CC BY
166
ГЕНЕТИКА
ФОРМООБРАЗОВАНИЕ
И МИКРОЭВОЛЮЦИЯ:
породообразование, метаболомика, субгеном
NEW FORM APPEARING AND MICROEVOLUTION: BREED CREATION, METABOLOMICS, SUBGENOMICS
УДК 636.3.034
В.И. Глазко
РГАУ $ МСХА им. К.А. Тимирязева V. Glazko
Russian state agrarian University $ Moscow agricultural Academy named after K.A. Timiryazev
Ключевые слова: попул ци , формообразование, геномика,
микроэволюция
молекул рно-генетические маркеры,
Key words: population, new form appearing, genomics, molecular genetic markers, microevolution
Аннотация
В представленных исследованиях рассматриваются ключевые вопросы эволюционной, популя ционной и экологической генетики, генетических основ формообразования домашних и диких видов, а также коэволюции генофондов человека и доместицированных видов. Обсуждается значение геномных и пост-ге-номных технологий в развитии экологической генетики и агробиотехнологий. Научно-практическая значимость исследований объясня ется системным и результативным использованием потенциала генетики, биотехнологии и экологии.
Summary
In the present researches the key issues of evolutionary, population and environmental genetics, genetic bases of formation of domestic and wild species, and co-evolution of gene pools of humans and domesticated species were analyzed. The implications of genomic and post-genomic technologies in the development of ecological genetics and agricultural biotechnology were discussed. Scientific-practical importance of the results of researches was explained by the systematic and effective use of the potential of genetics, biotechnology and ecology.
Поиск механизмов формообразовательных процессов явл я ется одной из классических проблем генетики и селекции. Согласно Ч. Дарвину, формообразование - основной механизм понимани я видообразовани я. Отсутствие информации о зако-
номерност х формообразовательных процессов при искусственном отборе, как и во времена Ч. Дарвина, обуславливает трудоемкость, длительность и не прогнозируемость селекционной работы. Неразработанными остаются вопросы наличия универсальных
и уникальных компонентов различных вариантов формообразовательных процессов у доместицированных и диких видов. Очевидно, что поиски механизмов формообразовательных процессов и, соответственно, признаков, объективно их отражающих, традиционно я вл я ются актуальными в попул я ционной и эволюционной генетике, в практической селекции. О по явлении новой формы обычно судят по изменению про-явлени я морфологических - хозя йственно-полезных признаков. Однако эти признаки, как правило, поли-генны, находятся в сложных взаимоотношени ях друг с другом, чувствительны к воздействи м внешней среды, и их участие в возникновении новой формы я вл я -етс итогом длительного процесса.
Таким образом, анализ динамики морфологических признаков еще недостаточен для адекватного описани я формообразовательного процесса. Наряду с этим изучение динамики генетической структуры может реально отражать последовательные событи я формирования нового сочетания признаков. Именно динамические процессы изменений генофондов популяций, пород и внутрипородных групп под влиянием различных факторов отбора являются центральным направлением исследований. Мы, одни из немногих, которые предложили использовать методы оценки генетического сходства, разработанные генетиками СССР в 30 годы XX века дл я оценки формообразовательных процессов на фенотипическом и геном уровн ях.
Как модель мы использовали создание новой породной группы овец, начатое в Сибири проф., д.б.н. Галиной Андреевной Стакан, путем сложного многопородного воспроизводительного скрещивани я [2, 9]. На этой модели выполнены разработки методов выя влени я генетически детерминированного полиморфизма различных генетико-биохимических систем, семейный анализ наследовани аллельных вариантов генетико-биохимических маркеров у овец. Некоторые методы были разработаны впервые в мире и вошли в арсенал генетических исследований у овец: в частности, оценка полиморфизма локуса лактатдегидрогена-зы, описана нова регул торна генетическа система в эритроцитах крови. Обнаружен полиморфизм, затрагивающий фенотипическое выражение гена А ЛДГ. Выя влено три типа ЛДГ, различающихся по относительной активности второго и третьего изоферментов ЛДГ. Показано, что они наследуются не доминантно, а кодоминантно. С помощью семейного анализа показано, что высокий уровень активности ЛДГ-2 и ЛДГ-3 определ я ется аутосомным геном ЬЬг-1а, а низкий уровень контролируется его аллельным геном 1_Ьг-1ь.
Оценен набор эстераз плазмы у овец. Описан полиморфизм по субстратной специфичности арилэстера-
зы, характеризующейся тем, что разные типы арили-эстеразы имеют различное сродство к бета-изомерам карбоновых эфиров нафтола; показано, что арилэс-тераза наследуется не доминантно, а кодоминантно. С помощью генетического анализа показано, что два ау-тосомных аллельных гена, обозначенных Еэ-1а и Еэ-1ь, контролируют субстратную специфичность арилэсте-разы у овец. Рассмотрены вопросы экспрессии генов Ез-1а и Ез-1ь у гетерозигот в связи с я влени я ми до-минировани я. Введены в практику исследований овец более 20 биохимических систем, часть этих систем описана впервые.
На этой модели впервые были выявлены корре-л я ционные взаимоотношения между дистанция ми Серебровского, рассчитанными по фенотипическим характеристикам, по которым велся отбор и подбор животных дл я получени я желательного морфо-физио-логического типа у овец, и по аллельным частотам белков и ферментов, контролирующим фундаментальные звенья общего метаболизма у пород и внутрипородных групп животных сельскохоз я йственных видов. Вы явленные коррел яционные взаимоотноше-ни позволили, в частности, успешно сократить врем селекционного процесса по выведению новой группы м я сошерстных овец,хорошо приспособленной к усло-ви я м Западной Сибири, путем многопородного скрещивани я, планировать гетерозисные эффекты, закладку по лини я м и т.д.
На основании выполненных исследований в реальной селекционной работе удалось сократить количество промежуточных вариантов скрещиваний путем удаления из схемы скрещиваний вариантов, наиболее удаленных по генетическим и морфо-фи-зиологическим расстояни я м, рассчитанным по молекул я рно-генетическим маркерам и характеристикам желательного морфотипа. Таким образом, впервые был использован анализ генетических и морфо-фи-зиологических характеристик групп животных для оценок сходства между ними в цел ях контрол я и коррекции породообразовательного процесса. Впервые была выявлена пря мая связь между изменчивостью количественных признаков и динамикой аллельных сочетаний по генам, кодирующим белки и ферменты ключевых звеньев общего метаболизма. Эти разработки были внедрены в практику при выведении новой кроссбредной породной группы м ясошерстных овец, приспособленных к услови я м Западной Сибири, в результате чего было вдвое сокращено время создания породы. В дальнейшем, породы, созданные при использовании таких подходов, прошли государственные испытани я и утверждены как сибирская , а также закарпатская украинская м ясошерстные породы овец.
Накоплен банк данных о генетически обусловленном полиморфизме различных генетико-биохимических систем у домашних и диких животных, в исследо-вани вовлекаютс новые виды - в частности, мелкие грызуны, домашние и дикие виды северного олен я. Одновременно изучаются возможности использова-ни я генетико-биохимических маркеров в практической селекции; вы влено наличие породоспецифических особенностей распределени я аллельных частот по ряду молекул я рно-генетических маркеров, впервые показана эффективность использовани генетико-биохимических маркеров дл контрол направленности селекционного процесса и способы оценки внутригрупповой консолидации. Вы явлена статистически достоверная корреляция между уровнем генетической изменчивости у различных групповец и жизнеспособностью. Установлена коррел я ци я между величиной генетической дистанции между родительскими породами и гетерозиготностью их потомства.
Показано, что молекул я рно-генетические маркеры структурных генов являются наиболее адекватным инструментом дл я решени я всего многообрази я генетических задач в селекции животных, таких как типирование пород, изучение их генеалогии и взаимосвязей, разработки методов их улучшени я путем целенаправленного использовани собственного генетического потенциала и интродукции генетического материала как от близкородственных форм, так и от удаленных видов.
Молекул я рно-генетические маркеры позвол я ют успешно вести поиск генетико-биохимических систем, непосредственно связанных с селекционно-ценными признаками, а также вычленять полилокусные сочета-ни я, и меющие св язь либо непосредственно с характеристиками продуктивности, либо со степенью инбре-дированности популяций.
Наблюдаемая генетическая изменчивость, как стало ясно, я вл яется следствием сложного полифакторного отбора. Как правило, отбор ведетс не по отдельному гену, а по определенному сочетанию состояний ря -да полигенных систем - возможно, по определенному биохимическому статусу целого организма. В таком случае, полиморфизм конкретного белка не только отражает состоя ние соответствующего структурного гена, но и маркирует взаимосвязанную изменчивость ряда полигенных систем, пря мо контролируемых отбором (то есть, биохимический маркер - маркер не только структурного гена, но и определенной поли-генной комбинации, маркер определенного метаболического статуса). Рисунок изменчивости набора структурных генов с известной биохимической функцией в отдельных попул яци ях животных, веро ятно, отражает специфичные услови я отбора, в которых на-
ходится данна я популяция. Поиск принципиальных различий между действием искусственного и естественного отбора на генофонды попул яций, видимо, следует искать в отличи ях между биохимическими маркерами - маркерами сложных полигенных комбинаций, вовлекаемых в закономерную изменчивость у диких и домашних видов.
Таким образом, сформулировано представление о наличии разных генетических мишеней действия естественного и искусственного отборов, что впоследствии получило название «Роспись доместикации» («Domestication Signature»).
Анализ белкового полиморфизма у сельскохозяйственных видов позволил сделать следующие заклю-чени я:
1. Несмотря на то, что домашние и дикие виды существенно отличаются по внутривидовой изменчивости морфо-физиологических признаков, уровень генетической изменчивости в этих группах видов, оцениваемый по доле полиморфных локусов, средней гетерозиготности, сопоставим.
2. Каждая порода имеет свои особенности полиморфизма структурных генов, что может быть использовано дл я разработки дополнительных породных характеристик.
3. Широко распространенные «заводские» породы, как правило, отличаются большим единообразием аллельных частот биохимических маркеров от аборигенных пород.
4. Так же, как и по морфологическим признакам, доместицированные животные имеют ряд универсальных черт полиморфизма белков и ферментов, отличающих их от близкородственных диких видов, что может быть обозначено как «генофондные признаки доместикации».
5. В услови ях искусственного и естественного отборов уровень средней гетерозиготности по биохимическим маркерам часто оказывается связанным с такими селективно значимыми характеристиками как стабильность онтогенеза и скорость роста.
6. При сопоставлении генетических расстоя ний, рассчитанных по методу Нея, между некоторыми породами сельскохозя йственных животных одного вида обнаружено, что получаемые значени я лежат в пределах величин генетических расстоя ний,характерных дл я природных географически изолированных попул я ций.
7. Впервые, исходя из значений дистанции Нея, рассчитанных между исходными породами, промежуточными вариантами скрещиваний, конечной группой животных в реальном породообразовательном процессе, оценено приблизительное количество генов, вовлекаемых в формообразовательные процессы (700 генов).
8. Впервые обнаружено, что врем я расхождени я генофондов пород животных, о цененное на основании значений дистанции Нея в связи с предположением о селективной нейтральности белкового полиморфизма, не соответствуют реальному известному времени расхождени я между ними [2].
В это же врем я развиты и усовершенствованы методы микроэлектрофореза белков. Впервые удалось получить индивидуальный белковый спектр и вы я вить полиморфизм генетико-биохимических систем в отдельных яйцеклетках морского ежа, показать органоспецифичную изменчивость изоферментного спектра у насекомых (ОЬГопотив Ютт1).
Другое важное направление: комплекс работ -результаты исследований эффективности исполь-зовани я биохимических маркеров структурных генов для анализа динамических процессов в генетической структуре внутри и между различными породами, сортами ряда сельскохозяйственных видов животных и растений. Представлен анализ сходства и различий изменчивости функциональных группбио-химических маркеров в услови ях естественного и искусственного отбора. В результате установлено, что, как правило, изменение аллельных частот биохимических маркеров явл яется универсальным ответом попул я ции живых организмов на воздействие отбора, однако изменчивость различных функциональных групп биохимических маркеров существенно отличается друг от друга в услови ях различных формообразовательных процессов. Из этого следует, что поиск генетических систем, св язанных с морфофизиологической изменчивостью и, следовательно, лежащих в основе планируемого формообразовани я в селекционном процессе, р еально возможен на основании изучения полиморфизма отдельных белковых систем с определенными биохимическими функциями. Кроме того, поскольку, как известно, размах изменчивости по морфо-физиологическим признакам у сельскохозяйственных видов животных и растений существенно больше, чем у диких, отличия в генетически детерминированной изменчивости различных функциональных групп белков в условиях искусственного и естественного отборов позвол я ет предполагать наличие «субгенома», объедин я ющего структурные гены, изменчивость которого тесно связана с механизмами формообразования у доместициро-ванных видов.
В результате выполненных исследований показано, что имеется связь между уровнем генетико-биохимической изменчивости, типичной дл данного домес-тицированного вида, и активностью в нем формообразовательных процессов. Вы явлено сходство такой св язи у доместицированных и диких видов: св язь
между высоким уровнем генетико-биохимической изменчивости и активностью внутривидового формообразования (количества пород, сортов) у доместицированных видов соответствует вы явленной у диких видов, для которых также описана повышенная активность формообразовани я (видообразовани я) в родах с высоким уровнем генетико-биохимической изменчивости, типичной дл я каждого отдельного рода.
Обнаружено, что внутривидовая пластичность (размах фенотипической изменчивости) сопровождается вовлечением в изменчивость генетико-биохимических систем, которые и меют различную биохимическую функцию. Так, у доместицированных видов наблюда-етс , в основном, более высокий полиморфизм ферментов метаболизма экзогенных субстратов, но более низкий - по ферментам внутриклеточного энергетического метаболизма, чем у диких видов. То есть, при одинаковом размахе генетико-биохимической изменчивости доместицированные виды отличаютс повышенной изменчивостью белков-регул яторов звеньев общего метаболизма, определ я ющим связь между биохимическими процессами во внешней и внутренней среде, и большей стабильностью генетических систем, контролирующих внутриклеточные процессы превращения энергии (гликолиз, цикл Кребса). Можно ожидать, что именно системы, участвующие в метаболизме экзогенных субстратов, кодируютс генами «субгенома», изменчивость которого связана с фенотипической пластичностью, определ я ет возможность вовлечения вида в доместикацию. Предполагается также, что процессы формообразовани я у доместицированных и диких видов имеют принципиальные различи : у доместицированных видов они обусловлены генетически детерминированной повышенной адаптивностью к гетерогенности субстратов, поступающих из внешней среды, а у диких - формообразование ассоциировано с разнообразием аллельных вариантов белков-регул яторов внутриклеточных процессов пре-вращени энергии. В этот период исследований в генетико-биохимический анализ были включены виды культурных растений - в частности, п шеницы [10]. Начаты работы по экологической генетике, проведены экспедиционные исследования доместицированных и близкородственных видов в различных районах Украины и России совместно с Институтом общей генетики (Москва) и Институтом цитологии и генетики (Новосибирск). Расширен спектр доместицированных и диких видов, вовлекаемых в попул я ционно-генети-ческие исследовани я. Разработаны новые подходы к сопоставлению макро- и микроэволюционной изменчивости.
В процессе исследований генетической структуры различных сельскохозяйственных видов получе-
ны уникальные данные, имеющие непосредственное практическое значение. Разработаны способы вы в-лени полиморфизма р да белков, которые могут быть использованы дл я исследовани я генетической структуры любых групп овец, крупного рогатого скота. Описан полиморфизм, характер наследования, онтогенез и органоспецифичность экспрессии некоторых генетико-биохимических систем; получены сведения о распространении, временной стабильности, породной и групповой специфичности аллельных вариантов ряда белков среди чистопородных и помесных животных у овец, лошадей, крупного рогатого скота м я сного и молочного направления продуктивности в различных эколого-географических услови ях разведения , а также получены данные об уровне генетической изменчивости исследованных групп, оценены внутривидовые генетические рассто ни . На основании изученных биохимических маркеров предложены оценка степени консолидированности и инбредиро-ванности группорганизмов, контроль закладки линий по родительским генотипам, прогноз средней гете-розиготности гибридных попул яций, корректировка схем скрещиваний в формообразовательных процессах, о ценка степени родства используемых в них групп организмов и планирование вариантов скрещиваний.
Описанные специфические особенности генетической структуры ряда пород могут быть непосредственно использованы при анализе их участи в формировании помесных групп. Внутри генофондов отдельных пород описаны стабильные св язи между изменчивостью р да хоз йственно-ценных признаков и полиморфизмом генетико-биохимических маркеров, которые могут быть использованы дл вы влени групп организмов (близкородственных исследованным) с повышенной вероятностью развити я у них желательного комплекса признаков. Осуществлено сопоставление и подобраны наиболее эффективные методы математической обработки данных о частотах аллельных вариантов биохимических маркеров для оценки близости генетических структур групп животных (с использованием методов многомерного шкалировани я). Кроме того, выделены группы белков, полиморфизм которых наиболее веро тен у отдельных сельскохозя йственных видов, что может быть использовано при вовлечении биохимических маркеров в работу с этими видами [10].
Выполнен анализ закономерностей внутри- и межвидовой изменчивости трех групп белков с различной биохимической функцией в системах общего метаболизма: транспортные белки, ферменты внутриклеточного энергетического метаболизма, ферменты метаболизма экзогенных субстратов. Найдено, что во внутри- и межвидовой дифференциации у крупно-
го рогатого скота, овец, коз, лошадей и свиней участвуют, в основном, транспортные белки и ферменты метаболизма экзогенных субстратов при относительной консервативности ферментов внутриклеточного энергетического метаболизма. Описано своеобразие генетической дифференциации между различными породами овец, лошадей, группами крупного рогатого скота различного направлени продуктивности по ин диви дуальным генетико-биохимическим системам. Отмечается высокая частота рекомбинаций у групп животных по биохимическим маркерам, локализованным в одной и той же группе сцепления (хромосома 1, трансферрин, церулоплазмин у крупного рогатого скота) [10].
В эти годы исследовани я развивались, в основном, по следующим направлени я м.
Первое направление связано с изучением генетико-биохимических основ формообразования и появ-лени я новых форм у различных доместицированных и диких видов и экологической генетики. Анализ показал, что существует связь между генетико-биохимическим полиморфизмом ряда структурных генов и фенотипической изменчивостью (молочная продуктивность, живая масса при рождении и величины прироста живой массы у различных пород крупного рогатого скота, а также различные характеристики шерстной продуктивности и многоплоди я у овец). Исследованы зависимости биохимических характеристик кожи и крови, связанных с общим белковым, углеводным и липидным обменом, от аллельного состава генетико-биохимических систем и дифференциации животных по типам шерстной продуктивности. Выпол-н ялись также сравнительные исследовани я онтогенетических и тканеспецифических особенностей экспрессии различных генетико-биохимических систем в ткан ях и органах доместицированных и диких видов. Показано, что органоспецифичный электрофоретический изоферментный набор некоторых ферментов, продуктов генов «домашнего хозяйства», сходен в сердечной мышце зубров, бизонов, крупного рогатого скота молочного направлени я продуктивности и отличается от аналогичного, вы я вленного у м я сного скота. В двигательных мышцах изоферментный спектр, в частности, лактатдегидрогеназы, сходен у диких видов и м ясного скота и отличен от наиболее типичного дл я молочных пород. Дл я крупного рогатого скота описаны межпородные различия в онтогенетической изменчивости электрофоретического спектра лактатдегид-рогеназы, динамики исчезновения фетальных форм гемоглобина. В коже овец найдена новая система регул яции экспрессии лактатдегидрогеназы, показана монолокусность ее контрол я. Обнаружено определен-
ное сходство органоспецифичного изоферментного спектра по отдельным генетико-биохимическим системам «домашнего хоз йства» в зависимости от мезенхимного или эпителиального происхождени я исследованных органов. Описаны видоспецифичные особенности ткане- и органоспецифичной экспрессии некоторых изоферментных спектров. Составлены сводки результатов исследований генетической структуры различных пород овец, лошадей, свиней, крупного рогатого скота по биохимическим маркерам. Отмечается выраженное породное своеобразие, воспроизводимость отдельных характеристик генетической структуры в разных регионах разведени я, их стабильность во времени.
Сделан вывод о том, что каждый сельскохозяйственный вид имеет свой, характерный как для него в целом, так и дл я его пород, сортов (в случае культурных растений) размах генетической изменчивости. Сопоставление размаха генетической изменчивости помесного потомства с данными, типичными дл я родительских пород, анализ стабильности генетической структуры помесных животных во времени (в поко-лени ях) позвол я ют получить информацию об идущих в данной группе животных генетических процессах. Так, была оценена средняя гетерозиготность и стабильность во времени новой породной группы карпатских м ясошерстных овец. Полученные данные свидетельствовали о воспроизводимости характеристик генетической структуры этой группы в ряду поколений и ее хорошей консолидированности.
Таким образом, благодаря переходу от формального использовани я молекул я рно-генетических маркеров к их применению с учетом их функции удалось более целенаправленно маркировать такие сложные признаки как продуктивность, устойчивость к забо-левани м, оценивать и контролировать реальное состояние генетической структуры групп селекционируемых животных, планировать гетерозиготность и некоторые гетерозисные проявлени я у помесных животных, подбирать оптимальные варианты скрещиваний при выведении новых форм.
Второе направление - изучение вли яния инбридинга на генетическую изменчивость при использовании различных моделей, изучение реальных локус- и видоспецифичных последствий инбридинга у домес-тицированных и диких видов.
На основании сопоставлени я генетической структуры диких и доместицированных видов получены данные о локус-специфичных эффектах близкородственных скрещиваний. Одним из гипотетических механизмов, объясн я ющих это явление, могло бы быть увеличение внутригенных рекомбинаций между активно работающими гомологичными локусами (гены
«домашнего хозя йства») благодаря сближению гомологичных хромосом в половых клетках на предмейо-тических стади х.
Предполагается, что инбридинг приводит к увеличению сближенности гомологичных хромосом в генеративных клетках на предмейотических стади ях, что облегчает процессы внутригенной рекомбинации активно транскрибируемых локусов, кодирующих ферменты внутриклеточного метаболизма субстратов, связывающих внутреннюю и внешнюю среду. Очевидно, что результаты такого влени могут быть разными: в одном случае при по влении неблагопри тных вариантов будет наблюдаться снижение жизнеспособности - «инбредна депресси », в альтернативном случае это я вление может сопровождаться приобретением новых адаптационных потенций и способности к активной колонизации новых ниш обитани .
Третье направление - изучение особенностей генофондов скота, овец и лошадей. В 1990-1995 гг. в результате экспериментальных работ исследована генетическая структура у около 20 пород и породных групп крупного рогатого скота (в частности, абер-дин-ангусы, лимузины, герефорды, шароле, салер-сы, серая украинская, красная степная, красно-пестрые голштины, симменталы, черная уэльская; около 15 пород и внутрипородных групп овец: романовская , тексель, кембриджская, уэльская горная, украинская горнокарпатская; лошади: гуцульская, русский и орловские рысаки, русская верховая). Впервые предложено и обосновано использование данных о межлокусных ассоциаци ях как о принципиально новой популяционно-генетической характеристике, позволяющей объективно описывать своеобразие генофондов различных пород. Предполагается, что именно межлокусные ассоциации могут быть наиболее тесно свя заны с комплексными фенотипическими различи я ми между породами сельскохозяйственных видов.
Были получены данные о чувствительности генетической структуры овец к отбору по признакам продуктивности. Показано, что генетические расстоя ни я между потомством и родительскими группами не соответствуют представлени м о доле кровности и существенно меньше между потомством и той родительской группой, в сторону сходства с которой велся отбор по признакам продуктивности. Генетические рассто ни , рассчитанные по биохимическим маркерам между родительскими группами, позвол я ют планировать уровень гетерозиготности потомства и в исследованных нами случаях связанный с ним определенный гетерозисный эффект - увеличение числа доживающих до года я гн ят. Генетические рассто я ни я позволя ют отличать друг от друга группы помесных
животных, н еотличимые по средним значени я м признаков продуктивности.
Описана породоспецифичная структура романовской, цигайской, восточно-казахстанской, ост-фризс-кой пород, помесей от скрещивани я ост-фризской и цигайской пород. Описана генетическая структура породы прекос закарпатский и ее динамика в процессе получени я новой породной группы - прекос улучшенный (с участием алтайской и асканийской пород). Показано, что: генетическая структура баранов-произ-водителей уже, чем генетическая структура овцематок; генетическая структура животных, полученных от межпородного скрещивани я, гетерогенна и позволя ет проводить отбор животных по генетической структуре, близких к желательному родительскому типу; распределение аллельных частот в потомстве от межпородных и внутрипородных скрещиваний локус-специфич-но, дл я н екоторых молекул я рно-генетических маркеров в потомстве воспроизводится отцовский тип генетической структуры, дл других - материнский; в дифференциацию генетической структуры между прекосом закарпатским и прекосом улучшенным основной вклад вносят трансферрин, малик-энзим и диафора-за. При оценке неравновеси по сцеплению оказалось, что у исследованных групп овец неслучайно (Р = 0,05) распределя ются аллельные варианты малик-энзима и трансферрина (ассоциированы друг с другом). Описана дифференциаци я генетической структуры в двух по-колени ях потомства от скрещиваний цигаев и остф-ризов в зависимости от характеристики животных по шерстным и м ясным качествам. Выделены по этим качествам желательный и нежелательный типы. Оказалось, что в обоих поколени я х желательные типы близки между собой и отличаются от нежелательных типов по системам гемоглобина, диафоразы, пуриннуклеозид-фосфорилазы. Таких отличий не наблюдалось по малик-энзиму, трансферрину и эстеразам. В результате показано, что отдельные биохимические системы вовлекаются в отбор по признакам продуктивности; у овец неравновесное сцепление между двум я локусами (малик-энзим и трансферрин) сохран я ется вне зависимости от вовлечени этих систем в отбор.
При анализе динамики генетической структуры крупного рогатого скота, овец, лошадей обнаружено, что молекул я рно-генетические маркеры можно подразделить на вовлекаемые и не вовлекаемые в отбор, в ряде случаев наблюдается формирование аллельных межлокусных ассоциаций вне зависимости от генетического сцеплени я кодирующих их генов.
Накопленные в этом направлении данные позвол я -ют прийти к следующим теоретическим положения м.
1. Представлени я о доле кровности не соответствуют реальной комбинаторике аллельных вариантов
генетических систем. Помесное потомство гетерогенно по генетической структуре и в нем возможен отбор в сторону желательного родительского типа.
2. Каждая порода имеет свою породоспецифическую структуру по отдельным молекуля рно-генетичес-ким маркерам. Морфо-физиологическое своеобразие пород в своей основе имеет генетико-биохимические особенности.
3. Обнаружены различия в скорости эволюции у видов домашних животных электрофоретических характеристик генетико-биохимических систем в связи с биохимической функцией их продуктов. Белки внутриклеточного энергетического метаболизма эволюционируют с меньшей скоростью, чем транспортные и ферменты метаболизма экзогенных субстратов. Две последние группы белков отличаются от первой также повышенным внутривидовым полиморфизмом. Описаны отличи я межвидовой изменчивости по электрофоретическим характеристикам ферментов и их субстратной специфичности.
Четвертое направление - экологическая генетика и последствия антропогенного загрязнени я. Исследованы закономерности внутрипородной генетической дифференциации в связи с различными экогеогра-фическими услови я ми разведени я у крупного рогатого скота: бурой карпатской, пинцгау и швицкой (высокогорные, горные и равнинные хозя йства Карпат), красной степной (в зонах Степи и Лесостепи) и в связи с инфицированностью вирусом бычьего лейкоза (идентифицируемой по собственной разработанной ДНК методике оценки наличия провирусной ДНК в геноме коров), черно-пестрого скота в условиях экологического стресса (хоз я йства 10-30 километровой зоны Чернобыльской АЭС); у цигайских овец в связи с разведением в равнинных зонах Кишиневской (Республика Молдова) и Ивано-Франковской областей. В результате на разных модел ях действи я биотических (интеграци я провирусной ДНК) и абиотических факторов экологического стресса у сельскохозяйственных видов продемонстрировано наличие универсальных попул яционно-генетических изменений, связанных со сдвигом генетических структур в поколени ях, испытывающих вли я ние таких факторов, в сторону внутривидовых более древних, менее специализированных форм. Обнаружено, что успешная се-лекци я (отбор) на высокую продуктивность животных возможна только в благопри ятных дл я животных экологических услови х.
Пятое направление - развитие ДНК-технологий. Исследуются теоретические и прикладные аспекты ДНК-технологий в увеличении эффективности селекционной работы. Внедрены методы идентификации генотипов крупного рогатого скота по каппа-казеину
и BLAD-мутации с применением полимеразной цепной реакции. Впервые в СНГ разработан метод диагностики инфицировани я крупного рогатого скота вирусом бычьего лейкоза (по вы влению в геноме двух структурных генов провируса). На основании этих работ внедрены и широко используютс методы обнаружения полиморфизма генов белков молока (каппа-казеин, бета-лактоглобулин), генов эндокринной системы, кодирующих соматотропный гормон, леп-тин, фактор регуляции транскрипции соматотропного гормона, а также миостатина у пород крупного рогатого скота. Создан банк данных о распределении хозя йственно ценных аллельных вариантов по изученным генам у р да исследованных пород крупного рогатого скота Украины, России, Польши, Англии. Получены данные о распределении хоз йственно-ценных аллельных вариантов по изученным генам у ряда исследованных пород крупного рогатого скота Украины, России, Польши, Англии. Наиболее высокая частота встречаемости генов, ассоциированных с жирномолочностью и сыропригодностью молока, вы явлена у серой украинской и бурой карпатской пород. Мутации по гену миостатина, ассоциированные с м я сной продуктивностью, обнаружены у красной польской породы, шароле и герефордов. Анализ скоростей эволюции по секвенированным последовательностя м гена каппа-казеина у представителей подсемейства бычьих показал, что у доместицированных видов наблюдается резкое увеличение полиморфизма по этому селекционно-значимому гену в сравнении с дикими близкородственными видами [б, 7, 11, 17, 19]. Отработаны методы по вы влению точечных мутаций генов, сопряженных с хозя йственно полезными признаками. В частности, р д локальных пород крупного рогатого скота протестирован по локусу гена каппа-казеина, аллельный вариант В которого ассоциирован с признаками сыропригодности молока. Проведен генетический мониторинг группы пород скота различного направления продуктивности с целью сравнения частоты встречаемости мутаций гена миостатина, обусловливающих эффект «двойной мускулатуры» у крупного рогатого скота. Количество найденных мутаций гена миостатина свидетельствует о том, что этот ген высоковариабелен, и его мутации довольно часто встречаютс у различных пород скота в гетерозиготном состоя нии, н е проя вл я ясь фенотипически.
Впервые в СНГ не только разработан и внедрен метод выявления у крупного рогатого скота носителей мутации иммунодепрессии BLAD, но и исследованы закономерности ее распространени я, а также показано, что распространение этой рецессивной мутации ассоциировано с отбором на повышенную гетерозиготность при воспроизводстве импортного
скота в новых услови ях разведения импортируемых животных [10].
Продолжаются исследовани я генетических основ доместикации и формообразовани я у сельскохоз я йс-твенных видов благодаря накоплению экспериментальных данных о вовлечении генетико-биохимических систем в эти процессы, продолжена разработка гипотез и их экспериментального обосновани о механизмах такого вовлечени я (наличие «субгенома» -мишени доместикации; пре- и постзиготический отбор, св язанный с дестабилизацией хромосомного аппарата в ответ на вли я ни я экологических стрессов).
Продолжается сбор банка данных о генетических структурах крупного рогатого скота, лошадей, овец и диких близкородственных видов (на материале представителей видов млекопитающих, разводимых в биосферном заповеднике Аскани я -Нова).
Выполненный анализ генетической структуры родительских и помесных группживотных, с которыми ведется селекционна я работа по выведению нового специализированного типа молочного скота, показал, что преобразование генофонда симменталов при их скрещивании с красно-пестрыми голштина-ми имеет выраженные локус-специфические черты. Генетические взаимоотношени я между родительскими и помесными группами животных по полиморфным генетико-биохимическим системам не соответствуют представлени я м о «доле кровности». Отличи я животных по таким характеристикам молочности, как общий удой за 305 дней третьей лактации и содержание жира в молоке, сопровождаются н еодинаковой дифференциацией их генетических структур по разным генетико-биохимическим системам. При различи ях по удою наиболее выраженные изменени я на-блюдаютс я по локусу трансферрина; при анализе групп животных, отличающихся по проценту жира в молоке, - по локусу амилазы-1. Это позволя ет предполагать, что в основе известных случаев отрицательных коррел яций между данными признаками могут лежать специфические межлокусные взаимодейс-тви я между различными генетико-биохимическими системами. Развитие подобных исследований может привести к выя влению определенных генотипов по комплексу генетико-биохимических систем, наиболее тесно связанных с желательным сочетанием хозяйственно ценных признаков.
Внутрипородна я генетическая изменчивость может совпадать с вли янием целого ряда факторов, св я -занных с действием искусственного и естественного отборов. Обнаружено неодинаковое вовлечение генетико-биохимических систем в дифференциацию генетической структуры украинской м я сной породы крупного рогатого скота, совпадающее с действи-
ем разных факторов искусственного и естественного отборов. Так, половая дифференциаци я генетической структуры по генетико-биохимическим системам в основном св зана с локусом трансферрина, возрастная - с локусом амилазы, по живой массе новорожденных - с локусом трансферрина, а по абсолютному приросту живой массы за первые 6 меся цев жизни
- с локусом пуриннуклеозид фосфорилазы. Участие в дифференциации животных по двум последним фенотипическим признакам, связанным с живой массой, разных генетико-биохимических систем, свидетельствует об отличи ях в их генетической детерминации и возможностях их раздельной селекции.
Опубликован цикл работ, в которых активно развиваются исследовани я в области использовани я ДНК-технологий для решения частных и общих проблем генетики доместицированных и диких видов.
Вы явлены различи я в полиморфизме структурных генов, анонимных районов ДНК, специфичность полиморфизма в зависимости от типа маркера, вида, породы, сорта и т.д. Дл я поиска породо- и сорт-спе-цифических маркеров доместицированных и диких видов животных и растений использованы ПЦР-ам-плификаци я (полимеразная цепная реакция) со случайными праймерами, модификации ЯДРО-РСЯ. Впервые с помощью маркеров ДНК выполнено сравнение генофондов доместицированных и диких видов и показано сходство межвидовой дифференциации по структурным генам и отдельным анонимным последовательност м ДНК, фланкированным инвертированными повторами; впервые вы влены универсальные черты попул я ционно-генетического ответа на действие биотических и абиотических факторов экологического стресса, сформулирована гипотеза и получены предварительные данные о межлокусных ассоциациях как мишени действи я отбора [1, 13, 14].
Приемы использовани я ДНК-технологий углублены и оптимизированы в нескольких следующих направ-лени х.
1. Вы я вление генов и их ассоциаций, контролирующих хозяйственно-ценные признаки (не только признаки продуктивности, но и устойчивости к болез-н м, к различным факторам экологического стресса). В частности, разработаны методы ДНК-диагностики у крупного рогатого скота генов белков молока, важных дл я производства сыров, гормона роста, а также ассоциированных с некоторыми характеристиками молочной продуктивности и роста. Эти методы позвол яют подбирать племенных быков дл я получения дочерей с желательными характеристиками молочной продуктивности. С использованием ДНК-тех-нологий исследуются генетические связи между
генофондами некоторых локальных пород и диких близкородственных видов, разрабатываются методы создани «генетического паспорта» пород в цел х дальнейшей идентификации принадлежности к ним отдельных животных.
2. М етоды сертификации пород на присутствие генетического материала возбудителей инфекционных заболеваний (провируса бычьего лейкоза у крупного рогатого скота.
3. Разработка методов диагностики различных скрытых генетических заболеваний и предупрежде-ни я их распространени я у сельскохозяйственных видов. Впервые дл я стран СНГ разработана оригинальная , простая система диагностики наследуемого дефекта иммунной системы (бычий дефицит адгезив-ности лейкоцитов - ВLAD).
4. Контроль генетических последствий использовани я биотехнологий дл я размножения желательных организмов: выполнены совместные исследовани я с Институтом животноводства Польской академии наук на трансгенных кроликах по исследованию вли я ни я встройки трансгена (lac Z) на экспрессию р да структурных генов, продукты которых контролируют внутриклеточные биохимические процессы.
Разработка биотестов (на основе оценки мутационных спектров и популяционно-генетических характеристик) экологической токсичности конкретных агроэкологических условий разведения сельскохо-
з я йственных видов [4, б, 15, 18, 20].
Получены данные, свидетельствующие о том, что распространение рецессивных мутаций с неблагоприятными фенотипическими эффектами, в частности, мутации BLAD у крупного рогатого скота голштинской породы, связано с преимущественным воспроизводством гетерозигот по разным локусам при интродукции сельскохоз йственных видов в новые услови я воспроизводства. Быстрое распространение мутации обусловлено популяционно-генетическими механизмами адаптации к новым услови я м разведения, способствующим преимущественному воспроизводству гетерозигот, в частности, по локусам пуриннуклеозидфосфорилазы, рецептора к витамину Д, повышение гетерозиготности которых отмечаетс также и при процессах адаптации групп крупного рогатого скота к действию различных факторов экологического стресса, таких как техногенное загр зне-ние (голштины, Чернобыль), при интродукции серой украинской породы в услови я Сибири [1, В, 13, 14].
Подобраны генетические маркеры, сочетание которых может быть использовано как дополнительные породо-, видо- и родовые характеристики; отработано использование нового типа генетических маркеров (RAPD-PCR), которые позвол я ют уточн ять генетичес-
кие взаимоотношени я между различными группами организмов; вы явлены общие попул я ционно-генети-ческие механизмы устойчивости пород крупного рогатого скота к некоторым факторам биотического и абиотического стресса; предложена модель оценки дифференциального вовлечени в отбор различных генетических систем, участков ДНК по оценке нерав-новеси я по сцеплению между генетическими маркерами, отличающимис по синтении.
Исследуется проблема сохранения генетического разнообрази я биосферы и разрабатываются методологии развити аграрного сектора с учетом необходимости сохранени я и рационального использовани я агробиоразнообрази [1].
Продолжены исследовани я особенностей генетической структуры различных пород сельскохоз яйс-твенных видов и их диких родственников с использованием различных типов молекул я рно-генетических маркеров. Исследовани я механизмов поя влени я специфических характеристик генофондов явл яются на сегодн я шний день особенно актуальными, поскольку позвол яют подойти не только к решению задач общей и частной попул я ционной генетики, но и к разработке методов управлени генетической изменчивостью, коррекцией структуры генофонда в желательном направлении.
Изучены особенности генетической структуры белоголовой украинской, лебединской пород крупного рогатого скота, кулундинской, сокольской, черноголовой асканийской пород овец. Установлено, что эти породы я вл я ются носител я ми уникальных аллельных вариантов по различным локусам, которые маркируют генные комплексы, связывающие их с предковым исходным генофондом. Каждая порода явл я ется носителем породоспецифических соединений таких маркеров, что позвол ет дифференцировать эти породы. В частности, дл я пород серой украинской и белоголовой украинской характерно присутствие аллельного варианта F по локусу трансферрина, что типично дл я всех пород, связанных с предковым подол я нским скотом (Bos taurus podolicus). В то же врем я у белоголового украинского скота вы влен редкий вариант гена лептина.
Отработано использование нового типа генетических маркеров - маркеров ISSR-PCR (Inter-Simple Sequence Repeat), которые способствуют формированию «генетического портрета» уникальных исчезающих видов, это позвол ет уточн ть генетические взаимоотношени я между представителя ми различных таксонов. С применением данных маркеров были дифференцированы 19 видов полорогих - представителей отрядов парнокопытных и непарнокопытных, а также разные виды и сорта дикой и культурной сои.
Оценки межвидовой генетической дифференциации с помощью ^БЯ-РСЯ маркеров существенно варьируют в зависимости от используемого праймера. Наблюдается определенная св язь между длиной элементарного повтора в праймере и полиморфизмом продуктов амплификации фрагментов ДНК, фланкированных его инвертным повтором. Так, внутривидо-ва изменчивость по спектрам ампликонов чаще обнаруживалась при использовании тринуклеотидных микросателлитных повторов в качестве праймеров, чем при использовании в этих же цел ях динуклео-тидных повторов. Таким образом, маркеры анонимной ДНК, в связи со своей полилокусностью, оказываются удобными высокополиморфными маркерами. Их использование в дальнейшем, по-видимому, позволит получить сведени о структурно-функциональных особенностях тандемных повторов, маркирующих участки генома, которые эволюционируют с разной скоростью.
Однако «анонимность» продуктов амплификации при использовании ЯАРй, ^БЯ-РСЯ маркеров, высокий уровень их полиморфизма, качественно разные оценки межвидовых взаимоотношений, получаемые при использовании разных праймеров не позвол ют ожидать, что применение в генетико-таксономических исследовани ях маркеров ДНК, основанных на повторенных нуклеотидных последовательност х, позволит решить традиционные вопросы о межвидовых взаимоотношени ях, скоростях эволюции и т.д. более успешно, чем при анализе белкового полиморфизма. По-видимому, в случае ДНК-маркеров, так же как и генетико-биохимических систем, н еобходима индивидуальна оценка информативности и эффективности использования отдельных маркеров дл я решени я конкретных задач [4, 5, 15, 20].
Выполнены также исследования изменений экспрессии тканеспецифичных изоферментных спектров у кроликов, несущих в геномах интегрированные встройки двух разных неэкспрессирующихс конструкций, по сравнению с их сибсами без трансгенных конструкций. Обнаружены изменения экспрессии, причем основными органами-мишен я ми таких изменений под влиянием трансгена я вл ялись почки, легкие и сердце, а основными системами, экспресси я которых измен я ется под вли я нием интеграции трансгена, были ферменты цикла Кребса и ферменты метаболизма экзогенных субстратов. Полученные данные о сходстве изменений экспрессии различных генетикобиохимических систем под вли я нием ионизирующего излучени я и интеграции чужеродного генетического материала совпадают с данными литературы об увеличении у трансгенных кроликов в клетках крови частот встречаемости классических «лучевых» маркеров,
таких как дицентрики (Кленовицкий и др., 2001), которые широко используютс дл реконструкции полученных доз ионизирующего облучени я у ликвидаторов (Пилинска , 1 999). Такое сходство позвол ет предполагать, что оба феномена могут быть обусловлены энергетическими затратами внутриклеточного метаболизма, направленными на компенсацию общей дестабилизации, в частности, генетического материала, индуцируемой как интеграцией в геном чужеродной трансгенной конструкции, так и ионизирующим излучением [12, 18].
В ряде случаев обнаружено, что длина фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными повторами микросателлитных локусов, высококонсервативна и сохран яется между видами, принадлежащими к разным семействам. Из этого следует, что, н есмот-ря на высокий уровень полиморфизма микросателлитных локусов, существует определенное постоянство позиционировани их инвертированных повторов, которое сохран я ется в геномах таксономически удаленных видов.
С использованием методов эколого-генетическо-го мониторинга - анализа распространени аллельных вариантов структурных генов и анонимных фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными повторами, показано, что их распределение отражает особенности пространственно-временной дифференциации пород и сортов, процессы популяционногенетической адаптации к эколого-географическим условия м их разведения. Обосновано использование при оценке генетической дифференциации внутривидовых группанализа полиморфизма анонимных последовательностей ДНК, поскольку рассчитанные по ним значения генетических дистанций (Ые1,1972) почти в 1 0 раз больше, чем величины дистанций, рассчитываемые на основании оценок полиморфизма структурных генов у тех же групп.
Вы вленные различи в величинах оценок - в частности, межпородной дифференциации при оценках полиморфизма маркеров 1ББЯ-РСЯ и структурных генов, могут быть непосредственно использованы при подборе молекуля рно-генетических маркеров дл я решени я попул я ционно-генетических задач экологического мониторинга и в селекционной работе с исследованными породами (выя вление породоспецифичных сочетаний молекуля рно-генетических маркеров в качестве дополнительных породных характеристик; оценки генеалогических связей между породами и внутрипородными группами; сравнительный анализ генетической консолидированности пород и внутрипородных групп).
Выполнен сравнительный анализ доли полиморфных локусов между культурными сортами сои и по-
пуляци я ми дикой уссурийской сои, п ятью другими видами дикой сои. При анализе полиморфизма различных ферментных систем обнаружен мономорфизм по 21 локусу (из 42-х) у всех исследованных группрас-тений. Генетико-биохимические системы, так же как у животных, разделили на две группы: на ферменты, участвующие во внутриклеточных процессах наработки АТФ (гликолиз, цикл Кребса - условно их обозначают как ферменты, участвующие в метаболизме глюкозы - в), и все остальные, н е участвующие в метаболизме глюкозы, Ыв. В общем в анализ включены две группы локусов - 21 в и 21 Ыв. 7 полиморфных локусов попул я ций диких видов включали в себя только один локус Ыв (ЕБТй-1) и 6 локусов в. Суммарно у сортов культурной сои вы влен полиморфизм по 19 локусов, из них по 11 локусам в и по 8 локусам Ыв. У дикой сои полиморфизм наблюдался преимущественно по локусам, продукты которых контролируют процессы внутриклеточного энергетического метаболизма (86% от всех полиморфных локусов), а у культурных сортов сои среди полиморфных локусов существенно меньшая часть представлена такими локусами (58%), и в три раза большая, чем у диких видов, представлена локусами, не участвующими в метаболизме глюкозы (42%). То есть, так же как и у животных, у доместицированного вида сои в полиморфизм преимущественно вовлекались ферменты, н е участвующие в метаболизме глюкозы. Полученные данные растений также свидетельствуют в пользу предположени я о наличии «субгенома», маркируемого локусами, продукты которых участвуют в регул я ции связей между внутренней и внешней биохимической средой (ферменты метаболизма экзогенных субстратов, транспортные белки), повышенна изменчивость которого я вл яется обязательным условием доместикации и у животных, и у растений. Кроме того, оказалось, что размах генетической изменчивости внутри вида в.тах больше, чем у в^а. Так, дол я полиморфных локусов Р: в.тах составля ет 45%; в^а- 17%, то есть доместицированный вид оказалс более полиморфен, чем близкородственный дикий вид. Было выполнено также сравнение внутривидовых генетических расстояний (йЫ): у в.тах величины расстояний колебались от 0,059 до 0,129; у в^а- от 0,038 до 0,264. Из этого следует, что внутривидовая генетическая дифференциаци я (судя по размаху значений йЫ-генетических расстояний) у культурных сортов растений сопоставима с внутривидовой дифференциацией попул я ций близкородственного дикого вида, между разными видами дикой сои. Полученные данные свидетельствуют в пользу предположени я о наличии у растений «субгенома», маркируемого локусами, продукты которых участвуют в регул я ции связей
между внутренней и внешней биохимическими средами. Обязательным условием доместикации я вляет-ся повышенная изменчивость подобного «субгенома». Вы я вленные различия в оценках межвидовой дифференциации при исследовании полиморфизма ДНК маркеров могут быть непосредственно использованы дл я решени я попул яционно-генетических задач экологического мониторинга и в селекционной работе с изученными сортами. Результаты этих исследований внедрены в селекционный процесс по созданию новых сортов сои (в соавторстве с д.б.н., профессором В.В. Шерепитко и др.).
Сравнение генетических взаимоотношений, рассчитанных на основании дистанции М. Не , полученных при генотипировании сортов сои и диких популяций по генетико-биохимическим системам и 1ББЯ-РСЯ маркерам, свидетельствует о локус-специ-фичности и выраженной зависимости оценки генетических взаимоотношений от исследуемой группы растений в большей степени, чем от типа молекул р-но-генетического маркера (белки или ДНК маркеры). Например, по обоим типам маркеров популяции дикого вида оказываютс по генетическим рассто ни-ям существенно ближе друг к другу, чем каждая из них к культурным сортам. Таким образом, сходные отличи я между доместицированными и близкородственными дикими видами и животных, и растений по вкладу в общий полиморфизм (дол я полиморфных локусов, средн яя гетерозиготность) разных функциональных групп белков свидетельствуют в пользу предположени я о том, что искусственный отбор, проводимый человеком, тесно св язан с генетико-биохимической адаптацией к разнообразию потока экзогенных субстратов.
Кроме этого, был проведен сравнительный анализ полиморфизма структурных генов и анонимной ДНК у представителей семейства ОерЬШбае и двух отрядов копытных: парнокопытных (АгИоба&у!а) и непарнокопытных (Репввоба&уЬ). Анализ проводили с использованием традиционных методов оценки полиморфизма электрофоретических вариантов различных генетико-биохимических систем, а также продуктов амплификации фрагментов ДНК, с использованием в полимеразной цепной реакции (РСЯ) в качестве праймеров 12 тринуклеотидных фрагментов микроса-теллитных локусов.
Полученные данные по полиморфизму и электрофоретической подвижности рассмотренных транспортных белков и ферментов у представителей дельфинов и копытных соответствует предположению об их эволюционной близости. Причем по некоторым системам дельфины оказываются сходными с непарнокопытными, по другим - с парнокопытными. По
факту полиморфизма р яда систем, таких, как трансферрин, пост-трансферрин, рецептор к витамину Д и некоторых других, дельфины оказываются более сходными с доместицированными видами копытных (крупный рогатый скот, лошади, свиньи), чем с исследованными дикими видами копытных. На основании полученных данных можно предположить, что вид Чер-номорска афалина отличаетс от близкородственных диких видов по полиморфизму тех же систем, что и другие доместицированные виды копытных от своих генеалогически близких диких видов. Сходства и различи я по включенным в анализ системам дельфинов с парно- и непарнокопытными могут указывать на возможное более раннее расхождения Cetacea и Ungulata еще до того момента, как последние разделились на Perissodactyla и Artiodactyla.
Выполнен сравнительный анализ спектров продуктов амплификации участков геномной ДНК, фланкированных нуклеотидными последовательностя ми, у представителей рода Bos (крупный рогатый скот, зубр, бизон) и рода Ovis (породы домашней овцы, снежный баран). Получены данные о присутствии в геномах исследованных видов участков ДНК, высококонсервативных по своей длине н е только в пределах видов одного рода, но и между представител я ми Bos и Ovis.
Обнаруженные различи я по вкладу в общий полиморфизм разных функциональных группбелков у диких и доместицированных видов растений и животных свидетельствуют в пользу высказанного им ранее предположения о том, что видообразование св я за-но с реорганизацией механизмов энергообеспече-ни клетки, а доместикаци - с адаптацией к новым источникам субстратов дл я систем общего метаболизма из окружающей среды. То есть, естественный отбор способствует формированию новых видов, поддерживая полиморфизм ферментов внутриклеточного энергетического метаболизма, а искусственный
- благопри тствует по влению форм, высоко адаптированных к изменчивому потоку экзогенных субстратов. Возможно, что широкий размах фенотипической изменчивости у доместицированных видов связан с разнообразием скоростей метаболизма экзогенных субстратов. Последнее, по нашему мнению, позвол я -ет также предполагать наличие «субгенома» (в мета-боломике), изменчивость которого существенна дл я широкого фенотипического разнообрази , характерного дл я домашних животных, что хорошо согласуется с «балансовой теорией» поддержани я полиморфизма. Очевидно, что изменчивость такого «субгенома» может я вляться необходимым условием для проведе-ни я направленной селекции, и это объя сн яет, почему из 8,5 млн. живых организмов только около сотни вовлечены в процесс доместикации.
Накопленные данные свидетельствуют о том, что доместицированные виды отличаются от близкородственных диких более высокой частотой встречаемости коротких фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными повторами. Повышенная частота встречаемости таких фрагментов ДНК согласуетс с предположени я ми о том, что в доместикации видов активное участие могли принимать процессы, св зан-ные с события ми горизонтального обмена генетической информацией, тесным взаимодействием между генофондами человека, доместицируемых видов, а также той части микробиоты, которая явл ялась их симбионтами-патогенами.
Таким образом, выполненный сравнительный анализ генетических структур групп доместицированных и близкородственных диких видов животных, сортов и видов растений с использованием оценок полиморфизма электрофоретических вариантов белков, ДНК фрагментов в диапазоне длин от 200 до 2000 пар нуклеотидов, фланкированных инвертированными повторами декануклеотидов и микросателлитов (RAPD-PCR, ISSR-PCR маркеры), подтвердил, что доместицированные виды отличаются от диких повышенным полиморфизмом по ферментам метаболизма экзогенных субстратов, пониженным - по ферментам метаболизма глюкозы, а также повышенной частотой встречаемости коротких фрагментов ДНК в спектрах продуктов амплификации RAPD-PCR и ISSR-PCR маркеров, что можно рассматривать как «генофонд-ные признаки доместикации».
Дл я объя снени я популяционно-генетической дифференциации между группами доместицированных и диких видов предложенная в средине 80-х гг. XX века гипотеза «субгенома» доместикации получила экспериментальное подтверждение. Эта гипотеза позволяет объя снить отличи я между формообразовательным процессом и видообразованием, эффектами искусственного и естественного отборов, в том числе и ограниченности видов, успешно вовлекшихс в доместикацию и обеспечивших развитие аграрной цивилизации.
Литература
1. Aгpoэкoлoгuчecкuй аспект биосферы: проблема генетического разнообразия/BM. Глазко — Kuев: Нора-принт, 1998. — 208с.
2. Бuoxuмuчecкaя генетика овец/B.И. Глазко; Отв. ред. O.K. Баранов — Новосибирск: Наука. Cu6. отд-ние, 1985. — 1б7с.
3. Бioтexнoлoгiя i сталий розвиток агроекосистем / B.n. Патика, H.A. Макаренко, Т.Т. Глазко, B.I. Глазко та ін. — K. : УЛЛН. Ін-т агроекології та бioтexнoлoгії, 2003. — 40 с.
4. Bвeдeнue в ДHK-тexнoлoгuu/B.И. Глазко, И.М. Дунин, Г.B. Глазко, M.A. ^лашникова — М.: Pocuнфopмaгpoтex, 2001. — 43б с.
5. Введение в ДНК-технологию и биоинформатику / В.И. Глазко, Г.В. Глазко — Киев: Нора-принт, 2001. — 450с.
6. Введение в генетику: биоинформатика, ДНК-техноло-гия, генная терапия, ДНК-экология, протеомика, мета-болика /В.И. Глазко, Г.В. Глазко— Киев: КВИЦ, 2003. — 640 с.
7. Выявление полулетальныхрецессивных мутаций и предупреждение их негативных эффектов у крупного рогатого скота. Методические рекомендации / В.И. Глазко, А.Э. Мари-уца — Киев: УААН. Ин-т агроэкологии и биотехнологии, 2005. — 24 с.
8. Вплив радіаційних чинників на генетичну систему великої рогатої худоби, що утримується в чорнобильській зоні відчуження /В.И. Глазко, М.П. Архіпов, В.В. Лябік, І.В. Чи-жевський, Т. Т. Глазко — Чорнобиль, 1999. — 48 с. — Препринт.
9. Генетика изоферментов сельскохозяйственных животных /В.И. Глазко — М.: ВИНИТИ, 1988. — 212с.
10. Генетика изоферментов сельскохозяйственных животных и растений / В.И. Глазко, И.А. Созинов; Под ред. А.А. Созино-ва — Киев: Урожай, 1993. — 528 с.
11. Генетическая компонента биоразнообразия крупного рогатого скота/В.И. Глазко, А.В. Кушнир, С.И. Тарасюк, Т.Т. Глазко — Киев, 2005. — 200 с.
12. Генетически модифицированные организмы: от бактерий до человека/В.И. Глазко; — Киев: КВИЦ, 2002. — 210с.
13. ДНК-технологии животных / В.И. Глазко; Под ред. А.А. Созинова — Киев: Нора-принт, 1997.— 173 с.
14. ДНК-технологии оценки сельскохозяйственных животных /Л.А. Калашникова, И.М. Дунин, В.И. Глазко, Н.В. Рыжова, Е.П. Голубина — М.: Всерос. науч.-исслед. ин-т плем. хоз-ва, 1999. — 150 с.
15. ДНК-технологии и биоинформатика в решении проблем биотехнологий млекопитающих/В.И. Глазко, Е.В. Шульга, Т.Н. Дымань, Г.В. Глазко; Под ред. В.И. Глазко — Белая Церковь: Белоцерк. аграр. ун-т., 2001. — 488с.
16. Перспективи використання, збереження та відтворення агробіорізноманіття в Україні/ В.П. Патика В.А. Соло-маха, Р.І. Бурда, А.Л. Бойко, В.І. Глазко та ін. — Київ: Хімд-жест, 2003. — 256 с.
17. Полімеразна ланцюгова реакція / Т.М. Димань, В.І. Глазко — Біла Церква, 2004. — 61 с.
18. Популяционно-генетические последствия экологических катастроф на примере Чернобыльской аварии/ Т.Т. Глазко, Н.П. Архипов, В.И. Глазко — М: ФГОУВПО РГАУ — МСХА им. К.А. Тимирязева, 2008. — 556 с.
19. Рекомендации по использованию в популяционно-генетическом мониторинге крупного рогатого скота молекулярно-ге-нетическихмаркеров/В.И. Глазко, К.В. Копылов — Киев: УААН. Ин-т агроэкологии и биотехнологии, 2005. — 22 с.
20. Селекция XXIвека: использование ДНК-технологий/Л.А. Калашникова, И.М. Дунин, В.И. Глазко — М.: Всерос. науч.-исслед. ин-т по плем делу, 2000. — 31 с.
