Использование маркера bоla - drb3 в селекционно-племенной работе с крупным рогатым скотом
На правах рукописи
САЦУК ВЛАДИМИР ФЁДОРОВИЧ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАРКЕРА BОLA - DRB3
В СЕЛЕКЦИОННО-ПЛЕМЕННОЙ РАБОТЕ С КРУПНЫМ РОГАТЫМ СКОТОМ
06.02.01 – разведение, селекция, генетика и воспроизводство
сельскохозяйственных животных
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Ставрополь, 2009
Работа выполнена на кафедре технологии животноводства
Кубанского государственного аграрного университета
Научный руководитель:
доктор сельскохозяйственных
наук, профессор
Тузов Иван Никифорович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук,
профессор
Букаров Нурмагомед Гаджикулиевич
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
Чижова Людмила Николаевна
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Кубанский
государственный университет»
Защита диссертации состоится 25 декабря 2009 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 006.078.01 при Ставропольском научно-исследовательском институте животноводства и кормопроизводства по адресу: Ставропольский край, пер. Зоотехнический 15, тел./факс (8652)34-76-88
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства
Автореферат разослан 23 ноября 2009 г. и размещен на официальном сайте института – http:www.sniizhk.ru 23 ноября 2009 года
Ученый секретарь
диссертационного совета М.И.Селионова
- общая характеристика работы
Актуальность темы. Темпы генетического улучшения молочного стада на 85-90% определяется племенной ценностью используемых в воспроизводстве быков - производителей. Следовательно, оценка их генетических качеств является одним из главных звеньев племенной работы в молочном скотоводстве. Племенная ценность производителя характеризуется рядом признаков и показателей. Это не только продуктивность дочерей, но и особенности их конституции и экстерьерные показатели, в первую очередь, крепость конечностей и свойства вымени, устойчивость к заболеваниям.
Совершенствование методов оценки животных, их отбора в основные селекционные группы, научное обоснование подбора и интенсивности использования производителей, имеющих лучшие, генетически обусловленные хозяйственно – полезные признаки – важнейшая задача сельскохозяйственной биологии. В этой связи выявление на основе ДНК анализа маркерных аллелей, свидетельствующих о наличии у тестируемых животных позитивных селекционных признаков, обуславливающих высокую продуктивность, устойчивость к заболеваниям и длительное хозяйственное использование – важнейший инструмент в преобразовании современного молочного скотоводства в высокоэффективную отрасль АПК России [Эрнст, 2009]. В частности, ген BoLA- DRB3 представляет интерес как универсальный маркер, связанный с резистентностью, показателями продуктивности и биологическим разнообразием групп крупного рогатого скота [Kulberg, Heringstad, Guttersrud, Olsaker, 2007].
Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований явилось изучение возможности селекции животных по локусу BoLA- DRB3 для повышения молочной продуктивности и продолжительности племенного использования разводимого поголовья айрширского и голштинского скота.
Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие задачи:
- определить частоту встречаемости полиморфных вариантов гена BoLA- DRB3 у используемых в воспроизводстве популяций быков – производителей айрширской и голштинской пород;
- выявить характер связи структуры гена BoLA- DRB3 тестируемых быков с породной и генеалогической принадлежностью, оценкой их племенных качеств;
-разработать селекционную схему выведения и репродукции животных желательных генотипов по BoLA- DRB3 и её использование в работе со стадами молочного скота.
Научная новизна исследований. Впервые в России изучены закономерности распространения BoLA- DRB3 аллелей и генотипов в популяциях быков айрширской и голштинской пород. Научно обоснован и внедрён в производство селекционный способ повышения молочной продуктивности и устойчивости к заболеваниям крупного рогатого скота (Патент РФ № 2316207). Предложены технологические схемы использования BoLA- DRB3 - генотипирования для увеличения срока племенного использования крупного рогатого скота.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Модели отбора и подбора производителей к маточному поголовью в молочном скотоводстве внедрены в 60 товарных и племенных хозяйствах ЮФО Российской Федерации. Ряд установленных закономерностей можно использовать учреждениям по искусственному осеменению сельскохозяйственных животных при комплектовании быками-производителями.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- маркирование некоторыми BoLA – DRB3 аллелями и генотипами генетических блоков, связанных с обильномолочностью, жирномолочностью, белковомолочностью;
- селекционно - генетический способ повышения продуктивности и устойчивости крупного рогатого скота;
- существование зависимости частот встречаемости устойчивых, нейтральных и чувствительных аллелей локуса BoLA – DRB3 от породной принадлежности крупного рогатого скота.
