Особенности внутрипородного полиморфизма систем крови у лошадей русской тяжеловозной породы и их использование в селекции (стр. 1 )

На правах рукописи

Особенности внутрипородного полиморфизма систем крови у лошадей русской тяжеловозной породы и их использование в селекции

06.02.07 – разведение, селекция и генетика сельскохозяйственных животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Дивово - 2010

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте коневодства

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Ведущая организация: Российский Государственный аграрный университет – МСХА им.

Защита состоится 20 апреля 2010 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 006.018.01 при ГНУ Всероссийском научно-исследовательском институте коневодства.

Адрес ВНИИ коневодства: 391105 Рязанская обл., Рыбновский район, пос. Дивово, п/о Институт коневодства

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института коневодства

Автореферат разослан 10 марта 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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.

2. материал и методика исследований

Материалом для исследований послужило все поголовье лошадей русской тяжеловозной породы (n=22года рождения, протестированное в лаборатории генетики ВНИИ коневодства по трансферрину, альбумину, эстеразе и системам D групп крови. В обработку включены данные по 1436 кобылам и 799 жеребцам, принадлежащим 6 хозяйствам: СПК «Вологодский ПКЗ», Мстиславскому, Красноармейскому, Куединскому, Новоалександровскому конным заводам и КФХ «Надежда».

Для проведения мониторинга все поголовье распределено на шесть периодов: I период – до 1972 года рождения; II период – с 1973 до 1979 года рождения; III период – с 1980 до 1986 года рождения; IV период – с 1987 до 1993 года рождения; V период – с 1994 до 2000 года рождения; VI период – с 2001 года рождения. Внутрипопуляционную дифференциацию изучали на 9 линиях.

Для сравнения был проведен генетико-популяционный анализ четырех тяжелоупряжных пород, включая лошадей владимирской породы – 410 гол., советской – 574 гол., русской тяжеловозной – 2235 гол., и также для сравнения были использованы данные по арденской породе (Benctsson S., Gahne B., Rendel J., 1968)– 61 гол.

Определение систем белков и групп крови проводили в лаборатории генетики ВНИИ коневодства.

Варианты белков выявляли методом горизонтального электрофореза на крахмальном геле согласно традиционным методикам по Smithies (1955), модифицированных применительно крови лошадей: для определения типов альбумина и трансферрина - в модификации Gahne (1966), эстеразы - Томашевской-Гужкевич (1968). Для определения антигенов группы крови D пользовались планшетным методом (реакция гемагглютинации) с использованием моноспецифических сывороток (Da, Db, Dc, Dd, De, Dg, Dh, Dk, Dm), идентифицированных с международными эталонами.

Аллелофонд лошадей оценивали по частотам аллелей и генотипов соответствующих локусов, гомозиготности по аллелям изученных локусов. Помимо этого определяли генное равновесие в популяции, число эффективно действующих аллелей, рассчитывали генетическое сходство и генетическое расстояние между субпопуляциями (поголовье регионов, различных генеалогических линий) и эффективность контроля происхождения. Расчеты этих показателей проводили по общепринятым методам (, 1977, , 1995). Статистический анализ полученных данных проводили по компьютерной программе Statistica for Windows, Version г.

СХЕМА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

 

 

Рис. 1. Схема проведения исследований

3. результаты собственных исследований

3.1. Особенности аллелофонда лошадей русской тяжеловозной породы

Методом горизонтального электрофореза в крахмальном геле у лошадей русской тяжеловозной породы было идентифицировано 15 типов трансферрина - DD, FF, HH, OO, RR, DF, DH, DO, DR, FH, FO, FR, HR, HO и OR, детерминируемых пятью аллельными генами Tf D, Tf F, Tf H, Tf O Tf R (Табл. 1). У лошадей этой породы выявлена сравнительно высокая частота встречаемости аллеля Tf D (0, 304) и низкая часта аллеля Tf O (0,010). В локусе альбумина было выявлено три типа белка (AlAA, AlAB, AlBB), детерминируемых двумя аллелями. При этом концентрация аллеля AlB (0,736) в этой породе явно доминирует по сравнению с аллелем AlA (табл. 2).

Система эстеразы в популяциях лошадей русской тяжеловозной породы представлена шестью аллотипами фермента (EsFF, EsFG, EsFI, EsGG, EsGI, EsII), контролируемых тремя кодоминантными аллелями EsF, EsG и EsI. Результаты тестирования русской тяжеловозной породы показали, что в геноме большинства лошадей есть аллель EsI (0,410), Более редко встречаются аллели EsF (0,284) и EsG (0,306).

