CC BY
48
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2011, № 6
Цитогенетика
УДК 636.2:575.224.42
НОВЫЙ СЛУЧАЙ РЕЦИПРОКНОЙ ТРАНСЛОКАЦИИ rcp(13; 26) У КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
М.Л. КОЧНЕВА1, А.Н. ЖИДЕНОВА1, Л.С. БИЛТУЕВА2, Т.Ю. КИСЕЛЕВА3
При цитогенетическом обследовании 21 фенотипически здоровой племенной коровы черно-пестрой породы (3-6-й мес 3-й лактации) в хозяйствах Новосибирской области выявлены] животные — носители хромосомной перестройки (нового типа реципрокной транслокации). Цитологический анализ препаратов показал наличие в кариотипе этих животных значительно укороченной хромосомы. Установлен случай наследования этой мутации от родителей к потомкам.
Ключевые слова: хромосомная мутация, реципрокная транслокация, черно-пестрая порода, крупный рогатый скот.
Keywords: chromosome mutation, reciprocal translocation, Black-and-White breed, cattle.
Клиническая цитогенетика животных начала развиваться одновременно с цитогенетическими исследованиями человека (1). Наиболее активные изыскания пришлись на конец 1980-х годов. Значительная часть научных сообщений о мутациях хромосом у животных отражает ассоциацию последних со снижением или существенным нарушением плодовитости. В настоящее время накоплен достаточный объем данных, который позволяет оценить степень распространения того или иного типа нарушений карио-типа у животных в разных странах, по породам и популяциям.
Из числа хромосомных нарушений, регистрируемых у крупного рогатого скота, можно выделить две основные группы: хромосомные перестройки (аберрации) и анеуплоидия половых хромосом. Изученные лучше всего и часто встречающиеся нарушения кариотипа, в большинстве случаев не обладающие летальным эффектом, — робертсоновские и реципрок-ные транслокации, часть из которых наследуются, а другие появляются de novo. Робертсоновская транслокация, возникающая в результате центрического слияния двух акроцентрических негомологичных хромосом с образованием метацентрической или субметацентрической хромосом, относится к наиболее распространенным типам хромосомных аберраций. В цито-генетических исследованиях, проведенных в разных странах и на разных породах крупного рогатого скота, чаще всего регистрируется центрическое слияние rob(1; 29) между самой крупной и самой мелкой хромосомами, впервые обнаруженное в шведской красно-пестрой породе скота (2). Анализ полученных данных выявил значительные различия по частоте распространения этого типа робертсоновской транслокации как между породами, так и внутри пород крупного рогатого скота. Уже описаны более 50 типов робертсоновских транслокаций у этого вида животных, причем в образовании центрических слияний участвовали все аутосомы, однако чаще вовлекались в структурные перестройки хромосомы из 1-й, 29-й, 21-й, 14-й и 16-й пар.
В последнее время особое внимание уделяется реципрокным транслокациям, которые вызывают формирование квадривалента в мейозе, что ведет к образованию несбалансированных гамет. У таких животных плодовитость может уменьшаться на 50 % и более. Число сообщений о реци-прокных транслокациях у крупного рогатого скота невелико (табл. 1). Эту мутацию относят к стабильной перестройке хромосом, так как в большин-
стве случаев наблюдается ее наследование в ряду поколений. Следует отметить некоторые типы реципрокных транслокаций, ассоциированные с фенотипическими нарушениями у животных. В. Мауг с соавт. (3) описали пример, когда после осеменения спермой быка-носителя гср(10; 11)(41; 14) у коров в 30 % случаев наблюдали возвращение в охоту после повторного осеменения, а в варианте со спермой быка-носителя гср(8; 15)(21; 24) — в 25 % случаев (4). Такие типы транслокаций, как гср(1; 8; 9)(я43; д13; д26) (5) и гср(20; 24)(д17; д25) (6), обнаруженные у быков-производителей, также ассоциировались с повторным возвращением в охоту осемененных ими коров соответственно в 36,4 и 17,0 % случаев. Носители транслокаций гср(2д-; 20д), 1(8д-; 27д) (7) и гср(8; 13)(д11; д24) (8) были стерильными самцами.
