WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Теоретические и практические аспекты генетического мониторинга в коневодстве

Автореферат докторской диссертации по сельскому хозяйству

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
Страницы: | 1 | 2 | 3 |
 
ХРАБРОВА Людмила Александровна

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В КОНЕВОДСТВЕ

06.02.07 - разведение, селекция и генетика сельскохозяйственных животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Дивово – 2011


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

Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный консультант:  доктор сельскохозяйственных  наук, профессор,

академик РАСХН

Калашников Валерий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных  наук, профессор

Рождественская Гаяна Александровна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Бакай Анатолий Владимирович

доктор биологических наук, профессор

Коровушкин Алексей Александрович

Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства Россельхозакадемии.

Защита состоится «  » ………… 2011 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                                    2011 года

Ученый секретарь

диссертационного совета                           Готлиб М.М.


 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



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:

  1.  Изучить генетические характеристики заводских и местных пород лошадей по полиморфным системам крови.
  2. Дать сравнительную оценку генетического полиморфизма заводских пород лошадей на молекулярно-генетическом уровне.
  3. Проанализировать структуру аллелофонда разных популяций чистокровных верховых лошадей отечественной селекции.
  4. Провести генетический мониторинг аллелофонда чистокровной верховой породы за последние  десятилетия.
  5. Проконтролировать динамику генетической структуры верховых и рысистых пород лошадей за 1980-2005 годы.
  6. Исследовать генетические особенности  линий чистокровной верховой породы
  7. Оценить степень генетической дифференциации  маточных семейств чистокровной верховой породы.
  8. Определить влияние уровня инбридинга на степень гомозиготности лошадей по полиморфным  локусам.
  9. 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.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследований служили 14362 лошади 16 разных пород, включая:  арабскую (n=1662), владимирскую (n=548), ганноверскую (n=435), орловскую рысистую (n=1536), русскую рысистую (n=1389), американскую стандартбредную (n=924), терскую  (n=187), тракененскую (n=1846), французскую рысистую  (n=25) и чистокровную верховую (n=3523). Группа местных пород была представлена башкирскими (n=745), бурятскими  (n=406), вятскими (n=271), забайкальскими (n=357), якутскими (n=22) лошадьми, а также шетлендскими пони (n=486).

Определение генотипов лошадей по локусам белков и ферментов сыворотки крови проводили методом горизонтального электрофореза в крахмальном геле согласно «Методическим рекомендациям по использованию полиморфных систем белков и групп крови при контроле происхождения лошадей» (Дубровская Р.М., 1986). Для  определения антигенов систем групп A, C, D и K ставили реакцию агглютинации с моноспецифическими сыворотками-реагентами собственного производства, качество которых было проверено на Международных сравнительных испытаниях по типированию групп крови лошадей.

СХЕМА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

 


Рис. 1. Схема проведения исследований


Для выделения ДНК из биологического материала использовали коммерческие наборы фирмы ООО «Лаборатория Изоген» (г. Москва) – «Extra Gene DNA Prep 200» для волосяных луковиц  и «Diatom DNA Prep 200» для проб  крови и спермы. Амплификацию ДНК проводили методом ПЦР с использованием 17-плексного набора праймеров для генотипирования лошадей StockMarks® в амплификаторе 2720 Thermal Cycler согласно рекомендациям производителя. Разделение и детекцию продуктов амплификации осуществляли в автоматическом режиме методом  капиллярного электрофореза на генетическом 4-х капиллярном анализаторе 3130 DNA Analyzer производства Applied Biosystems. Результаты  обрабатывали при помощи  программ GeneScan® и GeneMapperTM, с учетом результатов типирования  контрольных проб ДНК.

Исследования проводили в лаборатории генетики ГНУ ВНИИ коневодства Россельхозакадемии по представленной схеме (Рис. 1). При проведении генетико-популяционного анализа рассчитывали следующие параметры: частоты встречаемости аллелей, уровень полиморфности (Ае), степень наблюдаемой (Ho) и теоретически рассчитанной (Не) гетерозиготности, индекс инбридинга (Fis), индекс фиксации Fst (Меркурьева Е.К., 1977; Животовский Л.А., 1991; Вейр Б.С., 1995).

Для оценки различий линий и субпопуляций был разработан индекс дифференциации, который определяли по формуле:

ID = ?i?Pi-Pj/l, где

Pi и Pj – частота аллеля в группе животных и в популяции,

l – число протестированных локусов.

Характер распределения степени гомозиготности лошадей по изученным локусам проверяли по критерию хи-квадрат Пирсона. Индексы генетического сходства и генетические дистанции между изученными породами и внутрипородными субпопуляциями рассчитывали по формулам М. Nei (1975).

