CC BY
98
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2012, № 6
УДК 636.32/.38:636.01:599.735.52:575
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АРХАРА Ovis ammon ammon, СНЕЖНОГО БАРАНА O. nivicola borealis И ИХ ГИБРИДОВ*
В.А. БАГИРОВ1, П.М. КЛЕНОВИЦКИЙ1, Б.С. ИОЛЧИЕВ1, Н.А. ЗИНОВЬЕВА1, В.В. КАЛАШНИКОВ2, О.В. ШИЛО3, В.А. СОЛОШЕНКО4, Ш.Н. НАСИБОВ1, В.П. КОНОНОВ1, А.В. КОЛЕСНИКОВ5
Резервом развития отечественного овцеводства может послужить гибридизация домашних овец с дикими представителями рода Ovis, позволяющая обогатить генофонд пород за счет внесения в него ценных генетических задатков, присущих диким сородичам. Гибридизация близкородственных видов также способна оказаться эффективным методом реконструкции и восстановления исчезающих представителей фауны. Нами была выполнена гибридизация снежного барана Ovis nivicola borealis и архара O. ammon ammon (соответственно отцовская и материнская формы), получено жизнеспособное плодовитое гибридное потомство и проведено сопоставление кариотипов архара, снежного барана, а также их гибрида. Поскольку родительские виды имеют различные диплоидные числа и неодинаковое число двуплечих аутосом, при нумерации хромосом и построении кариограммы мы использовали идеограмму, которая была основана на кариотипе козы, дополненном группой метацентрических хромосом. Результаты цитогенетического анализа в совокупности с данными о плодовитости гибридного потомства указывают на высокую степень близости сравниваемых видов.
Ключевые слова: снежный баран Ovis nivicola borealis, архар O. ammon ammon, гибридизация, кариотип.
Keywords: Ovis nivicola borealis, O. ammon ammon, hybridization, karyotype.
В России в силу суровых природно-климатических условий овцеводство всегда было важной отраслью сельского хозяйства, обеспечивающей потребности населения и легкой промышленности в продуктах питания и специфических видах животного сырья. В ряде случаев овцы — единственный вид животных, способных использовать имеющиеся природные ресурсы.
Большое разнообразие условий разведения и содержания привело к созданию приспособленных к ним многочисленных пород и породных групп овец с широким спектром генетически обусловленных морфологических и продуктивных качеств. Считается, что в настоящее время в мире существует около 850 пород овец (1). По данным FAO (2), по
Рис. 1. Динамика численности поголовья овец в сравнению с 1990 ЩЦОМ в 2010 го-
миллиардах голов в мире (1, ось слева) и в Рос- ду поголовье овец в мире снизи-
сии (2, ось отрава). лось на 10,7 %, составив при этом
1079 млн гол. Минимальная численность овец (1060 млн гол.) приходилась на 2000 год, к 2005 году их поголовье незначительно увеличилось и достигло примерно 1100 млн гол., однако в течение следующего пятилетия произошел очередной спад численности. Стабильный рост поголовья овец в анализируемый период наблюдался лишь в Азии и Африке (соответст-
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, проект № 20121.4-12-000-2022-4509. В проведении исследований использовано оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ГНУ ВИЖ Россельхозакадемии.
венно на 29 и 45 %), тогда как в остальных регионах оно значительно уменьшилось (в целом по Америке — на 25 %, по Европе и Океании — на 56 %).
В России в период с 1990 по 2000 год поголовье сократилось в 4,2 раза (с 55 до 13 млн гол.), однако в последнее десятилетие наблюдался его рост, и в 2010 году численность овец составила около 2 млн гол. (рис. 1). Несмотря на наметившиеся положительные перемены, отечественное овцеводство постоянно требует особого внимания. Резервом развития отрасли может послужить гибридизация с дикими представителями рода Ovis, позволяющая обогатить генофонд домашних овец за счет привнесения в него ценных генетических задатков, присущих диким сородичам (3). Гибридизация близкородственных видов способна также оказаться эффективным методом реконструкции и восстановления исчезающих видов (4-10).