1. Типы реципрокных транслокаций, зарегистрированные у крупного рогатого скота (данные литературы)
Транслокация
Автор, источник Год
Порода, пол носителя мутации
Фенотипический эффект_
гср(10; 11)(41; 14) 1(2д-; 20д+), 1(8д-; 27д+) (двойная транслокация) гср(8; 15)(21; 24)
1(Х; 23)(р+; д-)
гср(1; 8; 9)^43; д13; д26)
гср(1; 8)(?; ?)
гср(20; 24)(д17; д25)
гср(8; 13)(д11; д24) гср(Х; 1)(42; 13)
гср(12; 17)(д22; д14)
гср(1; 5)(д21^дег; д33)
гср(У; 9)(д12.3; д21.1) гср(11; 21)(д28; д12)
гср(9; 11)(д27; д11)
гср(2; 4)(д45; д34) 1(У; 21)(р11; д11)
1(4; 7)(д14; д28)
В. Мауг е.а. (3) 1979 О.О. Бе БсИеррег е.а. (7) 1982
В. Мауг е.а. (4) 1983
Р.К. Вазгиг е.а. (9-11) 1992, 2001, 2001
A. Коуас« е.а. (5) 1992
К. Chгis1ensen е.а. (12) 1992
М. Апёегаоп е.а. (13),1992 Б.А. Villagomez е.а. (6) 1993 Н.А. Атап е.а. (8) 1993
B. Мауг е.а. (14) 1998
А. Би^ е.а. (1) 2000
Ь. Iannuzzi е.а. (15) 2001
Ь. Iannuzzi е.а. (16) 2001 Ь. Mol1eni е.а. (17) 2007
Ь. Бе Ьoгenzi е.а. (18) 2007
М. Б^^ошИ е.а. (19) 2008 М. Swi1onski е.а. (20) 2011
?, бык ?, бык
Серый альпийский скот, бык
Помеси пород лимузин х джерсейская, корова
Американская бурая швицкая порода, бык Американская бурая швицкая порода, бык ?, быки
Снижение плодовитости
Бесплодие
Фенотипически
нормальный
Снижение фертильности
Снижение плодовитости Снижение плодовитости Снижение плодовитости
?, бык
Симментальская порода, телочка
Монбельярдская порода. бык
Серый альпийский скот, Бесплодие бык
Кианская порода, бык Кианская порода, бык
Стерильность Фенотипически нормальный Снижение плодовитости
Ь. Бе Lorenzi е.а. (21) 2010
Маркиджанская порода, бык
Айрширская порода, бык Голштино-фризская порода, бык
Маркиджанская порода, бык
Стерильность Пониженная пролиферация половых клеток Снижение плодовитости
Снижение плодовитости Фенотипически нормальный, пониженный уровень тестостерона Фенотипически нормальный
В дополнение к межаутосомным транслокациям известно несколько примеров Х-аутосомных типов транслокаций (9, 10, 11, 14). Интересный факт был установлен при цитогенетическом обследовании 50 двоен химериков женского пола у симментальского скота (14). У 2-месячной телочки выявлен химеризм половых клеток ХХ:ХУ, при этом во всех клетках с набором половых хромосом ХХ обнаружена реципрокная транслокация гср(Х; 1)(42; 13), тогда как в ХУ-клетках перестройка не выявлялась. Эта транслокация относилась к сбалансированному типу, телочка была здоровой и фенотипически нормальной для своего возраста.
Целью нашей работы было выявление носителей хромосомных нарушений в популяциях крупного рогатого скота, анализ обнаруженной мутации и ее фенотипического эффекта.
