CC BY
49УДК 636.93:591.05 DOI: 10.24411/0023-4885-2020-105018
ИЗМЕНЕНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ ПУШНЫХ ЗВЕРЕЙ В ПРОЦЕССЕ ИХ ПРОМЫШЛЕННОЙ ДОМЕСТИКАЦИИ
Изменение антиоксидантной системы пушных зверей
Т.Н. Ильина, И.В. Баишникова, В.А. Илюха
Институт биологии КарНЦРАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»
Петрозаводск, Россия
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]
Затрагивающие окраску меха мутации, которые были получены у пушных зверей в результате доместикации, могут оказывать влияние на физиологические и биохимические свойства организма. Доместикационные изменения значительно затронули системы кровообращения и дыхания. С уровнем потребления кислорода связана антиоксидантная система, состояние которой в проведенном исследовании определяли по активности ферментов (супероксиддисмутаза, ката-лаза) и по содержанию неферментных антиоксидантов (витамины А и Е). Объектами изучения были лисицы (Vulpes vulpes L.) цветовых типов красная рощинская, платиновая, снежная или грузинская белая и жемчужная; норки (Neovison vison) - стандартная, серебристо-голубая, сапфировая, деми-бафф, белая-хедлюнд. Также было проведено сравнительное исследование антиокси-дантов у темно-коричневых клеточных и диких американских норок из природной популяции. Исследования показали, что между лисицами разных окрасов больше различий обнаружено в содержании низкомолекулярных антиоксидантов, чем в активности ферментов. Наибольшие различия в функционировании всех звеньев антиоксидантной системы наблюдались в печени, почках и скелетной мышце. Активность ферментов у норок разных типов в состоянии покоя была практически на одном уровне. У серебристо-голубых и деми-бафф норок содержание витамина Е было выше, чем у норок стандартного окраса. Очевидно, способность к резервированию токоферола как основного природного антиоксиданта, а также активность антиоксидантных ферментов в тканях зависят от интенсивности окислительного метаболизма, которая у норок разных генотипов различна. В сравнительном исследовании состояния антиоксидантной системы между дикой и клеточной норкой не отмечалось достоверных различий в активности ферментов. Содержание витамина Е у дикой норки в тканях было значительно выше, чем у разводимой в неволе, но общий характер распределения токоферола в тканях диких и клеточных норок был практически одинаков. Витамин А в печени и почках был выше у клеточных норок. Исследования показали, что мутации, затрагивающие окраску меха, определяют особенности функционирования антиоксидантной системы у лисиц и норок разных генотипов. Кроме того, изменение физиологического состояния животных или факторы среды могут оказывать значительное влияние на антиоксидантную систему. Направление отбора, связанное с доместикацией и разведением животных, вызывает изменения фенотипа, которые могут приводить не только к сходным морфологическим, но и фи-зиолого-биохимическим изменениям у разных видов пушных зверей.
Ключевые слова: американская норка, лисица, мутации окраски, антиоксиданты.
Финансовое обеспечение исследований к окружающей среде, подбора партнера и многих
осуществлялось из средств федерального бюд- других функций, в числе которых и регуляция фи-
жета на выполнение государственного задания зиологических процессов. С тех пор, как началось
КарНЦ РАН (№ темы 0218-2019-0073). одомашнивание животных, человек при помощи
Эволюционное значение такого важного фе- искусственного отбора изменяет окраску тех
нотипического признака как окраска волосяного видов, которые находятся в сфере его интересов.