Апробация результатов исследований. Материалы диссертации докладывались на научных конференциях факультета зоотехнологии и менеджмента Кубанского государственного аграрного университета в 2007-2009 гг., а так же обсуждались на краевых совещаниях с участием специалистов зооветеринарного профиля. Результатом исследований явилась разработка «Селекционно-генетический способ создания высокопродуктивного и устойчивого к персистентному лимфоцитозу стада крупного рогатого скота», удостоенная серебряной медали на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2007 г. и бронзовой медали на 10 юбилейной российской агропромышленной выставке в 2008 г. (г. Москва). Материалы диссертации использовались в учебном процессе ФГОУ ДПО «Краснодарский региональный институт агробизнеса» и докладывались на IV Международной научной конференции «Актуальные проблемы биологии в животноводстве», посвященной 100-летию со дня рождения академика Николая Александровича Шманенкова в 2006 году (г. Боровск).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, все по теме диссертации, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: «Вестник РАСХН», «Зоотехния», «Животноводство России» - 5 работ. Приоритет исследований подтверждён патентом Российской Федерации (№ 2316207).
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, глав собственных исследований, заключения, выводов, предложений производству, списка использованных источников, включающего 133 работы, в том числе 64 зарубежных авторов. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 6 рисунков и 1 приложение.
- МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проведены на базе лаборатории биотехнологии Северо-Кавказского научно- исследовательского института животноводства Россельхозакадемии и кафедры технологии животноводства Кубанского государственного аграрного университета в период с 2005 по 2009 гг. Генотипирование быков - производителей по образцам спермы, коров по образцам крови выполнено в лаборатории биотехнологии. Общий объём выборки составил 932 животных (435 быков и 497 коров). Анализировались быки, принадлежащие ОАО «ГЦВ», ОАО «Московское» по племенной работе, ОАО «Краснодарское» по племенной работе, ГУПП РК «Карелиягосплем», ОАО «Невское» по племенной работе и ОАО «Племпредприятие «Череповецкое», в основной своей массе используемые и планируемые к использованию в системе искусственного осеменения Краснодарского края, а так же коровы ЗАО «Дружба» Приморско-Ахтарского района, ЗАО «СКВО» Ростовской области, ОАО «Агрообъёдинение «Кубань» Усть-Лабинского района и ОАО «Племзавод им. Чапаева В.И.» Динского района.
Для выделения ДНК, постановки ПЦР, ПДРФ-анализа, электрофореза лаборатория применяла описанные в литературе методики [Van Eijk, Stewart-Haynes, Levin, 1992; Xu, М. Van Eijk., Park, 1993; Херрингтон и др., 1999].
Статистическая обработка результатов производилась по стандартным методикам [Лакин, 1980] с использованием программных возможностей Microsoft Exel.
Исследования проводились по следующей схеме:
| Генотипирование групп быков по локусу BoLA – DRB3 (n=435) | ||
| айрширской породы (n=113) | других пород (n=29) | голштинской породы (n=293) |
Изучение частот встречаемости аллелей и генотипов | ||
| в группах быков айрширской и голштинской пород | ||
| в группах быков, принадлежащих разным племпредприятиям | ||
| в группах быков, принадлежащих различным линиям | ||
| в группах быков, принадлежащих различным племенным категориям | ||
| в группах коров голштинской и айрширской пород | ||
Изучение взаимосвязи генотипа по локусу BoLA– DRB3 и обильномолочности (n=497) | ||
Разработка схем применения установленных закономерностей в работе со стадами крупного рогатого скота | ||
Рисунок 1. Схема проведения исследований
3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Распределение аллелей и генотипов по локусу BoLA-DRB3
у быков - производителей айрширской и голштинской пород
Генотипированием по локусу BoLA-DRB3 образцов спермы, полученных от быков-производителей различных пород, установлены частоты встречаемости генотипов и аллельных вариантов этого локуса у 435 животных, в том числе у 293 представителей голштинской и 113 - айрширской породы (табл. 1).
