Рибосомные гены у свиней крупной белой породы и их фенотипическое провление Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 636.082.12

РИБОСОМНЫЕ ГЕНЫ У СВИНЕЙ КРУПНОЙ БЕЛОЙ ПОРОДЫ И ИХ ФЕНОТИПИЧЕСКОЕ ПРОВЛЕНИЕ

© 2015 Е.В. Трубникова1, А.Ю. Лебедев2, В.П. Иванов3 , И.Ю. Шульгин4, А.А. Белов5, А.С. Белоус6, Е.И. Ковтунова7

1докт. биол. наук, доцент, зав. научно-исследовательской лабораторией «Генетика» КГУ, доцент кафедры биологии, медицинской генетики и экологии ГБОУВПО «КГМУ»

e-mail: tr_e@list.ru 2лаборант НИЛ «Генетика» КГУ

3заслуженный деятель науки РФ, докт. мед. наук, профессор, председатель Курского отделения РАЕН, зав. кафедрой биологии, медицинской генетики и экологии ГБОУ ВПО «КГМУ» (основное место работы), главный научный сотрудник научноисследовательской лаборатории «Генетика» ФГБОУВПО «Курский государственный

университет»

4-5аспирант НИЛ «Генетика» КГУ

6канд. мед. наук, ст. науч. сотрудник НИЛ «Генетика» ФГБОУ ВПО «Курский

государственный университет» e-mail: a.s.belous@.mail.ru 7вет. врач ООО «Надежда»

Курский государственный университет Курский государственный медицинский университет

В работе представлены результаты цитогшенетического анализа показателей функциональной активности рибосомных генов у свиней крупной белой породы.

Ключевые слова: функциональная активность рибосомных генов, свиньи крупной белой породы

В настоящее время в России стремительно продолжает развиваться фермерство. В связи с этим вопрос об улучшении условий, оптимальных для прироста хозяйственно ценных признаков у домашних животных, становится особенно актуальным. Вместе с этим оценка дозы активных рибосомных генов открывает широкие перспективы для анализа потенциальных возможностей каждого индивида в белковом синтезе организма в целом и отдельной ткани в частности. Особое селекционное значение получает изучение рибосомных генов млекопитающих животных, так как именно от активности этих генов зависят морфологические признаки организма. В частности, активность рибосомных генов у свиней отражает изменение интенсивности метаболитических процессов в норме и при различных нагрузках. Изучение этого показателя представляет интерес при оценке физиологических особенностей животных.

Целью нашего исследования являлось изучение функциональной активности рибосомных генов (ФАРГ) у свиней. Анализировался как общий уровень активности по всем хромосомам, так и уровень по отдельным хромосомам.

До того как представлять полученные данные, следует объяснить важность изучения активности именно рибосомных генов.

Рибосомные гены, кодируя рибосомную РНК и через нее контролируя процессы построения рибосом, оказывают свое влияние в конечном итоге на синтез белков в клетках организма [13]. Оценка дозы активных рибосомных генов открывает перспективы для анализа потенциальных возможностей каждого индивида в белковом синтезе организма в целом и отдельной ткани в частности.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Доказано, что у человека кластеры рибосомных генов локализованы в коротких плечах 5 пар акроцентрических хромосом (13, 14, 15, 21, 22), формируя

ядрышкообразующие районы (ЯОР). Использование метода дифференциального окрашивания ЯОР хромосом раствором нитрата серебра позволяет оценивать в настоящее время геномную дозу активных рибосомных генов на цитогенетических препаратах [5; 11].

Рибосомные РНК синтезируются с помощью РНК-полимеразы I, они представляют основную массу клеточных РНК и относительно стабильны. Одна из рибосомных РНК, 5S РНК, а также 20 трансферных РНК, тоже стабильных, синтезируются с помощью РНК-полимеразы III.

На светооптическом уровне активация ядерной транскрипции всегда связана с деконденсацией хроматина, с увеличением объема ядрышек, с повышением их базофилии, то есть с увеличением в них количества РНК. Эти общие признаки увеличения ядерной активности мало что дают для понимания хода молекулярных процессов на уровне реальных ядерных компонентов. Что происходит с участками хроматина, заключающими индивидуальный ген, кодирующий определенный белок, изучать очень трудно, так как эти гены в подавляющем большинстве случаев существуют в единичных копиях и проследить в гигантском клубке

деконденсированных интерфазных хромосом за работой индивидуального гена чрезвычайно трудно (хотя и возможно). Относительно более просто эту же задачу можно решить на генах, многократно повторенных в геноме, таких как гены рибосомных РНК, входящих в состав интерфазных ядрышек, основной функцией которых является образование рибосом. Изучая ультраструктуру ядрышек и особенности морфологии синтеза рибосомных РНК, Ю.С. Ченцову в 1998 г. впервые удалось с помощью электронного микроскопа визуализировать работающий ген [4].