Ареал диких овец охватывает обширную территорию от островов Средиземного моря и областей Передней Азии до Камчатки на Евразийском континенте и на западе Северной Америки. Представители рода Ovis хорошо приспособлены к жизни в различных географических зонах (от степей до горных хребтов), верхняя граница их обитания проходит на высоте 5000 м над уровнем моря (11).
В систематике диких баранов до настоящего времени нет единого взгляда на структуру рода Ovis. Наиболее обосновано выделение семи видов диких овец — уриал (Ovis vignei), муфлон европейский (O. musimon), муфлон азиатский (O. orientalis ), архар, или горный баран (O. ammon), снежный баран (O. nivicola), толсторог (O. canadensis), тонкорог (O. dalli). Результаты цитогенетических (12-15) и молекулярно-генетических (16-19) исследований однозначно свидетельствуют о том, что предком домашней овцы был азиатский муфлон (O. orientalis ). Участие в доместикации уриала и архара противоречит этим данным. В отношении муфлона европейского (O. musimon) высказано предположение, что он является потомком одичавших овец (1). Хотя в овцеводстве имеется опыт получения гибридов домашней овцы с представителями разных видов диких баранов (5-7, 20-23), данные о гибридизации видов диких баранов между собой в литературе отсутствуют.
Цель настоящей работы заключалась в получении гибридов архара (O. ammon ammon) со снежным бараном (Ovis nivicola borealis) и их карио-типическом изучении.
Методика. В экспериментах по гибридизации в качестве отцовской формы был взят снежный баран (Ovis nivicola borealis), материнской — матки архара (O. ammon ammon). При цитогенетическом анализе исходных видов и гибрида материалом для исследования служила 72-часовая культура периферических лимфоцитов, стимулированных конканавали-ном А (ООО «ПанЭко», Россия) в дозе 10 мкг/мл. Культивирование, получение и обработку препаратов хромосом проводили по общепринятой методике с внесенными нами модификациями (24).
Результаты исследования документировали с помощью цифровой видеокамеры КС-583С («Digital», Тайвань) и пакета программ, совместимых с Windows. Обработку изображений и кариотипирование осуществляли по описанной ранее методике (25).
Результаты. Полагают, что исходный кариотип полорогих (Bovidae) содержал 60 хромосом, включая 29 пар одноплечих аутосом. Расхождение ветвей, давших начало современным представителям этого семейства, произошло 15-20 млн лет назад. Из современных полорогих кариологически наиболее близки к предковой форме представители рода Capra, обладающие хромосомной мономорфностью (26, 27).
Род Ovis характеризуется четко выраженным хромосомным полиморфизмом. Входящие в него виды образуют четыре хромосомных класса. Принято считать, что хромосомные наборы в пределах рода Ovis, как и у всех полорогих, эволюционировали посредством центрических слияний. Первый, самый древний хромосомный класс с 2n = 58 включает один вид — O. vignei. Кариотип уриала содержит только одну пару метацентри-ческих хромосом. Ко второму классу относится архар, или горный баран (O. ammon, 2n = 5б), в кариотипе которого имеются две пары метацентри-ческих хромосом. В третий класс входит муфлон европейский (O. musimon), муфлон азиатский (O. orientalis), толсторог (O. canadensis), тонкорог (O. dalli) и домашняя овца (O. aries). Кариотипы указанных видов идентичны, они содержат 54 хромосомы, в том числе три пары метацентриков. Эволюционно более молодой четвертый класс с 2n = 52, включающий единственный вид — снежного барана (O. nivicola). В кариотипе снежного барана представлены четыре пары метацентрических хромосом.
