CC BY
30
УДК: 636.064/636.082.4
результаты практического использования
генетических маркеров - групп крови при изучении воспроизводительной способности крупного рогатого скота
Д.Н. КОЛЬЦОВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, зам. директора
В.А. БАГИРОВ2, член-корреспондентРоссельхоза-кадемии, зам. директора
Ю.Д. РОМАНОВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
1Смоленский НИИСХ Россельхозакадемии 2ВИЖ Россельхозакадемии E-mail: vugarbagirov@mail.ru
Резюме. Исследования проведены в 2010-2013 гг. на поголовье 800 коров сычевской породы, принадлежащих ОАО п/з Рассвет Новодугинского района Смоленской области. Все коровы без учета возраста и их родители первого ряда предков были протестированы 60-ю антиэритроцитарными сыворотками, определяющими антигены эритроцитов 12 гене тических систем групп крови (A,B,C,F-V,J,L,M,S,Z,N',T',R'). Цель исследования - анализ сочетаемости спариваемых животных крупного рогатого скота, имеющих разный антигенный спектр по группам крови, выраженный в индексах антигенного сходства, вычисленных на основе предложенной формулы, и изучение их взаимосвязи с репродуктивными особенностями коров. Учитывали все плодотворные спаривания коров-пробандов (форма 2-МОЛ, п. 8), исключая первое, за весь период жизни животного, а также продолжительность сервис-периода как показатели репродуктивных особенностей. Использовали 8 групп сочетаний по индексам антигенного сходства от 5 0,0...0,39, S 0,0...0,39до 5 0,6... 0,79, S 0,0.0,39. Лучший вариант спаривания - и коровы, и быки-производители имеют индекс антигенного сходства 0,0.0,39. В этом случае число осеменений до оплодотворения составило 1,88±0,12, сервис период - 102,2±5,6 дн. Разница со II группой статистически достоверна при P<0,05, с III - при P2<0,01, с V- при P<0,05, с VI - при P0<0,1. Продолжительность сервис-периода при увеличении индекса антигенного сходства у матерей и отцов от 0,0 до 0,79 имеет тенденцию к росту до 178,5±10,3 дн. Предложенная модификация формулы Л.А. Животовского (1984) позволяет объективно судить о генетическом сходстве-различии спариваемых животных, анализировать результативность спариваний, прогнозировать удачные сочетания и рекомендовать их при индивидуальном и групповом подборе крупного рогатого скота.
Ключевые слова: генетические маркеры, локусы групп крови, индекс антигенного сходства, результативность спариваний, сервис период, число осеменений до оплодотворения, индивидуальный и групповой подбор.
Использование антигенных факторов эритроцитов крови в качестве маркеров для характеристики генетического статуса спариваемых родителей позволяет следить за селективным преимуществом гетерозигот в популяции, что способствует снижению числа осеменений до оплодотворения и уменьшению продолжительности сервис-периода, по сравнению со спариванием родителей с одинаковой антигенной конструкцией.
Установлено, что разница в наличии антигенов эритроцитов и аллелей групп крови отражает генетическое разнообразие одного индивидуума от другого, например, у крупного рогатого скота [1]. Предпринимались неоднократные попытки выразить это разнообразие математическими формулами и затем рассчитать долю его влияния на продуктивные признаки и воспроизводительные качества животных.
Теоретическую основу для проведения подобных исследований составляет открытие явлений мимикрии, которую, по мнению С.Е. Харланда [2], «можно рассматривать как общее явление повтор-ности форм, характерное для всего органического мира», и закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова [3], согласно которому «не только генетические виды, но и роды проявляют сходство в рядах наследственной изменчивости». Особую значимость приобретают эти постулаты в иммунологи. Так, «гаптен Форсмана», который многие исследователи считают прародителем всех группоспецифических антигенов у всех видов животных, встречается у растений (Zea mays), микроорганизмов (Pasteurella cuniculi, Salmonella pullorum, Shigella dysenteriae (R-тип), Pneumococcus, Bacillus anthracis), червей (Trichinella spiralis), рыб (Carpa, Anguilla anguilla, Esox lucius, Tinca tinca), амфибий (Bufo bufo), рептилий (Testudo horsfialdi), птиц (Gallus gallus, Dromiceius, Meleagris gallopavo), парнокопытных (Camelus dromedarius, Capra hircus, Ovis aries); грызунов (Cavia porcellus, Cricetus cricetus, Mus musculus), собак (Canis familiaris, Vulpes vulpes, Canis lupus), кошачьих (Felis catus, Panthera leo, Felis pardalis, Panthera puma, Panthera tigris), приматов (Lemoroidea), человека (группы А и AB) [4]. По данным многочисленных исследователей [4...8 и др.]. ируппоспецифические антигены системы крови ABO человека, открытые К. Ландштейнером, встречаются у человека в крови, слюне, желудке, кистозной жидкости; у свиньи - в слизистой желудка; у лошади - в слизистой желудка; у быка - в сычуге; у высших приматов - в тканях и секретах; у Ascaris Suis, Ascaris Lumbricoides - в тканях и секретах и др.
