Мониторинг генетической структуры популяции крупного рогатого скота черно-пестрой породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

06.02.07 - разведение, селекция и генетика сельскохозяйственных животных

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Мониторинг генетической структуры популяции крупного рогатого скота чёрно-пёстрой породы

КУЗНЕЦОВА ИРИНА ВЛАДИМИРОВНА

Рязань - 2010

Работа выполнена в Рязанском агротехнологическом университете имени П. А. Костычева

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Стародумов Игорь Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Бородачёв Анатолий Владимирович кандидат сельскохозяйственных наук Павлюхин Андрей Михайлович

Ведущая организация:

Мичуринский государственный аграрный университет

Защита диссертации состоится 20 апреля 2010 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 006.018.01 при Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте коневодства по адресу: 391105, Рязанская область, Рыбновский район, п. Дивово, п/о Институт коневодства

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института коневодства.

Автореферат разослан 14 марта 2010 года

Учёный секретарь диссертационного совета Готлиб М. М.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Отбор животных по хозяйственно-полезным признакам (молочной продуктивности, работоспособности, резистентности и т. д.) прямо или косвенно приводит к изменениям генофонда животных и его структуры (Н. П. Дубинин, Я. Л. Глембовский, 1967; Е. К. Меркурьева, 1977).

Необходимость поддержки в популяциях животных оптимального уровня генетической изменчивости и гетерозиготности связана с тем, что с этими показателями непосредственно связаны приспособительные способности животных к изменившимся условиям окружающей среды. Без необходимого генетического разнообразия популяции животных теряют свою эволюционную приспособленность и становятся неустойчивыми к воздействию патогенной микрофлоры и негативным влияниям окружающей среды (изменениям климата, отрицательному действию вредных веществ) (Н. П. Дубинин, 1986; Ю. П. Алтухов, 1989). Потеря генетического разнообразия животных приводит к значительному экономическому ущербу.

В зоотехнической практике генетическое разнообразие в популяциях животных принято определять по генеалогической структуре породы или её структурных единиц (линий, зональных типов). Этот метод прост, но имеет значительный недостаток (многие животные в линиях обычно бывают получены от родителей, представляющих разные линии).

В последние десятилетия метод оценки генетической структуры популяций животных нередко дополняется анализом особенностей исследуемых популяций по полиморфным белкам и группам крови животных.

Полиморфные белки биологических жидкостей и группы крови не изменяются в онтогенезе животных, легко определяются на ранних стадиях развития животных в лабораторных условиях и, как правило, имеют кодоминантный тип наследования. Благодаря этому они являются идеальными генетическими маркёрами и широко используются в животноводстве при решении целого ряда вопросов теоретического и прикладного значения. В частности, в животноводстве полиморфные белки и группы крови с успехом используются при изучении генетической структуры популяций и разработке путей управления селекционно-генетическими процессами. Кроме того, сравнительное изучение внутрипородных популяций иммуногенетическими методами важно для понимания механизмов, обеспечивающих относительное постоянство породы и её развитие.

Теоретические основы использования генетических маркёров в животноводстве были разработаны А. С. Серебровским (1970). В частности, им были сформулированы основные требования, предъявляемые к генетическим маркёрам (их альтернативность, место положение на хромосомах (хотя бы приблизительное) и однозначность влияния или отсутствие такового на изучаемый признак).

Возможность использования генетических маркёров при оценке генетической структуры популяции животных базируется на двух методических подходах. Первый из них предусматривает анализ популяции (субпопуляций) на определённых этапах их развития путем изучения особенностей маркёрных аллелей в статике. Такое изучение структуры популяции позволяет детализировать представление о степени их консолидации и дифференциации, а так же направленности происходящих в них изменений.

Второй методический подход предусматривает наблюдение за конкретными маркёрами и маркирующими ими хромосомами в динамике, то есть за передачей наследственного материала из поколения в поколение (Р. М. Дубровская, И. М. Стародумов, 1995).

Нами изучалось влияние проводимого на протяжении 15-летнего периода отбора коров чёрно-пёстрой породы по комплексу признаков (молочной продуктивности, экстерьеру, конституции, происхождению и др.) на аллелофонд и его структуру в локусе системы В групп крови.

Исследования проводились в соответствии с тематическим планом НИР Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева (номер государственной регистрации 01.9.10007519).

