CC BY
219
8. Вейр Б. Анализ генетических данных. - М.: Мир, 1995. - 319 с.
9. Peakall, R., Smouse P.E. GENALEX 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. //. Molecular Ecology Notes, 2006, 6, 288-295. V. GENALEX 6.4 UTR: http://appliedpopulationgenetics2010.wikispaces.com/file/view/ GENALEX6.4_documntation.pdf, (дата обращения 19.12.2010).
10. Зиновьева, Н.А., Гладырь Е.А. Генетическая экспертиза сельскохозяйственных животных: применение тест-систем на основе микросателлитов //Достижения науки и техники АПК. - 2011. - № 9. - с. 19-20.
11. Гладырь Е.А., Зиновьева Н.А., Брем Г. Характеристика генофонда и выявление генеалогических связей между породами овец России с использованием ДНК-микросателлитов // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2004. - № 2. - С. 26.
12. Гладырь Е.А., Зиновьева Н.А., ЭрнстЛ.К., Брем Г. Генотипирование российских пород овец по микросателлитным маркерам и PRNP (гену прионового белка) // Ветеринарная патология. - 2005. - № 1. - С. 26-32.
13. Гладырь Е.А., Селионова М.И., Зиновьева Н.А. Характеристика генофонда и выявление генеалогических связей между породами овец с использованием групп крови и ДНК-микросателлитов // Овцы, козы, шерстяное дело. - 2007. - № 4. -С. 19-24.
14. Левонтин Р. Генетические основы эволюции. - М.: Мир, 1978. - 352 С.
15. Nei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals // Genetics. - 1978. -89: 583-590.
THE ALLELE POOL CHARACTERISTICS OF THE SHEEP BREEDS FROM THE SOUTH OF RUSSIA E.A. Gladyr, N.A. Zinovieva, S.S. Burylova, M.I. Selionova, L.G. Moiseykina, L.K. Ernst, G. Brem
Summary. Using 11 microsatellite markers (HSC, OarAE119, OarCP49, OarFCB11, MAF214, MCM42, TGLA53, MAF65, McM527, INRA49, OarFCB20) as the instrument the allele pool characteristic of three fine-wooled sheep breeds of the South of Russia (Stav-ropolskaja, Groznenskaja, Soviet Merinos) was done. The studied sheep breeds were characterized by high degree of genetic diversity: the average number of alleles per microsatellite loci was 10.4-12.3. The average number of effective allele per loci is varied of 5.4 in Groznenskaja breed to 7.7 in Stavropolskaja breed. In total seventy six privet alleles were identified including 36 alleles in Stavropolskaja breed, 17 - in Groznenskaja breed and 23 - in Soviet Merinos. Five breed specific alleles were identified including four in Stavropolskaja breed - 122 allele of Oar FCB11 loci, 225 allele of MAF214 loci, 138 and 149 alleles of TGLA53 loci and one in Soviet Merinos - 87 allele of OarCP49 loci. The observed heterozygote degree is varied of 0.510±0.041 in Stavropolskaja breed to 0.678±0.035 in Soviet Merinos. The different contribution of loci into heterozygote degree was observed which varied of 0.281 for HSC loci to 0.967 for TGLA53 loci. The heterozygote deficiency and positive Fis value (from 0.148 to 0.401) were detected in all breeds analyzed. The calculation of Fst value showed that 95.7 per cent of diversity was due to within breed differences and only 4.3 per cent was due to intra breed differences. The analysis of genetic consolidation degree showed that 100 per cent animals were assigned to own population. The structure of phylogenetic tree was in accordance with the historical aspects of breeds’ origins.
Key words: sheep, microsatellites, genetic diversity, allele pool.
