Иммуно- и молекулярно-генетические маркеры и их использование в селекции овец

УДК 636.32/.38.082.12

ИММУНО- И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕЛЕКЦИИ ОВЕЦ

М.И. Селионова, ГНУ Ставропольский НИИЖК

Современное состояние животноводства, в том числе овцеводства, требует значительного ускорения генетического совершенствования пород, популяций. Накопленные данные отечественной, зарубежной науки и практики свидетельствуют о перспективности использования при улучшении породных качеств сельскохозяйственных животных методов, базирующихся на последних достижениях молекулярной и иммунной генетики, биохимии и других биологических наук, более глубоко раскрывающих физиологические особенности животных и их изменение в процессе селекционной работы. Наибольшее практическое значение приобрели иммуногенетические методы, основанные на использовании групп крови в качестве генетических маркеров. Их привлекательность обусловлена стабильностью в онтогенезе, независимостью от условий внешней среды и возможностью выявления в фенотипе четкими серологическими реакциями. Эти особенности позволили использовать генетический полиморфизм эритроцитарных антигенов для решения целого ряда теоретических и практических задач животноводства.

В теоретическом аспекте проведение иммуногенетических исследований важно для установления генофонда различных пород и популяций, их генетической структуры, оценки сходства и различия, а также для слежения за ходом микроэволюции, происходящей в популяциях под воздействием условий среды и селекционного давления.

В практическом аспекте иммуногенетические методы позволяют выявлять генетические маркеры, связанные с физиологическими и биохимическими процессами в организме животных и сопряженные с высокой продуктивностью, проводить подбор родительских форм по генетическим параметрам крови, а также осуществлять генетическую экспертизу достоверности молодняка и исключать из племпользования животных с ложной родословной.

Учитывая важность затронутых выше вопросов, в данной статье приводятся некоторые итоги использования иммуногенетических маркеров в селекции овец.

В лаборатории иммуногенетики Ставропольского НИИ животноводства (ранее Всероссийский НИИ овцеводства и козоводства) разработаны методы получения поливалентных сывороток и изготовления на их основе моноспецифических реагентов -иммунодиагностикумов для выявления групп крови у овец. Многолетними исследованиями выявлены наиболее эффективные схемы подбора доноров и реципиентов, с учетом породных особенностей овец, определен период года и кратность проведения иммунизаций и реиммунизаций для получения диагностикумов

необходимой специфичности, схемы использования адьювантов, режимы абсорбций, способы и условия хранения реагентов. Разработана нормативно-техническая документация (технические условия, наставление по применению). Проведенная в 2002 году, при активной поддержке ВНИИ племенного дела, сверка реагентов позволила сделать заключение о высокой их специфичности и титражности.

В настоящее время единственный в России банк иммунодиагностикумов содержит моноспецифические сыворотки четырнадцати групп крови шести генетических систем. Данная научная разработка отмечена золотыми медалями ВВЦ (1998) и VII Московского международного салона инноваций и инвестиций (2007).

Достаточный спектр и объемы иммунодиагностикумов позволили провести широкие исследования, как во временном аспекте, так и по объему охваченных пород, популяций. В период с 1994 по 2006 годы генетическим тестированием было охвачено более 22 тыс. овец основных отечественных тонкорунных пород - грозненской (ГТ), кавказской (КА), манычский меринос (ММ), советский меринос (СМ), ставропольской (СТ) из более чем 20 популяций, а также мериносы из разных заводов Австралии.

Установлено, что для тонкорунных пород характерна высокая частота встречаемости Аа (0,401...0,498)-, Ве (0,419...0,487)-, СЬ (0,643...0,672)- и Я (0,395.0,638)- антигенов, средняя - АЬ (0,214.0,298), ВЬ (0,212.0,383), В1 (0,192.0,383), Вд (0,213.0,395), Са (0,215.0,346), Ма (0,186.0,368) и низкая МЬ (0,119.0,195) - фактора. Сравнительный анализ генетической структуры по группам крови тонкорунных пород в исследованный период позволил выявить, что они достоверно различались в частоте встречаемости четырех антигенных факторов и имели сходство в распространении десяти групп крови, что указывало на их высокое генетическое сходство. Выявленная ситуация была подтверждена генетико-статистическим анализом. Так, величина генетических дистанций (ф между исследованными породами находилась в пределах 0,023 . 0,189. При этом наименьшие значения отмечены между породами ММ - СТ, ГТ, АМ @=0,023.0,078), несколько большие - между СМ - СТ, ММ, КА и СТ - ГТ @=0,103.0,138) и наибольшие - между КА - ММ, СТ и АМ - ГТ, КА, СМ и СТ @=0,151.0,189).