Цель и задачи исследований. Целью проводимых исследований был мониторинг аллелофонда и его структуры, сформировавшихся в популяции крупного рогатого скота чёрно-пёстрой породы в процессе проводимого на протяжении 15 лет отбора коров по комплексу признаков (молочной продуктивности, экстерьеру, конституции, происхождению и др.). При проведении исследований нами решались следующие задачи:

1. Была изучена молочная продуктивность коров чёрно-пёстрой породы трёх поколений АОЗТ «Авангард» Рязанской области.

2. Проводились исследования генеалогической структуры дойного стада коров чёрно-пёстрой породы трёх поколений.

3. Изучались особенности аллелофонда в локусе системы В групп крови коров чёрно-пёстрой породы трёх поколений.

Научная новизна исследований. Впервые изучена в динамике генетическая структура в локусе системы В групп крови в популяции коров чёрно-пёстрой породы трёх поколений и изучена роль отдельных факторов, влияющих на формирование аллелофонда породы; впервые были определены ожидаемые частоты аллелей в локусе системы В групп крови в популяции коров чёрно-пёстрой породы и некоторых её линий.

Теоретическая и практическая значимость работы. Использование аллелей локуса В групп крови в качестве генетических маркёров при разведении крупного рогатого скота позволит своевременно проводить мониторинг генофонда исследованной нами популяции крупного рогатого скота чёрно-пёстрой породы и вовремя принимать меры по предупреждению в ней негативных последствий.

Сравнительное изучение внутрипородных групп (линий, маточных семейств, зональных типов) иммуногенетическими методами расширит наши представления о механизмах, поддерживающих относительное постоянство генофонда пород крупного рогатого скота.

Использование генетических маркёров при разведении крупного рогатого скота позволит поддерживать в популяциях оптимальный уровень генетической изменчивости и консолидации животных.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева в 2008 и 2009 годах.

Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 5 статей, в том числе одна статья в издании, рекомендованном ВАК.

Объём и структура работы. Диссертационная работа изложена на 107 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических предложений, приложений, содержит 23 таблицы, 4 рисунка. Список литературы содержит 132 источников, из них 27 на иностранных языках.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Мониторинг генетической структуры проводили в дойном стаде коров чёрно-пёстрой породы АОЗТ «Авангард» Рязанской области. При исследованиях генетической структуры стада в качестве генетических маркёров использовали аллели локуса системы В групп крови.

Коровы 1983 - 1997 годов рождения (n = 529) принадлежали трём поколениям (материнскому, дочернему, внучатому). Исследованные животные были представителями 10 линий: Силинг Трайджун Рокит, Хильтес Адема, Блитсард Каймпе, Роттерда Пауль, Ириса, Бонтьес Адема, Монтвик Чифтейн, Аннас Адема, Рефлекшн Соверинг, Вис Бек Айдиал.

Антигены эритроцитов определяли 35 моноспецифическими сыворотками (реагентами), идентифицированными с международными эталонами. У всех типированных по группам крови коров была учтена молочная продуктивность за первые три лактации.

Схема исследований показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Общая схема исследований

Генетическую структуру в локусе системы В групп крови дойного стада коров оценивали по частотам аллелей (в долях единицы), по наблюдаемым и ожидаемым частотам генотипов (в процентах) и наблюдаемой и ожидаемой гомозиготности, оценённой по аллелям локуса системы В групп крови. В качестве дополнительных показателей, характеризующих аллелофонд коров, рассчитывали соответствие наблюдаемого и ожидаемого распределений генотипов в локусе В групп крови в популяции коров трёх поколений, величину коэффициентов эксцесса (по этому показателю определяли избыток или недостаток в популяции животных гомо- или гетерозиготных генотипов) и величину генетических дистанций по маркёрным аллелям между коровами разных поколений. Частоты генов и генотипов, гомозиготность коров, генное равновесие рассчитывали по Е. К. Меркурьевой (1977), коэффициент эксеса по Л. В. Банниковой с соавторами (1993). Величину генетических дистанций по аллелям локуса В групп крови между коровами трёх поколений рассчитывали по Нею (1981).

Во всех случаях результаты исследований обрабатывались с использованием общепринятых методов биологической статистики (П. Ф. Рокицкий, 1964; Е. К. Меркурьева, 1977).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Молочная продуктивность коров чётно-пёстрой породы трёх поколений

Повышение племенной ценности и продуктивности коров является основным условием успешного развития молочного скотоводства.