Широкое распространение в природе веществ, иммунологически сходных с кровогрупповыми факторами эритроцитов, исследователи объясняют их защитными функциями от воздействия внешней среды (бактерий, вирусов, антигеноподобных продуктов питания), сформированными в процессе филогенетического развития живых организмов. По аналогии с группами крови в 50-80-е гг. XX века были проведены многочисленные исследования по изучению биохимического полиморфизма белков и ферментов сыворотки крови, белков тканей и органов животных. Установлены полиморфные аллели у генов, детерминирующих такие ферменты, как амилаза I и II, карбоангидраза, фосфатаза; белки - трансферрин, гемоглобин, миоглобин и др. Расширение спектра иммуногенетических маркеров зависело от освоения новых методов исследований и наличия приборов для их проведения. Появились методы электрофореза, иммуноэлектрофореза, радиоиммуноэлектрофо-реза, диффузии в геле агара и крахмала, двойной диффузии по Оухтерлони в геле агара, методы получения олигонуклеотидов ДНК, малых и больших фрагментов ДНК, микросателлитов ДНК.
По данным О.К. Баранова [9, 10] «при изучении межпопуляционных различий методами серологической систематики удается обнаружить суммарные иммунологические проявления процесса внутривидовой дивергенции вплоть до 1 гена». Серологические исследования дают сведения о степени родства представителей разных таксономических групп по таким генетическим маркерам, как белки сыворотки крови, эритроцитарные, тканевые, органоспецифические антигены. Например, результаты исследований перекрестных иммунологических реакций белков эритроцитов находятся в соответствии с количественными данными Бойдена А [11], полученными на сывороточных белках крупного рогатого скота с овцами, свиньями и лошадьми. Степень сходства составляет соответственно 69,3, 13,0 и 9,5%.
Множественный полиморфизм белков эритроцитов, сыворотки крови, экстрактов органов, тканей, ферментов, указывающий на генетическое разнообразие и сходство индивидуумов внутри рода, вида и между ними, не мог не привлечь внимание исследователей не только для использования в работах по изучению филогенеза, механизмов поддержания полиморфизма, его ответственности за функции организма, но и для чисто практических целей. Например, в животноводстве генетики-селекционеры с 1940 г. исследуют возможные взаимосвязи генетических маркеров с болезнями, показателями продуктивности и воспроизводительными особенностями животных на базе возможного «плейотропного эффекта» или «дрейфа гена», для анализа структуры популяций, характеристики линий семейств, генетической экспертизы происхождения и др. Однако в отношении взаимосвязей с продуктивными признаками результаты более чем скромные. Выявленные положительные связи в одной популяции и породе не подтверждаются в другой.
Более обнадеживающие результаты появились после того как была предложена математическая формула для обозначения разнообразия спариваемых индивидуумов [12] и подходы к ее использованию при анализе результатов оплодотворяе-мости. Различные исследователи [13...16] установили, что животные, полученные от родителей с низкой степенью антигенного сходства, характеризовались лучшей способностью к оплодотворению. При чистопородном разведении оплодотворяе-мость коров возрастала по мере увеличения разницы между ними и быками по антигенам групп крови.
Цель наших исследований апробация на большом поголовье предложенной ранее формулы [1, 17] для изучения сочетаемости ро-
дительских пар с учетом индексов их антигенного сходства и взаимосвязи с репродуктивными особенностями коров.