Мониторинг генетической структуры, уровня полиморфности и степени гетерозиготности 6 заводских пород лошадей, включая арабскую, тракененскую, чистокровную  верховую, американскую стандартбредную, орловскую и русскую рысистые проводили с 1985 по 2005 год с десятилетним интервалом, раздельно по группам жеребцов и маток.

Для определения степени инбридинга  и коэффициента генетического сходства  животных использовали формулы, предложенные Райтом. Генетическое сходство животных по числу общих аллелей изученных локусов определяли по формуле, предложенной M.Raymond, Rousset (1995).

Плодовитость кобыл оценивали по количеству плодовых лет, проценту зажеребляемости и благополучной выжеребки, а также деловому выходу жеребят. Работоспособность лошадей чистокровной верховой породы определяли по показателям % успеха, % победителей традиционных призов и средней дистанции побед. Влияние степени гомозиготности микросателлитных локусов на показатели воспроизводства и работоспособности лошадей определяли методом однофакторного дисперсионного анализа (Меркурьева Е.К., 1970).

Изучение связи микросателлитных локусов со скаковой работоспособностью лошадей проводили методом сравнительного анализа результатов ипподромных испытаний потомства  нескольких жеребцов, в зависимости от наследования разных отцовских аллелей.

Для статистической обработки данных использовали программное обеспечение MS Excel 2003, Statistics 6.0 и GENЕPOP 1,3.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Генетическая структура пород лошадей по полиморфным системам крови

При тестировании  лошадей  заводских и местных пород по полиморфным системам белков, ферментов и групп крови было выявлено 5 аллелей трансферрина (TfD, TfF, TfH, TfO, TfR), два аллеля альбумина (ALBA, ALBB), по три аллеля эстеразы  (EsF, EsG, EsI) и  гликопротеина (XkF, XkK, XkS). Довольно редкий аллель трансферринового локуса TfJ , был обнаружен только у представителей башкирской породы, а  аллель TfM - у шетлендских пони.

В генетической структуре большинства изученных пород преобладал аллель ALBВ, и только у владимирских тяжеловозов и русских рысаков преимущественное распространение имел аллель ALBA. Лошади разных пород заметно различались между собой  по спектру и частотам встречаемости аллелей эстеразы. Аллель EsG, типичный для лошадей упряжных и местных пород, не встречался у чистокровных верховых лошадей и крайне редко выявлялся у  чистокровных арабских лошадей. У лошадей всех изученных пород доминировал аллель  XkK и гораздо реже  встречались  аллели XkS и  XkF.

Межпородная дифференциация была отмечена и при типировании лошадей по D–системе групп крови, характеризующейся большим разнообразием антигенов и аллелей. При этом у лошадей всех изученных пород были обнаружены аллели  Dbcm, Dcgm и Ddk. В генотипах чистокровных верховых и арабских лошадей  отсутствовали аллели Dad и Dd,  а также  сравнительно редко регистрировался аллель Ddghm. У лошадей всех изученных пород была определена высокая частота встречаемости аллелей Aad, Ca и K-. Сравнительно высокая частота встречаемости аллеля Ka была зарегистрирована у русских рысаков, а также  у башкирской и бурятской лошади. В отличие от заводских пород, все местные лошади имели широкий спектр аллелей полиморфных систем крови.

Таблица 1 – Оценка генетического полиморфизма локусов систем крови у лошадей разных пород

Порода

n

Ae

Ho

He

NB

Fis

Арабская

1662

1,77

31,34

32,13

2,88

0,023

Башкирская

705

2,26

45,65

42,54

3,50

-0,073

Бурятская

406

2,21

43,42

41,11

3,25

-0,056

Владимирская

548

1,96

37,74

38,58

3,25

0,022

Вятская

271

1,93

34,89

32,42

3,25

-0,049

Ганноверская

435

1,98

37,35

35,98

3,38

-0,038

Забайкальская

357

2,04

42,16

39,38

3,25

-0,071

Орловская рысистая

1536

2,43

48,26

46,75

3,38

-0,032

Русская рысистая

1387

1,93

39,16

41,42

3,25

0,055

Стандартбредная

924

1,76

36,87

37,13

3,00

0,007

Терская

187

1,90

30,72

29,21

3,13

0,052

Тракененская

1846

1,86

35,47

35,12

3,25

-0,010

Чистокровная верховая

2795

1,65

26,95

27,84

3,00

0,032

Шетлендские пони

486

2,24

42,62

42,41

3,50

-0,005

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
Страницы: | 1 | 2 | 3 |
 





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.