УДК 575.174.015.3:636.082.2
РОЛЬ ДНК-ДИАГНОСТИКИ В КОНТРОЛЕ И ЭЛИМИНАЦИИ РЕЦЕССИВНЫХ НАСЛЕДСТВЕННЫХ АНОМАЛИЙ У СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ*
H.A. ЗИНОВЬЕВA, академик PAСXН, директор E.A. ГЛAДЫPЬ, кандидат биологических наук, зав. лабораторией
О.В. KОСТЮНИНA, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
В.Р. XAPЗИНОВA, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
М.В. ПОKPОВСKAЯ, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ВИЖ Россельхозакадемии
Н.Г. ДPУШЛЯK, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Орловский ^У
ЯЛ. ^БИЦ^Я, младший научный сотрудник
Тюменская ГСXA
E-mail: [email protected]
Резюме. Проанализирована база данных наследственных аномалий OMIA. Из 79 наследственных дефектов крупно-
го рогатого скота и 18 наследственных дефектов свиней, охарактеризованных на молекулярном уровне, определены селекционно-значимые генетические аномалии, требующие проведения мониторинга в популяциях племенного скота России. Приведены результаты многолетних исследований (2005-2012 гг.) по идентификации мутантных аллелей в генах SLC35A3, ^В2, ЕХІ и SLC39A4 крупного рогатого скота, обусловливающих соответственно такие наследственные заболевания, как комплексный порок позвоночника, дефицит лейкоцитарной адгезии, дефицит фактора свертывания крови XI и дефицит цинка, а также в генах RYR1, PRKAG3 и SPEF2 свиней, обусловливающих злокачественную гипертермию, синдром «кислое мясо» и ISTS-синдром. При проведении исследований использовали собственные молекулярно-генетические тест-системы, основанные на методах ПЦР, ПЦР-ПДРФ анализа и пиросеквенирования. Определены частоты встречаемости животных - носителей мутантных аллелей названных генов в популяциях крупного рогатого скота голштинской и чернопестрой пород и свиней различных пород в организациях по племенному животноводству России, которые составили для SLC35A3 - 2,06 %, ^В2 - 1,81 %, ЕХІ - 0,00 %, SLC39A4 -
0,00 %, RYR1 - 2,11 %, PRKAG3 - 0,00 % и SPEF2 - 1,17 %.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, шифр 2012-1.4-12-000-1001-010 и 2012-1.4-12-000-1016-008. В проведении исследований использовано оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ГНУ ВИЖ Россельхозакадемии.
Носители мутантного аллеля ЙУЙ1 идентифицированы во всех основных породах свиней, используемых в промышленном производстве свинины: 1,97 % у пород крупная белая и йоркшир (п=1920), 1,49 % уландрасов (п=160б), 2,97 % у дюроков (п=437) и 10,00 % у пьетренов (п=50). На примере генов SLC35A3 и ^В2 показана эффективность ДНК-диагностики в контроле и снижении распространения наследственных генетических дефектов в популяциях племенного скота. Ключевые слова: крупный рогатый скот, свиньи, наследственные дефекты, дНк-диагностика.
Генетическое совершенствование пород сельскохозяйственных животных предусматривает международный обмен генофондом с целью использования лучших мировых селекционных достижений. Однако завоз племенного материала из-за рубежа сопряжен с неконтролируемым появлением и распространением наследственных аномалий, способных нанести существенный вред развитию животноводства и поставить под угрозу биологическую безопасность страны [1].
Наиболее крупная на сегодня база данных, содержащая информацию о наследственных дефектах 186 видов животных, - OMIA Университета Сиднея [2]. Она содержит фенотипическое описание 398 наследственных аномалий крупного рогатого скота и 214 аномалий свиней, в том числе соответственно 145 и 45 аномалий, обусловленных изменениями в одном локусе, из которых 79 и 18 наследственных дефектов описано на молекулярном уровне.
Для элиминации рецессивных наследственных аномалий в популяциях сельскохозяйственных животных необходима разработка и освоение систем ДНК-идентификации животных - носителей мутантных аллелей. Такие системы разработаны в Центре биотехнологии и молекулярной диагностики ВИЖ Россель-хозакадемии для большинства селекционно-значимых наследственных дефектов [1, 3, 4].
