CC BY
44
Зле^ронный научно-шт.о()ич£сху.й леурнал
Омского ТЯУHfl
Лубенникова М. В., Афанасьев В. А., Афанасьев К. А. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и селекции маралов // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2019. - № 3 (18) июль - сентябрь. - URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2019/3/00756.pdf. - ISSN 2413-4066
УДК: 636.294.082
Лубенникова Марина Владимировна
кандидат сельскохозяйственных наук Лаборатория биотехнологии пантовых оленей ВНИИПО ФАНЦА, г. Барнаул nic2019nik@yandex.ru
Афанасьев Виктор Александрович
кандидат ветеринарных наук Лаборатория биотехнологии пантовых оленей ВНИИПО ФАНЦА, г. Барнаул viktor-afanasev-92@mail. ru
Афанасьев Константин Александрович
кандидат ветеринарных наук Лаборатория биотехнологии пантовых оленей ВНИИПО ФАНЦА, г. Барнаул konstantin.afanasev.1992@mail.ru
Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и селекции маралов
Аннотация. Цель нашей работы - провести краткий обзор результатов использования генетических маркеров в животноводстве. Выращивание высокопродуктивных животных, от которых можно получать качественную экологически чистую продукцию - является главной задачей современного мараловодства. Показатели продуктивности преимущественно имеет полигенную природу. Они определяются многими генами при взаимодействии с окружающей средой. Для того чтобы выявить наиболее успешные по продуктивности генотипы используют генетические маркеры, которые дают информацию о разных состояниях генов. Использование большого количества генетических маркеров дает возможность более достоверно оценить генетический потенциал пород, популяций и отдельно взятых особей, что позволяет более точно контролировать селекционные процессы. Молекулярно-генетические исследования проводят в специально оборудованных биотехнологических лабораториях. Одной из них является лаборатория биотехнологии пантовых оленей ВНИИПО ФАНЦА, которая станет единственным в России центром по систематизированному изучению генома маралов. Несмотря на уже имеющиеся знания в области молекулярно-генетических исследований в животноводстве у пантовых оленей они остаются малоизученными. Ключевые слова: ДНК, маркер, мараловодство, ген, селекция.
Большинство селекционных работ в оленеводстве выполняется с применением традиционных приемов. В настоящее время осваиваются новые методы разведения животных, опирающиеся на достижения молекулярной генетики. Цель нашей работы - провести краткий обзор результатов использования генетических маркеров в животноводстве.
В современной биологии прогресс во многом базируется на использовании и развитии молекулярно-генетических подходов. В их основе лежит анализ полиморфизма ДНК, который определяется благодаря разным типам молекулярных маркеров. В настоящее время такие маркеры применяют для генотипирования при оценки генетического родства/разнообразия, в филогенетических исследованиях, при формировании генетических карт, в селекционном процессе, биотехнологии, популяционной генетике и др. [1].
Выращивание высокопродуктивных животных, от которых можно получать качественную экологически чистую продукцию - является главной целью современного мараловодства. Показатели продуктивности преимущественно имеет полигенную природу. Они определяются многими генами при взаимодействии с окружающей средой. Повышение эффективности селекции во многом будет зависеть от подбора генотипов к конкретным условиям внешней среды.
Для того чтобы выявить наиболее успешные по продуктивности генотипы используют генетические маркеры, которые дают информацию о разных состояниях генов [2].
Есть ряд вариантов определения генетических маркеров:
1) хромосомная метка или аллель, которая дает возможность проследить определенный участок ДНК;
2) специфичный фрагмент молекулы ДНК с известным расположением в геноме;
3) ген, чья фенотипическая экспрессия обычно легко отличима и может быть использована для идентификации несущей ее особи или клетки (ткани, органа) либо как зонд для ме-чения клеточных органелл (ядра, митохондрий, хлоропластов), хромосом или хромосомных локусов.
4) Участок ДНК с известной локализацией в определенной хромосоме, позволяющий следить за характером наследования признаков, с которыми данный маркер сцеплен.
Генетические маркеры, согласно установленной терминологии, обычно разделяют на три основных класса: морфологические маркеры (выявляемые на уровне фенотипа организма), молекулярные маркеры (выявляемые на уровне нуклеиновых кислот) и биохимические маркеры (различные белки, в том числе ферменты, и метаболиты).
Морфологический маркер соответствует гену, аллели которого имеют четко выраженные различия на фенотипическом уровне.
Белковый маркер соответствует гену, чьи аллели отличаются (имеют разную молекулярную массу) на уровне белкового продукта.
Молекулярный маркер соответствует гену, чьи аллели различаются на уровне ДНК
[3].