Уровень экспрессии рибосомных генов, локализованных в отдельных ЯОР, в клетках свиньи может варьировать [6; 18]. Для оценки активности рибосомных генов принята полуколичественная система по сумме баллов [3; 5]. Однако число активных центров синтеза рРНК у свиней в несколько раз ниже, чем у человека, в связи с чем на балльную оценку в большей степени влияет субъективный фактор. Поэтому при анализе экспрессии рибосомных генов можно основываться также и на подсчете числа активных ЯО. Так, ранее было показано, что количество активных ядрышковых организаторов у свиней в среднем составляет 2,10±0,04, n = 21 ) [7].

Цитогенетическими исследованиями последних лет было показано, что все домашние свиньи, независимо от породной принадлежности и особенностей филогенеза, имеют стабильный 38-хромосомный набор в соматических клетках из которых 36 аутосом и 2 половые хромосомы X и Y, причём размер X-хромосомы больше, чем размер Y-хромосомы [10].

По расположению центромеры хромосомы свиней подразделяются на 8 пар субметацентриков, 6 пар акроцентриков и 5 пар метацентриков (рис. 1). Общий размер генома свиньи составляет 2,8 млрд пар оснований и содержит 21640 белок-кодирующих генов [1].

Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015. № 3 (07)

Трубникова Е. В., Лебедев А. Ю., Иванов В. П., Шульгин И. Ю.,

Белов А. А., Белоус А. С., Ковтунова Е. И. Рибосомные гены свиней крупной белой породы и их фенотипическое проявление

Рис. 1. Кариотип свиньи [10]

Материалом для исследования явились метафазные хромосомы ядер лимфоцитов периферической крови, полученной от пяти свиней белой крупной породы. Забор крови производил ветврач ОАО племенного хозяйства «Надежда» г. Суджа Курской области.

Основные методы исследования - непрямой метод получения хромосом из лимфоцитов периферической крови, метод длительного культивирования хромосом, метод дифференциального окрашивания нитратом серебра [4; 5].

Этапы получения метафазных пластинок:

1) использование колхицина;

2) гипотонический шок с использованием растворов солей калия или натрия, которые вследствие разницы осмотического давления внутри и снаружи клеток вызывают их набухание и разрыв межхромосомных связей;

3) фиксация клеток с использованием этанола и ледяной уксусной кислоты в соотношении 3:1, что способствует сохранению структуры хромосом. Фиксацию проводили на 72 часу;

4) раскапывание суспензии клеток на предметные стекла;

5) дифференциальное окрашивание хромосомных препаратов.

Для оценки функциональной активности рибосомных генов использовали общепринятую методику для анализа хромосом человека, проводили визуально на световом микроскопе полуколичественным способом по интенсивности окраски серебром ядрышкообразующих районов индивидуальных хромосом и выражали в условных единицах (у.е.). Анализ ФАРГ проводился на 20 метафазных пластинках для каждой свиньи без кариотипирования.

В результате наших исследований было установлено, что районы ядрышковых организаторов у свиней белой крупной породы локализованы на двух парах хромосом (из 38 в кариотипе) - 8-й и 10-й - мелких метацентриков (рис. 2). Именно эти пары хромосом имеют кроме первичной еще и вторичную перетяжку, указывающую на

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

наличие в хромосоме районов расположения генов рибосомальной РНК. Полученные нами результаты полностью подтвердили имеющиеся в литературе данные.

Рис. 2. Кариотип свиньи белой крупной породы [6]. Выделены хромосомы, несущие рибосомные гены

Далее впервые нами была проведена балльная оценка уровня экспрессии рибосомных генов у свиней крупной белой породы. Суммарные данные представлены в таблице 1.

Рассчитанный общий уровень ФАРГ по 20 метафазным хромосомам пяти свиней составил 6,54±0,97 у.е. (табл. 2). Средний уровень ФАРГ по 8-й паре хромосом был равен 5,38±0,87 у.е., по 10-й паре - 1,23±0,93 у.е.