Сравнительный анализ частот встречаемости групп крови и генетических дистанций в популяциях тонкорунных овец, исследованных в разные периоды времени (1994 и 2003 гг.), позволил прийти к заключению об определенных изменениях. Так, среди овец КА в 2003 году, по сравнению с 1994 годом, достоверно чаще (Р<0,05) выявлялись животные-носители АЬ-, Ве-, Вд- и Я- факторов. В то же время существенно (Р<0,05) сократилось количество овец с Аа-, В6- и Ма -группами крови. В стадах овец ММ в 2003 году достоверно больше стало

особей-носителей В\-, йа- и Ве -антигенов, но меньше животных-носителей СЬ - фактора. Среди овец СТ за указанный период исследований достоверно увеличилась частота встречаемости Вс, Ве, В\, йа и Ма (эритроцитарных антигенов), однако снизилась концентрация Аа-, ВЬ-, В6-, СЬ- и Я- групп крови. Генетическая дистанция между породами ставропольской и манычский меринос сократилась более чем в два раза (0,052 против 0,023), ставропольской и кавказской - в 1,2 раза (0,176 против 0,147), кавказской и австралийский меринос - в 1,4 раза (0,217 против 0,151). При этом было выявлено, что, несмотря на изменения в генетическом укладе групп крови и генетическое сближение исследованных пород за десятилетний период, основные закономерности генетической дифференциации между ними сохранились. В 2003, как и в 1994 году, наибольшую генетическую близость проявляли породы ставропольская и манычский меринос, австралийские мериносы в разные периоды исследований были ближе к указанным породам, чем кавказская порода.

Таким образом, к настоящему времени в лаборатории накоплен обширный материал о генетическом профиле по группам крови, особенностям генетических взаимоотношений между породами овец и характере происходящих в них микроэволюционных процессов, что подчеркивает исключительную информативность иммуногенетических маркеров в оценке генофонда различных пород, их дифференциации и проведении дальнейшего генетического мониторинга.

Другим немаловажным моментом генетического изучения сельскохозяйственных животных является выявление маркеров (аллелей), детерминирующих высокий уровень продуктивности животных. При этом важен популяционный подход, поскольку генетический потенциал выдающейся по продуктивности особи в определенной мере определяется генетическим потенциалом всего стада. Экстраполируя данное высказывание по отношению к основному признаку тонкорунных овец - шерстной продуктивности, следует понимать, что животные с настригом чистой шерсти три килограмма и выше не появятся «вдруг» в популяции овец, средний настриг которых не превышает полтора килограмма.

В связи с этим особый интерес представляют исследования по выявлению из всех регистрируемых в популяции генотипов тех, которые детерминируют высокий уровень продуктивности. Результаты экспериментов, проведенных в период с 1999 по 2004 гг. в ведущих племенных заводах по разведению овец тонкорунных пород, выявили, что для каждой породы существуют собственные маркеры высокой продуктивности, присущие только ей.

Так, среди овец КА животные-носители АЬВейа - групп крови достоверно превосходили по настригу чистой шерсти животных, в крови которых указанный генотип отсутствовал. Для овец породы манычский меринос маркером высокой шерстной продуктивности явился АЬВейаМа

-генотип групп крови, для овец ставропольской породы - АЬВдйаМа -генотип (табл. 1).

Таблица 1. - Маркеры шерстной продуктивности овец тонкорунных пород_______________________________________

Маркеры Настри 999-2 г чист 2000 гг. ой шерсти, кг г Настри !002-2004 гг. г чистой шерсти, кг

в средн ем по стаду п носител ей желател ьного генотипа в средне м по стаду п носителе й желател ьного генотипа

КА АЬВейа 3,69 ±0,03 259 3,79* ±0,03 38 3,71 ±0,02 227 3,84** ±0,02 49

ММ АЬВейаМа 3,87 ±0,01 284 3,99* ±0,04 47 3,76 ±0,02 238 3,87* ±0,04 63

СТ АЬВдйаМа 3,82 ±0,01 189 3,94** ±0,03 24 3,77 ±0,02 201 3,88* ±0,03 34

Примечание: д - частота встречаемости; * Р < 0,05; ** Р < 0,01.

Следует отметить, что такие группы крови, как АЬ и йа положительно коррелировали с уровнем шерстной продуктивности у овец всех трех исследованных тонкорунных пород. Можно предположить, что указанные группы крови проявляют одну из генетических связей - плейотропию или сцепление с генами, контролирующими уровень шерстной продуктивности у овец тонкорунных пород. Поэтому систематический отбор животных, в генотипе которых имеются желательные кровегрупповые факторы, будет способствовать повышению частоты их встречаемости в последующих поколениях, что в конечном итоге отразится на уровне продуктивности популяции в целом.