Генетический маркер высокого качества должен быть:
• полиморфным, так как «исходным материалом» селекционера и генетика служит изменчивость, а полиморфизм - ее проявление;
• мультиаллельным, так как благодаря этому увеличивается частота и спектр поли-морфности;
• кодоминантным, потому что в этом случае гетерозиготный гибрид одновременно проявляет свойства обоих родителей, что позволяет различать обе гомозиготы как друг от друга, так и от гетерозиготы;
• «нейтральным», так как замена аллелей в маркерном локусе не имеет фенотипическо-го или селективного эффекта (полиморфизм на молекулярном уровне ДНК почти всегда нейтрален);
• нечувствительным к воздействию окружающей среды, что должно проявляться в корреляции фенотипа и проявлении маркера или маркерного признака вне зависимости от воздействия окружающей среды [4].
Морфологические маркеры во многом не соответствуют данным требованиям. Они недостаточно полиморфны и в большинстве случаев либо рецессивны, либо доминантны. Помимо этого, морфологические маркеры часто подвержены воздействию других свойств или признаков. Они могут зависеть от влияния внешней среды.
При этом, большая часть биохимических и молекулярных маркеров соответствуют вышеуказанным критериям.
Благодаря белкам был сделан настоящий прорыв в исследованиях популяционной генетики, но со временем обнаружились и некоторые недостатки белковых маркеров. К более значимым можно отнести тот факт, что анализ белков дает возможность тестировать изменения только в белоккодирующих последовательностях.
На сегодняшний день из-за стремительного развития ДНК-технологий белковые маркеры оказались практически вытесненными из популяционной генетики изучением полиморфизма на уровне ДНК. Это позволит тестировать генетическую изменчивость не на уровне продуктов экспрессии гена, а на уровне генома [5].
В современной генетике роль молекулярных маркеров трудно переоценить. С помощью этих маркеров составлены подробные молекулярные карты генома человека и десятков видов растений и животных. На эти карты нанесены важнейшие гены, которые определяют рост и развитие организмов, устойчивость к заболеваниям, морфологические признаки и другие свойства. Молекулярные маркеры широко применяются в сравнительной генетике и геномике, в популяционной генетике, в филогенетических исследованиях. Благодаря молекулярным маркерам расширяются возможности медицинской диагностики, появляются новые более точные методы паспортизации пород животных и сортов растений. Применение молекулярных маркеров позволяет существенно ускорять процесс селекции [6,7].
Использование большого количества генетических маркеров позволяет дать более достоверную оценку генетическому потенциалу пород, популяций и отдельно взятых особей. Это в свою очередь позволяет более точно контролировать селекционные процессы.
По мнению Е.И. Кийко, большую актуальность представляет нахождение локализации гена на хромосоме количественных признаков ^ТЬ) для оценки генетических параметров [8].
В племенном деле для решения данной задачи существует направление - селекция с помощью маркеров, целью которой является замена селекции по фенотипу на селекцию на уровне ДНК.
Выявление локусов количественных признаков, которые отвечают за экономически важные продуктивные признаки, является основой маркерной селекции. Достаточно идентифицировать маркер с неизвестной функцией, связанный с QTL и определить сцепление между аллелями в маркерном локусе.
Поиск маркеров - одно из важнейших направлений, которое позволяет выявить генотипы животных, обладающих хозяйственно-полезными признаками.
По мнению Джулия ван де Веф, идея маркеров заключается в том, что существуют гены, которые оказывают существенное воздействие на признаки, информацию о которых можно применять в селекции. Довольно много генов отвечает за проявление экономически важных признаков. Некоторые из них оказывают более значимое влияние. Такие гены получили называние основных, они локализованы в QTL. Не смотря на то, что QTL относят ко всем генам, которые отвечают за признак, на практике получается так, что к QTL относят только наиболее значимые, основные гены [9].
Среди значительного количества генов, контролирующих продуктивность, выделяют группу мажорных генов, которые вносят наибольший вклад в формирование и функционирование данного количественного признака. Примером таких генов служат гены, кодирующие белки молока. Использование генетических маркеров в качестве дополнительных критериев при отборе сельскохозяйственных животных позволяет ускорить селекционный процесс и повысить его эффективность [10].
Как известно, маркерная селекция после каждого возвратного скрещивания позволяет наблюдать за дальнейшим распространением желательного генотипа и на основе этого вести отбор. С помощью маркерной селекции может быть существенно сокращено число необходимых возвратных скрещиваний, не препятствуя при этом симультативной селекции по признакам продуктивности в исходной популяции.
С помощью генной диагностики можно определить влияние генов на животноводческую продукцию. Маркерная селекция позволяет не дожидаться фенотипического проявления. Селекция может выполняться уже на стадиях эмбриона, а для ограниченных полом признаков проводиться у обоих полов.
Необходимо отметить, что несмотря на значительные достижения в изучении маркерной селекции у животных, в мараловодстве эти вопросы раскрыты недостаточно, что представляет большой научный и практический интерес.
Современные задачи по интенсификации отрасли мараловодства сводятся к увеличению объемов производства пантов, также требуют развития новых подходов к управлению генетическими ресурсами животных. В этой связи большие надежды возлагаются на созданную в 2019 году лабораторию биотехнологии пантовых оленей на базе ВНИИПО ФАНЦА.
