Карта генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карта генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы

Н.А. Лобан, О.Я. Василюк

Проведены исследования и анализ частот встречаемости генотипов и аллелей генов-маркеров продуктивных качеств свиней белорусской крупной белой породы (Ryr1, H-FABP, ESR, ECR F18, IGF-2, POU1F1, MC4R).Установлено, что животные с желательными генотипами достоверно превосходят по продуктивности своих аналогов с рецессивными генотипами. Предложена карта генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы свиней, позволяющая разработать программу подбора родительских пар с учетом генотипов генов-маркеров продуктивных качеств.

We have conducted research and analysis of frequency of genotypes and alleles of genes, which are markers of productive qualities of pigs of Belarusian large white breed (Ryr1, H-FABP, ESR, ECR F18, IGF-2, POU1F1, MC4R). We have established that animals with desirable genotypes truly surpass in productivity their analogues with recessive genotypes. We have suggested a map of genetic profile of pigs of Belarusian large white breed, which helps to develop a programme of matching parents, taking into account genotypes of genes-markers of productive qualities.

Введение

Основой системы разведения свиней является селекционное совершенствование исходных чистопородных стад свиней. Для Республики Беларусь, где 80% товарного молодняка получают на гибридной основе, очень важно иметь высокопродуктивную конкурентоспособную материнскую породу, которая вносит в генотип финального гибридного молодняка через соматическую наследуемость высокие адаптивные способности к сложным средовым факторам промышленной технологии.

В результате направленной селекционной работы на протяжении 1975-2006 гг. впервые в Республике Беларусь была создана белорусская крупная белая порода свиней (БКБП). В настоящее время данная порода доминирует по численности (60% хряков и 90% маток) среди разводимых в Республике Беларусь плановых пород свиней. От того, насколько высок селекционно-генетический потенциал крупной белой породы, ее развитие и продуктивность, зависит экономическая эффективность откорма товарного молодняка и производства свинины. Порода характеризуется высокими материнскими качествами, резистентностью, сохранностью молодняка, его откормочной и мясной продуктивностью. Она используется как материнская форма, необходимая для получения конкурентоспособной свинины от помесного и гибридного молодняка. Свиньи белорусской крупной белой породы характеризуются крепкой конституцией и облегченным типом телосложения, высокой естественной резистентностью организма, приспособленностью к региональным условиям, стрессустойчивостью и высокими продуктивными качествами при промышленном производстве свинины [7].

Однако дальнейшая работа по совершенствованию породы невозможна без использования современных достижений науки и техники в области селекции и генетики.

Большинство хозяйственно-полезных признаков животных являются количественными и имеют полигенную природу наследования, то есть на их проявление оказывает влияние не один, а комплекс генов, расположенных в различных участках (локусах) хромосом генома индивидуума. Данные полигенные локусы, ответственные за проявление количественных признаков, получили название локусов количественных признаков (QTL - Quantitative TraitLoci's). Животные, характеризующиеся повышенной продуктивностью, имеют в QTL большее число предпочтительных аллелей (вариантов генотипов), чем в среднем по популяции. Вследствие отбора таких животных в качестве родительских пар следует ожидать получение потомков, имеющих более высокую частоту предпочтительных аллелей и, как следствие, более высокую продуктивность по сравнению с предыдущим поколением вследствие экспрессии генов с желательным полиморфизмом и генотипами особей в субпопуляции.

В настоящее время, в связи с развитием молекулярной генетики и биологии, появилась возможность идентификации генов, напрямую или косвенно связанных с хозяйственно-полезными признаками (геномный анализ). Выявление предпочтительных с точки зрения селекции вариантов таких генов у свиней позволяет, наряду с традиционным отбором по фенотипу, проводить селекцию непосредственно на уровне ДНК (маркер-зависимая селекция).

Такая селекция имеет ряд преимуществ перед традиционной. Она позволяет не учитывать изменчивость хозяйственно-полезных признаков, обусловленную внешней средой как основного фактора при отборе, делает возможной оценку животных в раннем возрасте независимо от пола и в результате повышает эффективность селекции и сокращает сроки достижения заданных уровней продуктивности.