Условия, материал и методы. В качестве изучаемого материала взяли всех лактирующих и нелакти-рующих коров (800 гол.) сычевской породы, принадлежащих ОАО п/з «Рассвет» Новодугинского района Смоленской области. Все животные (пробанды) без учета возраста и их родители первого ряда предков, а также все быки-производители, участвовавшие в спариваниях в разные годы по закреплению и принадлежащие ОАО племпредприятие «Смоленское», и их родители первого ряда были тестированы 60-ю сыворотками, определяющими антигены эритроцитов, детерминированные 12 локусами групп крови
Все антисыворотки были идентифицированы в Международных сравнительных испытаниях.
Учитывали все плодотворные спаривания коров-пробандов (форма 2-МОЛ, п.8) за весь период жизни, исключая первое спаривание. В качестве показателей репродуктивных особенностей выбраны кратность осеменений пробандов до оплодотворения и продолжительность сервис-периода. Всего по 800 коровам учтено 2171 плодотворное спаривание.
Индекс антигенного сходства коров-пробандов и спариваемых с ними быков рассчитывали по модифицированной формуле [1], предложенной Животовским Л.А. [18]:
гмо гмп+гоп гл. =-+-,
2 4
где ГП - индекс антигенного сходства коровы-пробанда со своими предками I ряда; ГМО - индекс Таблица 1. Репродуктивные качества коров оАо п/з «Рассвет» в зависимости от их сочетаемости с быками по индексам антигенного сходства (12 систем групп крови)
Группа Индекс антигенного сходства Число спариваний (n) Итого
пробанд 5 отец $ число осеменений сервис-период, дн.
I 0,0...0,39 0,0...0,39 89 М=1,88±0,12 а = 1,15 Cv = 61,17% lim 1...5 М=102,2±5,6 а = 52,5 Cv = 51,37% lim 24...272
II 0,40...0,39 0,40...0,59 1065 М=2,21±0,04 а = 1,45 Cv = 65,61% lim 1...8 М=95,4±2,16 а = 70,39 Cv = 73,78% lim 22...282
III 0,40...0,59 0,60...0,79 2 М=3,5±0,5 а = 0,71 Cv = 20,29% lim 3... 4 М=160,5±2,6 а = 3,61 Cv = 2,24% lim 158...169
IV 0,60...0,79 0,40...0,59 69 М=2,32±0,21 а = 1,75 Cv = 75,43% lim 1...10 М=102±5,63 а = 46,81 Cv = 45,89% lim 26...222
V 0,80 и > 0,00...0,39 4 М=4±0,92 а = 1,83 Cv = 45,75% lim 2... 6 М=178,5±10,3 а = 20,57 Cv = 11,52% lim 162...207
VI 0,40...0,59 0,00...0,39 142 М=2,07±0,11 а = 1,32 Cv = 67,77% lim = 1...6 М=95,47±4,26 а = 50,77 Cv = 53,18% lim 37...229
VII 0,0...0,39 0,40...0,59 794 М=2,07±0,05 а = 1,32 Cv = 63,77% lim 1...9 М=100,2±1,14 а = 32,21 Cv = 32,5% lim 16...280
VIII 0,60...0,79 0,00...0,39 6 М=2,0±0,52 а = 1,27 Cv = 63,5% lim 1...4 М=99,33±20,1 а = 49,31 Cv = 49,69% lim 40...216
Таблица 2. достоверность различий между группами различных вариантов спариваний ($и ) с учетом индексов антигенного сходства
аз
i
ii
iii
IV
Vi
vii
viii
II Л =1152 P<0,05 II Л =89 P2<0,01 Л =156 P0<0,01
V Л =91 P<0,05
VI Л =229 P0<0,1 Л =881
IV
VII
Л=1152
Л=1065 P<0,05 Л=1132
Л=89 Л=156
P3<0,001 Л =1065 P3<0,001
Л=1132
VIII Л =93
Л=1067 P<0,01<0,05 Л=1207
Л =1857 P<0,05 Л=1069
Л =69 P<0,05 Л =4
Л =69 P3<0,001
Л =71 Po<0,1
Л =91 P3<0,001 Л =1067 P3<0,001 3Л =4 P0<0,01 Л =71 P3<0,001
Л=142 Л=209 Л=144
P2<0,01 Л =794 P2<0,01 А =6 P„<0,1
Л =861
Л =73
P<0,05 Л =796 P<0,05 1Л =8 Po<0,1
Л =229 Л =881 Л =93
Л=1207 Л=1857 Л=1069
... P0<0,01 ...