Основной целью работы лаборатории является научно-исследовательская деятельность по перспективным прикладным биологическим направлениям в области сельскохозяйственной биотехнологии и криобиологии маралов. А именно - получение новых знаний о геноме маралов и пятнистых оленей, генетической структуре популяции. Данные исследования будут проводиться систематизировано впервые в Российской Федерации. Планируется определение генотипических особенностей маралов и пятнистых оленей, содержащихся в Алтайском крае и Республике Алтай; проведение видовой генетической идентификации оленей алтае-саянской и алтае-уссурийской пород. Также в планы входит разработка основ маркерной селекции в мараловодстве, а именно:
- создание системы генетических маркеров продуктивных качеств маралов;
- разработка методик оценки племенной ценности маралов в раннем возрасте;
- разработка генетического паспорта животного;
- создание банка биоматериала от высокопродуктивных маралов рогачей.
В заключении следует еще раз отметить, что несмотря на уже имеющиеся знания в области молекулярно-генетических исследований в животноводстве, у пантовых оленей они остаются малоизученными. Создание лаборатории биотехнологии пантовых оленей является очень актуальным и перспективным направлением и представляет огромный интерес как с научной, так и с практический точки зрения.
Список литературы
1. Ganal, M.W. Large SNP arrays for genotyping in crop plants / M.W. Ganal, A. Polley, E.M. Graner, J. Plieske, R. Wieseke, H. Luerssen, G. Durstewitz // J Biosci. - 2012. - Vol. 37. - P. 821-288.
2. Шендаков, А.И. Генетические аспекты модернизации молочного скотоводства/ А.И. Шендаков, Т.А. Шендакова // Вестник ОрегГАУ. - 2009. -№2.
3. Серебровский, А.С. Генетический анализ / А.С. Серебровский. - М.: Наука, 1970. - 342 с.
4. Karp, A. Molecular tools in plant genetic resources conservation: a guide to the technologies/ A. Karp, S. Kresovich, K.V. Bhat, W.G. Ayad, T. Hodgkin // IPGRI Technical Bulletin. - 1997. -№ 2. - Р. 25.
5. Jaisval, P. Gramene: Development and integration of trait andgene ontologies for rice/ P. Jais-val, D. Ware, J. Ni, K. Chang et al. // Comparative and functional genomics. - 2002. - Vol. 3. -Р.132-136.
6. Алтухов, Ю.П. Полиморфизм ДНК в популяционной генетике. / Ю.П. Алтухов, Е.А. Сал-менкова // Генетика. - 2002. - Т. 38. - С. 1173-1195.
7. Банникова, А.А. Молекулярные маркеры и современная филогенетика млекопитающих / А.А. Банникова // Журнал общей биологии. - 2004. - Т. 65. - С. 278-305.
8. Кийко, Е.И. Принципы маркерной селекции в молочном скотоводстве / Е.И. Кийко // Вестник ТГУ. - 2010. - т.15, вып. 1.
9. Julius van der Werf. Identifying and incorporating genetic marker and major genes in animal breeding programs. Belo Horizonte - Brasil: 2000.
10. Elcio, P. Guimaraes Dargie Marker-assisted selection, food and agriculture organization of the united nations Rome/ Elcio P. Guimaraes, John Ruane, Beate D. Scherf, Andrea Sonnino, James D. - 2007.
Marina Lubennikova
Сandidate of Agricultural Sciences
Federal Altai Scientific Centre of Agro-Bio Technologies (FASCA), Barnaul nic2019nik@yandex.ru
Viktor Afanas'ev
Candidate of Veterinary Sciences
Federal Altai Scientific Centre of Agro-Bio Technologies (FASCA), Barnaul viktor-afanasev-92@mail. ru
Konstantin Afanas'ev
Candidate of Veterinary Sciences
Federal Altai Scientific Centre of Agro-Bio Technologies (FASCA), Barnaul konstantin.afanasev.1992@mail.ru
Molecular markers in genetic research and breeding of marals
Abstract. The purpose of our work is to provide a brief overview of the use of genetic markers in animal husbandry. Cultivation of highly productive animals from which it is possible to receive qualitative environmentally friendly production-is the main task of modern maral breeding. Productivity indicators are predominantly polygenic in nature. They are determined by many genes when interacting with the environment. In order to identify the most successful genotypes in terms of productivity, genetic markers are used, which provide information about different States of genes. The use of a large number of genetic markers makes it possible to more reliably assess the genetic potential of breeds, populations and individuals, which allows more accurate control of breeding processes. Molecular genetic studies are carried out in specially equipped biotechnology laboratories. One of them is the laboratory of antler deer biotechnology VNIIPO FANZ, which will be the only center in Russia for systematic study of the maral genome. Despite the already existing knowledge in the field of molecular genetic research in animal husbandry in antler deer, they remain poorly studied.
Keywords: DNA marker, maral breeding, gene selection