Методика. При ежегодном цитогенетическом мониторинге в хозяйствах Новосибирской области (2008-2010 годы) обследовали 21 племен-
t ъ
ft^ctjT f)
4
9 \
4
ную корову черно-пестрой породы (фенотипически здоровые животные, находящиеся на 3-6-м мес 3-й лактации).
Для получения препаратов хромосом использовали образцы культуры лейкоцитов периферической крови животных. Культивирование лимфоцитов (0,5 мл) осуществляли в течение 48 ч в питательной среде RPMI-1640 (5 мл) с добавлением 15-20 % аутологичной сыворотки и конканава-лина (0,1 мл). За 1,5 ч до завершения культивирования в среду добавляли раствор колхицина. Гипотоническую обработку проводили с использованием 0,56 М раствора КС1 в течение 20 мин при температуре 37 °С, затем выполняли предфиксацию клеточной культуры с последующей фиксацией в метанол-уксусной смеси. Препараты хромосом рутинно окрашивали в растворе Гимзы и исследовали под микроскопом Biolar 1DP5AZ (Польша, увеличение Х1000). G-дифференциальное окрашивание проводили по методике Сибрайт (22) с модификациями.
Результаты. При первичном цитогенетическом мониторинге популяций крупного рогатого скота черно-пестрой породы была выявлена корова — носительница хромосомной перестройки (предположительно реци-прокной транслокации) с набором хромосом 2n = 60 (рис. 1).
За период хозяйственного использования от этой коровы получены два фенотипически здоровых теленка (бычок и телочка), одна стельность была прервана абортом. Как известно, у животных с транслокацией (особенно ре-ципрокной) в гетерозиготном состоянии в ходе мейоза наряду с полноценными гаметами образуются половые клетки с избытком или недостатком хромосом. Поэтому фенотипическое проявление такого типа хромосомных мутаций выражается в повышении эмбриональной смертности.
Обращает на себя внимание тот факт, что один из потомков (телочка) унаследовал мутацию от матери (рис. 2).
К сожалению, кариоти-пический анализ бычка не удалось осуществить по причине его выбытия из стада. Не было также установлено, унаследовала ли мутацию корова от отца Серпа № 265 или матери Смуглянки № 845 либо нарушение возникло de novo. Следует отметить, что цитогенетическое тестирование шести дочерей этого
Рис. 2. Схема генеалогических связей коровы черно- производителя не выявИЛо у нИХ пестрой породы, у которой была выявлена аберрант- наличия маркерной хромосомы.
ная хромосома. С помощью дифферен-
циального окрашивания хромосом коровы Веточки № 34-20 удалось установить, что в перестройку были вовлечены хромосомы из 13-й и 26-й пар (рис. 3). Несмотря на нормальное число хромосом (2n = 60), GTG-окраши-вание выявило наличие нетипичной хромосомы (с учетом ее соответствующего
4 »
Рис. 1. Метафазная пластинка хромосом коровы (2п = 60, XX) черно-пестрой породы с аберрантной хромосомой (обведена кружком). Окрашивание по Гимзе, увеличение Х1000.
№ 1321
Лборт
т*
U
Н
Н К is t! Н
»*
13
10
Hi
* «
16
п
i»
Я в
12
17
размера и рисунка исчер-ченности) и показало, что эта хромосома представляет собой продукт реципрокной траслокации между хромосомами 13-й и 26-й пар. Еще один продукт этой перестройки — укороченная хромосома из 26-й пары. Корова Веточка № 34-20 и ее дочь (№ 35-30) оказались гетерозиготными носителями хромосомной перестройки. В настоящее время предпринимаются попытки установить сайты разрывов хромосом, участвующих в реципрокной транслокации, с применением различных методов окрашивания.
Реципрокные транслокации формируются в результате одновременного разрыта в двух или более негомологичных хромосомах и взаимного обмена между образовавшимися сегментами равной или неравной длины. В мейозе гомологичные гены и их блоки конъюгируют, и при наличии перестроек изменяется обычный вид конъюгирующих гомологов (23). Реципрокные транслокации появляются, как правило, в гетерозиготном состоянии.