Разработан достаточно широкий набор методик, позволяющих определить спектр генов-кандидатов, полиморфные варианты которых оказывают прямое или косвенное влияние на реализацию признаков продуктивности свиней [3].

Проводимый нами в 2002-2009 гг. в Республике Беларусь крупномасштабный скрининг свиней белорусской крупной белой породы по различным генам-кандидатам продуктивных качеств позволил выявить их полиморфизм и ассоциацию генотипов с продуктивными признаками.

Установлено, что перспективными для применения в практической селекции для белорусской крупной белой породы являются следующие гены-маркеры продуктивности:

- по воспроизводительным качествам - ген эстрогенового рецептора (ESR);

- по откормочным и мясным качествам - гипофизарный фактор транскрипции (POU1F1), ген инсулиноподобного фактора роста (IGF-2), меланинкортин-рецептор (MC4R), ген белка, связывающий жирные кислоты (H-FABP);

- чувствительности к стрессам - ген рианодинового рецептора (Ryr1);

- устойчивости к послеотъемной диарее - ген рецептора E. Сoli F18.

Воспроизводительные качества (многоплодие). Одним из важнейших показателей эффективности селекционной работы является повышение многоплодия свиноматок. В свиноводстве работы по увеличению размеров гнезда проводят с использованием различных селекционных программ с высокопродуктивными линиями свиноматок, методами гибридизации и вводного скрещивания. Однако прямая селекция на плодовитость малоэффективна в силу низких коэффициентов ее наследования (h=0,1-0,2) и отрицательного влияния на признак фенотипических факторов.

Наиболее перспективным и получившим широкое распространение генетическим маркером многоплодия является ген эстрогенового рецептора (ESR). Полиморфизм данного гена обусловлен наличием двух аллелей: А и В. Исследованиями установлено, что предпочтительным с точки зрения селекции является генотип ВВ. Установлено, что превосходство по многоплодию свиноматок с генотипом ВВ составляло 0,9 поросенка по сравнению с генотипом АА. Выявлено, что свиноматки крупной белой и уржумской пород с генотипом ВВ превосходили в среднем по размерам гнезда животных с генотипом АА на 0,7-1,4 и 1,3 поросенка соответственно.

Откормочные и мясные качества. Как известно, селекция свиней на повышение темпов роста и увеличение мясности туш традиционными методами затруднена вследствие относительно низкой наследуемости и большой вариабельности признаков. В этой связи поиск предпочтительных аллелей генов, обуславливающих повышение откормочных и мясных качеств свиней, приобретает большое значение в селекции. В качестве маркеров мясных и откормочных качеств в настоящее время рассматриваются: гипофизарный фактор транскрипции (POU1F1); ген инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF-2); меланинкортин-рецептор (MC4R), а также ген белка, связывающий жирные кислоты (Н-FABP) и влияющий на мраморность мяса.

Полиморфизм гена POU1F1 обусловлен наличием двух аллелей - С и D. Исследования европейских ученых на местных свиньях крупной белой породы показали, что предпочтительным по скорости роста является генотип СС.

Полиморфизм гена IGF-2 обусловлен двумя аллелями - q и Q. Свиньи, несущие в своем геноме желательный генотип QQ гена IGF-2, отличаются повышенными среднесуточными приростами живой массы и содержанием мяса в туше, более низкой толщиной шпика. У крупной белой породы генотип QQ на первом этапе исследований зафиксирован не был. Следует отметить, что положительное действие аллеля Q данного гена проявляется у потомков при наследовании его только у отца (патернальный эффект).

Ген MC4R связан с показателями энергии роста свиней. Выявлен полиморфизм - аллели А и В. Животные, имеющие генотип ВВ, по показателям откормочной и мясной продуктивности превосходят аналогов с генотипом АА [10].