В системе D групп крови у русских тяжеловозов было протипировано 9 эритроцитарных антигенов (a, b, c, d, e, k, g, m, h), контролируемых 7 аллельными генами: Dad, Dbcm, Dcegm, Dcgm, Dde, Ddhgm, Ddk. Для лошадей этой породы наиболее типичными являются аллели Ddhgm, Dad и Dde (рис. 2). Значительно реже встречаются аллели Ddk > Dcegm > Dbcm., концентрация которых располагается в убывающем порядке.

Проведенный анализ интегральной характеристики лошадей русской тяжеловозной породы по показателям полиморфности и гомозиготности показал, что порода обладает достаточно высоким ресурсом генетического разнообразия. Фактическая степень гомозиготности (Но) по четырем вместе взятым локусам лошадей русской тяжеловозной породы составляет 40,15%, что на 4,3% больше теоретически рассчитанной величины. Наибольшей степенью гомозиготности характеризуется локус альбумина (59,92%), наименьшей - D-система групп крови (25,44). Наиболее полиморфными оказались локусы трансферрина (3,77) и D - системы групп крови (4,62).

Сравнительный анализ генетической структуры и трех других тяжелоупряжных пород, включая владимирскую, советскую и арденскую показал, что лошади этих пород имеются определенные различия во всех изученных локусах (Табл. 1).

Таблица 1 - Частота аллелей (в долях ед.) локуса трансферрина

у тяжеловозных пород лошадей

Порода	n	Аллель
D	F	H	O	R
Владимирская	410	0,213	0,701	0,032	0,030	0,023
Советская тяжеловозная	574	0,051	0,478	0,329	0,031	0,098
Русская тяжеловозная	2235	0,304	0,292	0,128	0,010	0,266
Арден	61	0,066	0,393	0,213	0,107	0,221

Следует отметить, что наиболее распространенным в исследуемых популяциях является аллель TfF, доминирующий у владимирской тяжеловозной породы (0,701). У лошадей отечественных тяжелоупряжных пород сравнительно редко встречается аллель TfO и только у арденов его частота достигает 0,107. Лошади русской тяжеловозной породы характеризуются сравнительно высокой частотой встречаемости аллелей TfD и TfR.

Таблица 2 - Частота аллелей (в долях ед.) локуса альбумина у тяжеловозных пород лошадей

Порода	n	Альбумин
A	B
Владимирская	410	0,626	0,374
Советская тяжеловозная	574	0,530	0,470
Русская тяжеловозная	2233	0,264	0,736
Арден	61	0,328	0,672

В локусе альбумина у русских тяжеловозов и арденов частота аллеля AlB доминирует над частотой аллеля AlA, тогда как у лошадей владимирской и советской пород выше концентрация аллеля AlA. (Табл. 2).

Лошади изученных тяжеловозных пород имеют похожий спектр аллелей системы D групп крови, но различаются по частоте встречаемости отдельных аллелей. Генетические профили четырех пород, представленные на рис. 2, наглядно демонстрируют, что у всех пород наиболее распространены аллели Dad, Dcgm и Ddghm, а также Dde и в меньшей степени - аллели Dbcm, Dcegm, Dd и Ddk. Русская тяжеловозная порода выделяется среди других сравнительно низкой частотой встречаемости аллеля Dcgm , отсутствием аллеля Dd и наибольшей встречаемостью аллеля Dde.

Рис. 2. Генетический профиль аллелей локуса системы D групп крови у тяжеловозных пород лошадей

У всех сравниваемых пород наиболее полиморфным локусом является система D групп крови (4,04 - 5,22). Наименьшее число эффективных аллелей имеется в локусе альбумина (Табл. 3). Лошади русской тяжеловозной породы имеют самый высокий уровень генетического разнообразия по сравнению с другими тяжеловозными породами. При этом высокий уровень гетерогенности русского тяжеловоза сочетается с его хорошей плодовитостью и прекрасными адаптивными качествами.

Таблица 3 - Уровень полиморфности по 4 локусам у тяжеловозных пород лошадей

Порода	Tf	Al	Es	D	в среднем
Владимирская	1,85	1,88	2,11	4,04	2,47
Советская тяжеловозная	2,86	1,99	2,44	5,22	3,13
Русская тяжеловозная	3,77	1,64	2,92	4,63	3,24
Арден	3,78	1,79	2,45	-	2,67

Проведенный кластерный анализ наглядно демонстрирует генетические дистанции между породами и свидетельствует о близком генетическом сходстве русской тяжеловозной и арденской пород, которые образуют общий кластер (рис.3). Это хорошо согласуется с историей создания русского тяжеловоза, которая подтверждает широкое использование арденских жеребцов при ее выведении. Коэффициент генетического сходства между этими двумя породами был максимальным и составил 0,949.