кй
t* *Z К
23
19
25
20
»4
26
24
27
ин
28
V
29
XX
Рис. 3. ОТО-окрашенные хромосомы коровы Веточки № 34-20, гетерозиготной по реципрокной транслокации гср(13; 26). Аберрантные хромосомы отмечены стрелками. Увеличение Х1000.
2. Число случаев вовлечения хромосом крупного рогатого скота в разные типы реципрокных транслокаций
Число случаев Номер пары хромосом
0 3; 6; 14; 16; 18; 19; 22; 25; 26; 28; 29
1 5; 7; 10; 12; 13; 15; 17; 23; 24; 27
2 2; 4; 20; 21; X; Y
3 9; 11
Большинство реципрокных транслокаций у крупного рогатого скота отмечают в аутосо-мах (60 %) и гоносомах (табл. 2) кариотипа, и в основном они были открыты благодаря тому, что оказывали влияние на плодовитость носителей транслока-5 8 ций (см. табл. 1). Важно подчерк-
нуть, что носителями транслокаций, как правило, были быки. Вероятно, это связано с тем, что производители оказывают значительное влияние на формирование генофонда популяции, а потому необходима оценка цитогенетического статуса быков, особенно используемых в сети искусственного осеменения.
Если проанализировать частоту вовлечения хромосом кариотипа крупного рогатого скота в транслокации, то можно отметить, что аутосомы из пар 8, 1, 9 и 11 чаще других участвуют в такого рода перестройках, затем следуют хромосомы из пар 2, 4, 20, 21 и половые хромосомы. Следовательно, некоторые хромосомы наиболее предрасположены к разрывам и образованию транслокаций. Около 40 % аутосом пока не вовлекались в реципрок-ные транслокации, по крайней мере соответствующие публикации нам не известны. По мнению L. Molteni с соавт. (17), невысокая частота реципрокных транслокаций у Bos taurus связана с акроцентрическим типом всех
аутосом, и при использовании рутинного окрашивания сложно обнаружить морфологические изменения хромосом за исключением случаев, когда это выявляется визуально (аномально удлиненная или укороченная хромосома).
На необходимость проведения цитогенетического скрининга популяций племенных животных указывает следующий факт. Показано, что в большинстве стран частота хромосомных нарушений у пород молочного направления (например, широко распространенной робертсоновской транслокации между хромосомами из 1-й и 29-й пары) заметно снизилась, в то время как у мясного скота подобных изменений не наблюдается (1). Более того, можно проследить тенденцию к росту числа случаев реципрокных транслокаций у пород мясного направления (см. табл. 1). Вероятно, это связано с менее жестким отбором животных в племенное ядро, что подтверждает важность цитогенетической аттестации формирующих его особей (24).
Таким образом, данные литературы и результаты наших исследований указывают на связь между обнаруженными хромосомными нарушениями и снижением воспроизводительных качеств у крупного рогатого скота. В ряде случаев животные — носители перестроек могут быть клинически здоровыми, но у них значительно снижается плодовитость из-за неполноценности гамет. Для предотвращения широкого распространения хромосомных аномалий в популяции цитогенетическая аттестация особей особенно важна при формировании племенного ядра, создании новых линий, типов и пород.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. D u c o s A., R e v a y T., K o v a c s A., H i d a s A., P i n t o n A., B o n n e t - G a r-n i e r A., M o l t e n i L., S l o t a E., S w i t o n s k i M., A r r u g a M.V., V a n H a e r i n g e n W.A., N i c o l a e I., C h a v e s R., G u e d e s - P i n t o H., A n d e r ss o n M., I a n n u z z i L. Cytogenetic screening of livestock populations in Europe: an overview. Cytogen. Genome Res., 2008, 120(1-2): 26-41.
