CC BY
51I Конференция "Феномен доместикации как фактор эволюции"
УДК: 575.1:636.01.082.12 DOI: 10.24418/KIPZ.2019.4.0002
Накопление генетического груза у доместицированных видов домашних животных.
Ю.В. МУКИЙ1, к.б.н., доцент
Г.Ю. КОСОВСКИЙ2, д.б.н., профессор РАН
1ФГБОУ ВО СПбГАВМ 2ФГБНУ НИИПЗК
e-mail: jul.ma2015@yandex.ru
Аннотация. В данной работе проведено исследование по накоплению генетического груза у собак следующих пород: вест-хайленд-уайт терьер, ньюфаундленд, тибетский мастиф, восточно-европейская овчарка, мексиканская голая собака, русский охотничий спаниель. У животных этих популяций при ин-бредных спариваниях и у родственных особей обнаружено накопление мутантных аллелей, проявившихся в виде аномалий: неправильного прикуса (недокуса, перекуса и прямого); пупочной грыжи; крипторхиз-ма; патологий передних конечностей; атипичной формы головы и ушных раковин; микротии и анотии; тугоухости; ушных "привесок"; постаксиальной полидактилии; патологий желудочно-кишечного тракта, развития зубной эмали и ушных хрящей; искривления хвоста; летальности. Все изученные патологии, кроме крипторхизма у русских охотничьих спаниелей, имеют аутосомно-рецессивный и возможно полигенный характер наследования с различной экспрессивностью. Крипторхизм у русских охотничьих спаниелей наследовался как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак. Также изучен полиморфизм генов DGAT1 и GHR у коров айрширской породы одного хозяйства Ленинградской области. Рассчитаны частоты встречаемости генотипов в двух группах животных общей численностью 300 голов. Установлено, что искусственный отбор по признакам молочной продуктивности меняет частоты аллелей в противовес закону Харди-Вайнберга.
Ключевые слова: генетический груз, доместицированные виды животных, собаки, коровы айрширской породы
Введение. В последние десятилетия накопление генетического груза у доместицированных видов является актуальной проблемой. В условиях интенсивной селекции и искусственного отбора животных по определенным признакам часто применяется инбридинг, односторонний подбор пар и использование минимального количества производителей у сельскохозяйственных видов. При этом требования к адаптивной пластичности домашних животных постоянно возрастают. Итогом такого разведения является инбредная депрессия, выражающаяся в накоплении генетического груза в виде вредных мутаций, летальных и субвитальных генов. Необходимо отметить, что изучение роли наследственности в этиологии аномалий и полиморфизма генов является частью общих проблем ветеринарной генетики, т.к. многие признаки, обусловленные мутациями (бесшерстность, полидактилия, крипторхизм, грыжи и др.), характерны для разных видов и пород, что соответствует положениям закона гомологических рядов наследственной изменчивости, сформулированного Н.И.Вавиловым. Спектр генетического груза и характер наследования отдельных признаков в
отечественных популяциях собак, и генетический фон айрширской популяции крупного рогатого скота Ленинградской области практически не изучены. Поэтому в данной работе поставлена задача положить начало этим исследованиям.
Основная часть. Целью данной работы было: изучить характер изменений, происходящих в организме животных под влиянием искусственного отбора и селекции. Основные методы, применяемые при исследовании: клинический анализ (в т.ч. рентгенологический, Байер-тест, ларинготра-хеоскопию, функциональные тесты), генеалогический анализ, популяционно-статистический анализ и молекулярно-генетические методы. Материалом послужили собаки различных пород, коровы айрширской породы одного хозяйства Ленинградской области и документация на животных (родословные, данные о продуктивности, заключения о клинических обследованиях, рентгенологические снимки и др.).
Исследования проводились в популяциях следующих пород собак: вест-хайленд уайт терьер, русский охотничий спаниель, ньюфаундленд, тибетский мастиф, малинуа, восточно-европейская
Конференция "Феномен доместикации как фактор эволюции"
0,13%
■ "Недокус"
■ Кршл т I :>\п >м
Смешение зу&ОЕ
11: мл ЛИН
передние конечностей
5,30% 4ТЙ5%
3.10%
6135%
Здоровые
Рисунок 2. Распределение соотношения различных заболеваний в популяции собак породы ньюфаундленд численностью 600 гол.
овчарка, мексиканская голая собака. У собак трех породпород - вест-хайленд-уайт терьер, ньюфаундленд и русский охотничий спаниель - установлены следующие патологии: паховая грыжа, искривление (залом хвоста), неправильный прикус (перекус), крипторхизм и летальность (рис. 1).
Из диаграммы, представленной на рисунке 1, видно, что наибольший процент патологий приходится на летальность - 15,1%; также высока встречаемость перекуса - 8,1% и паховой грыжи - 5,8%.
В популяции собак породы ньюфаундленд генетический груз представлен в виде следующих аномалий: неправильный прикус (недокус) - 1,2%; крипторхизм - 0,7%; смещение зубов - 0,66%; аномалий передних конечностей - 0,33% (рис.2).
У собак данных пород установлено по нескольку патологий одновременно, причем все пометы с больными животными или летальным исходом получены при инбредных вязках и при использовании в разведении сибсов больных собак.
В популяции русских охотничьих спаниелей, численностью 106 гол., обнаружен крипторхизм, наследуемый как сцепленный с Х-хромосомой признак. Доля крипторхов в породе вест-хай-ленд-уайт терьер составила 15,2% от всех кобелей, у русских охотничьих спаниелей 7,5%, а в породе ньюфаундленд 5,5%.
У собак двух пород: ньюфаундленд и тибетский мастиф установлены случаи патологии передних
■ Паховая 3.50% грыжа
■ ''Залом'1 хвоста Перекус
■ Крипторхизм "етальность
Здоровые
Рисунок 1. Распределение соотношения различных заболеваний в популяции вест-хайленд-уайт терьеров, численностью 86 голов.
конечностей. В популяции ньюфаундлендов, рассмотренной выше (600 гол.), у двух щенков (самцов) из шести родившихся в возрасте 2,5 мес. остановился рост лучевых костей, что привело к деформации костей предплечья (искривлению) и разнице в длине костей (у одного щенка на 1см, у другого на 3 см). В породе тибетский мастиф, численностью 83 гол., патологии обнаружены у четырёх щенков, причём у трёх из одного помёта (два самца и одна самка) из девяти родившихся, и у одного самца из пяти родившихся из другого, однако у них был общий предок - сука, которая в первом помете была матерью, а во втором матерью матери (ММ). У животных с 4мес. остановился рост локтевых костей, и к 6, 5 мес. наблюдалось искривление лучевых конечностей. Что составило в первой популяции 0,3%, а во второй 4,8%. У собак данных пород установлен наследственный характер патологий.
Изучение генетического груза на популяции собак породы малинуа (367 голов) позволило выявить следующие патологии: 4,9% зубной эмали; 2,99% желудочно-кишечного тракта; 1,08% паралич гортани; 0,54% патология ушных хрящей и 0,82% прямой прикус. Паралич гортани наблюдался в возрасте 5-6 лет, а остальные аномалии в период роста собак с 5 до 12 мес. возраста. Нарушения проявились у щенков в пяти пометах от ин-бредных вязок, причем пометы были достаточно большими - от шести до девяти щенков, а доли
Таблица 1
Частота встречаемости различных патологий в популяции ксолоитскуинтли
Кол-во пометов Кол-во собак имеют «привески» с патологиями головы летальный исход в первые дни жизни
61 260 48 9 11
Р 18,5 3,5 4,2
Конференция "Феномен доместикации как фактор эволюции"
больных составляли 100%, 89%, 83%, 71% и 29%, соответственно.
У восточно-европейских овчарок одной популяции, численностью 70 голов, установлена постаксиальная полидактилия у 8,6% собак, проявлявшаяся в виде одного прибылого пальца на одной или двух задних конечностях. Животные с патологией имели общих предков, а количество щенков в этих пометах было малочисленное: в одном помете родился только один щенок (самец) и имел полидактилию; во втором помете из трёх щенков у всех (двух самок и одного самца) была патология, в третьем помете из трёх родившихся у двух щенков (одного самца и одной самки была патология. Пометы здоровых собак насчитывали от четырёх до семи щенков. Таким образом, можно предположить, что генетический груз мог проявиться также в виде летальности в эмбриональный период развития.
В популяции мексиканских голых собак (ксо-лоитскуинтли), численностью 260 голов генетический груз проявился в виде следующих аномалий: нарушения формы черепа, ушных раковин и их анатомического положения, микротии и анотии, ушных «привесок» [3], тугоухости, укорочения нижней челюсти и летальности. Частота встречаемости патологий приведена в таблице 1.
Одиннадцать собак из данной популяции проверены на тугоухость с помощью Байер-Теста. У восьми животных обнаружена тугоухость разной степени от снижения проводимости до 60%, у трёх двусторонняя, у четырёх левосторонняя, у одного кобеля правосторонняя. У собак с тугоухостью имелись также «привески». Все собаки с патологиями были «голыми» и имели общих предков. Таким образом, установлен наследственный характер патологий и связь накопления генетического груза с геном голости FOXi3 у данной породы.
У крупного рогатого скота известны гены-кандидаты, влияющие на удой, количество и процент жира и белка в молоке, однако актуальным является изучение генетического фона в определенной генотипической среде. Одним из таких маркеров является ген диацетил-глицерин О-ацетил транс-фераза DGAT1 на ВТА 14 [5]. Консервативная замена К232А Lys/Ala в положении лизин влияет на увеличение жирности молока, а аланин на повышение удоя. Для исследования полиморфизма данного гена у коров айрширской породы проведено генотипирование 300 гол. скота в два этапа: в первый этап 100 гол., а во второй 200 гол. Для
проведения реал-тайм ПЦР были использованы праймеры:
R-CAGGTTGTCGGGGTAGCTCACG и F- GCTTGCTCGTAGCTTTGGCAGGT; и зонды: ТргоЬеАА AAGGCCAACGGGGGAGCTGCCCAG (R6G ) и ТprobeGC GCGGCCAACGGGGGAGCTGCC (6ТАМ). А для контроля синтезированы матрицы матрицы по заменам АА; GC; ААЮС (ООО «Бигль», СПб). На первом этапе соотношение генотипов было следующее: К- 4,0; АК - 34,0; А - 62,0. Частота встречаемости замены на аланин составила 0,79; на лизин 0,21. На втором этапе все животные были гомозиготны по АА -100%. Полиморфизм гена GHR F279Y (неконсервативная замена Т-А), приводит к замене фенилаланина на тирозин в положении 279 в экзоне 8 гена GHR КРС [6]. Этот ген на ВТА 20 является рецептором гормона роста, а также главным регулятором метаболизма и оказывает влияние не только на скорость роста животных, но и на выработку и состав молока. По литературным данным известно, что аллель Y (А) влияет на удой, а F (Т) на содержание жира, белка и лактозы в коровьем молоке [6]. В результате собственных исследований получили следующие частоты генотипов: ТТ - 0,49; АА - 0,51; ТА -0,0; а по аллелям Т - 0,49; А - 0,51. Таким образом, у айрширской породы скота, имеющей высокую молочную продуктивность по изученным нами восьми лактациям [4] установлено характерное распределение частот аллелей в соответствии с природно-экологически-ми и селекционными особенностями изучаемой популяции.
Заключение. Таким образом, у коров айршир-ской породы установлено, что некоторые генотипы по изучаемым аллелям отсутствуют, так во второй группе животных, исследуемой на полиморфизм гена DGAT1, был установлен только один генотип (АА), а по гену GHR отсутствовал генотип ТА, что показывает роль искусственного отбора в развитии популяций и изменении частот аллелей в противоположность закону Харди-Вайнберга. А у собак в результате искусственного отбора по определенным признакам и неправильного подбора родительских пар происходит накопление генетического груза, который отрицательно влияет на здоровье и жизнеспособность животных. Основным подходом для решения данной проблемы следует считать генетический мониторинг, который является высоко значимым для сохранения генофонда животных и включает слежение за изменениями генетических характеристик особи и
Конференция "Феномен доместикации как фактор эволюции"
популяции в целом; их оценку и прогнозирование в пространстве и во времени; установление пределов допустимых изменений [1]. По мнению Ю.Ф. Красавцева "Модель генетического мониторинга в популяциях сельскохозяйственных (с.-х.) животных создаёт базу для: 1) защиты наследственного аппарата с.-х. животных в условиях нарастающей мутагенной нагрузки; 2) контроля генетического состояния стад в процессе селекционно-генетической работы" [2]. При этом актуальным является использование биологических моделей, позволяющих проводить экстраполяцию на человека, т.к. для науки нашего времени, с точки зрения Кедрова (1983), характерна тенденция синтеза научного знания [2].
Список литературы:
1. Алтухов Ю.П. Генетика популяций и сохранение биоразнообразия // Природа. 1995. N 2. С.27-42. [Altukhov Yu. P. Genetics of populations and biodiversity conservation // Nature. 1995. № 2. P. 27-42. (In Russ)].
2. Красавцев Ю.Ф. Стабильность генома и генетический скрининг в комплексной оценке племенных животных: автореф. дисс. ... доктора биол. наук. Нижний Новгород. 2002. С.3. [ Krasavtsev Y. F. Genome Stability and genetic screening in a comprehensive evaluation of breeding animals: author. Diss. ... Dr. Biol. sciences'. Nizhny Novgorod. 2002. P. 3. (In Russ)].
3. Кручинский Г.В. Классификация синдромов 1-й и 2-й жаберных дуг //Вестник оториноларингологии. 1999. № 2. С. 26-29. [Kruchinsky G.V. Classification of syndromes of the 1st and 2nd gill arches // Bulletin of Otorhinolaryngology. 1999. № 2. pp. 26-29. (In Russ)].
4. Мукий Ю. В., Кузнецова Т.Ш. Статистическая оценка показателей удоя коров айрширской породы племенного хозяйства Ленинградской области // Научно-теоретический журнал «Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии». апрель-июнь 2018. № 2 (42). С. 171-176. [Mukiy J. V., Kuznetsova T. S. The Statistical evaluation of indices of milk yield of cows of Ayrshire breed of pedigree farms of the Leningrad region // Scientific-theoretical journal "Vestnik of Ulyanovsk state agricultural Academy". April-June 2018. № 2 (42). pp. 171-176. (In Russ)].
5. Bobbo T., Tiezzi F., Penasa M. et all. Short communication: Association analysis of diacylglycerol acyltransferase (DGAT1) mutation on chromosome 14 for milk yield and composition traits, somatic cell score, and coagulation
properties in Holstein bulls.// J. Dairy Sci. 2018 Sep;101(9):8087-8091. DOI: 10.3168/jds.2018-14533.
6. Ma Y.N., He P.J., Zhu J. et all. [The effect of polymorphism F279Y of GHR gene on milk production trait in Chinese Holstein cattle] [Article in Chinese] //Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi. 2013 Sep;29(5):400-4.
DOI: 10.24418/KIPZ.2019.4.0002
Accumulation of genetic load in domesticated species of domestic animals.
J. V. Mukiy1, PhD (Biological Sciences), Associate Professor
G.Yu. KOSOVSKY2, Dr. Sc. (Biology), Professor of RAS
'FSBEI HE St.Petersburg State Academy of Veterinary
Medicine
2FSBSI NIIPZK
Summary. The paper describes a study on the accumulation of genetic load in dogs of the following breeds: West highland white Terrier, Newfoundland, Tibetan Mastiff, Eastern European shepherd, Mexican naked dog, Russian hunting Spaniel. The study revealed the accumulation of mutant alleles in animals of these populations at inbred mating and in related individuals. The mutations were manifested in the form of the following anomalies: malocclusion (shortening of the upper jaw, shortening of the mandible and direct); inguinal hernia; cryptorchism; pathologies of the forelimbs; atypical shape of the head and auricles; microtia and anotia; deafness; skintags; postaxial polydactyly; pathology of the gastrointestinal tract, the development of tooth enamel and ear cartilage; bending the tail; lethality. All the studied pathologies, except for cryptorchidism in Russian hunting spaniels, have autosomal recessive and possibly polygenic character of inheritance with different expressivity. Cryptorchidism in Russian spaniels was inherited as a recessive trait linked to the X-chromosome. In addition, the authors examined the polymorphism of DGAT1 and GHR genes in cows of Ayrshire breed in one of the farms in Leningrad region and calculated the frequency of genotypes occurrence in two groups of 300 animals. The analysis showed that artificial selection on the basis of milk production changes the frequency of alleles in contrast to the Hardy-Weinberg's law.
Keywords: genetic load, domesticated species, dogs, cows of Ayrshire breed.