Цель представленной работы характеристика распространения наследственных аномалий и оценка влияния освоения ДНК-диагностики на элиминацию наследственных дефектов в популяциях крупного рогатого скота и свиней.
Условия, материалы и методы. Материалом для исследований послужили пробы ткани (ушной выщип, кровь, сперма) крупного рогатого скота голштинской черно-пестрой и черно-пестрой пород, свиней пород крупная белая, йоркшир, ландрас, дюрок, пьетрен, боди, белорусская мясная, крупная черная, ливенская. Выделение ДНК выполняли по общепринятым методикам [5]. Идентификацию точечных мутаций в генах SLC35A3 и ITGB2 осуществляли методами ПЦР-ПДРФ анализа и пиросеквенирования, SLC39A4 и RYR1 -ПЦР-ПДРФ анализа, PRKAG3 - пиросеквенирования, идентификацию инсерций в генах FXI и SPEF2 - ПЦР анализа с использованием двух пар праймеров по методикам Центра биотехнологии и молекулярной диагностики ВИЖ Россельхозакадемии. Статистическую обработку результатов проводили по стандартным методам [6] с использованием программного обеспечения MS Excel.
Результаты и обсуждение. Анализ материалов базы данных, а также литературных источников позволил определить перечень селекционно-значимых наследственных дефектов, требующих проведения мероприятий по их элиминации в популяциях голштинского и голштинизированного крупного рогатого скота [7...12] и свиней [13...15] в России (табл. 1).
Мы установили, что скрытые носители наследственных аномалий встречались с относительно низкой
Таблица 1. Селекционно-значимые наследственные дефекты крупного рогатого скота и свиней
Вид Ген (ID*) Мутация (позиция) Наследственный дефект
Крупный SLC35A3 G^T Комплексный порок по-
рогатый (23443) (180) звоночника, СУМ (IV -
скот не носители, СУ - носители)
ITGB2 A^G Дефицит лейкоцитар-
(281877) (383) ной адгезии, BLAD (Т1_ - не носители, BL -носители)
FXI b 6 7 s In Дефицит фактора XI,
(407998) (Экзон 3) FXID
SLC39A4 T^C Наследственный дефи-
(510951) (Интрон10)цит цинка, BHZD
Свиньи PRKAG3 G^A Синдром «кислое
(397149) (200) мясо», RN-
RYR1 C^T Злокачественная ги-
(396718) (1843) пертермия, МН
SPEF2 Ins9,0kb Дефект неподвижных
(733620) (Интрон 30) короткохвостых сперматозоидов, 1818
Идентификационный номер гена в базе данных ОМ1А, Del - делеция, 1пэ - инсерция, Ьр - пары оснований, кЬ - тысячи пар оснований.
частотой: у крупного рогатого скота от 0,0 % по FXID и ВН7й до 2,06 % по СУМ, у свиней - от 0,00 % по ЯЫ- до 2,11 % до МН (табл. 2).
Если в молочном скотоводстве основные породы, обеспечивающие производство молока в России, - голштинская черно-пестрая и черно-пестрая породы, то в свиноводстве промышленное производство мяса базируется на использовании животных нескольких пород: крупная белая (йоркшир), ландрас, дюрок и, в меньшей степени, пьетрен. Наследственный синдром ЯЫ- не был идентифицирован среди исследованного племенного поголовья свиней, а ^ТБ-синдром - специфический наследственный дефект для пород корня крупной белой (крупная белая и йоркшир). Однако скрытые носители МН были выявлены во всех изученных основных породах свиней. Их доля у животных пород крупная белая и йоркшир (п=1920) составила 1,97 %, ландрас (п=1606) - 1,49 %, дюрок (п=437) - 2,97 % и пьетрен (п=50) - 10,00 %. Кроме того, среди свиней породы пьетрен было идентифицировано 6,0 % гомозиготных носителей МН, отсутствующих в других породах. Учитывая широкое использование искусственного осеменения, как в скотоводстве, так и в свиноводстве, использование в воспроизводстве даже одного скрытого носителя может привести к распространению наследственного дефекта в популяции.