Важным показателем качества мяса, связанного с его вкусовыми характеристиками, является содержание внутримышечного жира или его мраморности. В качестве гена-кандидата содержания внутримышечного жира рассматриваются гены, кодирующие белки и ферменты, участвующие в обмене липидов. В этой связи интерес представляют FABP-белки, связывающие жирные кислоты.

Выявлены три аллеля (А, D и H) гена H-FABP, обуславливающие три класса полиморфизма. Установлено, что предпочтительным с точки зрения селекции является генотип aaddHH. Частота предпочтительных генотипов у свиней крупной белой породы (Россия) варьирует: dd - 8-34,8%; HH - 71,4-100%. По аллелю А полиформизм не был выявлен [1].

Стрессоустойчивость. Одной из проблем в свиноводстве является чувствительность свиней к стрессам - «синдром злокачественной гипертермии» - ведущая к большим экономическим потерям в результате снижения продуктивности, смертности животных и ухудшения качества мяса. Установлено, что чувствительность к злокачественной гипертермии вызывается точковой мутацией гена рианодинового рецептора Ryr1.

Животные, имеющие генотип NN, являются устойчивыми к стрессам, генотип nn - стрессчувствительными. У свиней крупной белой породы частота встречаемости аллеля N составляет 96,4-100% [3].

Устойчивость к послеотъемной диарее. Колибактериоз - остро протекающее инфекционное заболевание молодняка животных, в частности поросят, сопровождающееся диареей и, как следствие, высокой летальностью. Возбудителем заболевания является кишечная палочка E.Сoli. В качестве генетического маркера, представляющего практический интерес, рассматривается ген рецептора E.Сoli F18 (ECR F18). Установлено тесное сцепление этого гена с геном альфа-1 фукозилтрансферазы (FUT 1) макроорганизма. В гене FUT 1 выявлен полиморфизм, причиной которого является точковая мутация АG в позиции 307. Поросята, несущие в геноме аллель G, являются восприимчивыми к колибактериозу, А - устойчивыми.

У свиней крупной белой породы частота встречаемости аллеля А составляет 0,13-0,24%; G - 0,87-0,76% [5].

Целью наших исследований была разработка и анализ карты генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы на основе анализа частоты встречаемости аллелей генов-маркеров продуктивных качеств, а также закономерности их ассоциаций на полигенном и мультигенном уровнях.

генетический продуктивность молодняк свинья

Методы исследования

Исследования проводились на свиноматках, хряках, основных и ремонтных, а также на откормочном поголовье свиней белорусской крупной белой породы в следующих хозяйствах: Минской области - РУСПП «Свинокомплекс Борисовский», РСУП «Племзавод «Индустрия», ООО «Т.Д. Ждановичи-Агро»; Витебской области - РСУП «СГЦ «Заднепровский», ЗАО «Нарцизово», ЗАО «Дражно»; Могилевкой области - ЗАО «Огневское»; Гомельской области - ЗАО «Заря», ЗАО «Южный», ЗАО «Прудок». В качестве исходного материала использовались пробы ткани из ушной раковины свиней. Из образцов выделялся и оптимизировался ДНК для последующего анализа в лабораториях молекулярной генетики (ВИЖ, Россия) и генетики (РУП «НПЦ НАН Беларуси по животноводству», Республика Беларусь) полиморфизма генов методом ПЦР-ПДРФ (полимеразно-цепной реакции полиморфизма длин рестрикционных фрагментов). Статистическую обработку проводили по стандартной методике (Меркурьева и др., 1991). Толщину шпика, глубину длиннейшей мышцы спины и мясность ремонтных хрячков прижизненно определяли прибором «Piglog-105» («SFK Technology», Дания).

Основная часть

Для построения карты генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы определялась частотность встречаемости аллелей и генов-маркеров продуктивных качеств.

