Пренатальний добiр у ссавців: селекція бластоцист американських норок (mustela vison)

Зазначені показники мають вирішальне значення для збереження у виду сприятливої еволюційної перспективи, оскільки, згідно з доктриною дарвінізму, репродуктивний успіх особин, які входять до його складу, є метою природного добору (Дарвин, 1987; Пианка, 1979). В іншому разі, якби вибіркова елімінація потомства відбувалася на постімплантаційній стадії пренатального онтогенезу, репродуктивні втрати ставали б непоправними (Харламова, Трапезов, 1999). За цим відповідно могло наставати суттєве (і навіть фатальне) зниження репродуктивного потенціалу виду. Внаслідок цього його еволюційна перспектива була б досить непевною.

У повідомленнях (Евсиков, 1987; Евсиков и др., 1998) зазначено, що добір обумовлює формування оптимальної видової чисельності приплодів багатоплідних ссавців ще на доімплантаційній стадії онтогенезу. Відбувається таке за рахунок регуляції рівнів ембріональної смертності, які залежать від потенційної плодовитості самок. При цьому реалізується принцип золотої середини: у самок з потенційно найбільшими і найменшими показниками репродуктивності фіксували максимальну ембріональну смертність. Процес формування оптимальної видової чисельності приплодів при народженні завершується у багатоплідних ссавців на стадії раннього постнатального відходу молодняка. В американських норок його тривалість становить перші 7 - 10 днів після народження щенят (Евсиков, 1965; Hansen et al., 2002).

Таким чином, можна говорити про єдиний селективний механізм, який діє у процесі імплантації і формує у американських норок (можливо, також, і в інших багатоплідних ссавців) як кількісний (Евсиков, 1987; Евсиков и др., 1998), так і якісний (через оцінку відповідної морфогенетичної підпрограми) склад потомства при народженні. Зв'язок єдиного механізму селекції з імплантацією вказує, на думку автора, на унікальне значення останньої для дії позитивного добору серед інших стадій пренатального онтогенезу ссавців.

Гени-модифікатори як інструмент захисту морфогенетичних підпрограм і закріплення спадкових змін у генофонді популяцій. Закономірно виникає питання, чому в процесі імплантації одна частина рраа ембріонів зазнавала вибіркової елімінації, а інша успішно імплантувала, витримуючи при цьому достатньо жорстку конкуренцію з ррАа ембріонами за місця імплантації? Якщо вдасться зрозуміти, в чому полягає сутність розбіжностей між цими рраа ембріонами, то тим самим можна отримати відповідь на поставлене запитання.

Відома досить велика кількість фактів, які вказують на пригнічувальну дію рецесивної гомозиготи гена aleutian на репродуктивну функцію американських норок. Зокрема, у рраа самок порівняно з ррА- самками спостерігали зниження плодовитості (Беляев, Железова, 1968; Евсиков, 1965). При цьому у них виявлено вищий відсоток покритих самок, що не дали приплоду, відставання у розвитку бластоцист, зсув дат першого покриття та пізніші строки імплантації, розтягнуті строки гону і пологів, а також подовження терміну вагітності (Беляев и др., 1963; Беляев, Железова, 1968; Евсиков, 1987; Гулевич, Клочков, 1992).

Таким чином, існуючі факти беззаперечно вказують на зниження дарвінівської пристосованості норок, які містять рецесивну гомозиготу гена aleutian. Постійному усуванню подібних дефектів сприяє селекція генів-модифікаторів (Fisher, 1930). На користь цього свідчить низька пенетрантність і експресивність рецесивних мутацій у особин, виділених з природних популяцій (Тимофеев-Ресовский и др., 1973).

Наслідком селекції генів-модифікаторів є підвищення дарвінівської пристосованості їхніх носіїв (Fisher, 1930; Dobzhansky, 1970; Тимофеев-Ресовский и др., 1973). Саме це і спостерігали у рраа норок, які зазнавали стабілізуючого добору в утробах ррАа самок. Отже, найвирогіднішою відповіддю на питання, яке стосується сутності генетичних розбіжностей між відселектованим та елімінованим рраа потомством, видається такою. Частина рраа потомства, що пройшла крізь “сито” позитивного добору, відрізнялася від елімінованої частини лише одним - наявністю в генотипах генів-модифікаторів; присутність останніх суттєво нівелювала негативну дію рецесивної гомозиготи аleutian на процес імплантації рраа бластоцист.

При цьому біологічний ефект від впливу модифікаторів пов'язаний з вирівнюванням можливостей успіху імплантації рраа та ррАа бластоцист.

Крім того, їхня дія відбивалася і на розвитку сапфірового потомства у постнатальному періоді; на це вказують оцінки основних компонент дарвінівскої пристосованості рраа норок, народжених ррАа матерями. Отже, при спільній імплантації ррАа та рраа бластоцист дія стабілізуючої форми позитивного добору направлена на ті рраа бластоцисти, у генотипі яких містяться гени-модифікатори.

Позитивний добір включає в себе стабілізуючу і рушійну форми (Шмальгаузен, 1968). За умов довготривалої одновекторної зміни середовища проживання виду переважає дія рушійної форми позитивного добору. Вона пов'язана з реконструкцією морфогенетичної програми особин, націленої на формування нової адаптивної біологічної норми (Шмальгаузен, 1968; 1968а). При цьому відбувається якісна зміна зазначеної програми, в основі якої лежить реорганізація генофонду популяції згідно з новими екологічними вимогами (Шмальгаузен, 1968а; Тимофеев-Ресовский и др., 1973). За умов, коли на організм чинять тиск флуктуючі фактори середовища, на перший план виходить стабілізуюча форма позитивного добору (Шмальгаузен, 1968). Її дія направлена на підтримку і закріплення існуючої адаптивної норми, що сформувалася в процесі еволюції виду (Шмальгаузен, 1968; Тимофеев-Ресовский и др., 1977). До цього ж існуюча програма індивідуального розвитку організму в цілому зберігається, а добір, в основному, закріплює гени, які послаблюють збурювальний вплив середовища на морфогенетичний процес (Шмальгаузен, 68а).

На думку неодарвіністів і прибічників нового еволюційного синтезу, при історичному розвитку організмів позитивний добір поступово підвищує стійкість процесу реалізації їхніх морфогенетичних програм (Уоддингтон, 1964; Шмальгаузен, 1982; Рэфф, Кофмен, 1986; Гилберт, 1993). В результаті індивідуальний розвиток організмів стає все більш захищеним від впливу різноманітних факторів навколишнього середовища. З-поміж “збурювальних” факторів одним із найважливіших є тиск мутаційного пресу (Dobzhansky, 1970; Тимофеев-Ресовский и др., 1973; Мазер, Джинкс, 1985).

У зв'язку з цим особливий інтерес становить відповідь на запитання, яким чином може досягатися необхідний захист морфогенетичної програми від мутацій? Основними кандидатами на роль її захисника є гени-модифікатори. На користь цього поряд з аргументами, наведеними у повідомленнях (Fisher, 1930; Dobzhansky, 1970; Тимофеев-Ресовский и др., 1973), свідчать також результати даного дослідження.

Проте мутаційний тиск містить у собі і позитивні моменти, оскільки мутації є одним із основних джерел поповнення різноманіття генофонду популяції. Як наслідок, діяльність стабілізуючого добору повинна бути спрямована на досягнення певного балансу, за якого, з одного боку, вдається підтримувати і захищати набір генів, що забезпечують стабільний розвиток нормального фенотипу, а, з іншого, - фіксувати нові гени, поповнюючи тим самим “мобілізаційний резерв” мінливості (Гершензон, 1941), необхідний для збереження адаптивної пластичності популяції.

Зазначений баланс може бути досягнутий, у першу чергу, за рахунок фіксації та накопичення стабілізуючим добором генів-модифікаторів. По мірі накопичення вони поступово нівелюють негативні ефекти виникаючих de novo мутацій, сприяючи збереженню нормального протікання процесу індивідуального розвитку.

Усім цим стабілізуючий добір консолідує в ряду поколінь визначений набір генів, який відповідає спадковій програмі розвитку і підвищує її стійкість; формується система генетичного гомеостазу (Lerner, 1954), що забезпечує каналювання індивідуального розвитку організму (Уоддингтон, 1964).

Таким чином, у процесі еволюції реалізується “ідея” захисту морфогенетичної програми, яка обумовлює формування видового фенотипу особин. За уявленнями Дарвіна (Дарвин, 1987), які знайшли свій розвиток у працях неодарвіністів (Майр, 1968; Dobzhansky, 1970; Тимофеев-Ресовский и др., 1977), природний добір акумулює в популяціях позитивні мутації, що підвищують пристосованість особин, забезпечуючи тим самим еволюційний успіх останніх.

Однак подібні мутації зустрічаються надто рідко (Dobzhansky, 1970; Тимофеев-Ресовский и др., 1973; Мазер, Джинкс, 1985); у той же час більшість мутацій, які виникають de novo, різко знижують пристосованість своїх носіїв і останні, як правило, елімінуються.

Ще один шлях передбачає, що вирішальна роль у накопиченні мутацій належить стохастичним процесам, які обумовлюють закріплення в популяціях нейтральних або слабко негативних мутацій (Кимура, 1985).

Проте є можливим існування й третього шляху фіксації у популяціях спадкових змін. Рух по цьому шляху припускає селекцію генів-модифікаторів, які забезпечують в подальшому нейтралізацію негативної дії помірно шкідливих (таких, що знижують пристосованість особин, але не напівлетальних або летальних) мутацій та їхнє селективне закріплення. Як показали результати палеонтологічних досліджень, історичний розвиток організмів характеризується досить тривалими (у геологічних масштабах виміру) проміжками часу, протягом яких швидкість еволюційного процесу була приблизно однаковою і невеликою (Гилберт, 1993; Гунбин и др., 2007).

Отже, відповідно до існуючих палеонтологічних даних, історичний розвиток організмів, в основному, протікає за умов низьких швидкостей еволюції; як наслідок, більша частина природної історії організмів розгорталася під впливом стабілізуючої форми позитивного добору. При цьому одним із найважливіших результатів його діяльності була, скоріш за все, селекція генів-модифікаторів.

Дія зазначених генів призводила до збереження морфологічної норми, яка склалася за рахунок “знешкодження” слабко і помірно шкідливих мутацій, а також до поповнення “мобілізаційного резерву” генетичної мінливості популяції. В результаті забезпечувався процес нормального індивідуального розвитку організмів та підтримувалося різноманіття генофонду популяції.

“Малий контекст” - морфогенетична підпрограма, яка перебуває під контролем селективних сил. Стверджуючи, що в процесі імплантації дія стабілізуючої форми позитивного добору спрямована на захист і, в деяких випадках, на корекцію морфогенетичної підпрограми периімплантації, не можна пройти повз переконання Левонтіна, пов'язані з визначенням центра прикладання селективних сил (Левонтин, 1978). На його думку добір не здатний “добратися” до окремих мутацій і тим самим “оцінити” особистий внесок генів у пристосованість особин; селекції піддається цілий генотип (“контекст”). У тій чи іншій мірі таку точку зору підтримує більшість еволюціоністів, які стоять на позиції дарвінізму (Майр, 1968; Dobzhansky, 1970; Тимофеев-Ресовский и др., 1977).

Відповідно до переконань Дарвіна елементарним об'єктом добору є організм, а у неодарвіністів - його аналог генотип. Однак викладена в редакції Левонтіна формула “контексту” видається дещо гіпертрофованою.

Очевидно, що “контекст” у реальності щодо діючих на нього у кожний конкретний проміжок часу селективних факторів ніколи не дорівнює всьому генотипу. Скоріш за все, дія добору має непостійний характер і може бути зарахована до так званих критичних періодів розвитку організмів (Светлов, 1960).

Критичні періоди є граничними станами індивідуального розвитку, які збігаються з переходами від однієї стадії морфогенезу до іншої; з цієї причини вони особливо чутливі до впливу зовнішніх факторів. Імплантація належить до числа згаданих періодів; вона є однією з найвиразливіших стадій пренатального розвитку. Такий висновок підтверджується даними щодо росту в процесі імплантації рівня спонтанних абортів (Carson, 2000), підвищеного рівня мутування низки ембріональних генів, пов'язаних з імплантацією (Roberts et al., 1999).

Імплантація характеризується також високим рівнем ембріональної смертності (Carson, 2000). Кожний з критичних періодів збігається з переходом від попереднього етапу онтогенезу до наступного. На генетичному рівні це означає послідовне перемикання морфогенетичних підпрограм індивідуального розвитку (Гилберт, 1993).

Таким чином, протягом визначеного критичного періоду відбувається селективна оцінка морфогенетичної підпрограми, яка контролює передуючий йому етап онтогенезу. У кінцевому підсумку добору вдається оцінити усю морфогенетичну програму (увесь “контекст”). Проте проходить це поетапно, через послідовну оцінку низки “малих контекстів”, які є інформаційним складом зазначених підпрограм. Саме “малі контексти”, що суттєво поступаються за своїми розмірами “контекстам” Левонтіна, є центром прикладання селективних сил.

Отже, позитивний добір здатний поетапно оцінювати правильність “настроювання” усієї програми індивідуального розвитку організму. У разі необхідності він здійснює або коректування (стабілізуюча форма), або реорганізацію (рушійна форма) даної програми. Відповідно до одного з ключових положень НЕС (Рэфф, Кофмен, 1986), нові морфогенетичні програми, які з'являються в процесі еволюції, є результатом трансформації (а не заміни) раніше існуючих програм.

Таке положення знайшло вагоме підкріплення у результатах досліджень останніх років, які вказують на наявність відносно невеликої кількості гомологічних сигнальних шляхів, що контролюють розвиток представників видів, віддалених один від одного на різні, інколи досить далекі еволюційні відстані (Ней, 2004; Гунбин и др., 2007).

Таким чином, позитивний добір, здійснюючи коректування або реорганізацію морфогенетичних програм, діє не постійно, а періодично - лише на стадіях критичного розвитку, до яких належить і імплантація (Светлов, 1960). Як видається, дослідження підходу, що зв'язує селекційний процес з критичними періодами розвитку, відкриває перспективи для цілеспрямованого пошуку місця і оцінки специфіки дії позитивного добору на певній стадії індивідуального розвитку особини.

Периімплантаційна підпрограма морфогенезу - еволюційне know how плацентарних ссавців? Eutheria, які часто називають плацентарними, належать до найпросунутішого інфракласу ссавців (Ромер, 1992). Термін “плацентарні” означає наявність ознаки, найхарактернішої для Eutheria. Разом з тим плацента дуже широко розповсюджена і серед сумчастих (Marsupialia), а також зустрічається у деяких представників ящірок і змій (Ромер, 1992; Freyer et al., 2002; Ager et al., 2007).

Однак лише у представників Eutheria, як це випливає з існуючих на сьогодні даних, плацентоутворенню передує так званий “класичний” період периімплантації (Carson et al., 2000). Він характеризується низкою морфологічних і фізіологічних змін матки та ембріона (Carson et al., 2000; Lopes et al., 2004).

Останніми роками розроблено методології, направлені на вивчення подій, які визначають перебіг периімплантаційного процесу та його завершального етапу - імплантації - на молекулярно-генетичному рівні (Deb et al., 2006). У результаті з'ясувалося, що події, пов'язані з підготовкою та успішним завершенням периімплантації, значною мірою обумовлені “діалогом” між ембріоном і маткою, який відбувається на клітинно-молекулярному рівні (Lim et al., 2002; Dey et al., 2004; Wang, Dey, 2006, Hu et al., 2007, Igman, Jones, 2008). Подібний “діалог” покликаний ініціювати сприйнятливість матки і готовність ембріона до імплантації (Bordigon et al., 2004; Tranguch et al., 2005, Hu et al., 2008, Rao et al., 2008).

Основними чинниками, які визначають сприйнятливість матки, є оваріальні стероїди - прогестерон та/або естрогени (Dey et al., 2004; Tranguch et al., 2006; Zhang et al., 2006). Найсуттєвіше просування в розумінні матеріальної природи факторів, що контролюють перебіг периімплантаційного процесу у ссавців, досягнуто в дослідженнях на мишоподібних гризунах (Dey et al., 2004, Chen et al., 2008). Інтимний діалог між бластоцистою і маткою під час імплантації включає низку еволюційно консервативних сигнальних факторів (Paria et al., 2002; Гунбин и др., 2007). Багато з них відіграють важливу роль у процесах імплантації та просторового розміщення зародка в матці; до таких, зокрема, належать епідермальні фактори росту, фактори росту фібробластів, ліпіди, інсуліноподібні фактори росту, морфогенетичні білки кістки, білки Wnts, білки, які кодуються геном Indian hedgehog, а також їхні рецептори або антагоністи (Dey et al., 2004; Wang, Dey, 2005; 2006; Ding, et al., 2008; Fouladi-Nashta et al., 2008).

Упродовж периімплантаційного періоду зазначені фактори експресуються в матці у визначеній просторово-часовій послідовності. На сьогодні цілком очевидно, що сигнальні шляхи, які утворюють сітку діалогів між зародком і маткою, є невід'ємним атрибутом процесу імплантації в усіх вивчених видів плацентарних ссавців (Paria et al., 2002; Wang, Dey, 2006; Wang et al., 2006; 2007; Desmarais et al., 2007; Wakitani et al., 2008).

Останнім часом склалося уявлення щодо ендоканабіноїдів як ключових ланок сигналізації, покликаних синхронізувати ембріональний розвиток і сприйнятливість матки (Bordigon et al., 2004; Wang et al., 2006; 2007). Відомі у наш час деталі сигнальних шляхів периімплантації у різних представників плацентарних ссавців мають певну схожість (Bordigon et al., 2004; Wang, Dey, 2006). Більшість “молекулярних персонажів”, які пов'язані з контролем периімплантації, є продуктами еволюційно давніх генних сіток трьох каскадів (Hh, Dpp/BMP, Wg/WNT), які беруть участь у передачі сигналів, що спрямовують перебіг ембріогенезу тварин (Гунбин и др., 2007, Hu et al., 2007; Ingam, Jones, 2008).

Таким чином, періімплантаційний період у плацентарних ссавців характеризується активним “діалогом” між ембріоном і маткою, покликаним забезпечити їхню підготовку до імплантації.

Чи відбуваються аналогічні події у Marsupiali? Дослідження, проведені на представниках сумчастих, Macropus (M.) eugenii та Tarsipes rostratus, показали, що реактивація бластоцист, які перебувають у стані ембріональної діапаузи, забезпечується різким підвищенням концентрації одного з лютеальних гормонів - прогестерону (Renfree, Shaw, 2000; Oaetes et al., 2007). Це здійснюється в результаті зниження концентрації гіпофізарного пролактину, якому у сумчастих притаманний інгібуючий вплив на жовте тіло.

Надалі процес реактивації ембріонів M. eugenii супроводжується деякими змінами. Зокрема, у матковій рідині фіксується декілька матковоспецифічних преальбумідів і при цьому прогестерон та естрадіол стимулюють швидкі і різкі зміни секреції низки маткових білків (Renfree, Shaw, 2000).

Таким чином, при розгляді шляхів виходу бластоцист зі стану ембріональної діапаузи у представників Marsupialia та Eutheria спостерігається певна тотожність. Однак процес підготовки до імплантації і сама імплантація у сумчастих та плацентарних ссавців суттєво відрізняється.

Як зазначають (Renfree, Shaw, 2000), реактивуюча бластоциста M. eugenii на відміну від такої миші повністю упакована в кератинову оболонку. На думку авторів, підготовка бластоцисти до імплантації потребує довготривалих змін секреції в матці валабі, що призводить до чіткого роз'єднання процесів ембріональної реактивації та імплантації. У плацентарних ссавців перебіг згаданих подій значно відрізняється (Carson et al., 2000). Ці відмінності відповідно можуть відбиватися на процесах плацентації та постімплантаційного розвитку у Marsupialia і Eutheria.

Сумчасті ссавці характеризуються наявністю у них хоріо-вітелінової (yolk sac) плаценти (Ager et al., 2007; Freyer et al., 2003; 2007). Вона має у Marsupialia низку структурних особливостей: протягом усього терміну вагітності трофобласти і матковий епітелій не формують синцитію, а також не спостерігається інвазії ендометрію матки (Freyer et al., 2002).

Очевидно, в процесі вагітності у самок сумчастих не формується міцного і ефективного контакту між маткою і потомком, який би забезпечував довготривалий та успішний внутрішньоутробний розвиток останнього, як це відбувається у плацентарних ссавців (Carson et al., 2000). В результаті самка валабі Macropus eugenii масою п'ять кілограмів народжує на світ потомка розміром біля 16 мм і масою 440 мг - ці показники відповідають 40-денному ембріону людини (Behringer et al., 2006). При цьому термін вагітності у валабі коливається між 26-27 днями (Behringer et al., 2006; Paplinska et al., 2006), що віповідає тривалості вагітності у мишоподібних гризунів.

Таким чином, є підстави вважати, що у представників Marsupialia відсутній ряд подій, що характеризують та визначають перебіг периімплантаційного процесу у плацентарних ссавців. Зокрема, до цього часу не одержано експериментальних доказів на користь наявності у сумчастих подій, аналогічних ембріоно-матковому діалогу плацентарних (Renfree, Shaw, 2000; Behringer et al., 2006).

Цілком вирогідно, що ембріоно-матковий діалог, як найважливіший елемент периімплантаційного процесу, став ключовою подією, яка спричинила появу Eutheria - найпросунутішого інфракласу ссавців. Інформаційна складова даного діалогу є “гібридною” (ембріоно-материнською) підпрограмою, яка є ключовим фактором, що визначає перебіг періімплантації у Eutheria.

Вона здійснює інформаційну підтримку, спрямовану на координацію морфогенетичних процесів, обумовлюючих, у кінцевому підсумку, своєчасну імплантацію бластоцист. Незважаючи на певні видові розбіжності у складі зазначеної підпрограми, в усіх вивчених представників плацентарних вона реалізується винятково за рахунок ембріоно-маткового діалогу. При цьому експресується, за сучасними оцінками, від кількох сотень до, можливо, більш ніж однієї тисячі генів, які входять до складу геномів матері та ембріона (Dey et al., 2004; Tranguch et al., 2005; Wang, Dey, 2006; Wang et al., 2006). Їхня експресія має чітко виражену просторово-часову послідовність, відхилення від якої може призвести до фатальних наслідків для потомства, яке розвивається в утробі матері (Carson et al., 2000; Dey et al., 2004).

Фатальними для останнього можуть стати також генетичні порушення, які спричиняють інформаційні зміни згаданої підпрограми. Таким чином, від якості та своєчасності реалізації морфогенетичної підпрограми, яка контролює процес периімплантації, багато в чому залежить репродуктивний успіх плацентарних ссавців.

Як наслідок, цілком логічною подією, що забезпечує збереженість зазначеної підпрограми і відповідно нормальний розвиток плацентарних ссавців, могла б стати дія у процесі периімплантації стабілізуючої форми позитивного добору. Саме цей факт і встановлений у представленому дослідженні на M. vison. При цьому зазначено, що дія стабілізуючого добору може мати подвійну спрямованість: забезпечувати захист морфогенетичної підпрограми периімплантації від збурювального впливу середовища і, зокрема, від ефекту мутаційного тиску, а також здійснювати її коректування.

Перспективи використання методу гетерогенних схрещувань у кольоровому норківництві. У центрі сучасного промислового розведення американських норок M. vison перебуває їхнє внутрішньопородне розведення (Евсиков, 1965; Кузнецов и др., 1970), найважливішим напрямком якого є розробка методів підвищення плодовитості звірів.

У зв'язку з цим необхідно зазначити, що пряма селекція, пов'язана із зростанням їхнього репродуктивного потенціалу, неефективна через низькі показники коефіцієнта успадкованості даної ознаки (Евсиков, 1965; Hansen et al., 2002).

Метод гетерогенних (міжпородних) схрещувань M. vison, розроблений Д. К. Бєляевим і В. І. Євсіковим, покликаний був забезпечити “обхідний маневр”, який би дозволив селекціонерам успішно обійти зазначене обмеження (Беляев и др., 1968; Евсиков, 1975). Він ґрунтувався на репродуктивному переважанні сріблясто-блакитних самок норок, гетерозиготних за геном аleutian, над сріблясто-блакитними, гомозиготними за згаданим геном забарвлення хутра, самками; цей метод дозволяв використовувати високоплідних ррАа самок для товарного виробництва хутра за умов звіроферм (Johansson, 1956; Беляев и др., 1968; Евсиков, 1975).

Репродуктивне переважання ррАа самок над ррАА самками досягалось за рахунок ефекту моногібридного гетерозису: внутрішньолокусної взаємодії домінантного і рецесивного алелів гена аleutian, який обумовлює підвищену плодовитість ррАа самок (Johansson, 1956; Беляев и др., 1968;).

Додатковою перевагою пропонованого методу повинно було стати отримання сапфірового потомства, яке б мало цінніше, ніж сріблясто-блакитні норки, хутро. На рис. 19 наведено схему гетерогенних схрещувань американських норок блакитної групи (Беляев и др., 1968; Евсиков, 1975).

Саме ця схема стала основою при апробації нами методу гетерогенних схрещувань норок за умов звіроферми. При цьому сріблясто-блакитних (ррАа) самок схрещували із сапфіровими самцями.

Даний підхід дозволив використати репродуктивний потенціал ррАа самок (Johansson, 56; Беляев и др., 1968; Евсиков, 1975), а також надав можливість отримувати половину потомства, а саме - сапфірових норок з ціннішим, ніж у сріблясто-блакитних, хутром. У подальшому частину зазначеного сапфірового потомства - рраа самок - використовували у внутрішньопородному розведенні, а частину - рраа самців - у міжпородному розведенні.

Одержані результати в черговий раз підтвердили наявність високих показників плодовитості у сріблясто-блакитних (ррАа) самок норок (Евсиков и др., 1985). При цьому було спростовано думку скептиків, які стверджували, що якість хутра потомства, одержаного за умов гетерогенних схрещувань (у нашому випадку мова йде про потомство ррАа самок і рраа самців), буде погіршуватися (Кузнецов и др., 1970).

Навпаки, за результатами трирічних досліджень з'ясувалося, що хутрова продукція ррАа і рраа норок з міжпородного розведення за інтегрованим показником своєї якості - середньої здавальної ціни шкурок - перевищувала аналогічну продукцію ррАА і рраа норок з внутрішньопородного розведення (Евсиков и др., 1985).

Однак на шляху до широкого практичного застосування методу гетерогенних схрещувань несподівано виникла нова перешкода. Результати п'ятирічного аналізу показали (рис. 1), що співвідношення щенят - потомків ррАа матерів і рраа батьків - при народженні достовірно відрізнялося від очікуваного і становило у ррАа та рраа норчат 68,0 до 32,0 %; 75,9 до 24,1 %; 65,5 до 34,5 %; 57,1 до 42,9 %; 61,6 до 38,4 % відповідно.

Таким чином, не підтвердився прогноз на отримання 50 % сапфірових норок, які мають ціннішу хутрову продукцію, зроблений відповідно до схеми гетерогенних схрещувань. Причому нестача норок зазначеного забарвлення виявилася досить суттєвою.

Ці результати значно знижують очікувану економічну ефективність від використання у кольоровому норківництві методу гетерогенних схрещувань. Разом з тим, проведена протягом декількох сезонів розмноження порівняльна оцінка рраа норок різного походження виявила, що потомки ррАа матерів і рраа бітьків за всіма компонентами дарвінівської пристосованості - плодовитості, життєздатності та швидкості росту - переважали рраа норок, потомків рраа матерів і батьків (рис. 10 - 12, табл. 1, 2).

Отже, завершальна оцінка роботи з перевірки в умовах звіроферми ефективності методу гетерогенного розведення американських норок блакитної групи є позитивною, оскільки в цілому вона підтвердила ефективність зазначеного методу. Виявлене при цьому зменшення виходу рраа щенят з надлишком поповнювалося за рахунок високого репродуктивного потенціалу ррАа самок, схрещених з рраа самцями, а також внаслідок збільшеної плодовитості, життєздатності та швидкості росту одержаного від них рраа потомства.

На завершення необхідно зазначити, що внесок даного дослідження, в першу чергу, полягає в одержанні вичерпних доказів на користь дії стабілізуючої форми позитивного добору у процесі імплантації бластоцист. Тим самим дія позитивного добору на пренатальній стадії онтогенезу ссавців переноситься з “акcіоматичного” розряду в розряд “фактичний”. При цьому згадана селекція спрямована на захист процесу периімплантаційного розвитку, що контролюється морфогенетичною підпрограмою, виникнення якої могло мати вирішальне значення для появи на історичній арені самого прогресивного інфракласу ссавців - Eutheria.

ВИСНОВКИ

За результатами проведених досліджень встановлено наявність позитивного добору у американських норок на пренатальній стадії онтогенезу. Уточнено специфіку даної селективної дії, визначено внутрішньоутробний період, протягом якого вона відбувалась, обгрунтувано вплив позитивного добору на процес стабілізації ранніх етапів індивідуального розвитку ссавців.

1. Виявлено, що причиною порушення розщеплення в потомстві ррАа самок і рраа самців американських норок, зафіксованого при народженні, є внутрішньоутробна вибіркова елімінація рраа ембріонів як результат їхньої конкуренції з ррАа бластоцистами за місця імплантації, що відбувалося під впливом двох факторів: кількості бластоцист, що імплантуються, і фотоперіодичних умов, які складаються в процесі їхньої імплантації.

2. Показано, що норки рраа - потомки ррАа матерів, які виявилися в дефіциті при народженні, значно переважають норок аналогічного генотипу, народжених рраа матерями, за всіма основними компонентами дарвінівської пристосованості.

3. Одержані дані достеменно вказують на дію у M. vison у процесі імплантації бластоцист стабілізуючої форми позитивного добору.

4. Постульовано, що частина рраа потомства, яка пройшла крізь “сито” стабілізуючої форми позитивного добору, мала у складі свого генотипу гени-модифікатори, які нівелюють негативні ефекти рецесивної гомозиготи алеля гена aleutian, що призводить до фіксації даного алеля та інших помірно шкідливих мутацій у складі генофонду популяції, а також до підвищення стійкості процесу реалізації морфогенетичної програми.

5. Теоретично обгрунтовано, що позитивний добір оцінює якість морфогенетичної програми онтогенезу ссавців поетапно, в періоди критичного розвитку, до якіх належить і імплантація бластоцист, здійснюючи при цьому або коректування, або реорганізацію відповідних морфогенетичних підпрограм.

6. Сформульовано положення щодо дії у багатоплідних ссавців у процесі імплантації єдиного селективного механізму, який формує кількісний і якісний склад потомства при народженні; його зв'язок з імплантацією вказує на унікальне значення останньої серед інших періодів критичного розвитку ссавців.

7. Обгрунтовано, що ключовою подією, яка обумовила виникнення Eutheria, виявилася морфогенетична підпрограма периімплантації, що сформувалася під впливом рушійної форми позитивного добору в процесі еволюції ссавців і перебуває надалі під переважаючим контролем його стабілізуючої форми.

8. Результати схрещувань ррАа самок і рраа самців у цілому підтвердили ефективність гетерогенного розведення американських норок блакитного кольору, що дозволяє рекомендувати зазначений метод для товарного виробництва їхньої хутрової продукції на звірофермах; виявлене при цьому зменшення виходу рраа потомства, яке має цінніше хутро, поповнювалося за рахунок його підвищеної плодовитості, життєздатності та швидкості росту.

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Перевірка в умовах звіроферми методу гетерогенного розведення американських норок блакитної групи підтвердила ефективність зазначеного методу, що дозволяє рекомендувати зазначений метод для товарного виробництва хутрової продукції.

2. Виявлене при цьому зменшення виходу рраа щенят з надлишком поповнювалося за рахунок високого репродуктивного потенціалу ррАа самок, схрещених з рраа самцями, а також збільшеної плодовитості, життєздатності та швидкості росту одержаного від них рраа потомства.

3. Теоретичні результати проведеного дослідження рекомендується використовувати у процесі читання спецкурсу з еволюційної генетики студентам Київського національного університету імені Тараса Шевченка. 

ПЕРЕЛІК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. 1. Анализ расщепления в потомстве норок, полученном от скрещивания ррАа самок и ррАа самцов / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 1. - С. 78 - 89.

2. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. 2. Анализ расщепления в потомстве норок, полученном от скрещивания ррАа самок и рраа самцов / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 2. - С. 166 - 168.

3. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. 3. Анализ плодовитости норок генотипов ррАА и ррАа / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 3. - С. 249 - 252.

4. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. 4. Влияние величин пометов и дат рождения щенков на расщепление в потомстве ррАа самок и рраа самцов норок / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 4. - С. 337 - 340.

5. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. 5. Влияние сроков беременности на расщепление в потомстве ррАа самок и рраа самцов норок / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 5. - С. 455 - 457.

6. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. 6. Факторы, влияющие на расщепление в потомстве ррАа самок и рраа самцов норок / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 6. - С. 565 - 567.

7. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. 7. Анализ плодовитости сапфирового потомства различного происхождения / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 1. - С. 81 - 83.

8. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. Оценка жизнеспособности щенков генотипов ррА- и рраа, полученных от скрещивания ррАа самок и ррАа самцов / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 2. - С. 171 - 173.

9. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. Оценка жизнеспособности щенков генотипов ррАа и рраа, полученных от скрещивания ррАа самок и рраа самцов норок / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 3. - С. 255 - 257.

10. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. Анализ жизнеспособности сапфирового потомства различного происхождения / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 4. - С. 347 - 350.

11. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. Анализ скорости роста сапфирового потомства различного происхождения / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 5. - С. 449 - 451.

12. Вагин Ю. В. Роль гена аleutian в онтогенезе Mustela vison. Дарвиновский отбор рраа потомства, как результат конкуренции ррАа и рраа бластоцист за места имплантации у ррАа самок норок / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2003. - Т. 19, № 2.- С. 157 - 163.

13. Вагин Ю. В. Влияние гена aleutian на рост норок Mustela vison / Ю. В. Вагин // Цитология и генетика. - 2003. - Т. 37, № 4. - С. 16 - 19.

14. Вагин Ю. В. Методология доказательства наличия у млекопитающих дарвиновского отбора на пренатальной стадии онтогенеза / Ю. В. Вагин // Доповіді Національної академії наук України. - 2003.- Т. 19, № 7. - С. 172 -175.

15. Вагин Ю. В. Дарвиновский отбор на пренатальной стадии онтогенеза у норок Mustela vison: факты / Ю. В. Вагин // Доповіді Національної академії наук України. - 2004. - № 4.- С. 154 - 158.

16. Вагин Ю. В. Дарвиновский отбор на пренатальной стадии онтогенеза у норок Mustela vison: генетико-физиологический механизм действия / Ю. В. Вагин // Доповіді Національної академії наук України. -2004. - № 5. - С. 164 - 168.

17. Вагин Ю. В. Дарвиновский отбор на пренатальной стадии онтогенеза у норок Mustela vison: теоретический анализ / Ю. В. Вагин // Доповіді Національної академії наук України. - 2004. - № 6. - С. 171 - 176.

18. Вагин Ю. В. Доказательства действия дарвиновского отбора на пренатальной стадии онтогенеза / Ю. В. Вагин // Физиология и биохимия культурных растений. - 2006. - Т. 38, № 2.- С. 134 - 143.

19. Вагин Ю. В. Перспективы использования метода гетерогенных скрещиваний в разведении цветных норок / Ю. В. Вагин // Вісник українського товариства генетиків і селекціонерів. - 2007. - Т. 5, № 1 - 2. - С. 21 - 26.

20. Вагин Ю. В. Положительный отбор генов-модификаторов - путь фиксации наследственных изменений в популяциях / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2007. - Т. 23, № 3. - С. 255 - 259.

21. Вагин Ю. В. Периимплантационная подпрограмма морфогенеза - эволюционное know how плацентарных млекопитающих / Ю. В. Вагин // Біополімери і клітина. - 2007. - Т. 23, № 4. - С. 332 - 337.

22. Вагин Ю. В. Вероятность различий в реакциях бластоцист генотипов ррАа и рраа норок (Mustela vison) на биохимический сигнал о начале имплантации // Материалы 2-го съезда генетиков и селекционеров Украины: Генетика і селекція в Україні на межі тисячоліть / Ю. В. Вагин - Київ: Логос, 2001. - Т. 4. - С. 171 - 173.

23. Вагин Ю. В. Перспективы использования метода межпородных скрещиваний в разведении цветных норок Mustela vison // Фактори експериментальної еволюції організмів: Матеріали наукової конференції / Ю. В. Вагин - Київ: Аграрна наука, 2003. - С. 125 - 129.

24. Вагин Ю. В. Дарвиновский отбор у млекопитающих на пренатальной стадии онтогенеза / Ю. В. Вагин, И. Н. Вагина // Фактори експериментальної еволюції організмів. Матеріали наукової конференції. - Київ: Аграрна наука, 2004. - С. 16 - 21.

Особистий внесок здобувачя - проаналізовано сучасний стан проблеми пов'язаної з наявністю доказів, щодо дії дарвінівського добору на периімплантаційної стадії розвитку плацентарних ссавців.

25. Вагин Ю. В. Использование межпородных скрещиваний в промышленном норководстве / Ю. В. Вагин // Материалы научной конференции. - Минск, 2005. - С. 159.

26. Вагин Ю. В. Имплантация в центре селективных событий / Ю. В. Вагин, И. Н. Вагина // Фактори експериментальної еволюції організмів: Матеріали наукової конференції. - Київ: Логос, 2006. - С. 14 - 17.

Особистий внесок здобувачя - сформульовано основні теоретичні положення про роль та місце імплантації в селективних процесах плацентарних ссавців.

АНОТАЦІЯ

Вагін Ю. В. Пренатальний добір у ссавців: селекція бластоцист американських норок (Mustela vison). - Рукопис.

Дисертація на здобуття науквого ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 - генетика. - Науковий центр радіаційної медицини АМН України, Київ 2008.

Метою даної роботи було отримання доказів на користь дії позитивного (дарвінівського) добору у ссавців на пренатальній стадії онтогенезу.

Для її досягнення було проведено оцінку характеру розщеплення за генотипом у потомства норок при народженні, отриманного від схрещування ++ ррАа х >> рраа; виявлено природу елімінуючих факторів та часу їхньої дії; виміряно дарвінівську пристосованість рраа потомства, що здолало бар'єр вибіркової внутрішньоутробної елімінації. Таким чином, вперше одержано вичерпні докази на користь дії стабілізуючої форми позитивного добору у M. vison на периімплантаційній стадії онтогенезу. Сформульовано низку теоретичних положень про місце, механізм та специфіку внутрішньоутробної селекції.

Ключові слова: норка, позитивний добір, бластоциста.

АННОТАЦИЯ

Вагин Ю. В. Пренатальной отбор у млекопитающих: селекция бластоцист американских норок (Mustela vison). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. - Научный центр радиационной медицины АМН Украины, Киев 2008.

Целью данной работы являлось получение доказательств в пользу действия у млекопитающих положительного (дарвиновского) отбора на пренатальной стадии онтогенеза. Для ее достижения была разработана методология исследования. В соответствии с требованиями указанной методологии проведены: оценка расщепления по генотипу потомства ррАа самок и рраа самцов норок при рождении; выявление природы элиминирующих факторов и времени их действия; измерение дарвиновской приспособленности части потомства, подвергшейся избирательной внутриутробной элиминации и, как следствие этого, находящейся в дефиците при рождении. Кроме того, рассмотрены теоретические положения, связанные с действием дарвиновского отбора на пренатальной стадии развития млекопитающих, а также оценены перспективы использования скрещиваниий ррАа самок и рраа самцов для промышленного разведения американских норок.

Материалом исследования послужило потомство серебристо-голубых самок норок M. vison, гетерозиготных по гену аleutian, полученное от спаривания с сапфировыми самцами. При этом анализировали следующие показатели: расщепление по окраске потомства при его рождении; расщепление в потомстве ррАа самок и рраа самцов норок в зависимости от количества имплантирующихся блатоцист и дат их имплантации; расщепление в потомстве ррАа самок и рраа самцов норок в зависимости от количества имплантирующихся бластоцист и длительности эмбриональной диапаузы самок; плодовитость серебристо-голубых - ррАА и ррАа - норок; плодовитость рраа норок различного происхождения; жизнеспособность серебристо-голубых и сапфировых щенков; жизнеспособность рраа норок различного происхождения; скорость роста рраа норок различного происхождения; влияние гена аleutian на скорость роста норок. Определяли также сроки имплантации у ррАа и рраа самок норок.

В процессе исследования использовали методы генетического анализа и ряд статистических методов, в частности, метод 2, критерий достоверности Фишера, расчеты частных коэффициентов корреляций. Поскольку анализируемое расщепление в потомстве норок фиксировали на момент рождения молодняка, которое обусловливалось событиями пренатального онтогенеза, то была проведена конвертация ряда постнатальных показателей в соответствующие им пренатальные показатели, а именно: величины пометов в количество имплантирующихся бластоцист; даты рождения щенков в даты имплантации бластоцист.

Впервые получена необходимая доказательная база в пользу действия стабилизирующей формы положительного отбора у M. vison на периимплантационной стадии онтогенеза, включающая данные: о нарушении расщепления в потомстве, фиксируемом при его рождении; о наличии избирательно действующих элиминирующих факторов; о повышении дарвиновской приспособленности рраа потомства, преодолевшего высокий барьер внутриутробной избирательной элиминации; показано, что действие отбора происходит в процессе имплантации блатоцист; выяснилось, что в группе ррАа самок имплантация завершается в более сжатые сроки, нежели в группе рраа самок; на основе анализа полученных результатов, а также данных литературных источников, сформулирован ряд теоретических положений о том, что: внутриутробная селекция рраа бластоцист базируется на наличии у них генов-модификаторов и происходит в процессе конкуренции с ррАа бластоцистами за места имплантации; дифференцированный успех имплантации ррАа и рраа бластоцист обусловливается наследственно закрепленными различиями эффективности их взаимодействия с индуктором имплантации; у норок действует единый селективный механизм, формирующий количественно-качественный состав потомства при рождении, связь которого с имплантацией указывает на уникальное значение последней среди других периодов пренатального онтогенеза млекопитающих; действие генов-модификаторов приводило у рраа потомства к устранению негативных эффектов рецессивной гомозиготы аа, что способствовало повышению помехоустойчивости процесса реализации морфогенетической программы; положительный отбор оценивает качество всей морфогенетической программы онтогенеза млекопитающих поэтапно, осуществляя, при этом, либо ее корректировку, либо реорганизацию.

Таким образом, основным вкладом настоящего исследования являются исчерпывающие доказательства в пользу действия стабилизирующей формы положительного отбора в процессе имплантации бластоцист. Тем самым, дейтствие положительного отбора на пренатальной стадии онтогенеза млекопитающих переводится из “аксиоматического” разряда в разряд “фактический”. При этом, указанная селекция направлена на защиту процесса периимплантационного развития, контролируемого соответствующей морфогенетической подпрограммой, возникновение которой могло иметь решающее значение для появления на исторической арене самого прогрессивного инфракласса млекопитающих - Eutheria.

Практическим результатом работы явилась позитивная оценка экономической эффективности метода гетерогенных скрещиваний M. vison, позволившая рекомендовать его использование при промышленном разведении норок голубой окраски - серебристо-голубых самок, гетерозиготных по гену aleutian, и сапфировых самцов.

Ключевые слова: норка, положительный отбор, бластоциста.

SUMMARY

Vagin Yu. V. Prenatal selection in mammals: selection of blastocysts of minks (Mustela vison). - Manuscript.

Thesis for the Doctor of Biological Sciences scientific, specialty 03.00.15 - Genetics. - State institution “Research Centre for Radiation Medicine, Academy of Medical Sciences of Ukraine, Kyiv, 2008.

This work was undertaken in an effort at obtaining evidence for positive (Darvinian) selection in mammals at the prenatal stage of ontogenesis.

To achieve this purpose there was estimated segregation pattern by genotype in mink offspring at birth from ++ ррАа х >> рраа cross-breeding. Nature of eliminating factors and time of their action were disclosed; Darvinian fitnees for рраа offspring that overcame the barrier of selective prenatal elimination was measured. For the first time ever comprehensive evidances in favor of stabilizing form of positive selection in M. vison at the periimplantation stage of development were obtained. There were formulated series of theoretical positions about the place, mechanism and specificity of prenatal selection.

Key words: mink, positive selection, blastocyst.

Размещено на Allbest.ru