчитаны коэффициенты корреляции между частотой встречаемости аллели B YjAi E nVQ в исследуемой популяции и уровнем продуктивности (табл. 9).
Из таблицы 9 видно, что связь между частотой аллели ВіОгУїАі Ег ГРг О и уровнем молочной продуктивности в среднем за 12 лет положительная - коэффициент корреляции составляет 0,15±0,02 (Р 0,999). На этом основании можно сделать вывод, что увеличение в популяции концентрации аллели B YiAi E I P Q должно способствовать повышению уровня молочной продуктивности. Однако более детальное рассмотрение анализируемого взаимоотношения показывает, что степень связи в динамике (в зависимости от года рождения коров) систематически уменьшается и даже становится равной нулю.
Аналогичная картина наблюдается и в динамике аллели GiY2E2 Q (табл. 10). В среднем за 12 лет животные с этой отцовской аллелью превосходили своих сверстниц по удою вне зависимости от того, в каких из 5 стад они находились и к каким из 12 линиям относились. Однако в динамике разница в уровне продуктивности в целом существенно варьирует.
Коэффициенты корреляции между частотой аллели GiY2E2 Q и уровнем молочной продуктивности так же существенно варьировали в зависимости от года рождения коров (табл. 11). В среднем за 12 лет этот показатель составил 0,11±0,05 (Р 0,95). Однако в динамике он варьирует от -0,09 до+0,14.
Не смотря на то, что в среднем за 12 лет в целом между частотой аллелей BiC YjAiT ITYQ и GiY2E2 Q и уровнем молочной продуктивности существует положительная статистически достоверная связь, в динамике за эти 12 лет она ощутимо изменялась. У аллели BiCV AjT ITYQ в течение 12 анализируемых лет между частотой этой аллели и уровнем удоя связь постоянно снижалась. У аллели GiY2E2 Q первые 6 лет связь увеличивалась, потом наступила стабилизация с последующим снижением. Следовательно, анализ связи между частотой аллелей и уровнем молочной продуктивности желательно проводить не реже одного раза в 6 лет.
Исходя из направленности тренда динамики коэффициентов корреляции, можно сделать вывод, что в ближайшие годы теснота связи между частотой аллели BiC YiAi E I Q и уровнем молочной продуктивности существенно не изменится, а теснота связи между частотой аллели G Ei Q и уровнем молочной продуктивности будет продолжать уменьшаться, возможно, принимая отрицательные значения.
Аналогичный анализ нами был проведен между связью частоты аллелей GiY2E2 Q и GiAi E2 D Q и жирномолочностью коров по первой лактации. Результаты исследований оказались подобными предыдущим результатам, т.е. за 12 лет статистически достоверная связь имеется, но в динамике она варьирует в широких пределах.
Фонд антигенов основных плановых пород Вологодской области
При углубленной селекционно-племенной работе с линиями, стадами и породами селекционерам необходима информация об особенностях филогенеза этих популяций, которые могут быть оценены с помощью генетических маркеров.
На основании исследования систем групп крови и других полиморфных систем выявляются филогенетические связи между видами, породами и внутрипородными структурными единицами. Анализ фонда эритроцитарных антигенов позволяет выявить долю генов одной породы при формировании другой, определить их филогенетическое родство, установить степени родства внутрипородных групп.
На основании выявленного антигенного спектра групп крови появляется возможность рассчитать генетическое сходство и расстояния, которые отражают эволюционное взаимодействие популяций скота.
Кроме выше сказанного, знание генофонда пород позволяет наметить стратегию в сохранении и совершенствования качеств малочисленных, но обладающих ценными качествами местных пород скота (2, 75, 106).
Задача данных исследований состоит в том, чтобы дать генетическую характеристику породам, разводимым в Вологодской области.
В иммунофилогенетический анализ были включены данные о частотах 35 антигенов групп крови быков черно-пестрой породы (252 головы), 34 антигенов голштинской породы (215 голов), 34 антигена холмогорской породы (204 головы) и 35 антигенов айрширской породы (115 голов). Результаты исследований представлены в таблице 29.
При анализе распределения антигенов групп крови в популяциях анализируемых пород выявлены следующие особенности. Частоты антигенов колеблются в пределах от 0,06% - 1ь 04 и I" по черно-пестрой породе, до 12,67% - Q по этой же породе.
Породы по частоте встречаемости антигенов заметно различаются между собой. У черно-пестрой породы частота антигенов Ті и В 78 статистически достоверно (Р 0,99 - 0,999) превышает частоту встречаемости этих антигенов у других пород. У голштинской породы доля антигенов J 2 и О4 статистически достоверно (Р 0,95 - 0,999) превышает таковую у остальных анализируемых пород. У холмогорской породы чаще, чем у других пород (Р 0,999) встречаются антигены Yi и Е , а у айрширской породы - О, и 02 (Р 0,95 - 0,999).
У черно-пестрой породы не обнаружены антигены Ох, и Р2, у голштинской - Ох, Т2 и А ь у холмогорской - Р2, 04 и I" и у айрширской - її и Y .
Для познания характера генетической взаимосвязи исследованных пород, нами были вычислены показатели иммуногенетического сходства (r±mr) и дистанции (d = 1- г) между популяциями анализируемых пород (53а), представленные в таблице 30.
В левой нижней части таблицы даны показатели иммуногенетического сходства, в правой верхней части таблицы представлены показатели иммуногенетических дистанций.
Анализ матрицы иммуногенетического сходства и дистанций (табл. 30) между породами крупного рогатого скота показал, что наименьшая дистанция (d=0,116) выявлена между черно-пестрой и голштинской породами, наибольшая (d=0,544) - между холмогорской и айрширской породами.