Таблица 1
Принадлежность генотипированных быков
| Принадлежность быков (гол.) | Порода | ||
| голштинская | айрширская | другие | |
| ОАО «ГЦВ» (n=162) | 126 | 14 | 22 |
| ГУПП «Карелиягосплем» (n=38) | - | 38 | - |
| ОАО «Краснодарское» по племенной работе (n=27) | 22 | 4 | 1 |
| ОАО «Московское» по племенной работе (n=104) | 104 | - | - |
| ОАО «Невское» по племенной работе (n=70) | 41 | 28 | 1 |
| ОАО «Племпредприятие «Череповецкое» (n=10) | - | 10 | - |
| Ассоциация FABA (Финляндия) (n=19) | - | 19 | - |
| Норвегии (n=5) | - | - | 5 |
| Итого n=435 | 293 | 113 | 29 |
Выявлено, что голштинские и айрширские производители существенно отличаются друг от друга по частотам встречаемости генотипов (табл. 2). Так, в профиле айрширской породы преобладают Н/Н генотипы (65, 49 %), а голштинской - Н/Ч и Ч/Ч (33, 44 и 34, 47% соответственно).
Таблица 2
Частота встречаемости BoLA-DRB3 генотипов у быков–
производителей голштинской и айрширской пород
| Генотип BoLA-DRB31 | Частота встречаемости, % | |
| в группе голштинских быков (n= 293) | в группе айрширских быков (n= 113) | |
| (Н\Н) | 7,17*** | 65,49 |
| (Н\Ч) | 33,44*** | 16,82 |
| (Ч\Ч) | 34,47*** | 2,65 |
| (У\У) | 2,39 | - |
| (Н\У) | 7,51 | 10,62 |
| (У\Ч) | 15,02** | 4,42 |
Примечание: здесь и далее * рядом со значениями частот - P<0.05; ** - P<0.01; ***- P<0.001.
При сравнении аллельных профилей исследуемых групп установлено, что в профиле голштинской породы преобладают Ч – аллели, частота их встречаемости составляет 59,79%. В профиле айрширской – Н-аллели (встречаются с частотой 75,46%). Наиболее типичными для голштинов являются BoLA-DRB3 *32, *8, *11, *16, *22, *24 аллели; для айрширов - BoLA-DRB3*1, *3, *7, *8, *18 и *27 аллели.
1 – BoLA-DRB3 - ген, отвечающий за первичный иммунный ответ крупного рогатого скота на вирусные и бактериальные патогенны [А. Xu, М. J.T. Van Eijk., Ch. Park, 1993; Г.Е. Сулимова, И.Г. Удина, Г.О. Шайхаев, И.А. Захаров, 1995];
Ч, У, Н – аллели – аллели BoLA-DRB3, различающиеся по статусу устойчивости к инфекционным заболеваниям:
аллели, обуславливающие чувствительность(Ч): BoLA –DRB3*8,*16, *22, *24;
устойчивость - (У): BoLA –DRB3 *11,*23, *28;
нейтральные (Н): BoLA –DRB3 *1,*2,*3 и др., влияние которых на восприимчивость или устойчивость не было отмечено.
Ч/Ч, Ч/У, Н/Ч, У/У, Н/У, Н/Н – генотипы локуса BoLA-DRB 3.
2 - BoLA-DRB3*3 – обозначение аллеля локуса BoLA-DRB3, в данном случае третьего; BoLA-DRB3 11*22 – обозначение конкретного генотипа, например, генотипа одиннадцать/двадцать два
Следует отметить, что безусловное лидерство в распространении среди голштинов принадлежит BoLA-DRB3 *24 (аллель встречен с частотой 22, 02%); у айрширов мономорфизм ещё более выражен – частота встречаемости аллеля BoLA-DRB3 *7 составляет 26, 99 %. Если говорить об абсолютных значениях, то 115 из 293 (39,25 %) быков голштинской породы в тех или иных сочетаниях несут в своём генотипе аллель BoLA-DRB3 *24 и 49 из 113 (43,36 %) быков айрширской породы - BoLA-DRB3 *7.