2. G u s t a v s s o n I. Distribution and effects of the 1/29 Robertsonian translocation in cattle. J. Dairy Sci., 1979, 62(5): 825-835.
3. M a y r B., T h e m e s s e l H., W^kl, F. & Schleger, W. Reziproke Translokation 60, XY, t(10; ll)(41; 14) beim Rind. Z. Tierzucht. Zuchtgsbiol., 1979, 96: 44-47.
4. M a y r B., K r u t z l e r H., A u e r H., S c h l e g e r W. Reciprocal translocation 60, XY, t(8; 15)(21; 24) in cattle. J. Reprod. Fert., 1983, 69(2): 629-630.
5. K o v a c s A., V i l l a g o m e z D.A.F., G u s t a v s s o n I., L i n d b l a d K., F o-o t e R.H., H o w a r d T.H. Synaptonemal complex analysis of a three-breakpoint translocation in a subfertile bull. Cytogen. Cell Gen., 1992, 61: 195-201.
6. V i l l a g o m e z D.A., A n d e r s s o n M., G u s t a v s s o n I., P l о e n L. Synaptonemal complex analysis of a reciprocal translocation, rcp(20; 24)(q17; q25), in a subfertile bull. Cytogen. Cell Gen., 1993, 62: 124-130.
7. D e S c h e p p e r G.G., A a l b e r s J.G., T e B r a k e J.H. Double reciprocal translocation heterozygosity in a bull. The Veterinary Record, 1982, 110(9): 197-199.
8. A n s a r i H.A., J u n g H.R., H e d i g e r R., F r i e s R., K о n i g H., S t r a n z i n-g e r G. A balanced autosomal reciprocal translocation in an azoospermic bull. Cytogen. Cell Gen., 1993, 62: 117-123.
9. B a s r u r P.K., P i h e i r o L.E.L., B e r e p u b o N.A., R e y e s E.R., P o p e s c u P.C. X chromosome inactivation in X autosome translocation carrier cows. Genome, 1992, 35(4): 667-675.
10. B a s r u r P.K., R e y e s E.R., F a r a z m a n d A., K i n g W.A., P o p e s c u P.C. X-autosome translocation and low fertility in a family of crossbred cattle. Animal Reprod. Sci., 2001, 67(1): 1-16.
11. B a s r u r P.K., K o y k u l W., B a g u m a - N i b a s h e k a M., K i n g W.A., A mb a d y S., P o n c e d e L e у n FA. Synaptic pattern of sex complements and sperm head malformation in X-autosome translocation carrier bulls. Mol. Reprod. Develop., 2001, 59(1): 67-77.
12. C h r i s t e n s e n K., A g e r h o l m J.S., L a r s e n B. Dairy breed bull with complex chromosome translocation: fertility and linkage studies. Hereditas, 1992, 117: 119-202.
13. A n d e r s s o n M., A a l t o J., G u s t a v s s o n I. Embryo quality and andrological study of two subfertile bulls versus five control bulls with normal fertility. Theriogenology, 1992, 38(4): 623-631.
14. M a y r B., K o r b H., K i e n d l e r S., B r e m G. Reciprocal X;1 translocation in a calf. Gen. Sel. Evol., 1998, 30(3): 305-308.
15. I a n n u z z i L., M o l t e n i L., D i M e o G.P., P e r u c a t t i A., D e L o r e n-z i L., I n c a r n a t o D., D e G i o v a n n i A., S u c c i G., G u s t a v s s o n I. A new balanced autosomal reciprocal translocation in cattle revealed by banding techniques and human-painting probes. Cytogen. Cell Gen., 2001, 94: 225-228.
16. I a n n u z z i L., M o l t e n i L., D i M e o G.P., D e G i o v a n n i A., P e r u c a t-t i A., S u c c i G., I n c a r n a t o D., E g g e n A., C r i b i u E.P. A case of azoospermia in a bull carrying a Y-autosome reciprocal translocation. Cytogen. Cell Gen., 2001, 95: 225-227.
17. M o l t e n i L., P e r u c a t t i A., I a n n u z z i A., D i M e o G.P., D e L o r e n-z i L., D e G i o v a n n i A., I n c a r n a t o D., S u c c i G., C r i b i u E., E gg e n A., I a n n u z z i L. A new case of reciprocal translocation in a young bull: rcp(11; 21)(q28; q12). Cytogen. Genome Res., 2007, 116: 80-84.
18. D e L o r e n z i L., D e G i o v a n n i A., M o l t e n i L., D e n i s C., E g g e n A., P a r m a P. Characterization of a balanced reciprocal translocation, rcp(9; 11)(q27; q11) in cattle. Cytogen. Genome Res., 2007, 119(3-4): 231-234.
19. S w i t o n s k i M., A n d e r s s o n M., N o w a c k a - W o s z u k J., S z c z e r b a l I., S o s n o w s k i J., K o p p C., C e r n o h o r s k a H., R u b e s J. Identification of a new reciprocal translocation in an AI bull by synaptonemal complex analysis, followed by chromosome painting. Cytogen. Genome Res., 2008, 12: 245-248.
20. S w i t o n s k i M., S z c z e r b a l I., K r u m r y c h W., N o w a c k a - W o s z u k J. A case of Y-autosome reciprocal translocation in a Holstein-Friesian bull. Cytogen. Genome Res., 2011, 132(1-2): 22-25.
21. D e L o r e n z i L., K o p e c n a O., G i m e l l i S., C e r n o h o r s k a H., Z a n-n o t t i M., B e n a F., M o l t e n i L., R u b e s J., P a r m a P. Reciprocal translocation t(4; 7)(q14; q28) in cattle: molecular characterization. Cytogen. Genome Res., 2010, 129(4): 298-304.
22. Г р а ф о д а т с к и й А., Р а д ж а б л и С. Хромосомы сельскохозяйственных и лабораторных млекопитающих (Атлас). Новосибирск, 1988.
23. Д у б и н и н Н.П. Общая генетика. М., 1986.
24. К о ч н е в а М.Л. Соматическая хромосомная нестабильность у свиней в норме и при патологии. С.-х. биол., 2003, 2: 69-72.
1ФГОУ ВПО Новосибирский государственный Поступила в редакцию
аграрный университет, 29 марта 2011 года
630039 г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, e-mail: mlkochneva@rambler.ru;
2Учреждение Российской академии наук Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, 630090 г. Новосибирск-90, просп. Академика Лаврентьева, 8, e-mail: bilar@mcb.nsc.ru;
3ТНУ Всероссийский НИИ генетики и разведения сельскохозяйственных животных Россельхозакадемии, 196625 г. Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Московское ш., 55а, e-mail: ktyu@yahoo.com
А NEW CASE OF RECIPROCAL TRANSLOCATION rcp(13; 26) IN CATTLE M.L. Kochneva1, A.N. Zhidenova1, L.S. Biltueva2, T.Yu. Kiseleva3 S u m m a r y
The cytogenetic examination of 21 healthy phenotypically pedigree cows of the Black-and-White breed (3-6 month of third lactation) in farms of Novosibirsk oblast' revealed of animals-carriers of chromosomal rearrangement, a new type of reciprocal translocation rcp(13; 26). The cyto-logical analysis of preparations found out the shorter considerably chromosome in karyotype of these animals. The event of inheritance of this mutation from parents to progeny was established.
Новые книги
Б и с с в а н г е р X. Практическая энзимоло-
гия. М.: изд-во «Бином. Лаборатория знаний», 2010, 328 с.
В учебном издании, написанном из-вестныш ученым из Германии, рассмотрены теоретические основы энзимологии, применяемых
в этой научной области методов, а также приведены описания основополагающих лабора-торныгх работ. Для студентов-химиков, биохимиков и биологов, специалистов, работающих в исследовательских и промышленный лабораториях, а также для медиков — научных работников.