Примером успешного контроля и элиминации наследственных заболеваний благодаря освоению
Таблица 2. Распространение наследственных аномалий в популяциях крупного рогатого скота и свиней России
Вид животных Наслед- ственный дефект*** Исследовано голов, n Выявлено скрытых носителей, %
Крупный CVM 3149 2,06
рогатый BLAD 2326 1,81
скот* FXID 420 0,00
BHZD 235 0,00
Свиньи** RN- 2014 0,00
MH 4260 2,11 (0,09****)
ISTS 511 1,17
* использованы данные по быкам-производителям и ремонтным бычкам племенных предприятий и племенных заводов России; ** использованы племенные хряки и свиноматки; ***расшифровка аббревиатуры приведена в таблице 1; ****в том числе гомозиготных носителей.
в систему искусственного осеменения спермы быков - потомков завезенных в страну племенных нетелей, скрытых носителей этого наследственного дефекта. К 2011 г. распространение скрытых носителей СУМ уменьшилось до 0,30 %. Среди исследованных за 9 мес. 2012 г. 283 быков животных СУ не выявлено.
Доля скрытых носителей BLAD в 2005-2009 гг. находилась на уровне 2,13... 2,53 % (см. рисунок, Б), после чего наблюдается ее снижение до 0,71.1,04 % в 2010-2011 гг. и элиминация в 2012 г. (у 248 исследованных за 9 мес. 2012 г. животных BL не диагностировано).
Выводы. Таким образом, частоты встречаемости животных - носителей мутантных аллелей генов, обусловливающих наследственные заболевания, в популяциях российских организаций по племенному животноводству крупного рогатого скота голштинской и черно-пестрой пород составляют для SLC35A3 - 2,06 %, 1ТОВ2 -1,81 %, свиней различных пород - для ЯУЯ1 - 2,11 % и SPEF2 - 1,17 %. Носители мутантного аллеля ЯУЯ идентифицированы во всех основных породах свиней, используемых в промышленном производстве свинины: 1,97 % у пород крупная белая и йоркшир (п=1920), 1,49 % у ландрасов (п=1606), 2,97 % у дюроков (п=437) и 10,00 % у пьетренов (п=50). В изученных популяциях не обнаружены животные с наследственными дефектами FXID, BHZD крупного рогатого скота и ЯЫ свиней. Пример использования ДНК-диагностики для контроля и снижения распространения наследственных генетических дефектов СУМ и BLAD в популяциях племенного скота свидетельствует об эффективности этого метода.
(А) и BLAD (Б) среди быков- доля BL, % (Б); * - за
Рисунок. Частота встречаемости скрытых носителей CVM
производителей: I----1 - исслед. быков; - доля CV, % (А);
9 мес. 2012 г.
ДНК-диагностики могут служить комплексный порок позвоночника (CVM) и дефицит лейкоцитарной адгезии (BLAD). Например, в 2005 и 2006 гг. мутантный аллель SLC35A3, обусловливающий CVM, был выявлен, соответственно, у 5,06 и 5,71 % быков (см. рисунок, А), после чего распространение этой наследственной аномалии снизилось до 2,25 % в 2007 г. и 0,61 % в 2008 г. Некоторое повышение доли скрытых носителей CVM в 2009 и 2010 гг. до 2,74 и 1,66 % соответственно, по всей видимости, связано с поступлением
Литература.
1. Гладырь Е.А., Зиновьева Н.А., ЭрнстЛ.К., Костюнина О.В., Быкова А.С., Банникова А.Д., Кудина Е.П., Брем Г. Молекулярные методы в диагностике заболеваний и наследственных дефектов сельскохозяйственных животных // Зоотехния. -2009. - № 8. - с. 26-27.
2. Интернет ресурс: http://omia.angis.org.au/home.