Нами установлено, что из 293 быков голштинской породы 30 (или 10,23 %) – гомозиготны (причём 46,67% из них несут генотип 24*24 и 20,00% генотип – 22*22); а у айрширов 17 (или 15,04 %) из 113 быков гомозиготны (из 17 гомозиготных быков – 12 или 70, 59% несут генотип 7*7). Таким образом, уровень гомозиготности быков айрширской породы превосходит уровень гомозиготности голштинской в 1,5 раза.
Проведённые исследования позволяют выявить ряд общих черт, характерных для быков-производителей айрширской и голштинской пород:
1. Аллельная «узость» - из описанных в литературе более чем 50 разновидностей аллелей BoLA-DRB3 гена (ПДРФ типов), нами встречено у 391 быка лишь 26, причём значительная часть этих аллелей находится в процессе элиминации, а некоторые, напротив занимают лидирующие с большим отрывом позиции, что свидетельствует об их селекционной предпочтительности. Однако, от BoLA-DRB3 генотипа зависит наследственная предрасположенность к развитию ряда заболеваний и со снижением генетического разнообразия по этому локусу, может произойти ограничение пределов компетентности иммунной системы у отдельных животных и стад в целом, что может сделать их уязвимыми перед внешними неблагоприятными воздействиями;
2. Для наиболее распространённых аллелей и генотипов характерны временные подъёмы и спады частот встречаемости. Вполне вероятно, что частота встречаемости того или иного аллеля в процессе подобных колебаний достигает некоторого пикового значения, а потом начинает резко снижаться. Мы связываем это с эффектом «насыщения», когда несмотря на явную селекционную предпочтительность того или иного аллеля (например, *24 - у голштинов), эффект его присутствия нивелируется высоким уровнем гомозиготности (появляется много животных с генотипом 24*24) и аллель несколько «сдает» свои лидирующие позиции, уступая аналогичным аллелям (например, *22 или *8), а затем возвращается на «свои позиции».
3.2. Распределение аллелей и генотипов по локусу BoLA-DRB3 у
быков - производителей айрширской и голштинской пород,
принадлежащих различным племпредприятиям
Одной из поставленных задач исследований было определение отличий в BoLA-DRB3 профиле у быков - производителей различных племпредприятий. Для этого проанализированы быки айрширской и голштинской пород, принадлежащие ОАО «ГЦВ», ОАО «Московское» по племенной работе, ОАО «Краснодарское» по племенной работе, ГУПП РК «Карелиягосплем», ОАО «Невское» по племенной работе и ОАО «Племпредприятие «Череповецкое». Обоснованием проведения данных исследований служило то, что подходы к комплектованию поголовья быков, в силу тех или иных причин, различаются на отдельных племпредприятиях. Так, например, из 57 быков голштинской породы чёрно-пёстрой масти, представленных в каталоге ОАО «Московское» по племенной работе за 2008-2009 гг. 35 имеют немецкое происхождение, 13 - американское, 7 – российское, 2 – канадское. А в каталоге ОАО «ГЦВ» из 82 голштинских черно-пёстрых быков: 17 – датские, 9 - голландские, 2 - канадских. 54 – родились в России, 17 из них имеют российских матерей, остальные – получены путём трансплантации эмбрионов, импортированных из Дании, Голландии и США, либо - от импортированных из этих стран матерей.
Установлено, что наибольший полиморфизм BoLA-DRB3 аллелей и генотипов представлен у голштинов черно-пестрой и красно-пёстрой масти, принадлежащих ОАО «ГЦВ» и айрширов ГУПП РК «Карелиягосплем».
Тенденции преобладания у голштинов Ч - аллелей характерны для быков всех племпредприятий, однако, у быков ОАО «Московское» по племенной работе они преимущественно входят в состав Ч/Ч (48,31%), а у ОАО «Краснодарское» по племенной работе, ОАО «Невское» по племенной работе и ОАО «ГЦВ» - Н/Ч генотипов (53,85%, 43,90% и 36,00% – соответственно).
Нами были так же генотипированы лучшие быки Финляндии, принадлежащие ассоциации FABA. Полученные данные представлены в таблице 3. Анализ табл.3 показывает, что финским селекционерам практически удалось «избавиться» от У- и Ч - аллелей у своих лучших быков – производителей и элиминировать большинство нейтральных аллелей, за исключением BoLA-DRB3*7 (28,95%), BoLA-DRB3*1 ( 28,95%) и BoLA-DRB3*12 (10,53%).