В последнее время с развитием молекулярной генетики все большее распространение получают ДНК-маркеры, позволяющие на более тонком уровне оценить генотип животного и более точно прогнозировать связь аллельного состояния генов с продуктивными качествами. Наиболее доступным для практического применения является метод ПЦР-ПДРФ, предполагающий множественное накопление копий определенного участка гена в процессе полимеразноцепной реакции (ПЦР) с последующим рестрикционным анализом его полиморфизма (ПДРФ). С 2002 года в лаборатории начаты исследования в данной области. Так, ПЦР-ПДРФ-методом у овец кавказской породы исследован полиморфизм гена бета-лактоглобулина (К+д) и его ассоциация с хозяйственно полезными признаками.

В результате установлено наличие пяти вариантов гена - АА, АВ, АС, ВВ, ВС, детерминированных различными комбинациями аллелей К-

1-дА К±дВ и К-ЬдС. Наибольшую частоту встречаемости имели гомозиготные АА - животные (0,310), примерно равное среднее распространение получили гетерозиготы - АВ и АС (соответственно 0,207 и 0,241) и наименьшее - особи-носители ВС- и ВВ -генотипов. Гомозиготный СС - генотип в данной породе овец не выявлен. Сопоставление полученных данных с результатами других авторов (Зиновьева Н.А.и соавт, 1999; Марзанов Н.С.и соавт., 1998, 2000) позволили предположить, что генетической особенностью овец кавказской породы является присутствие в ее генофонде аллеля С, не встречающегося у овец мясо-шерстных и мясных пород.

Сравнение показателей продуктивности животных, типированных по гену К+д, выявило, что большую живую массу имели особи-носители гетерозиготных АВ- и ВС- генотипов, в то время как по настригу чистой шерсти преимущество было за носителями АС- и ВС- генотипов. При этом следует отметить, что у всех животных с большей живой массой в генотипе присутствовал В-аллель, а у животных с высоким настригом шерсти - С-аллель. Следует также отметить, что гетерозиготные животные по продуктивности превосходили гомозиготных животных. Полученные результаты позволили рекомендовать для повышения шерстной продуктивности отбор овец кавказской породы - носителей гетерозиготных АС и ВС, а для увеличения живой массы - АВ-, ВС-генотипов.

Возвращаясь к иммуногенетическим маркерам, хотелось бы остановиться и выделить научно-практическое направление, где возможно успешное их использование.

Одним из экономически оправданных биотехнологических приемов, позволяющих в короткое время увеличитиь поголовье животных с ценными генотипами, является трансплантация эмбрионов от высокопродуктивных овец менее ценным. Однако результаты практической работы в этом направлении далеки от желаемых как в области овцеводства, так и других видах животноводства, и не всегда это объясняется техническими погрешностями при пересадке. Одной из причин низкой приживляемости пересаженных эмбрионов может явиться иммуногенетическая несовместимость доноров и реципиентов. В связи с этим совместно с лабораторией воспроизводства был проведен ряд экспериментов по изучению влияния иммуногенетических параметров доноров и реципиентов на приживляемость трансплантированных ранних эмбрионов.

На основании иммуногенетических характеристик доноров и реципиентов были рассчитаны индексы антигенного сходства и осуществлен подбор различных вариантов, а именно, с низким, средним и высоким значением. Кроме того проводилась генетическая экспертиза достоверности происхождения ягнят-трансплантатов.

Анализ полученных результатов не позволил установить вовлечение отдельных антигенных эритроцитарных детерминант в

процессы отторжения трансплантатов. В то же время установлена четкая зависимость показателя приживляемости эмбрионов при трансплантации от индекса антигенного сходства: чем выше

генетическое сходство по группам крови между донором и реципиентом, тем выше степень приживляемости эмбрионов и количество полученных ягнят-трансплантатов, в среднем на 10,8% (^=6,6 - 15,8%).

Полученные результаты позволили усовершенствовать биотехнологию воспроизводства овец, дополнив ее подбором доноров и реципиентов со сходным генетическим спектром групп крови.

Таким образом, использование генетических маркеров в качестве критериев селекционных процессов позволяет более достоверно оценить генетический потенциал пород, популяций и отдельно взятых особей, более точно контролировать направленность племенной работы. Широкое использование накопленных знаний по иммуногенетике овец будет способствовать более углубленному подходу в решении многих теоретических и практических задач популяционно-биологической концепции селекции, биотехнологии в овцеводческой отрасли.