Интегральный характер микроэволюционной истории популяций исследуемых пород представлен на дендрограмме (рис. 8), из которой наглядно видны сходство и различия между породами скота. Наиболее сходны по антигенофонду быки голштинской и черно-пестрой пород. В некотором отдалении от них отстоит холмогорская порода - порода отечественной селекции, но в ее формировании участвовал голландский черно-пестрый скот.
Фонд антигенов популяций черно-пестрого и голштинского скота Вологодской области
На основе проведенного анализа генетической структуры линий черно-пестрого и голштинского скота нами рассчитаны генетические сходство и дистанции между всеми сформировавшимися генкомплексами (табл. 50).
Из таблицы 50 видно, что наибольшее генетическое сходство (г 0,8) наблюдается между генкомплексами:
- Ритм 5097 л. Примус 59 и Диамант 33251 л. Аннас Адема 30587;
- Ритм 5097 л. Примус 59 и Б.С. Кеймпе 65831/60137 л. Аннас Адема 30587;
- Ритм 5097 л. Примус 59 и Блитсард Сем 66410 л. Аннас Адема 30587;
- Ритм 5097 л. Примус 59 и Пакламар Астронавт 1458744/502029 л. Вис Айдиал 0933222;
- Органист 3253 л. Примус 59 и Триер 485817 л. Аннас Адема 30587;
- Р.О.Р. Эппл Элевейшн 1491007/502043 л. Вис Айдиал 0933222 и Диамант 33251 л. Аннас Адема 30587;
- Р.О.Р. Эппл Элевейшн 1491007/502043 л. Вис Айдиал 0933222 и Триер 485817 л. Аннас Адема 30587;
- Р.О.Р. Эппл Элевейшн 1491007/502043 л. Вис Айдиал 0933222 и Ритм 5097 л. Примус 59;
- Пакламар Астронавт 1458744/502029 л. Вис Айдиал 0933222 и Диамант 33251 л. Аннас Адема 30587;
- Пакламар Астронавт 1458744/502029 л. Вис Айдиал 0933222 и Б.С.
Кеймпе 65831/60137 л. Аннас Адема 30587;
- Пакламар Астронавт 1458744/502029 л. Вис Айдиал 0933222 и Р.О.Р. Эппл Элевейшн 1491007/502043 л. Вис Айдиал 0933222;
- Р. Эксперор 282293 503043 л. Рефлекшн Соверинг 0198998 и Ритм 5097 л. Примус 59;
- Манфред 676 379526 МЧП-2376 л. Монтвик Чифтейн 95679 и Р.О.Р. Эппл Элевейшн 1491007/502043 л. Вис Айдиал 0933222;
- Манфред 676 379526 МЧП-2376 л. Монтвик Чифтейн 95679 и Пакламар Астронавт 1458744/ 502029 л. Вис Айдиал 0933222;
- Манфред 676 379526 МЧП-2376 л. Монтвик Чифтейн 95679 и Р. Эксперор 282293 503043 л. Рефлекшн Соверинг 0198998.
Генкомплексы Лошкарь 3957 ЛЧП-2047 л. Аннас Адема 30587, Виржил 67 1721111 МГФ-3 л. Рефлекшн Соверинг 0198998 и Манфред 676 379526 МЧП-2376 л. Монтвик Чифтейн 95679 имеют наименьшее генетическое сходство с быками других геикомплексов. Это объясняется тем, что Лошкарь 3957 это производитель Ленинградской селекции, а Виржил 67 1721111 и Манфред 676 379526 - Московской. Поэтому генотип животных этих геикомплексов имеет незначительную схожесть с генотипом животных Вологодской селекции. Это положение подтверждает и дендрограмма генетических расстояний (рис. 18).
Из дендрограммы, изображенной на рис. 18, следует, что популяция черно-пестрого скота Вологодской области, в результате длительного селекционного процесса, состоит из нескольких групп геикомплексов со схожими генотипами. Это:
- Р.О.Р. Эппл Элевейшн 1491007/502043 л. Вис Айдиал 0933222 -Пакламар Астронавт 1458744/ 02029 л. Вис Айдиал 0933222 - Диамант 33251 л. Аннас Адема 30587 - Ритм 5097 л. Примус 59 - Б.С. Кеймпе 65831/60137 л. Аннас Адема 30587 - Нытик 2459 л. Танталус 203;
- Блитсард Сем 66410 л. Аннас Адема 30587 - Перрон 4097 л. Аннас Адема 30587;
- Угломер 1047 л. Аннас Адема 30587 - Ройбук Телстар 288790 450002 л. Монтвик Чифтейн 95679 - Р. Эксперор 282293 503043 л. Рефлекшн Соверинг 0198998;
-Триер 485817 л. Аннас Адема 30587 - Органист 3253 л. Примус 59;
- И. Фурии Рефлектор 1381027 502244 л. Рефлекшн Соверинг 0198998 - Эдин 97 л. Танталус 203 - Шептун 703 л. Танталус 203;
- Извитой 7199 л. Примус 59 - П.Ф. Арлинда Чиф 502027 1427381 л. Рефлекшн Соверинг 0198998;
На достаточно большом расстоянии от последнего кластера находится генкомплекс Манфред 676 379526 МЧП-2376 л. Монтвик Чифтейн 95679. Существенно отдалены по спектру антигенов от перечисленных групп генкомплексы Виржил 67 1721111 МГФ-3 л. Вис Айдиал 0933222 и Лошкарь 3957 л. Аннас Адема 30587.
Специалистам необходимо учитывать эти особенности результатов микрофилогении черно-пестрого скота при его дальнейшей селекции.