3. ЭрнстЛ.К., Гладырь Е.А., Горелов П.В., Демидова Е.Н., Шайдуллин Р.Р., Зиновьева Н.А. Характеристика региональных популяций быков-производителей по генам наследственных заболеваний // Достижения науки и техники АПК. - 2011. -№ 10. - с. 28-30
4. Марзанов Н.С., Фролкин Д.А., Зиновьева Н.А., Попов А.Н., Данилин А.В., Брем Г. RYR1-ген у свиней отечественных и зарубежных пород //Доклады рАСХН. - 2001. - № 1. - с. 34-36.
5. Зиновьева Н.А., Гладырь Е.А., ЭрнстЛ.К., Брем Г. Введение в молекулярную генную диагностику сельскохозяйственных животных. - ВИЖ, 2002. - 112 с.
6. Меркурьева Е.А., Абрамова З.В., БакайА.В. Генетика. - М.: Агропромиздат, 1991. - 446с.
7. Dennis J.A., Healy P.J., Beaudet A.L., O’Brien W.E. Molecular definition of bovine argininosuccinate synthetase deficiency // Proc Natl Acad Sci USA. - 1989. - 86 (20). - 7947-7951.
8. Shuster D.E., Bosworth B.T., Kehrli M.E. Sequence of the bovine CD18-encoding cDNA: comparison with the human and murine glycoproteins // Gene. - 1992. - 114 (2). - 267-271.
9. Schwenger B., Schober S., Simon D. DUMPS Cattle Carry a Point Mutation in the Uridine Monophosphate Synthase Gene // Genomics. - 1993. - 16. - 241-244.
10. Marron B.M., Robinson J.L., Gentry P.A., Beever J.E. Identification of a mutation associated with factorXI deficiency in Holstein cattle //Animal Genetics. - 2004. - 35. - 454-456.
11. Yuzbasiyan-Gurkan V., Bartlett E. Identification of a unique splice site variant in SLC39A4 in bovine hereditary zinc deficiency, lethal trait A46: An animal model of acrodermatitis enteropathica //Genomics. - 2006. - Oct. - 88(4). - 521-526.
12. Charlier C., Agerholm J.S., Coppieters W., Karlskov-Mortensen P., Li, W., de Jong G., Fasquelle C., Karim L., Cirera S., Cambisano N., Ahariz N., Mullaart E., Georges M., Fredholm M. A deletion in the Bovine FANCI Gene Compromises Fertility by Causing Fetal Death and Brachyspina //PLoS One. - 2012. - 7(8). - e43085.
13. Fujii J., Otsu K., Zorzato F., Deleon S., Khanna V.K., Weiler J.E., Obrien, P.J., Maclennan D.H. Identification of a Mutation in Porcine Ryanodine Receptor Associated with Malignant Hyperthermia // Science. - 1991. - 253. - 448-451.
14. Milan D., Jeon J.T., Looft C., Amarger V., Robic A., Thelander M., Rogel-Gaillard C., Paul S., Iannuccelli N., Rask L., Ronne H., Lundstrom K., Reinsch N., Gellin J., Kalm E., Le Roy P., Chardon P., Andersson L. A mutation in PRKAG3 associated with excess glycogen content in pig skeletal muscle // Science. - 2000. - 288. - 1248-1251.
15. Sironen A., Thomsen B., Andersson M., Ahola V., Vilkki J. An intronic insertion in KPL2 results in aberrant splicing and causes the immotile short-tail sperm defect in the pig // Proc Nat Acad Sci. - 2006. -103. - 5006-5011.