Л =142 Л =794 Л =6
P3<0,001 P3<0,001 P<0,05
Л3 =209 Л3 =861 Л =73
Л =144 Л =796 Л '=8
P3<0,001 P3<0,001 P<0,01
Л =8 Л =146
Л =934 Л =798
Л=146 Л=798
*А - сервис-период; Б - число осеменений
антигенного сходства между матерью и отцом коровы-пробанда, рассчитанный по формуле Животовского Л.А. по данным тестов первого ряда предков; ГМП -индекс антигенного сходства между матерью и потомком; ГОП - индекс антигенного сходства между отцом и потомком.
По аналогии с расчетом индекса потомков (коров-пробандов) определяли индекс антигенного сходства со своими родителями быков-производителей, участвовавших в конкретном осеменении.
Биометрическую обработку проводили по методике Плохинского Н.А. [19].
Условия кормления, ухода и содержания, а также зоотехническое и ветеринарное обслуживание на всех четырех фермах племзавода «Рассвет» были примерно одинаковыми. На всех фермах присутствовали коровы, периодически заболевавшие маститами, эндометритами, метритами и имеющие высокую продуктивность, что, несомненно, влияло на число осеменений до оплодотворения и продолжительность сервис-периода.
Результаты и обсуждение. Необходимость использования модифицированной формулы заключается в том, что при изучении взаимосвязи индекса антигенного сходства между отцом и матерью потомка все показатели продуктивности и воспроизводительных особенностей исследователи брали у потомка, а это только половинная доля всех наследственных качеств отца и матери, возможно, связанных с генетическим сходством-разнообразием индивидуума, характеризующимся индексом антигенного сходства. Потомок наследует только по одной аллели каждого локуса групп крови родителей. Для того чтобы привлечь в комплексный индекс антигенного сходства пробанда со своими родителями второй аллель отца и матери, мы вычисляем индекс антигенного сходства между антигенами потомка и полным спектром антигенов матери и отца. Деля сумму индексов ГМП+ГОП на 4, получаем вторую долю наследственного разнообразия, коровы-пробанда. На наш взгляд, такой индекс потомка будет более объективно отражать любые его взаимосвязи с фактическими показателями продуктивности самого пробанда. А сочетание индексов коровы-пробанда с индексом быка-производителя будет более объективно показывать взаимосвязь их генетического сходства-разнообразия с числом осеменений на одно
оплодотворение и длительность сервис-периода. Для уточнения индекса антигенного сходства к этой формуле можно присоединять данные по любым из показателей полиморфизма: биохимическим,аллотипов, тканевых жидкостей, ДНК и др. Интересно, что индексы антигенного сходства ГОП и ГМП очень сильно варьируют от 0,2 до 0,8 как в сторону матери, так и в сторону отца. Практическую ценность этого факта надлежит исследовать в дальнейшем.
На основании итоговых данных (табл.1) анализа влияния сочетаемости родительских пар, имеющих разные индексы антигенного сходства, с воспроизводительными способностями коров-пробандов по четырем фермам п/з «Рассвет» следует признать, что, в основном, они согласуются с результатами ранее проведенных исследований[1].
В зависимости от антигенного сходства мы распределили все варианты спариваний (2171) коров и быков были на 8 групп-сочетаний: I группа - $0,0...0,39 х (0,0...0,39; II - $0,40...0,59, (0,40...0,59; III - $0,40... 0,59 х (0,60...0,79; IV - $0,60...0,79 х (0,40...0,59; V -$0,80 и > х (0,0...0,39; VI - $0,40...0,59 х (0,0...0,39; VII -$0,0...0,39 х (0,40...0,59; $0,60...0,79 х (0,0...0,39.
