Размещено на http://www.allbest.ru/

СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ ОРЛОВСКИХ РЫСАКОВ ПО ГЕНОТИПАМ ЛОКУСОВ ПИГМЕНТООБРАЗОВАНИЯ MC1R И Туr И ФЕНОТИПАМ МАСТИ

С.П. КНЯЗЕВ, Н.В. ГУТОРОВА

Проводили сравнительный анализ распределения генотипов по локусам MC1R и Тyr и фенотипам масти на трех конных заводах, разводящих лошадей орловской рысистой породы (Шадринском, Пермском и Алтайском).

Генетика окраски шерстного покрова -- одно из интенсивно развивающихся направлений генетики животных (1). Детерминация темной и светлой окраски шерсти осуществляется Е-локусом (Extension) -- соответственно аллели Е и е. Этот локус совместно с Agouti-локусом контролирует образование красно-желтого пигмента (феомеланина) и черного пигмента (эумеланина) у млекопитающих (2). Позднее Extension-ген был идентифицирован как последовательность ДНК, кодирующая рецептор меланоцитстимулирующего гормона (3).

Предприняты успешные попытки идентифицировать гены, экспрессию и природу которых оценивали методами молекулярной биологии; для обозначения генов, детерминирующих окраску животных, использовали символы, применяемые в классической генетике (3, 4). Так, многие представители западных школ генетиков описывают действие гена MC1R как аналогичное таковому Extension-локуса, поэтому символы этих локусов можно считать синонимами (3-5).

Установлено, что доминантный аллель MC1R^E кодирует нормальный функционально активный рецептор меланоцитстимулирующего гормона (рецептор меланокортина 1 -- MC1R). Именно к этому рецептору могут присоединяться меланоцитстимулирующий гормон МС1 или его антагонист агути-протеин, которые контролируют синтез эумеланина шерстного покрова. Рецессивный мутантный аллель MC1R в гомозиготном состоянии обусловливает формирование функционально неактивного рецептора, неспособного присоединять гормон МС1, следствием чего является синтез феомеланина в шерсти рецессивных гомозиготных особей (3, 4). Следовательно, мутации в MC1R-локусе ассоциируются с мутациями окраски, которые традиционно считаются проявлениями мутаций Е-локуса у всех изученных млекопитающих, в том числе и лошадей (3-6).

Наряду с перечисленной генетической системой меланоцитстимулирующего гормона важную роль в пигментообразовании играет фермент тирозиназа, синтез которого кодируется локусом, обозначаемом в современной генетике Tyr (7, 8). Этот локус, по мнению некоторых авторов, ассоциирован с локусом Albino или даже идентичен ему (9). Фермент тирозиназа катализирует три ступени синтеза пигмента меланина. Фенотипически действие аллелей локуса Tyr проявляется у млекопитающих в виде формирования окраски как таковой или ее ослаблении, иногда вплоть до полной депигментации -- альбинизма (9, 10).

При генетико-селекционных исследованиях лошадей, особенно такой породы с ограниченным ареалом и генофондом, как орловская рысистая, анализ структуры популяций по генетическим маркерам (полиморфные аллели локусов MC1R и Tyr) и сопряженности последних с фенотипами масти предоставляет дополнительные возможности для сохранения и совершенствования этой ценной отечественной породы на основании использования молекулярно-генетических методов (10).

В задачу нашей работы входила оценка различий по генетической структуре популяций лошадей орловской рысистой породы из разных географических зон, сопряженности между генотипами по локусам MC1R и Tyr и фенотипами по масти, а также влияния отбора по масти в производящий состав конных заводов на генетическую структуру породы.

Методика. Объектом исследования служили племенные лошади орловской рысистой породы из трех ведущих конных заводов, расположенных в различных природно-климатических зонах России: Пермский (Средний Урал, n = 53), Шадринский (Курганская область, n = 104) и Алтайский (степные районы Алтайского края, n = 93). Для генетического анализа полиморфизма по локусам MC1R и Tyr использовали образцы ДНК, выделенные из волос гривы 250 племенных особей: все жеребцы-производители, основные штатные конематки трех хозяйств и молодняк Шадринского и Алтайского конных заводов, находившийся в заводском тренинге на момент сбора материала.

Выделение и анализ ДНК с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводили в лабораториях Гумбольдтского университета и Свободного университета в Берлине (Германия) в соответствии с программой содружества с Новосибирским государственным аграрным университетом.* Фенотипы лошадей по масти были детально описаны. Статистическую обработку данных проводили с использованием программ Ехсеl-97 и SPSS-2000. генотип масть орловский лошадь

Результаты. Оценка распределения лошадей в трех конных заводах в целом статистически подтвердила значительное преобладание серой и гнедой масти у лошадей орловской рысистой породы (рис. 1). Графическое отображение распределения фенотипов по масти и генотипов по маркерным локусам наглядно демонстрирует преобладание во всех изученных выборках частоты доминантных гомозигот MC1R^EE и Tyr^CC над частотой рецессивных гомозигот и соответственно количественное преобладание (среди рысаков несерых мастей) лошадей гнедой и вороной мастей. Такое соотношение генотипов и фенотипов может быть следствием косвенного отбора против мутантных рецессивных гомозигот по локусам MC1R и Туr.

Рис. 1 Распределение частоты (%) фенотипов по масти (а) и генотипов по локусам MC1R (б) и Tyr (в) у лошадей орловской рысистой породы: 1, 2, 3 и 4 -- соответственно серая, гнедая, вороная и рыжая масти

Вероятно, это связано с более высокой жизнеспособностью, лучшими приспособительными качествами, а также бульшим соответствием критериям отбора в производящий состав лошадей, имеющих в генотипе доминантные аллели обоих локусов. Однако для доказательства этих предположений необходимы дополнительные исследования.

Фенотипическое проявление на уровне масти рецессивной мутации

* Методика выделения, амплификации и рестрикции ДНК приведена в ранее опубликованной статье (10).

Tyr^Ct еще не вполне ясно, поэтому нельзя ответить на вопрос, почему особей имеющих этот аллель, из дальнейшего разведения исключают чаще, чем тех, в генотипе которых присутствует нормальный аллель. Что касается фенотипического проявления окраски рецессивных гомозигот MC1R^ее, то, как уже отмечено выше, все особи несерой окраски с таким генотипом обладают рыжей мастью, которая, вполне вероятно, оказывается подчас объектом действия искусственного отбора коннозаводчиков.

Известно, что меланоцитспецифические гены вызывают гипопигментацию или даже альбинизм, с которыми часто связаны многие дисфункциональные расстройства организма на метаболическом уровне, приводящие к пониженной жизнеспособности и плодовитости (1). Например, альбинизм сопровождается нарушениями метаболизма фенилаланина наряду с фенилкетонурией, алькаптонурией и тирозинозом (8) (рис. 2).

Рис. 2 Пути метаболизма фенилаланина (цит. по 8): широкие линии означают блокирование отдельных процессов метаболизма, вызывающих фенилкетонурию (А), алькаптонурию (В), альбинизм (С) и тирозиноз (D)

По данным генетического анализа, частота гомозиготных генотипов MC1R^EE в популяциях лошадей на Пермском и Алтайском конных заводах была выше, чем на Шадринском заводе (Р < 0,001). Частота гетерозигот по обоим локусам (MC1R и Tyr) в двух первых популяциях имела промежуточные значения при сравнениях с доминантными и рецессивными гомозиготами, а в последнем случае частота гетерозиготных генотипов по локусу MC1R оказалась несколько выше, чем гомозиготных (табл. 1).

1. Частота фенотипов по масти и генотипов по локусам MC1R и Tyr в различных популяциях рысаков орловской породы (%)

При этом обращает на себя внимание низкая частота встречаемости фенотипа «рыжая масть» и рецессивного гомозиготного генотипа MC1R^ее. Распределение генотипов по локусу MC1R не отклонялось от выявленной ранее детерминации мастей по локусу Extension, согласно которой гнедые и вороные лошади могут иметь гомо- или гетерозиготный генотип по доминантному аллелю MC1R^Е (без учета лошадей серой масти, так как эпистатичный ген Gray, обусловливающий эту масть, подавляет экспрессию других локусов окраски) (3, 10, 12) (табл. 2). Во всех трех выборках лошадей орловской рысистой породы обнаружено всего 6 особей рыжей масти, 19 -- гомозигот MClR^ee, включая 14 серой и 5 рыжей масти.

2. Число гомо- и гетерозиготных генотипов по локусам MC1R и Tyr у рысаков орловской породы различной масти

Рыжая масть лошадей, золотистые окрасы собак (лабрадоры, ретриверы и др.), желтая окраска мышей проявляются у особей, гомозиготных по рецессивному е-аллелю локуса Extension, синонимом которого служит ген MC1R (3, 4, 6). Кроме того, у людей с рыжими волосами и светлой кожей обнаружены мутации в этом локусе (11). Поэтому вполне вероятно, что ген MC1R детерминирует у лошадей рыжую окраску.

В большинстве конских пород могут встречаться как рыжая, так и вороная масти. Однако иногда вследствие отбора, направленного против доминантного аллеля, происходит элиминация последнего (породы, для которых типична только рыжая масть) или, наоборот, при отборе по доминантному аллелю исчезает рецессивная мутация рыжей окраски. Так, у лошадей фризской, кливлендской гнедой и некоторых других пород произошла почти полная элиминация рецессивного е-аллеля, в то время как у лошадей других пород (например хафлингер, шварцвальдская, донская) практически отсутствуют доминантные варианты аллелей Е-локуса (13).

Нами выявлена дифференциация по частоте аллелей локусов MC1R и Tyr и по распределению фенотипов масти лошадей орловской рысистой породы различных популяций (табл. 3). Частота генотипов, имеющих доминантные аллели обоих локусов, незначительно отличалась от таковой по всей исследованной выборке лошадей производящего состава Пермского конного завода. Частота рецессивных гомозигот MC1R^ее и Туr^CtCt у лошадей Шадринского конного завода соответствовала средним показателям по всей выборке.

3. Частота фенотипов по масти и генотипов по локусам MC1R и Tyr у лошадей орловской рысистой породы в производящем составе различных конных заводов (%)

Обращает на себя внимание отсутствие лошадей рыжей масти среди производителей и маток Шадринского и Алтайского конных заводов. Наибольшее число лошадей несерой масти (а среди них, гнедой масти) содержалось на Пермском конном заводе.

Все конные заводы обмениваются жеребцами-производителями в зависимости от статуса: хозяйства, имеющие более высокий экономический и племенной статус, получают право чаще и дольше использовать ценных производителей, как, например, Пермский конный завод. Маточный состав всех конных заводов комплектуется на протяжении многих лет кобылами собственного разведения (за редким исключением), поэтому их влияние на генотипическую структуру популяции завода по сравнению с жеребцами-производителями относительно невелико. Производящий состав Алтайского и Шадринского конных заводов пополняется в основном жеребцами из этих же хозяйств; на Шадринский завод в последнее время часто поступают производители из Алтайского конного завода. Этим объясняется некоторая схожесть между генотипической (по локусам MC1R и Tyr) и фенотипической (по масти) характеристикой производящего состава обоих хозяйств.

При анализе распределения генотипов по локусу Tyr и фенотипов по масти нами не выявлено детерминации окраски шерсти аллелями этого локуса, так как не вполне ясно фенотипическое проявление мутации С^t по сравнению с нормальным аллелем С. Возможно, эта мутация не оказывает влияния на окраску шерсти лошадей. Напротив, локус MC1R (аллели Е и е) детерминирует масть лошадей, так как дифференциация генотипической структуры по этому локусу соответствует распределению мастей в изученных выборках.

Дифференциация по частоте встречаемости генотипов, возможно, свидетельствует о том, что наряду с общими тенденциями в породе происходят локальные изменения генотипической структуры в пределах заводских типов. Фенотипически это проявляется в виде образования внутри крупнейших племенных репродукторов так называемых заводских типов -- групп животных, обладающих только им присущим комплексом признаков (соответственно общему направлению отбора), в том числе приспособленностью к конкретным эколого-географическим условиям, и наряду с этим соответствующих стандарту породы по общему комплексу признаков отбора (экстерьер, промеры, работоспособность, плодовитость и т.д.). Соотношение лошадей по масти в каждом из трех заводов отражает существующую дифференциацию, которая возникла, видимо, как результат косвенного отбора, когда при селекции по признакам работоспособности, типа экстерьера и плодовитости элиминируются определенные фенотипы по масти, возможно, генетически сопряженные с приспособительными качествами.

Итак, комплексы признаков (селекционируемых и «нейтральных») обусловлены для каждого заводского типа лошадей орловской рысистой породы складывающейся в пределах микропопуляций структурой генофонда, которая, в свою очередь, может представлять собой не простое суммирование генов всех членов популяции, а совокупность взаимосвязанных генетических элементов. Своеобразие популяции зависит от модального по соответствующим локусам «комплексного генотипа» производителей, которые вносят наибольший вклад в формирование генофонда при селекции.