Таблица 1

Показатели функциональной активности у свиней

N свиньи Общая ФАРГ ФАРГ по 8 паре хромосом ФАРГ по 10 паре хромосом

1 6,34 5,44 1,9

2 5,8 4,9 1,05

3 6,1 5,26 1,2

4 7,45 5,66 1,1

5 7,01 5,64 0,9

Таблица 2

Суммарные показатели функциональной активности у свиней

Mean± Std.Dev. Median Minimum Maximum Variance

Общая ФАРГ 6,54±0,97 6,00 5,00 8,00 0,94

ФАРГ по 8 паре хромосом 5,38±0,93 6,00 3,00 6,00 0,76

ФАРГ по 10 паре хромосом 1,23±0,87 1,00 0,00 3,00 0,86

Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015. № 3 (07)

Трубникова Е. В., Лебедев А. Ю., Иванов В. П., Шульгин И. Ю.,

Белов А. А., Белоус А. С., Ковтунова Е. И.

Рибосомные гены свиней крупной белой породы и их фенотипическое проявление

Полученные данные об уровне функциональной активности рибосомных генов свиней крупной белой породы в норме могут быть использованы для сравнения с результатами, полученными после изменения условий содержания свиней, что, в свою очередь, позволит судить об улучшении или ухудшении биосинтеза белка и, как следствие, об ускорении или замедлении роста тканей. Результаты исследования открывают широкие перспективы для проведения селекции в племенных хозяйствах: на общем фоне стандартизированных условий содержания свиньи с более высокой функциональной активностью рибосомных генов обладают преимуществом в скорости синтеза белка и, следовательно, в скорости наращивания мышечной массы.

1. Горин В.Г., Чудов А.Ы. К вопросу классификации хромосом свиней // Материалы III конференции молодых ученых. Л., 1973. С. 224-226.

2. Красавцев Ю.Ф. Кариотипическая изменчивость у домашней свиньи в связи с возрастными, половыми и другими характеристиками: автореф. дис. канд. биол. наук. Горький, 1969. 20 с.

3. Ляпунова Н.А., Еголина Н.А., Мхитарова Е.В. и др. Межиндивидуальные и межклеточные различия суммарной активности рибосомных генов, выявляемых Ag-окраской ядрышкообразующих районов акроцентрических хромосом человека // Генетика. 1988. 26(7). 1282-1288.

4. Мамаев Н.Н., Мамаева С.Е. Структура и функция ядрышкообразующих районов хромосом: молекулярные, цитологические и клинические аспекты // Цитология. 1992. Т. 34. №10. С. 3-25.

5. Полиморфизм генов глутатион s-трансфераз у больных глаукомой в курской популяции / Н. В. Стабровская, В. П. Иванов, Е. В. Трубникова [и др.] // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. URL: http://www.science-education.ru/104-6628, свободный (дата обращения: 14.07.2015)

6. Созанский О.А., Коновалова Т.В., Яворовская О.М. и др. Структурная стабильность ядрышкообразующих районов хромосом человека // Хромосомы человека в норме и патологии. М., 1989, 63-73.

7. http://www.agrobiology.ru/articles/ernst 2 2008.html

8. http://www.agrobiology.ru/2-2009klenovickii.html

9. http://www.allrefs.net/c49/3lq4q/

10. http://www.bionet.nsc.ru/nauka/vaineishie-rezultaty/2002-god.html

11. http://www.dissercat.com/content/funktsionalnaya-aktivnost-ribosomnykh-genov-i-ee-svyaz-s-osobennostyami-klinicheskogo-proyav

12. http://www.docme.ru/doc/52851/chastnaya-genetika-svin. i

13. http://domir.ru/animal/?file=svin1.php

14. http://earthpapers.net/strukturno-funktsionalnyy-analiz-gena-ribosomnogo-belka-l11-cheloveka

15. http://www.kazedu.kz/referat/131192

16. http://www.omskreaktiv.ru/upload/Test-sistemy%20IDEXX%20dlya%20veterinarii.pdf

17 http://www.scientific-notes.ru/pdf/sa11.pdf

18 De Capoa A., Aleixandre C., Felli M.P. e.a. Inheritance of ribosomal gene activity and level of DNA methylation individual gene clusters in a three generation family // Hum. Genet. 1991. 88(2). Р. 146-152.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015. № 3 (07)