В последние десятилетия в АОЗТ «Авангард» Рязанской области уделялось повышенное внимание племенной работе с крупным рогатым скотом. Нами были изучены результаты этой работы и её влияние на генетическую структуру дойного стада.

Исследования проводили на 529 коровах чёрно-пёстрой породы, принадлежащих трём поколениям. В качестве показателей молочной продуктивности брали удои коров за 305 дней первых трёх лактаций, содержание жира в молоке и выход молочного жира. Результаты исследований показаны в таблице 1.

По данным видно, что уровень молочной продуктивности коров всех трёх поколений превосходил стандарт породы по первым трём лактациям. Удои коров по первой лактации были выше стандарта породы (3250 кг) на 29,3 % у представителей материнского (Р < 0,05), на 25,1 % - дочернего (Р < 0,05), на 34,1 % - внучатого (Р < 0,05) поколений. По второй лактации удои превосходили стандарт породы (3600 кг) в среднем на 29 % у коров материнского и внучатого поколений (Р < 0,05), на 26,6 % у коров дочернего поколения (Р < 0,05). Представители материнского, дочернего и внучатого поколений также превосходили стандарт породы (4000 кг) по удою третьей лактации на 23,2 %, 19,2 % и 20,9 % соответственно (Р < 0,05). Обращает на себя внимание и второй факт: из-за неблагоприятных условий кормления коров в 1988-1992 годах молочная продуктивность за третью лактацию коров дочернего поколения была на 159,65 кг меньше (Р < 0,05), чем у их матерей. В тоже время удои коров внучатого поколения были на 88,29 кг меньше одноимённых показателей у коров материнского поколения (Р < 0,05).

Изменчивость молочной продуктивности у коров трёх поколений была примерно одинаковой (величина коэффициента изменчивости варьировала в пределах 17,74-26,4 %). Менее изменчивыми удои были у коров за первую лактацию (Cv = 18,37-18,80 %), наибольшим разнообразием выделялись удои коров за третью лактацию (Cv = 21,41-26,08 %).

Таблица 1 - Молочная продуктивность коров чёрно-пёстрой породы трёх поколений

В АОЗТ «Авангард» в период с 1983 по 1997 годы в основном разводился крупный рогатый скот чёрно-пёстрой породы 10 линей: Силинг Трайджун Рокит, Хильтес Адема, Блитсард Каймпе, Роттерда Пауль, Ириса, Бонтьес Адема, Монтвик Чифтейн, Аннас Адема, Рефлекшн Соверинг, Вис Бек Айдиал.

В результате отбора коров по комплексу признаков (молочной продуктивности, экстерьеру, пригодности коров к машинному доению, происхождению), проводимому в дойном стаде, произошли заметные изменения генеалогической структуры коров. Это видно по данным таблицы 2.

Таблица 2 - Линейная принадлежность исследованных коров трёх поколений

При помощи 35 моноспецифических сывороток (реагентов) в образцах крови 529 коров дойного стада АОЗТ «Авангард» идентифицировано 35 эритроцитарных антигенов (24 у коров материнского поколения, 34 у коров дочернего и 27 - у представителей внучатого поколений).

Биосинтез 35 эритроцитарных антигенов системы В групп крови детерминируется 84 аллелями.

Генетическая изменчивость в локусе системы В групп крови у коров дочернего поколения была неодинаковой. Наибольшей она была у коров дочернего поколения. У представителей этого поколения было идентифицировано 71 аллель. Меньше на 8 аллелей было у коров внучатого поколения. Самую низкую изменчивость имели коровы материнского поколения. В локусе В групп крови коров этого поколения было определенно только 28 аллелей.

Исследования показали, что коровы АОЗТ «Авангард» различались между собой не только по генетической изменчивости в локусе В групп крови, но и по частотам аллелей в этом локусе.

Частоты аллелей локуса В групп крови у коров материнского поколения приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Частота аллелей (в долях единицы) локуса В групп крови у коров чёрно-пёстрой породы материнского поколения

Так для коров материнского поколения наиболее типичными были аллели G2Y2E?1Q?, B2G2Y2, E?1, G3E?1Q?, O?, Y2D?E?1O?, G??. Частота этих аллелей была выше 0,0500. Частота G?, E?1G?G??, G3Q, G3, G2O1, B2G?, B2Y2G?P?2Q?G?? аллелей равнялась 0,0294. Частота остальных аллелей не превышала 0,0147.