К ранним попыткам выявить соответствие между хромосомами козы и разных видов рода Ovis относятся работы T.D. Bunch с соавт. (28, 29). Первоначально T.D. Bunch на основании результатов дифференциального G-окрашивания считал, что метацентрические хромосомы у всех видов овец возникли в результате четырех робертсоновских транслокаций, соответствующих центрическим слияниям козьих хромосом 1/5-й, 3/10-й, 4/9-й и 11/17-й (29). Позднее, исследуя кариотип у барана Северцова (O. ammon severizpvi), T.D. Bunch с соавт. (30) показали, что это подвид архара. Авторы отметили, что метацентрики у архара эквиваленты 1-й, 3-й, 5-й и 11-й хромосомам предкового кариотипа Ovis.
В результате применения дифференциального окрашивания с высоким разрешением удалось уточнить, какие эволюционные преобразования предкового кариотипа происходили в процессе дивергенции рода Ovis. Первая пара двуплечих хромосом у всех современных овец образовалась в результате слияния акроцентрических хромосом, соответствующих 1-й и 3-й парам хромосом предковой формы. Впервые она появилась у уриала (О. vignei, 2n = 58) и присутствует у всех истинных овец с хромосомными числами 5б, 54 и 52. Вторая пара метацентрических хромосом возникла при объединении 2-й и 8-й хромосом, которое произошло у предка архара и сохраняется у горных баранов с диплоидными числами 5б, 54 и 52. Третья пара двуплечих хромосом сформировалась вследствие центрического слияния 5-й и 11-й хромосом, что привело к появлению видов с кариоти-пом, содержащим 54 хромосомы. Этот метацентрик присутствует и у снежного барана, кариотип которого содержит 52 хромосомы. Уменьшение диплоидного числа при образовании кариотипа O. nivicola произошло в результате слияния 9-й и 19-й хромосом (31).
Как показал анализ специальной литературы, цитогенетические исследования диких овец, выполненные на уровне подвидов, далеко не полны. В частности, из семи подвидов азиатского снежного барана (32, 33) кариотип описан только у O. nivicola nivicola (14, 34).
При сопоставлении кариотипов архара и снежного барана, а также их гибрида мы столкнулись с методической проблемой: поскольку оба исходных вида имеют различные диплоидные числа и неодинаковое число двуплечих аутосом, построение и сравнительное описание кариотипов с применением стандартных принципов кариотипирования было затруднено. Поэтому при нумерации хромосом и построении кариограммы мы использовали идеограмму, основанную на кариотипе козы (базовая часть), которую дополняли группой метацентрических хромосом. В зависимости
П і!
ІІІІИП
it It 1 1 1 ft ft 0
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
11 1 1 I I ft ft 1 1 • ft ft ft ft ft
7 8 9 10 11 12 7 8 9 10 11 12
4 І і і і ft ft ft A I « » —
13 14 15 16 17 18 13 14 15 16 17 18
ft * * • ft ft ft ft • 4 » t * • • • • • * • * »
19 20 21 22 23 24 19 20 21 22 23 24
« * » A * 4 • A » я 1 . • • • « • * • • « 1 a •
25 26 27 28 29 X Y 25 26 27 28 29 X Y
1 *3| r81
\ \ I 1 1
III u
11
19
Рис. 2. Кариотипы самцов архара (Ovis аттоп ammon) (А), снежного барана (O. nivicola borealis) (Б) и их гибрида (В). Дифференциальное G-окрашивание, увеличение X1QQ.
н
7
О S
г
И б
§’ si «
ю
із
19
А
25
б
ft
I
14
й
20
I
26
И и
15
А «
21
8 Л
27
I «
16
9 в
22
I
28
И
8 в
17
Л б
23
І і
29
І і
6
»і
12
4 8
18
в «
24
«
I t
X Y
от видовои принадлежности исследуемого животного число хромосомных элементов и их размещение изменялись.