покрова играет большую роль для приспособления Одним из примеров таких изменений могут слу-
Изменение антиоксидантной системы пушных зверей
35
жить пушные звери, доместикация которых началась сравнительно недавно. В результате селекции дикой американской норки (Neovison vison), красной лисицы (Vulpes vulpes L.) и других видов были выведены уникальные цветовые типы, обусловленные мутациями отдельных генов, которые обладают не только характерной цветовой гаммой меха, но и рядом физиологических и морфо-био-химических особенностей. Однако, несмотря на разведение в неволе и связанные с этим изменения ряда морфофункциональных систем, клеточные пушные звери в основном сохранили динамический стереотип своих диких предков - строгую ритмичность биологических циклов размножения, линьки, обмена веществ, четко выраженные на фоне существенных изменений поведения, вызванных одомашниванием [1, 2]. Искусственный отбор выводит признаки за пределы биологического оптимума и поэтому мутации, затрагивающие окраску меха и обладающие плейо-тропным действием, могут также оказывать влияние на физиологические свойства организма. Наиболее существенно доместикационные изменения затрагивают системы кровообращения и дыхания [3]. В частности, с уровнем потребления кислорода связано состояние антиоксидантной системы (АОС). Поддержание стабильности клеточных структур во многом определяется состоянием АОС, наличие видовых и индивидуальных особенностей которой, ее реакции на внешние воздействия и особенности адаптивных механизмов связаны с влиянием генотипа. Регуляция ан-тиоксидантной защиты осуществляется за счет действия ферментативного и неферментативного звеньев АОС. Неферментативное звено АОС представляют низкомолекулярные антиокси-данты, к которым относят, в первую очередь, витамин Е как основной природный антиоксидант, а также витамин А. Ключевыми ферментами защиты клетки от активных форм кислорода являются супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза. Цель исследования - изучение антиоксидантной системы лисиц и норок разных цветовых типов, а также сравнение её состояния у темно-коричневых клеточных и диких американских норок из природной популяции.
Для изучения влияния типа окраски на ан-тиоксидантную систему были проведены исследования на лисицах генотипов красная рощинская (A/A B/B), платиновая (b/b WP/w), снежная или грузинская белая (b/b WG/w) и жемчужная
(b/b p/p); и на норках стандартная (+/+), серебристо-голубая (p/p), сапфировая (a/ap/p), деми-бафф (a/+p/+) и белая-хедлюнд (h/h). Дикие американские норки были добыты в природе. В тканях и органах определяли содержание витаминов Е (а-токоферол) и А (ретинол) методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, активность ферментов СОД и каталазы измеряли спектрофо-тометрически. Полученные результаты обрабатывали общепринятыми методами вариационной статистики. Исследования выполнены с использованием научного оборудования Центра коллективного пользования Федерального исследовательского центра «Карельский научный центр Российской академии наук».
Между лисицами исследуемых цветовых типов были обнаружены различия как в активности антиоксидантных ферментов, так и в уровне неферментных антиоксидантов. У лисиц разница между окрасами отчетливее проявилась в содержании низкомолекулярных антиоксидантов, и в первую очередь, витамина Е (рис. 1). Наибольшие различия в функционировании всех звеньев АОС наблюдались в печени, почках и скелетной мышце. У типа красная рощинская, который наиболее близок к диким лисицам, отмечена разница в состоянии АОС в сердце по сравнению с другими окрасами. Наиболее низкое содержание витаминов А и Е в печени и почках обнаружено у лисиц снежного окраса. Также в почках лисиц окрасов снежная и жемчужная отмечена более низкая удельная активность СОД по сравнению с типом красная рощинская. В результате исследования было выявлено, что у лисиц разных генотипов мутации, затрагивающие окраску волосяного покрова, обусловливают особенности функционирования антиоксидантной системы, которые для низкомолекулярных антиоксидантов могут быть связаны с влиянием на механизмы внутриклеточного транспорта, а для антиокси-дантных ферментов изменения вызваны взаимокомпенсаторными перестройками внутри самой антиоксидантной системы [4]. Между лисицами разных окрасов больше различий обнаружено в содержании низкомолекулярных антиоксидантов, чем в активности ферментов.
У норок различных цветовых типов в связи с возникновением мутаций и их закреплением в процессе направленного разведения наблюдаются изменения ряда морфофункциональ-ных систем. Экспериментальные данные пока-
печень (3,5)
Рис. 1. Содержание токоферола в органах и тканях лисиц различных окрасов Условные обозначения: 1 - грузинская белая, 2 - жемчужная, 3 - платиновая, 4 - красная рощинская. За 100% принято содержание витамина в ткани у окраса красная рощинская (средние значения (мкг/г) для этого окраса указаны в круглых скобках)
Figure: 1. The content of tocopherol in the organs and tissues of foxes of various colors Legend: 1 - georgian white, 2 - pearl, 3 - platinum, 4 - red roshchina. The vitamin content in the tissue of the red roshchinskaya color is taken as 100% (the average values (^g/g) for this color are indicated in parentheses).
зывают, что гены, затрагивающие окраску меха, могут влиять на некоторые физиологические особенности мутантных животных [1, 5]. Исследования показали, что содержание витамина Е у серебристо-голубых и деми-бафф норок в большинстве тканей было выше, чем у норок стандартного окраса. Содержание витамина Е в тканях и органах норок разных окрасов обусловлено степенью интенсивности окислительного метаболизма, зависимость которого от перекис-ного окисления липидов, а также многих других причин вызывает мобилизацию токоферола. При исследовании активности ферментов выраженность генотипических различий у норок отчетливее проявляется при увеличении физиологической нагрузки на организм животных. В частности, в состоянии покоя у норок разных окрасов активности СОД и каталазы были практически на одном уровне, а различия более явно проявлялись весной в период воспроизводства, когда функциональная нагрузка на организм увеличивается. Снижение активности СОД и повышение каталазы в большинстве органов и тканей, а также увеличение концентрации токофе-
рола в сыворотке крови у норок в этот период свидетельствуют о биохимических перестройках, связанных с размножением. Кроме того, весной потребление кислорода у животных усиливается, что может приводить к снижению активности СОД и вследствие этого увеличивать концентрацию низкомолекулярных антиокси-дантов. Однако, способность к резервированию токоферола как основного природного анти-оксиданта, а также активность антиоксидантных ферментов в тканях обусловлены интенсивностью метаболизма, которая у норок разных окрасов неодинакова. Было установлено, что норки разных окрасов могут различаться по степени переваримости питательных веществ [6], что может влиять на усвоение и перераспределение в тканях витаминов.
Для проблемы доместикации большое значение имеет вопрос: являются ли признаки, появившиеся у домашних животных, специфичными только для них или же такие признаки могут приобрести животные в условиях дикой природы? Большинство популяций диких американских норок являются следствием намеренных выпусков
Рис. 2. Содержание токоферола (А) и ретинола (Б) в органах и тканях клеточных (а) и отловленных в природе (б) норок (М±т)
Fig. 2. Content of tocopherol (A) and retinol (B) in organs and tissues of cellular (a) and naturally caught (b) minks (M±m)
животных в качестве охотничьих видов, случайных побегов с ферм, а в последнее время также в результате выпусков в Европе клеточных животных активистами, протестующими против пушного звероводства [7]. Можно предположить, что существование животных в новых условиях в той или иной степени приводит к изменению физиологических функций с точки зрения их адаптивного значения в природной среде. В природе у норок с увеличением двигательной активности увеличивается потребление кислорода и энергетические траты на активную локомоцию, значительно изменяется нагрузка на сердечно-сосудистую систему [8]. Однако в наших исследованиях у дикой норки не отмечалось существенного увеличения активности антиоксидантных ферментов в большинстве тканей, что может быть обусловлено компенсаторными взаимосвязями антиокси-дантов. Так, содержание низкомолекулярных ан-тиоксидантов, и в первую очередь витамина Е, в тканях диких норок существенно отличалось от выращенных на звероферме. У дикой норки содержание токоферола в тканях было значительно выше, чем у разводимой в неволе (рис. 2), но в то же время общий характер распределения токоферола в тканях диких и клеточных норок был практически одинаков. Также были выявлены значительные различия уровня витамина А между дикой и клеточной норками. Известно, что витамин А постоянно расходуется и его запас создается только при поступлении, превышающем его потребность.