В геномах коров дочернего поколения (таблица 4) наиболее часто встречались аллели I2, G2Y2E?1Q?, их частота равнялась 0,0629 и 0,0857 соответственно. К числу редких аллелей (q0,010) у коров второго поколения принадлежало 44 аллеля. Частота аллелей B2G2Y2, O?, E?1, G??, Y2D?E?1O?, G3E?1Q? варьировала в пределах 0,0171-0,0486.

Таблица 4 - Частота аллелей (в долях единицы) локуса В групп крови у коров чёрно-пёстрой породы дочернего поколения

У коров внучатого поколения (таблица 5) чаще других встречались аллели G3E?1Q?, G2Y2E?1Q?, частота этих аллелей была равна 0,0526 и 0,0789 соответственно. Аллели G2I2, G3O1Q?, O1B?, Y2D?G?Q?, I2D?G?, E?1Q?, B2Q, G3O1, B1 встречались только у представителей данного поколения, их частота колебалась в пределах 0,0088-0,0219.

Селекция коров по хозяйственно-полезным признакам была связана с изменением частот аллелей локуса В групп крови. В дочернем и внучатом поколениях коров сохранилась высокая частота аллелей G2Y2E?1Q?, G3E?1Q?, I2 (0,0482-0,0789) и увеличилась частота аллелей Q?, Y2A?1, A?1, E?1, D?G?I?Q?, в сравнение с одноимёнными аллелями материнского поколения коров.

Основным фактором, который влиял на генетическую структуру коров материнского, дочернего и внучатого поколений, был сопряжённый дрейф генов. генеалогический дойный корова молочный

Таблица 5 - Частота аллелей (в долях единицы) локуса В групп крови у коров чёрно-пёстрой породы внучатого поколения

Сопоставление фактически наблюдаемого числа генотипов в локусе системы В групп крови с их теоретически ожидаемым количеством в популяции исследованных коров показало (таблица 6), что в дойном стаде коров АОЗТ «Авангард» было нарушено генное равновесие у коров материнского поколения (df = 6; ч2 = 76,3; P = 0,01), находилась в состоянии устойчивого равновесия у коров дочернего поколения (df = 102; ч2 = 96,1; 0,50 < P < 0,75) и было выведено из состояния генного равновесия у коров внучатого поколения (df = 48; ч2 = 78,0; P = 0,01).

Таблица 6 - Генное равновесие в локусе системы В групп крови у коров чёрно-пёстрой породы

Отбор коров по комплексу селекционируемых признаков оказал заметное влияние на частоты генов локуса В групп крови у коров разных поколений. Это показано в таблицах 9-10 и на рисунке 2.

В таблице 9 приведены данные генетических расстояний по маркерным генам между коровами трёх поколений. Расчёты проводились по формуле Лукашевич.

Таблица 9 - Генетические дистанции (в долях единицы) по аллелям локуса системы В групп крови между коровами трёх поколений чёрно-пёстрой породы

По данным таблицы видно, что наиболее заметные различия по аллелям локуса системы В групп крови наблюдались между коровами материнского и внучатого поколений (0,959). Величина генетической дистанции между коровами материнского и дочернего поколений была равна 0,871, а между представителями дочернего и внучатого поколений - 0,748.

Сходство аллелофонда по аллелям локуса В групп крови, рассчитанная по формуле Майала-Линдстрема (1966), между коровами трёх поколений колебалась от 0,626 до 0,824 (таблица 10).

Таблица 10 - Генетическое сходство (в долях единицы) по аллелям локуса В групп крови между коровами трёх поколений чёрно-пёстрой породы

Максимальным (0,824) оно было между коровами дочернего и внучатого поколений, а минимальным (0,629) между представителями материнского и внучатого поколений.

Величина генетических расстояний, рассчитанная кластерным методом по Нею (1981), показана на рисунке 2. По данным диаграммы видно, что минимальные дистанции были между коровами дочернего и внучатого поколений, а максимальные между коровами материнского и внучатого поколений.

Рисунок 2 - Диаграмма генетических расстояний между коровами трёх поколений чёрно-пёстрой породы

Возникшие различия по аллелям локуса В групп крови между коровами разных поколений могли быть связаны с наличием в популяции коров АОЗТ «Авангард» прямых или сопряжённых связей между аллелями локуса В групп крови и хозяйственно-полезными признаками, по которым проводился отбор коров на протяжении ряда лет.