В кариотипе архара (рис. 2, А) хромосомы З-6-И пар соответствуют 4-7-И парам базового кариотипа, с 7-И по 27-ю пару — 9-29-И парам хромосом козы, метацентрические хромосомы — 1/З-И и 2/8-И хромосомам базового кариотипа. Диплоидное число хромосом не отличалось от видовоИ нормы (2n = 56). В кариотипе снежного барана O. nivicola borealis (см. рис. 2, Б) диплоидное число хромосом равнялось 52, как и у O. nivicola nivicola (З5), акроцентрики соответствовали 4-И, 6-И, 7-И, 10-И, с 12-И по 18-И и далее с 20-И по 29-ю хромосому базового кариотипа, метацентрики — 1/З-И, 2/8-И, 5/11-И и 9/19-И хромосомам базового кариотипа. У гибрида снежного барана с архаром (см. рис. 2, В) хромосомное число равнялось теоретически ожидаемому (2n = 54). Метацентрические хромосомы были представлены двумя парами гомологов, соответствующими хромосомам 1/З-И и 2/8-И исходного кариотипа, унаследованным как от отца, так и от матери, и двумя непарными метацентрика-ми (5/11-я и 9/19-я), полученными от снежного барана. Парные акроцентрики, унаследованные от обоих родителеИ, соответствовали базовым хромосомам 4-И, 6-И, 7-И, lQ-И, 12-18-И и 29-29-И, непарные акроцентрики, полученные от архара, — базовым хромосомам 5-И, 9-И, 11-И и 19-И. У животных исходных видов и гибридов в базовоИ части идеограммы отсутствовали 1-я, 2-я, З-я и 8-я хромосомы, соответствующие 1-И и 2-И метацентрическим.
У всех исследованных животных фенотипическиИ пол совпадал с определенным по составу половых хромосом. У архара, снежного барана и их гибридов X-хромосома представляла собоИ крупныИ акроцетрик, тогда как Y-хромосома была мелким метацентриком.
В
Как показали исследования, гибридные самцы первого поколения Fi были плодовитыми, что редко происходит при отдаленной гибридизации. Аналогичные результаты получены при гибридизации домашних овец с камчатским снежным бараном O. nivicola nivicola (35). В совокупности с данными цитогенетического анализа это указывает на высокую степень близости сравниваемых видов.
Таким образом, получено жизнеспособное плодовитое гибридное потомство и проведено сопоставление кариотипов архара, снежного барана и их гибрида. Результаты цитогенетического анализа и данные о плодовитости гибридного потомства указывают на высокую степень близости сравниваемых исходных видов. Плодовитость созданных гибридных самцов — важное качество, позволяющее тиражировать ценных особей в широких масштабах, что составляет основу для формирования высокопродуктивных популяций овец.
ЛИТЕРАТУРА
1. Состояние всемирных генетических ресурсов животных в сфере продовольствия и сельского хозяйства. Рим—М., 2Q1Q.
2. http://faostat.fao.org/default.aspx
3. Коробицына К.В., Воронцов Н.Н. Хромосомные наборы диких баранов и пути использования генофонда рода в отдаленной гибридизации с домашними овцами. Биологические исследования на Дальнем Востоке, 1975, 1: 135-158.
4. Багиров В.А., Насибов Ш.Н., Кле новицкий П.М., Лесин С.А., Воеводин В.А., Зиновьева Н.А., Эрнст Л.К., Калашников В.В., Солошенко В.А. Сохранение и рациональное использование генофонда животных. Докл. РАСХН, 2QQ9, 2: 37-4Q.
5. Насибов Ш.Н., Багиров В.А., Кле новицкий П.М., Иолчиев Б.С., Зиновьева Н.А., Воеводин В.А., Амиршоев Ф.С. Генетический потенциал дикой фауны в создании новых селекционных форм животных. Достижения науки и техники АПК, 2Q1Q, 8: 59-62.
6. Насибов Ш.Н., Багиров В.А., Кле новицкий П.М., Иолчиев Б.С., Зиновьева Н.А., Воеводин В.А. Сохранение и рациональное использование генофонда снежного барана. Достижения науки и техники АПК, 2Q1Q, 12: 63-65.
7. Насибов Ш.Н., Иолчиев Б.С., Кленовицкий П.М., Багиров В.А., Воеводин В.А., Зиновьева Н.А. Криосохранение и рациональное использование генетических ресурсов овец и коз. Достижения науки и техники АПК, 2Q1Q, 9: 5Q-51.
8. Багиров В.А., Гладырь Е.А., Эрнст Л.К., Кленовицкий П.М., Зиновьева Н.А., Насибов Ш.Н. Сохранение и рациональное использование генетических ресурсов яка (Bos mutus). С.-х. биол., 2QQ9, 2: 37-42.
9. Багиров В.А., Кленовицкий П.М., Насибов Ш.Н., Иолчиев Б.С., Зиновьева Н.А., Эрнст Л.К., Гусев И.В., Кононов В.П. Рациональное использование генетических ресурсов и гибридизация в козоводстве. С.-х. биол., 2QQ9, 6: 27-33.
1Q. The yak /G. Wiener, H. Jalin, T.R. Ruiju (eds.). FAO, 2QQ3.
11. Данкверт С.А., Холоманов А.М., Осадчая О.Ю. Овцеводство стран мира. М., 2Q1Q.
12. Орлов В.Н., Булатова Н.Ш. Сравнительная цитогенетика и кариосистематика млекопитающих. М., 1983.
13. Diploid numbers mammalian. Institute of Cytology and Genetics, SB RAS, Novosibirsk. (http://www.bionet.nsc.ru/labs/chromosomes/mammalia.htm).
14. Воронцов H.H., Коробицына К.К., Надлер Ч.Ф., Хофман Р., Сапожников Г.Н., Горелов Ю.К. Цитогенетическая дифференциация и границы видов у настоящих баранов (Ovis s. str.) Палеоарктики. Зоологический журнал, 1972, 51(8): 11Q9-1121.
15. Воронцов Н.Н., Коробицына К.В., Надлер Ч.Ф. Хромосомы диких баранов и происхождение домашних овец. Природа, 1972, 3: 74-82.
16. Hiendleder S., Mainz K., Plante Y., Lewalski H. Analysis of mitochondrial DNA indicates that domestic sheep are derived from two different ancestral maternal sources: no evidence for contributions from urial and argali sheep. J. Hered., 1998, 89: 113-12Q.
17. Hiendleder S., Janke A., Wassmuth R. Molecular data on wild sheep genetic resources and domestic sheep evolution. Arch. Tierz., 2QQ1, 44(Special Issue): 271-279.
18. Hiendleder S., Kaupe B., Wassmuth R., Janke A. Molecular analysis of wild and domestic sheep questions current nomenclature and provide evidence for domestication from two different subspecies. Proc. R. Soc. Lond., 2QQ2, 269: 893-9Q4.
19. Hamid Reza Rezaei. Phylogenie moleculaire du Genre Ovis (Mouton et Mouflons), implications pour la conservation du genre et pour l'origine de l'espece Ddomestique. These pour obtenir le grade de docteur en sciences. Univerite Josef Forster, Grenoble, 2QQ7.
20. Шайдуллин И.Н., Жиряков A.M., Каплинская Л.И., Стрекозов Н.И., Шикалова В.П., Син Ю Сен, Прошкин A.B., Бин Н.Н., Лихачева Г.Н. Выведение мясо-шубных овец в типе романовской породы в условиях камчатского региона методами акклиматизации отдаленной гибридизации со снежным бараном Ovis nivicola nivicola (Мат. Межд. конф. «Прошлое, настоящее и будущее зоотехнической науки»). Науч. тр. ВиЖ (Дубровицы), 2004, 66(l): 204-215.
21. Шайдуллин И.Н., Ролдугин В.Н. Возможная отдаленная гибридизация. Овцеводство, 1986, 4: 40-41.
22. Иванов М.Ф. Полное собрание сочинений. Т. 3. М., 1964.
23. Гикинишвили Н.С. Племенная работа в цветном каракулеводстве. М., 1976.
24. Багиров B.A., Кленовицкий П.М., Насибов Ш.Н., Иолчиев Б.С., Зиновьева H.A., Эрнст Л.К. Цитогенетический анализ при отдаленной гибридизации полорогих. Достижения науки и техники АПК, 2009, 8: 41-43.