ROLE OF DNA DIAGNOSTICS IN THE CONTROL AND ELIMINATION OF THE RECESSIVE INHERITED DISORDERS IN FARM ANIMALS N.A. Zinovieva, E.A. Gladyr, O.V. Kostjunina, V.R. Kharzinova, M.V. Pokrovskaja, N.G. Drushljak, Y.A. Kabitskaja
Summary. The analysis of the OMIA - database of inherited disorders in animals was carried out. Out of seventy nine inherited disorders in cattle and eighteen inherited disorders in swine described on molecular level the important genetic abnormalities for the introduction into the breeding programs of the Russian cattle and pig populations were selected. The results of the long-term studies (the years of 2005 to 2012) of the mutant alleles identification in the SLC35A3, ITGB2, FXI and SLC39A4 genes caused respectively the heredity diseases complex vertebral malformation, bovine leukocyte adhesion deficiency, blood factor XI deficiency and bovine hereditary zinc deficiency in cattle and in RYR1, PRKAG3 and SPEF2 genes caused respectively heredity disease malignant hyperthermia, “acid meat” syndrome and ISTS syndrome in pigs were presented. The analysis were performed using own molecular genetic test-systems based on application of PCR, RFLP and parasequencing methods. The frequencies of animals carrying the mutant alleles of the genes specified above in Russian Holstein and Black and White cattle and different pig breeds populations of breeding farms were determined: 2.06 per cent for SLC35A3, 1.81 per cent for ITGB2, 0.00 per cent for FXI, 0.00 per cent for SLC39A4, 2.11 per cent for RYR1, 0.00 per cent for PRKAG3 and 1.17 per cent for SPEF2. The carriers of the mutant allele of RYR1 gene were identified in all main pig breeds used in industrial pork production: 1.97 per cent in the Large White and Yorkshire breeds (n=1920), 1.49 per cent in Landrace (n=1606), 2.97 per cent in Duroc (n=437) and 10.00 per cent in Pietraen (n=50). On example of SLC35A3 and IGTB2 genes the DNA diagnostics efficiency in the control and elimination of inherited disorders in Russian breeding animals’ populations was shown.
Key words: cattle, pig, inherited disease, DNA diagnostics.
УДК 636.2.082.233.033
ПРОДЛЕНИЕ ПРОДУКТИВНОГО ДОЛГОЛЕТИЯ МЯСНЫХ КОРОВ ДО 8 ОТЕЛОВ И БОЛЕЕ
Г.П. ЛЕГОШИН, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
Л.М. ПОЛОВИНКО, кандидат сельскохозяйственных наук
М.Ю. ПОЛОВИНКО, соискатель
ВИЖ Россельхозакадемии
Е.Д. КУЩ, кандидат сельскохозяйственных наук
Племзавод «Дружба»
В.С. БУРКА, кандидат сельскохозяйственных наук Племзавод «Зимовниковский»
E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью обоснования повышения продуктивного долголетия и пожизненной продуктивности мясных коров, имеющих определяющее значение для зоотехнической и экономической эффективности мясного скотоводства. Два опыта в период с 2000 до 2011 гг. на четырех гуртах (всего более 770 гол.) коров калмыцкой породы проводили в племзаводах «Зимовниковский» Ростовской
области и «Дружба» Ставропольского края. В соответствии с методикой изучали продуктивность и воспроизводительные способности коров за жизнь, причины выбраковки и сохранность телят в гуртах неизменного состава под влиянием разных сроков начала продуктивного использования животных. В обоих хозяйствах применялась малозатратная интенсивно-пастбищная технология без капитальных животноводческих помещений. За 9 лет использования, начиная с первого отела, в гуртах неизменного состава в племзаводах «Зимовниковский» и «Дружба» соответственно продуктивное долголетие коров составило в среднем 7,94 и 8,51 отелов, межотельный интервал - 379,7 и 381,8 дн., продукция в виде живой массы отнятых телят - 1828 и 1900 кг за жизнь коровы. Это соответствует лучшим показателям стран с развитым мясным скотоводством (США, Канада, Австралия, Англия) и в 1,5-2 раза выше, чем в среднем по России. Коровы калмыцкой породы при правильном выращивании и достижении к случке 65...70 % живой массы взрослыхживотных способны иметь первый отел в возрасте около 24 мес., продуктивное долголетие не менее 7,79 отелов, массу отнятых телят 1434 кг и межотельный интервал 377,8дн. В длительных опытах обо-