Лучшим вариантом оказалось спаривание коров и быков-производителей с индексами 0,0...0,39. По сравнению со II группой, различия по числу осеменений статистически достоверны (табл. 2) при p1<0,05, с III группой - при p2<0,01, с IV - при p0<0,1, с V - при p1<0,05, с IV группой - при p0<0,1. Кроме того, от I к V группе, а также при увеличении индексов антигенного сходства у матери и отца с 0,0 до 0,79 просматривается тенденция явного роста числа осеменений на одно оплодотворение. По продолжительности сервис-периода также наблюдается тенденция к увеличению от 102,2±5,6 дн. в I группе до 178,5 ± 10,3 в V группе.
Особо следует остановиться на интерпретации данных I и II групп по величине продолжительности сервис-периода. Различия между ними хоть и не достоверны (см. табл.2), но в пользу II группы. В эту группу входит почти половина всех изученных сочетаний (1065 спариваний) и при одинаковых лимитах с первой в ней было больше животных с индексом антигенного сходства у матерей 0,4, а у быков 0,59. Это в пределах группы, но при таких крайних показателях сервис-период матерей был меньше.
На втором месте по эффективности стоят контрастные спаривания VI...VIII групп. Различия между ними по числу осеменений и продолжительности сервис-периода практически не существенны, но, учитывая абсолютные значения и высокую достоверную разницу с I.III группами, их можно рекомендовать для индивидуального и группового подбора.
При анализе взаимосвязей индекса антигенного сходства О-П и показателей продуктивности потомка никаких тесных корреляций не было выявлено ни при отдаленном сходстве (индекс 0,3 и менее), ни при
близком сходстве (0,5...0,6). То же самое установлено при корреляционном анализе между близкими и отдаленными индексами сходства М-П. Всего было проанализировано 78 вариантов.
Расчет аналогичных корреляций между показателями продуктивности и индексами антигенного сходства О-П и М-П по дочерям каждого изучаемого быка-производителя продемонстрировал отсутствие тесных взаимосвязей в 1430 вариантах.
В то же время при изучении влияния матерей на продуктивность дочерей при индексе антигенного сходства ГП=0,5 и выше по результатам дисперсионного анализа установлена высокая степень «влияния фактора на отклик» на повышение удоя дочерей при
высоком удое у матерей, а при ГП=0,3 и ниже - на снижение удоя дочерей при низком удое матерей.
Выводы. Использование антигенных факторов эритроцитов родителей в качестве генетических маркеров позволяет следить за результативностью спариваний, прогнозировать удачные сочетания и рекомендовать их при индивидуальном и групповом подборе.
Предложенная модификация формулы Л.А. Живо-товского (1984) позволяет более объективно судить о генетическом сходстве-различии спариваемых животных, с учетом антигенного сходства между потомками и матерью, потомком и отцом из 1-го ряда предков.
Литература.
1. Кольцов Д.Н., Романов Ю.Д. Некоторые аспекты использования генетических маркеров групп крови при изучении воспроизводительных способностей у крупного рогатого скота. /Материалы международной научно-практической конференции «Современные проблемы молочного и мясного скотоводства, производства молока и говядины», К 100-летию со дня рождения академика А.С. Всяких и профессора Д.Л. Левантина, Дубровицы, ВИЖ, 2012, с.106-109.
2. Харланд С.Е. Генетическая концепция вида //Доклады АНСССР. 1933. №3. Т. XI. С.95.
3. Вавилов Н.И. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.// Избранные сочинения «Генетика и селекция». М.: Колос, 1966. С.57-101.
4. Бойд У.С. Основы иммунологии/пер. с англ. А.Е. Гурвич. М.: Мир, 1969. С.178-187.
5. Косяков П.Н. Изоантигены и изоантитела человека в норме и патологии. М.: Медицина, 1974. С.287-306.
6. Доссе Н. Иммуногематология / под. ред. проф. П.Н. Косякова, пер. с франц. Ю.И. Лорие. М.: Медгиз, 1959. С.103-104.
7. Stone W.H, Irwin M.R. Adv. Immunol. 1963. 3. Р. 315-360.
8. Эфроимсон В.П. Иммуногенетика. М., 1971. С.215-230.
9. Баранов О.К. Иммунохимический анализ эволюции белков // Успехи современной биологии. 1972. т. 74, вып.3(6). С.435.
10. Boyden A. Systematic Zoology, 1953, 2, 19
11. Баранов О.К. Антигенные взаимоотношения белков крови свиней, крупного рогатого скота, овец и лошадей.//Изве-стия Сибирского отделения Академии Наук СССР. Серия биологических наук. Сибирское отделение: Наука, 1971, вып.3. С. 138-144.
12. Сороковой П.Ф., Машуров А.М. Исследование корреляций групп крови с оплодотворением у крупного рогатого скота // Иммунология размножения. София: БАН, 1973, С.577-580.
13. Охапкин С.К., Воробьев Э. Г., Хрунова А.И. Использование групп крови для гетерогенного подбора родительских пар и повышения гетерозиготности потомства//Повышение продуктивности крупного рогатого скота молочных пород. М., 1981. С. 62-67
14. Гоиницина Г.А., Шадманов С.И., Завьялова Н.Н., Новикова Д.Н. Влияние различного антигенного состава эритроцитов спариваемых животных на воспроизводительную способность коров // Научные труды Омского с-х. института, 1973. С. 117, 104-105.
15. Рыбин А.П. Иммуногенетический контроль в племенном животноводстве // Новое в технологии производства и переработки продуктов животноводства. Тезисы докладов научно-практической конференции. Волгоград: Перемена, 1996.
C. 55-56.
16. Захаров В.М. Внедрение генетических методов при совершенствовании маточного скота //Селекция, кормление, содержание сельскохозяйственных животных и техника производства продуктов животноводства. Лесные Поляны: ВНИИплем, 1998. Вып. 3. С. 18-20.
17. Кольцов Д.Н., Романов Ю.Д., Гонтов М.Е. Использование в качестве генетических маркеров групп крови при исследовании процессов воспроизводства у крупного рогатого скота //Достижения науки и техники АПК. 2011. №12. С. 55-57.
18. Животовский Л.А. Интеграция полигенных систем в популяциях. М.: 1984. 182 с.
19. Плохинский Н.А. Руководство по биометрии для зоотехников. М.: Колос, 1969. 256 с.
RESULTS OF PRACTiCAL USiNG OF GENETIC MARKER - BLOOD GROUPS ON STUDY OF REPRODUCTIVE ABILITY BY DAIRY CATTLE
D.N. Koltsov1, V.A. Bagirov2, J.D. Romanov1
1Smolensk Institute of agricultural of Russian academy of agricultural sciences. 2All Russian Institute of animal husbandry of Russian academy of agricultural sciences.
Summary. Investigations on indicated subject ware held at 2010-2013 years an total number 800 cows of Sychevka breed, belong to OAO pedigree enterprise "Rassvet" of Novoduginsky district of Smolensk region. All cows without registration of age were tested by 60 antierythrocytic sera determinate erythrocyte antigens from 12 genetics systems of blood groups (A,B,C,F-V,J,L,M,S,Z,N/,T/,R/). Aim of investigations analysis of results of combinations of mated pair having different antigenic spectrum on blood groups expressed indexes antigenic resemblance calculated on the base of suggested formula and study interaction them with reproductive ability of dairy cattle. We were taken into account all inseminations till fecundation of cows - probands (Form. 2-MOL, p. 8) and too duration of service-period an all life of animals as deposition of reproductive ability, excepting the first mat-ing. It was used 8 groups of combination on indexes antigenic resemblance from 5 0,0 - 0,39 and J 0,0 - 0,39 till 5 0,6 -0,79 and J 0,0 - 0,39. It was established that the best variants of mating are the first, when cows have index antigenic resemblance 0,0-0,39 and herd sires - 0,0-0,39. The number of inseminations till fecundation made up 1,88±0,12 and service-period 102,2±5,6 days. The difference is reliable as compared with 2 group (P1 <0,05), 3(P2<0,01), 5(P1 <0,05) with 6 group (P0<0,1). The service-period have tendency increase from 102,2±5,6 days at the first group till 178,5±10,3 days at fifth group with rising of indexes antigenic resemblance by cows and sires from 0,0 till 0,79. Suggested modification of formula of Givotovsky L.A. (1984) let objectively judge about genetic likeness and difference mated pair, to analysis the results of mating, to make a prognosis of successful combination and recommended them for individual and group selection of dairy cattle.
Key words: genetic markers, loci of blood groups, index of antigenic resemblance, result of tupping (mating), service...period, amount of inseminations was needed before fertilization, individual and group selection.