Вероятно, у норок в природе затраты витамина А увеличиваются даже при достаточном поступлении, что определяет разницу по сравнению с клеточными животными. Различия в способности депонировать в органах жирорастворимые витамины между клеточными и отловленными в природе норками могут быть связаны как с особенностями кормления, так и с морфологическими изменениями органов в результате доместикации. Разведение в неволе способствовало изменениям пищеварительной функции, и фермерские животные характеризуются более длительным периодом прохождения пищи через кишечник и лучшим усвоением питательных веществ, что является результатом отбора на более высокую продуктивность [9].
Ранее было высказано мнение [7], что большую генетическую разницу между цветовыми типами, которая даже больше, чем между
клеточной и дикой норками, можно объяснить генетическим дрейфом. Наши исследования показывают, что параметры антиоксидантной системы могут отличаться как у разных по окрасу животных, так и у диких и клеточных животных одного вида.
Таким образом, экспериментальные данные показывают, что затрагивающие окраску меха гены влияют на метаболизм животных, и в том числе на антиоксидантную систему. В тоже время на активность системы также могут оказывать большое влияние факторы среды. Очевидно, что существующие различия между окрасами у лисиц и норок связаны с поддержанием гомеостаза организма, в чем возникает особая необходимость в условиях ускоренной эволюции. Одно и то же направление отбора, связанное с доместикацией и разведением животных в искусственной среде с определённой целью, вызывает появление фенотипических изменений, которые определяются активностью нейрогор-мональных и нейромедиаторных регуляторных систем [2, 5], что, вероятно, приводит не только к сходным морфологическим, но и физиолого-биохимическим изменениям у разных видов пушных зверей.
Список литературы / References
1. Трапезов О.В., Трапезова Л.И., Сергеев Е.Г. Влияние мутаций, затрагивающих окраску меха, на поведенческий полиморфизм в промышленных популяциях американской норки (Mustela vison Schreber, 1777) и соболя (Martes zibellina Linnaeus, 1758) // Генетика. - 2008. - Т. 44. - № 4. - С. 516-523. [Trapezov O.V., Trapezova L.I., Sergeev E.G. Effect of coat color mutations on behavioral polymorphism in farm populations of American minks (Mustela vison Schreber, 1777) and sables (Martes zibellina Linnaeus, 1758) // Russian Journal of Genetics. - 2008. - Т. 44. - № 4. -pp. 516-523. (In Russ)].
2. Трут Л.Н. Доместикация животных в историческом процессе и в эксперименте // Вестник ВОГиС. - 2007. - Т. 11. - № 2. - С. 273-289. [Trut L.N. Domestication of animals as the historical process and as the experiment // The Herald Vavilov Soc. Genet. Breed. Sci. - 2007. -vol. 11. - № 2. - pp. 273-289. (In Russ)].
3. Сегаль А.Н. Очерки экологии и физиологии американской норки. - Наука, 1975. [Segal A.N. Essays on the ecology and physiology of the American mink. - Nauka, 1975.]
4. Баишникова И.В., Ильина Т.Н., Илюха В.А., Антонова Е.П., Морозов А.В. Влияние мутаций, затрагивающих окраску волосяного покрова, на показатели антиоксидантной и пищеварительной систем у лисиц // Труды КарНЦ РАН. - 2016. - № 6. - С. 26-38. [Baish-nikova I.V., Ilyina T.N., Ilyukha V.A., Antonova E.P., Morozov A.V. The effect of fur coat color-mutati on on the parameters of antioxidant and digestive systems in foxes // Trans. Karc RAS. -2016. - vol. 6. - pp. 26-38. DOI: 10.17076/eb362. (In Russ)].
5. Колдаева Е.М., Колдаев Н.А. Доместикация и хозяйственно полезные признаки у пушных зверей // Вестник ВОГиС. - 2007. - Т. 11. - № 1. - С. 62-75. [Koldaeva E.M., Koldaev N.A. The effect of domestication on the fur animal production // The Herald Vavilov Soc. Genet. Breed. Sci.
- 2007. - vol. 11- № 1- pp. 62-75. (In Russ)].
6. Lagerkvist G., Tauson A.-H. Effect of selection on digestibility and carcass composition in mink // Archiv fur Tierernaehrung. - 1993. - vol. 45.
- pp.155-160.
7. Thirstrup J. P., Ruiz-Gonzalez A., Pujolar J.M., Larsen P.F., Jensen J., Randi E., Zalewski A., Pertoldi C. Population genetic structure in farm and feral American mink (Neovison vison) inferred from RAD sequencing-generated single nucleotide polymorphisms // J. Anim. Sci. -2015. - vol. 93. - pp. 1-10. doi:10.2527/jas2015-8996
8. Ильина Т.Н., Данилов П.И., Илюха В.А. Некоторые физиологические, биохимические и этологические особенности американской норки (Mustela vison Schreber, 1777), сформировавшиеся в процессе естественной ферали-зации в биоценозе Карелии // Вестник ВОГиС. - 2009. - Т. 13. - № 3. - С. 588-597. [Ilyina T.N., Daniliv P.I., Ilyukha V.A. Some phi-siological, biochemical and ethological specifity of American mink (Mustela vison Schreber, 1777) formed in the process of feralization in Karelia // The Herald Vavilov Soc. Genet. Breed. Sci. - 2009. - vol. 13. - № 3.- pp. 588-597. (In Russ)].
9. Gugolek A., Zalewski D., Strychalski J., Kon-stantynowicz M. Food transit time, nutrient digestibility and nitrogen retention in farmed and feral American mink (Neovison vison) - a comparative analysis // Journal of animal physiology and animal nutrition. - 2013. - vol. 97. - № 6. -pp. 1030-1035. https://doi.org/10.1111/jpn.12006
CHANGING THE ANTIOXIDANT SYSTEM OF FUR ANIMALS DURING THEIR DOMESTICATION
T.N. Ilyina, I.V. Baishnikova, V.A. Ilyukha
Institute of Biology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences Petrozavodsk, Russia e-mail: [email protected] e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]
Mutations affecting fur color, which were obtained as a domestication result of fur animals, can affect the physiological and biochemical properties of the organism. Domestication changes significantly affected the circulatory and respiratory systems. The oxygen consumption level is related to the antioxidant system, the state of which in the study was determined by the enzymes activity (superoxide dismutase, catalase) and the content of non-enzymatic antioxidants (vitamins A and E). The objects of study were foxes (Vulpes Vulpes L.) (Krasnaya Roschinskaya, platinum, snowy or Georgian white, pearl)
40
T.N. Ilyina, I.V. Baishnikova, V.A. Ilyukha
and minks (Neovison vison) (standard, silver-blue, sapphire, demi-buff, white-Hedlund). There was also a comparative study of antioxidants in dark brown farm and feral American mink from the natural population. Studies have shown that in foxes of different colors, the content of low-molecular antioxidants differed more significantly than the enzymes activity. The greatest differences were observed in the liver, kidneys, and skeletal muscle. The enzymes activity in minks of different types at rest was almost at the same level. The silver-blue and demi-buff minks had higher vitamin E content than standard minks. Obviously, the ability to reserve tocopherol as the main natural antioxidant, as well as the activity of antioxidant enzymes in tissues depend on the intensity of oxidative metabolism, which differs in minks of different genotypes. In a comparative study of the state of antioxidants between feral and farm mink, there were no significant differences between the enzymes activity. The vitamin E content in wild mink tissues was significantly higher than in captive mink, but the general distribution of tocopherol in the tissues of wild and farm mink was almost the same. Vitamin A in the liver and kidney was much higher in farm minks. Studies have shown that mutations affecting hair color determine the functioning of the antioxidant system in foxes and minks of different genotypes. In addition, changes in the physiological state of animals or environmental factors can have a significant impact on the state of the antioxidant system. The direction of selection which associated with domestication and animals breeding causes changes in the phenotype, which can lead not only to similar morphological, but also physiological and biochemical changes in different fur animals types.
Key words: American mink, fox, color mutations, antioxidants.
Changing the antioxidant system of fur animals 41