25. Кленовицкий П.М., Багиров В.А., Иолчиев Б.С., Доцев А.В. Вопросы прикладной цитогенетики сельскохозяйственных животных. Достижения науки и техники АПК, 2003, 10: 17-19.
26. Wurster D.H., Benirschke K. Chromosome studies in the superfamily Bovoidae. Chromosoma, 1968, 25: 152-171.
27. Buckland R.A., Evans H.J. Cytogenetic aspects of phylogeny in the Bovidae. I. G-banding. Cytogenet. Cell. Genet., 1978, 21(1): 42-63.
28. Bunch T.D. Fundamental karyotype in domestic and wild species of sheep Identity and ranking of autosomal acrocentrics involved in biarmed formations. J. Hered., 1978, 69(2): 77-80.
29. Bunch T.D., N a d l e r C.F., Simmons L. G-band patterns, hemoglobin, and transferrin types of the bharal сhromosomal evolutionary relationships with sheep and goats. J. Hered., 1978, 69(5): 316-320.
30. Bunch T.D., Vo r o n t s o v N.N., Ly a p u n o v a E.A., Hoffmann R. S. Chromosome number of Severtzov's sheep (Ovis ammon severtzovi): G-banded karyotype comparisons within ovis. J. Hered., 1998, 89(3): 266-269.
31. Bunch T.D., Wu C., Zhang Y.-P., Wang S. Phylogenetic analysis of snow sheep (Ovis nivicola) and closely related taxa. J. Hered., 2006, 97(1): 21-30.
32. Ревин Ю.В., Со пин Л.В., Же лез но в Н.К. Снежный баран. Новосибирск, 1988.
33. Фил В.И, Мосолов В.И. Снежный баран Камчатки. Петропавловск-Камчатский, 2010.
34. Смирнов О.К., Живалев И.К., Кленовицкий П.М., Кракасевич А.Н. Кариотипическое исследование азиатского снежного барана, домашней овцы и их гибридов. Бюл. ВИЖ, 1986, 87: 16-20.
35. Шайдуллин И.Н. Гибриды плодовиты. Овцеводство, 1992, 3: 18-21.
1ГНУ Всероссийский НИИ животноводства Россельхозакадемии,
142132 Московская обл., Подольский р-н, пос. Дубровицы, e-mail: klenpm@mail.ru;
2Российская академия сельскохозяйственньх наук,
117218 г. Москва, ул. Кржижановского, 15, корп. 2, e-mail: vugarbagirov@mail.ru;
3'Новосибирский зоопарк,
630001 г. Новосибирск, ул. Тимирязева, 71/1;
4ГНУ Сибирский НИИ животноводства Россельхозакадемии,
630501 Новосибирская обл., Новосибирский р-н, р.п. Краснообск 5ФГБОУ ВПО Самарская государственная сельскохозяйственная академия,
446442 г. Кинель, пос. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2
CYTOGENETIC CHARACTERISTIC OF Ovis ammon ammon,
O. nivicola borealis AND THEIR HYBRIDS
V.A. Bagirov1, P.M. Klenovitskiy1, B.S. lolchiev1, N.A. Zinovieva1, V.V. Kalashnikov2, O.V. Shilo3, V.A. Soloshenko4, Sh.N. Nasibov1, V.P. Kononov1, A.V. Kolesnikov5
S u m m a r y
By a hybridization of wild and domestic sheep, a gene fond of sheep breeds can be enriched with useful traits, and the rare and disappearing species reconstructed. In our experiments, the hybridization between Ovis nivicola borealis and O. ammon ammon resulted in a reproductive offspring. The parental and hybrid animals were compared as to their karyograms which were determined on the base of ideogram for goats with addition of metacentric chromosomes. The cytogenetic data and the reproductive state of the hybrid confirm that the taxa used in hybridization are closely related.
Поступила в редакцию 1 октября 2012 года