Таблица 3
Частоты встречаемости BoLA-DRB3 аллелей в группе быков
айрширской породы ассоциации FABA (Финляндия)
| Аллель BoLA-DRB3 | Частота встречаемости (n=19), % |
| 1 | 28,95 |
| 2 | 2,63 |
| 7 | 28,95 |
| 8 | 5,26 |
| 10 | 2,63 |
| 11 | 2,63 |
| 12 | 10,53 |
| 21 | 5,26 |
| 23 | 2,63 |
| 25 | 2,63 |
| 27 | 7,90 |
| Н | 89,47 |
| Ч | 5,26 |
| У | 5,26 |
В данном случае можно говорить о значительном снижении аллельного разнообразия BoLA-DRB3 и, как следствие, мономорфизме генов, отвечающих за молочную продуктивность.
3.3. К вопросу о целесообразности разведения молочного скота по линиям и межлинейного кроссирования
Как правило, чем сильней различаются генетические профили групп животных, в частности по локусу BoLA- DRB3, тем дальше филогенетически эти группы отстоят друг от друга. Известно, что линии теоретически являются следующим «подразделением» после породы и типа. Логично предположить, что каждая линия, как нечто единое и консолидированное, должна отличаться от других своими частотами отдельных аллелей и генотипов.
При объединении животных, принадлежащих одним линиям, но разным племпредприятиям, можно наблюдать определённые отличия частот встречаемости аллелей и генотипов BoLA-DRB3 (табл.4).
Таблица 4
Частоты встречаемости BoLA-DRB3 генотипов в группах
быков – производителей различных линий голштинской породы
черно-пестрой масти
| Генотип BoLA-DRB3 | Частота встречаемости, % | |||
| линия Рефлекшен Соверинг 198998 (n=66) | линия Уес Идеал 933122 (n=110) | линия Монтвик Чифтэйн 95679 (n=48) | ||
| (Н\Н) | 9,09 | 8,18 | 6,25 | |
| (Н\Ч) | 34,85 | 33,64 | 29,17 | |
| (Ч\Ч) | 31,82 | 37,27 | 39,58 | |
| (У\У) | 3,03 | 1,82 | 4,17 | |
| (Н\У) | 7,58 | 7,27 | 4,17 | |
| (У\Ч) | 13,64 | 11,82 | 16,67 | |
Так в линии Рефлекшен Соверинг 198998 высокая частота встречаемости BoLA-DRB3*16 (20,45%), в линии Уес Идеал 933122 - BoLA-DRB3*22 и BoLA-DRB3*24 (18,64 %), а в линии Монтвик Чифтейн 95679 BoLA-DRB3*24 (29,17%).
При рассмотрении же линий в разрезе отдельно взятых племпредприятий (например, ОАО «Московское» по племенной работе и ОАО «ГЦВ») отличия становятся более значимыми (табл. 5).
Так, например, частота встречаемости Ч-аллелей в линиях Рефлекшен Соверинга 95679, Уес Идеала 933122 и Монтвик Чифтэйна 198998 «ГЦВ» составляет соответственно 51,79%, 50,00%, 54,00% (то есть, практически не отличается). Аналогичные показатели ОАО «Московское» по племенной работе составляют – 62,00%, 65,56% и 73,68% (а разница между частотой встречаемости Ч-аллелей в линии Монтвик Чифтэйна 198998 «ГЦВ» и линии Монтвик Чифтэйна 198998 «Московское» - 73,68% - 54,00% = 19,68 %). Подобные расчёты можно привести и для других аллелей и генотипов.
Таким образом, маркер BoLA- DRB3 позволил установить, что понятия линии как некой обособленной структуры, обладающей выраженными генетическими отличиями, в данный момент не существует, что отличия, в большей степени, зависят от того, из какой страны преимущественно ввезены быки – производители конкретного племпредприятия.
Таблица 5
Частоты встречаемости BoLA-DRB3 генотипов в группах
быков – производителей различных линий голштинской породы черно-пестрой масти, принадлежащих ОАО «ГЦВ» и
ОАО «Московское» по племенной работе
| Генотип BoLA-DRB3 | Частота встречаемости, % | |||||
| ОАО «ГