Мониторинг микроэволюции и породообразования свиней на основе молекулярно-иммуногенетического анализа

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОНИТОРИНГ МИКРОЭВОЛЮЦИИ И ПОРОДООБРАЗОВАНИЯ СВИНЕЙ НА ОСНОВЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

В.Н. ТИХОНОВ, В.Е. БОБОВИЧ

Рассматривается возможность изучения микроэволюции и образования генома современных диких и домашних форм Sus scrofa на основе молекулярно-иммуногенетических методов. Представлены результаты многолетнего широкомасштабного анализа трех систем групп крови -- G, F и D -- у диких кабанов и свиней различных пород, аборигенных и локальных популяций, значительно различающихся по структуре генома и частоте генотипов по аллелям европейского и азиатского происхождения. Описаны модельные эксперименты по гибридизации в нескольких смежных поколениях маток классических европейских и азиатских пород с диким среднеазиатским кабаном Sus scrofa nigripes. Полученные данные дополнены результатами экспериментальных исследований гетерозиса по плодовитости, пре- и постнаталъной жизнеспособности при скрещивании гомо- и гетерозиготных животных с евро-азиатскими генотипами в пределах классических глобальных пород свиней: крупная белая, беркширская, ландрасская и лакомб. кабан геном молекулярный иммуногенетический

В опубликованных работах по молекулярно-генетическому анализу микроэволюционного процесса, наблюдающегося при создании многих основных мировых пород свиней, в генофонде последних была выявлена неожиданно высокая доля генома животных азиатского происхождения (1, 2). В связи с этими данными и результатами, полученными при исследовании генетики популяций, возникла необходимость дальнейшего изучения специфических особенностей микроэволюции как своеобразного внутривидового преобразования при выведении новых пород (3). Рассмотрим роль гибридизации и гетерозиготности в микроэволюции и при оптимизации генетической структуры популяций.

Термин «микроэволюция» был впервые предложен в 1927 году выдающимся русским генетиком Ю.А. Филипченко, который не только был крупнейшим эволюционистом, но и внес большой вклад в изучение происхождения и доместикации свиней (4). При исследовании микроэволюционных процессов был выделен огромный пласт изменчивости, происходящей у животных и растений в результате дивергенции как на уровне популяций, так и видов. Эта изменчивость имеет особое значение при доместикации и существенно отличается от макроэволюции (надвидовой уровень). Однако в отличие от Филипченко многие ученые, в том числе Тимофеев-Ресовский, придерживаются той точки зрения, что в современной синтетической теории эволюции нет закономерностей, принципиально различающихся на макро- и микроуровнях (5). Однако эти различия все же имеют принципиальное значение при исследовании доместикации животных и процессов породообразования. Возникновение и фиксация ассоциаций фено- и генотипических признаков при породообразовании свидетельствуют о возрастающей регулирующей роли отбора и гетерозиготности как существенных факторов микроэволюции. Эволюция корреляционных генетических механизмов, имеющих регуляторное и адаптивное значение, определяет формирование морфофизиологических признаков продуктивности у доместицированных животных. Как справедливо отмечает Воронцов, нейтральные признаки могут поддерживаться отбором по любому члену цепочки плейотропной сети, которая удачно была названа корреляционной плеядой (6). Фиксация нейтральных признаков в популяции осуществляется за счет стохастических процессов и может быть отражением детерминистического фактора отбора, особенно по признакам продуктивности, в связи с искусственным отбором. Принципиальным здесь является то, что селекционируемые и нейтральные признаки должны коррелировать на основе плейотропного механизма наследования.

Отличие микроэволюции от макроэволюции (если говорить об этом процессе применительно к домашним животным) обусловлено ограниченной численностью популяций доместицированных животных. Последнее обстоятельство заставило Дарвина в свое время рассматривать эволюционную изменчивость при доместикации в особом труде -- «Изменения домашних животных и культурных растений» -- отдельно от проблем, связанных с происхождением видов (7). Действительно, при доместикации принципиально новые значительные эволюционные события, например последовательное изменение частоты генов, регистрируемое в виде молекулярно-иммуногенетических и морфофизиологических признаков, происходят в исторически короткие временные периоды (несколько десятков веков или даже всего один или несколько столетий), в то время как эволюция диких видов протекает в течение тысячелетий.

При доместикации существенно изменяется образ жизни животных: усиленное кормление, стабильное улучшение содержания, а также отбор по специфическому поведению. Все это в значительной степени влияет на гормональный статус и способствует увеличению частоты мутаций и их сохранению, в результате чего существенно возрастает биоразнообразие морфофизиологических признаков. Усилению этих процессов способствует демографическое расселение людей, сопровождающееся скрещиванием животных из разных географических зон. С прогрессом цивилизации миграция населения многократно ускоряется, что создает предпосылки для перемещения генов -- от юго-восточных азиатских окраин до северо-западных частей Евразии и далее в Америку. Наступившая эпоха капиталистических отношений в свою очередь еще более интенсифицировала процесс гибридизации домашних животных, обусловливающий микроэволюцию.

Изучение проблем микроэволюции домашних животных имеет большое значение для понимания теоретических основ породообразовательного процесса, ускорения создания новых высокопродуктивных пород, а также теории и практики использования гибридизации с целью получения гетерозисного эффекта в промышленном животноводстве. В настоящее время опубликовано много работ, посвященных молекулярно-генетическому анализу происхождения пород свиней и других домашних животных (8). К сожалению, вопросы генезиса домашних животных в связи с гетерозиготностью и оптимизацией структуры геномов освещены очень слабо. Так, Ollivier справедливо отмечает, что гетерозиготностъ можно оценивать по набору маркерных локусов и использовать в качестве показателя гетерозиготности всего генома (9). Однако автор отмечает, что далеко не все локусы адекватно отражают гетерозиготность организма как целостной структуры.

Целью нашей работы была оценка возможности использования молекулярно-генетической гетерозиготности генома для анализа происхождения домашних животных. Поскольку гетерозис при скрещиваниях по многим данным пропорционален степени гетерозиготности, можно ожидать, что высокая продуктивность наиболее процветающих пород обусловлена гетерозиготностью их генома, возникшей в результате вовлечения в гибридизацию особей евро-азиатского происхождения. По-видимому, прогнозировать уровень вероятного гетерозиса можно не только при межпородных скрещиваниях, но и чистопородном разведении разных видов домашних животных.

Для оценки гетерозиготности современных пород свиней и их диких предковых форм Sus scrofa scrofa мы использовали метод иммуногенетического анализа, основанный на определении молекулярно-генетических маркеров (антигенов) в популяциях. Эти маркеры надежно прослеживаются в виде кодоминантно наследуемых антигенов и генотипов. Агглютинационным и гемолитическим тестами определяли группы крови по 52 антигенам 14 генетических систем, кодируемым 80 аллелями разной гаплотипической сложности (10). Мы рассмотрим данные по трем системам групп крови -- G, F и D, локусы которых локализованы соответственно в хромосомах 15, 17 и 12 и наиболее информативны для филогенетического анализа степени гетерозиготности на разных этапах микроэволюции Sus scrofa -- от диких европейских и азиатских предковых форм и примитивных аборигенных популяций до современных культурных заводских пород. Кроме того, многие исследования подтверждают большое функциональное значение этих локусов в связи с морфофизиологическими особенностями, обусловливающими продуктивные и адаптивные свойства (11).

Для сравнительного молекулярно-генетического анализа степени гетерозиготности определяли среднюю гетерозиготность по аллелям систем групп крови европейских и азиатских подвидов диких кабанов. Кабаны европейского подвида Sus scrofa scrofa (n = 370) были отловлены (а в некоторых случаях отстрелены) на территории Белорусского и Воронежского заповедников; среднеазиатского подвида Sus scrofa nigripes Blanf. киргизской популяции -- Сары-Челекского заповедника (n = 83); уссурийского подвида Sus scrofa ussuricus (continentalis Nehring) дальневосточной популяции -- в Амурской области, Хабаровском и Приморском краях (n = = 90); кавказского подвида Sus scrofa attila -- в Кубанской и Причерноморской зонах Кавказского заповедника (n = 82) и Азербайджане (n = 56). Гетерозиготность кабанов сибирского подвида Sus scrofa sibiricus, отстреленных в Туве (n = 35), рассчитывали по данным Горелова (12). Для оценки групп крови диких и аборигенных свиней Юго-Восточной Азии мы исследовали вьетнамских черных свиней Sus scrofa vittatus (n = 49) в зоопарках Кубы, Литвы, Эстонии и России (13), а также использовали данные японских исследователей, с которыми проводили совместные работы (14), и данные литературы по кабанам Sus scrofa leucomistax (n = 78) и Sus scrofa riucianus (n = 154) из Японии (15) и аборигенным свиньям Юго-Восточной Азии (14). Нами были проанализированы результаты исследований в пяти основных племенных хозяйствах Литвы по литовской белой породе свиней (n = 219), при создании которых использовали особей 10 главных генеалогических линий. При активном участии Сруога была проведена оценка генотипической структуры популяций свиней сибирской серой омской породы (n = 167), аборигенных кахетинских (n = 357) и сванетских (n = 188) свиней (16). Анализ аборигенных кахетинских (n = 357) и сванетских (n = 188) свиней древнейшей европейской мангалицкой породы осуществляли совместно с Митичашвили на территории Грузии (n = = 154), а также на основе первичных сведений в историческом аспекте (10, 17-31).

Для сравнения природных и породных популяций было предпринято широкомасштабное экспериментальное гибридологическое исследование динамики гетерозиготности при скрещивании диких и домашних животных в экспериментальном хозяйстве Сибирского отделения РАН (Новосибирская обл.). В статью включены не публиковавшиеся ранее данные по динамике гетерозиготности в трех поколениях гибридов между Sus scrofa scrofa и особями ландрасской породы -- F₁, F_2В и F_3В (соответственно 97, 167 и 153 гол.), а также между последней и представителями Sus scrofa vittatus -- F₁, F_2В и F_3В (соответственно 94, 180 и 155 гол.). Дополнительно изучали экспериментальных гибридных свиней минисибс (миниатюрная сибирская), полученных при разведении «в себе» гибридов от скрещивания самцов Sus scrofa scrofa и Sus scrofa nigripes с матками пород ландрас и вьетнамская черная масковая -- соответственно F₃-F₅ (n = 558) и F₆-F₉ (n = 889).

У отловленных кабанов, домашних свиней и гибридов кровь для анализа брали в количестве 2-5 мл из передней полой вены или краевой вены уха либо хвостовой вены, а у отстреленных кабанов -- из сердца. Анализ проводили при помощи моноспецифических антисывороток, полученных в Институте цитологии и генетики СО РАН и прошедших идентификацию в нескольких международных сравнительных испытаниях. Группу крови, частоту антигенов, аллелей и степень гетерозиготности популяций определяли по общепринятым методикам (10). Гетерозиготность изученных популяций по всем анализируемым системам групп крови рассчитывали на основании доли гетерозиготных по маркерным аллелям животных, происходивших от европейских и азиатских предковых форм.

Динамику структуры диаллельных систем G, F и D при микроэволюции домашних свиней оценивали двумя методами -- гибридизации и молекулярно-генетического анализа. Нам удалось осуществить две большие серии скрещиваний по следующим схемам: маток классических европейской (шведский ландрас) и азиатской (вьетнамская черная масковая) пород в нескольких последовательных поколениях скрещивали со среднеазиатским кабаном Sus scrofa nigripes, его сыновьями, внуками и правнуками (табл. 1).

1. Частота генотипа свиней по системам G, F и D групп крови при гибридизации по альтернативным аллелям европейского и азиатского происхождения (%)