Таким образом, расчёты генетических дистанций и показателей генетического сходства между коровами чёрно-пёстрой породы материнского, дочернего и внучатого поколений показали, что аллели локуса системы В групп крови могут использоваться в качестве генетических маркёров при оценке генетического сходства или различий между исследованными группами крупного рогатого скота.

ВЫВОДЫ

Обобщение результатов проведённых исследований на коровах чёрно-пёстрой породы позволило нам сделать следующие выводы:

1. Отбор коров по комплексу признаков оказал заметное влияние на уровень молочной продуктивности коров чёрно-пёстрой породы АОЗТ «Авангард».

В среднем по трём первым лактациям величина удоев за 305 дней лактации колебалась от 4463,06 кг до 4579,95 кг, содержание жира в молоке от 3,59 % до 3,97 %, выход молочного жира от 149,366 кг до 192,64 кг.

2. За 15-летний период разведения коров в АОЗТ «Авангард» Рязанской области произошли значительные изменения генеалогической структуры дойного стада.

Линия Силинг Трайджун Рокит была ведущей среди коров трёх поколений. Количество коров в материнском, дочернем и внучатом поколениях этой линии было равно соответственно 36,84 %, 37,36 %, и 67,92%. Линия Хильтес Адема была ведущей в материнском (26,32 %) и в дочернем (27,84 %) поколениях. Среди коров дочернего поколения 30,04 % составили представители линии Блитсард Каймпе. Во внучатом поколении представителей новой линии Вис Бек Айдиал равнялось 23,50 %.

3. Отбор коров по комплексу признаков оказал заметное влияние на генетическую структуру и изменчивость в локусе системы В групп крови коров чёрно-пёстрой породы дойного стада АОЗТ «Авангард». Минимальной изменчивость была у коров материнского поколения (у которых в локусе системы В групп крови идентифицировано 28 аллелей), максимальным у представителей дочернего поколения (у них была определена 71 аллель).

Уровень наблюдаемой гомозиготности коров трёх поколений в локусе системы В групп крови остался практически неизменным (варьировал от 11,76 % до 12,57 %) и был на 6,91-9,62 % выше наблюдаемых её уровней.

Аллели локуса системы В групп крови могут быть использованы в качестве генетических маркёров при мониторинге генетической структуре популяций крупного рогатого скота.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Необходимо использовать аллели системы В групп крови при мониторинге генетической структуры популяции коров чёрно-пёстрой породы. Это позволит поддерживать в популяциях оптимальный уровень генетической изменчивости и консолидации животных.

При исчезновении отдельных аллелей необходимо приобретать в хозяйство быков-производителей - носителей исчезнувших аллелей. Это позволит сохранить оптимальный уровень генетической изменчивости популяции.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кузнецова, И. В. Динамика показателей молочной продуктивности коров чёрно-пёстрой породы АОЗТ «Авангард» Рязанской области / И. В. Кузнецова, Стародумов И. М. // Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева: материал научно-практической конференции. - Рязань, 2008. - С. 170-173.

2. Кузнецова, И. В. Частота эритроцитарных антигенов системы В групп крови у коров чёрно-пёстрой породы трёх поколений АОЗТ «Авангард» / И. В. Кузнецова, Стародумов И. М. // Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева: материал научно-практической конференции. - Рязань, 2008. - С. 173-175.

3. Кузнецова, И. В. Частота локуса системы В групп крови у коров чёрно-пёстрой породы трёх поколений АОЗТ «Авангард» / И. В. Кузнецова, Стародумов И. М. // Наука и молодёжь: новые идеи и решения. Материалы II Международной научно-практической конференции молодых исследователей ВГСХА. - Волгоград: «Нива», 2008. - Часть 2. - С. 303-305.

4. Кузнецова, И. В. Мониторинг генетической структуры популяции крупного рогатого скота чёрно-пёстрой породы / И. В. Кузнецова, И. М. Стародумов // Зоотехния. - 2009. - № 2. - С. 2-3.

5. Кузнецова, И. В. Генетическая структура в локусе системы В групп крови популяции крупного рогатого скота черно-пёстрой породы АОЗТ «Авангард» / И. В. Кузнецова, И. М. Стародумов // Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава и молодых учёных Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева: материал научно-практической конференции. - Рязань, 2009.

Размещено на Allbest.ru