Стрессоустойчивость. Стрессоустойчивость изучалась на основных и ремонтных хряках и свиноматках, а также откормочном поголовье (всего 431 гол.) белорусской крупной белой породы свиней в различных регионах республики. Установлено, что у животных породы не был выявлен стрессчувствительный генотип - nn гена Ryr1, а гетерозиготная форма генотипа Nn встречалась с частотой 1,3%. Таким образом, низкая частота встречаемости животных с генотипом Nn, а также отсутствие чувствительных к стрессам животных с генотипом nn у белорусской крупной белой породы свиней указывает на отсутствие необходимости проведения у них в дальнейшем полномасштабной молекулярной генной диагностики стрессовой чувствительности. Очевидно, это результат многолетней работы по тестированию стресса методом галотанового и иммунологического тестов и отбора устойчивых к стрессу животных. С целью исключения стрессчувствительных животных достаточно проведения генетического тестирования среди используемых и ремонтных хряков.

Откормочные и мясные качества (H-FABP, IGF-2, POU1F1, MC4R).

Согласно нашим исследованиям, частота встречаемости генотипов гена H-FABP у свиней породы (190 гол.) составила (%): DD - 13,0; Dd - 37,7; dd - 49,3; HH - 80,3; Hh - 10,6; hh - 9,1. Выявлено, что мясо свиней, несущих нежелательное сочетание аллелей гена H-FABP, характеризуется меньшим содержанием внутримышечного жира, большей толщиной шпика [6].

Анализ продуктивности молодняка свиней белорусской крупной белой породы в зависимости от генотипов по генам IGF-2, POU1F1, MC4R (329 гол.) показал, что животные с желательными генотипами превосходят своих аналогов с рецессивными генотипами: по возрасту достижения живой массы 100 кг - на 0,43-2,6%, среднесуточному приросту - на 1,1-5,0%, затратам корма на 1 кг прироста - 1,1-1,4% [9].

Комплексный генотип генов-кандидатов инсулинового каскада - Qq-CC-BB- хряков проявил достоверное (р0,05; 0,001) повышение у их потомков среднесуточных привесов на 125 г, снижение возраста 100 кг - на 14 дней и затрат кормов - на 0,42 к.ед. по отношению к генотипу - qq-DD-AB [8].

Многоплодие (ESR). В результате исследований 662 гол. свиней установлено, что в среднем по породе частота встречаемости генотипов гена ESR составила (%): АА - 39,0, АВ - 37,8, ВВ - 23,2.

Выявлено, что свиноматки с генотипом ВВ превосходят по многоплодию аналогов с генотипом АА на 0,87-1,57 поросенка на опорос при достоверной разнице (р<0,05; р<0,001). Наличие в генотипе свиней аллеля В гена ESR в гетерозиготном состоянии - АВ также выражается в устойчивой и достоверной тенденции повышения многоплодия на 0,5-0,89 поросят (р<0,01). Отъемная масса гнезда у свиноматок-носителей гена ВВ выше, чем у их аналогов с генотипом АА, на 2,09-6,1 кг (р<0,05) [10].

Заболеваемость колибактериозом(ECR F18). Анализ результатов генетического тестирования свиноматок белорусской крупной белой породы показал, что частота встречаемости генотипов гена ECR F18 была следующей (183 гол.) (%): АА - 5,4; AG - 35,8; GG - 58,8.

Данные исследований показали, что генотип отца оказывает определенное влияние на показатели продуктивности свиноматок крупной белой породы по гену ECR F18. При наличии аллеля А в генотипе как матери, так и отца (AG?AG) сохранность поросят достоверно (р<0,01) повышалась на 11,6% или только матери или отца (AG?GG и GG?AG) - на 10,1 и 9,1% соответственно по сравнению с потомством родителей, несущих в генотипе только аллель G [2].

С целью разработки селекционной стратегии с учетом результатов исследований предлагается карта генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы, в которой отражены аллели животных по ДНК-маркерам (рис. 1).

Рис. 1. Карта генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы по некоторым генам-маркерам продуктивных качеств.

Анализ карты генетического профиля показал, что животные белорусской крупной белой породы имеют высокую частоту встречаемости предпочтительных аллелей по гену Ryr1 (животные стрессоустойчивые) и гену H-FABP (имеют сравнительно высокие показатели по содержанию внутримышечного жира), среднюю - по многоплодию и ниже средней - по предрасположенности к заболеванию E.Сoli и мясным качествам.