Таким образом, проведенное исследование выявило дифференциацию обследованных выборок орловских рысаков по фенотипам (масти) и генотипам молекулярно-генетических маркеров (MC1R и Tyr), участвующих в детерминации пигментообразования. Изменчивость популяций по этим параметрам характеризуется однонаправленностью и комплементарностью. Обнаружена достоверная зависимость распределения лошадей по фенотипам масти от распределения их генотипов по локусам MC1R и Tyr. Это позволяет использовать апробированный метод генетического анализа для мониторинга динамики изменений генетической структуры «закрытой» орловской породы и ее отдельных популяций на заводах, где под влиянием разных факторов формируются и дифференцируются различные фено- и генофонды.

Авторы выражают благодарность за предоставленную возможность проведения исследований Ю.Н. Блынскому (Новосибирский государственный аграрный университет), И. Франке, М. Райссманн (Гумбольдтский университет, Берлин), Х.-Й. Вагнеру (Свободный университет, Берлин), а также за содействие в сборе необходимого материала -- В.Б. Фатьянову (Шадринский конный завод); Г.С. Микову, А.А. Соколову, О.Г. Ведалевой (Пермский конный завод); Е.А. Куковицкому (Алтайский конный завод).

Литература

1. К р а в ч е н к о Н.А. Разведение сельскохозяйственных животных. М., 1973.

2. A n d e r s s o n L., S a n d b e r g K. A linkage group composed of three coat color genes and three serum protein loci in horses. J. Heredity, 1982, 73: 91-94.

3. R о b b i n s L.S., N a d e a u J.H., J о n s о n K.R. e.a. Pigmentation phenotypes of variant extension locus alleles result from point mutations that alter MSH receptor function. Cell, 1993, 72: 827-834.

4. M a r k l u n d L., M o l l e r Jo., S a n d b e r g K. e.a. A missense mutation in the gene for melanocyte-stimulating hormone receptor (MC1R) is associated with the chestnut coat color in horses. Mammalian Genome, 1996, 7: 895-899.

5. П р а с о л о в а Л.А., Т р у т Л.Н., В с е в о л о д о в Э.Б. и др. Морфология пигментации волос у диких рыжих, серебристо-черных лисиц и их гибридов. Генетика, 2002, 38, 4: 463-467.

6. J a c k s o n I.J. Molecular and developmental genetics of mouse coat color. Ann. Rev. Gentechnology, 1994, 28: 189-217.

7. R e i s s m a n n M., W a g n e r H.J., H a r d g e T. e.a. Sequencing and mutation analysis in exon 1 of horse tyrosinase gene. 27^th Intern. Conf. on Animal Genetics. Univ. of Minnesota, 2000.

8. Х а т т Ф. Генетика животных. М., 1969.

9. В у о n g S., Н a q А.К., W a k u 1 с h i k M. e.a. Isolation, chromosomal mapping and expression of the mouse tyrosinase gene. J. of Investigative Dermatology, 1989, 5: 93.

10. К н я з е в С.П., Г у т о р о в а Н.В., Р а й с с м а н н М. и др. Структура популяции орловского рысака по локусам рецептора меланоцитстимулирующего гормона (MC1R) и тирозиназы (Туr). Докл. РАСХН, 2002, 4: 39-42.

11. V а 1 v е г d e P., H e a l y E., J a c k s o n I. e.a. Variants of the melanocyte-stimulating hormone receptor gene are associated with red hair and fair skin in humans. Nature Genetics, 1995, 11: 328-330.

12. К н я з е в С.П., Р а й с с м а н н М., В а г н е р X. и др. Анализ генетической структуры племенного ядра Российской популяции чистокровных верховых лошадей по локусу Extension с использованием молекулярной ДНК-диагностики. Генетика, 2001, 37, 10: 1383-1387.

13. В о w l i n g Ann T. Horse genetics. Wallingford, 1996.

Annotation

STRUCTURE OF THE ORLOV'S TROTTERS POPULATIONS ON PIGMENT FORMATION LOCI MCIR AND Tyr, AND PAINT PHENOTYPES

S.P. Knyazev, N.V. Gutorova

The authors performed the comparative analysis of genotypes distribution on loci MCIR and Tyr, and paint phenotypes on three stud farms for breeding of the Orlov's trotters (Shadrinskii, Permskii and Altaiskii). Differentiation on the frequency of genotypes and phenotypes in horses from different stud farms was revealed. The reliable relationship between phenotypes distribution on paint and genotypes distribution on loci MCIR and Tyr was detected.

Размещено на Allbest.ru