Рис. 3. Дендрограмма генетических дистанций тяжеловозных пород лошадей

Две другие отечественные породы - владимирский и советский тяжеловоз - вошли в другой кластер, генетически заметно отличающейся от русской тяжеловозной породы.

3.2. Мониторинг генофонда лошадей русской тяжеловозной породы за период с 1960 по 2009 годы

Проведенный мониторинг 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. 4).

В локусе трансферрина прослеживается тенденция периодического колебания частот встречаемости практически всех аллелей (рис. 4). Наибольший размах колебаний частот зарегистрирован у аллелей TfD и TfН. Частоты встречаемости аллеля TfН достоверно увеличиваются в 90-х годах, затем несколько снижаются до среднего уровня. Похожую динамику изменения частот имеют аллели TfF, TfR. Интересно отметить стабильную динамику малораспространенного в породе аллеля TfO. Несмотря на такую крайне низкую концентрацию аллель не элиминировался, что может служить наглядной иллюстрацией действия частотно-зависимого отбора.

Рис. 4. Динамика генетической структуры по локусу трансферрина у лошадей русской тяжеловозной породы по периодам

Интересно отметить, что характер распределения аллелей альбумина в течении изучаемых периодов менялся незначительно и оставался на одном уровне.

В локусе эстеразы в течение четырех последних десятилетий наблюдается явный тренд аллеля EsG, и возможно, направленный отбор особей, несущих этот аллель. Частота аллеля EsF несколько колебалась, но в VI периоде фактически вернулось к исходному показателю I периода (рис. 5). Частота встречаемости всех аллелей эстеразы у современного поголовья (VI период) достоверно отличается от средних значений этих показателей по породе в целом.

Рис. 5. Динамика генетической структуры локуса эстеразы у лошадей русской тяжеловозной породы

Наибольшие существенные изменения генетической структуры выявлены при мониторинге D системы групп крови, практически по всем аллелям. По данным таблицы 4 видно, что в течение всех изучаемых периодов шло заметное изменение частот аллелей Dcgm, Dde и Ddhgm (P≥0,99). При этом распространение аллеля Dcgm с V периода резко возросло до 0,3577 в VI периоде, а Ddhgm – снизилось до 0,1346 в VI периоде. Аналогично наблюдается в VI периоде достоверное снижение частоты аллеля Dad (0,1731) и увеличение Ddk (0,1154). Изменение распространения аллеля Dbcm шло волнообразно, а частота аллеля Dcegm незначительно изменялась в течение почти всех шести периодов.

Таблица 4 - Динамика генетической структуры по группам крови лошадей русской тяжеловозной породы разных периодов

Периоды	n	Аллель
ad	bcm	cegm	cgm	de	dhgm	dk
I	62	0,2661	0,1048*	0,0565	0,2016**	0,0887***	0,1936**	0,0887
±0,0397	±0,0275	±0,0207	±0,0360	±0,0255	±0,0355	±0,0255
Ii	159	0,2233	0,0377	0,0189*	0,0975	0,2421	0,3396	0,0409
±0,0234	±0,0107	±0,0076	±0,0166	±0,0240	±0,0266	±0,0111
Iii	334	0,2799	0,0569	0,0359	0,0749**	0,1587***	0,3413*	0,0524
±0,0174	±0,0090	±0,0072	±0,0102	±0,0141	±0,0183	±0,0086
Iv	1026	0,2622	0,0297*	0,0424	0,0614***	0,2315	0,3265*	0,0463
±0,0097	±0,0037	±0,0044	±0,0053	±0,0093	±0,0104	±0,0046
V	158	0,2120	0,0570	0,0285	0,2342***	0,2690*	0,1487***	0,0506
±0,0230	±0,0130	±0,0094	±0,0238	±0,0249	±0,0200	±0,0123
Vi	130	0,1731**	0,0192*	0,0385	0,3577***	0,1615*	0,1346***	0,1154**
±0,0235	±0,0085	±0,0119	±0,0297	±0,0228	±0,0212	±0,0198
В среднем	1869	0,2517	0,0393	0,0383	0,1067	0,2129	0,2976	0,0535
±0,0071	±0,0032	±0,0031	±0,0051	±0,0067	±0,0075	±0,0037

Примечание: * - достоверно при уровне вероятности - 0,95; ** - 0,99; *** - 0,999