Чтобы построить модельную карту генетического профиля свиней породы с максимально возможным высоким уровнем предпочтительных аллелей генов-маркеров продуктивных качеств, следует провести анализ ассоциаций между данными генами.

Так, ген ECR F18 расположен на одной хромосоме (6) с геном рианодинового рецептора Ryr1. Установлено, что мутантный аллель G в высокой степени сцеплен со стрессоустойчивым аллелем N гена Ryr1. Это подтверждается исследованиями российских ученых, где наблюдалась достоверная тенденция (р<0,05) взаимосвязи аллеля G гена ECR F18 с аллелем N гена Ryr1 [5].

По данным компании Gentec (Бельгия), аллель q гена IGF-2 положительно связан с воспроизводительными качествами свиноматок, поэтому преимущественный отбор по плодовитости приводит к вымыванию желательного аллеля Q из популяции и, следовательно, к снижению откормочных и мясных качеств. Поэтому у материнской белорусской крупной белой породы встречаемость аллеля Q на 34-64% ниже, чем у животных специализированных мясных пород. Следует отметить, что из всех генов-маркеров инсулинового каскада (IGF-2, POU1F1, MC4R) именно ген IGF-2 в наибольшей степени влияет на мясные и откормочные качества свиней и является одним из наиболее перспективных маркеров мясооткормочных качеств [11].

Для решения данного противоречия с целью создания специализированных генотипов свиней белорусская крупная белая порода дифференцируется на материнскую и отцовскую форму с раздельной селекцией и различными стандартами. Основное направление в селекции в материнском типе - повышение резистентности молодняка и многоплодия маток, в отцовском типе - улучшение откормочных и мясных качеств.

Следовательно, необходимо разработать две раздельные карты генетического профиля (для отцовского и материнского типов БКБ породы).

Карта генетического профиля позволит разрабатывать программы отбора и подбора родительских пар с учетом генотипов и аллелей генов-маркеров продуктивных качеств. Подбор родительских пар следует проводить комплексно с учетом всех генотипов и аллелей генов-маркеров по следующей методике: из биопроб ткани животных выделяется ДНК для последующего анализа методом ПЦР-ПДРФ. При анализе полиморфизма определяются генотипы изучаемого гена-маркера. Далее на основе анализа продуктивности производится отбор и подбор родительских пар с предпочтительными сочетаниями генотипов.

По итогам наших исследований в качестве примера предлагаются схемы подбора свиноматок и хряков белорусской крупной белой породы, направленные на повышение многоплодия и мясооткормочных качеств (рис. 2, 3). Аналогичные схемы подбора родительских форм разработаны и предложены ранее по другим генам-маркерам QTL, составляющим мультилокусный сайт карты генетического профиля (рис. 1).

Следует отметить, что данные исследования находятся лишь на начальной стадии, но предварительные данные, изученные закономерности и ассоциации позволяют утверждать возможность разработки комплексного подхода в селекции. Это позволяет объединить в метод селекции оценку генотипа, фенотипа и продуктивности животных, т.е. разработку модельных карт генетического, экстерьерного и продуктивного профилей популяций с их дифференциацией по направлению селекции коррелируемых признаков, а также получение устойчивого гетерозисного эффекта при их кроссе.

Рис. 2. Схема подбора по повышению многоплодия свиноматок белорусской крупной белой породы

Рис. 3. Схема подбора по повышению мясооткормочных качеств свиней белорусской крупной белой породы

Примечание: * - расчетное значение долей аллелей свиноматок (в данном случае Q=0,34, q=0,66)

Заключение

1. Приведенные в настоящей работе данные свидетельствуют о том, что полиморфные варианты генотипов некоторых генов-маркеров оказывают прямое или косвенное влияние на продуктивные качества свиней белорусской крупной белой породы.

2. Разработана карта генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы, позволяющая корректировать программы подбора родительских пар с учетом их генотипов по генам-маркерам стрессоустойчивости, репродуктивных, откормочных и мясных качеств, устойчивости к колибактериозу.

3. Разработаны схемы подбора генотипов по генным локусам на повышение репродуктивных и мясо-откормочных качеств свиней белорусской крупной белой породы.

4. Разработаны принципы управления селекционным процессом на основе карт генетического профиля, состоящие в следующем:

- скрининг генов-маркеров селекционируемых микро- и макропопуляций;

- оценка характера полигенного взаимодействия генотипов генов-кандидатов в ассоциации с признаками воспроизводительной, откормочной, мясной продуктивности и выбор главного гена для практической селекции;

- оценка характера мультигенного взаимодействия в ассоциации комплекса признаков с учетом их корреляции, наследования и дифференциации популяций породы на материнские и отцовские формы по направлению признаков селекции;

- разработка модельных карт генетического профиля в комплексе с продуктивным и конституциональным профилями селекционируемых популяций.

Литература

1. Арсиенко, Р.Ю. Исследования полиморфизма гена H-FABP во взаимосвязи с хозяйственно-полезными признаками свиней / Р.Ю. Арсиенко, Е.А. Гладырь // Современные достижения и проблемы биотехнологии сельскохозяйственных животных: материалы Междунар. научн. конф. Дубровицы, 2002. С. 94-96.

2. Василюк, О.Я. Возможность снижения заболеваемости поросят колибактериозом методом молекулярной генной диагностики / О.Я. Василюк, Н.А. Лобан // Ветеринарная медицина Беларуси. 2006. С. 9-11.

3. Зиновьева, Н.А. Введение в молекулярную генную диагностику сельскохозяйственных животных/ Н.А. Зиновьева, Е.А. Гладырь, Л.К. Эрнст, Т. Брем // ВИЖ. 2002. С. 68-70.

4. Зиновьева, Н.А. Исследование полиморфизма гена эстрогенового рецептора как маркера плодовитости свиней / Н.А. Зиновьева, Е.А. Гладырь, Л.В. Ларионова [и др.] // Свиноводство: материалы Междунар. науч. конф. Дубровицы, 2000. Т. 2. С. 50-57.

5. Коновалова, Е.Н. Исследования гена рецептора E.Сoli F18 во взаимосвязи с хозяйственно-полезными признаками свиней / Е.Н. Коновалова, Е.А. Гладырь, Н.А. Зиновьева // Современные достижения и проблемы биотехнологии сельскохозяйственных животных: материалы Междунар. научн. конф. Дубровицы, 2003. С. 112-117.

6. Лобан, Н.А. Влияние типа полиморфизма гена H-FABP на некоторые продуктивные качества свиней / Н.А. Лобан, О.Я. Василюк, А.С. Чернов // Свиноводство. 2004. №5. С. 8-10.

7. Лобан, Н.А. Достижение белорусских селекционеров / Н.А. Лобан, О.Я. Василюк, А.С. Чернов // Животноводство России. 2008. №3. С. 33-34.

8. Лобан, Н.А. ДНК-диагностика признаков продуктивности свиней / Н.А. Лобан, А.С. Чернов // Животноводство России, 2009. Спецвыпуск: Свиноводство. С. 23-24.

9. Попков, Н.А. Использование методов молекулярной генной диагностики для повышения откормочных и мясных качеств свиней белорусской крупной белой породы/ Н.А. Попков, И.П. Шейко, Н.А. Лобан, О.Я. Василюк / Весцi нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя аграрных навук, 2008. №4. С. 70-74.

10. Шейко, И.П. Селекция на повышение многоплодия свиноматок крупной белой породы методом молекулярной генной диагностики/ И.П. Шейко, Н.А. Лобан, О.Я. Василюк // Весцi нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя аграрных навук. 2006. №3. С. 77-82.

11. Эрнст, Л.К. Биологические проблемы животноводства в XXI веке / Л.К. Эрнст, Н.А. Зиновьева. М.: РАСХН, 2008. С. 279-280.

Размещено на Allbest.ur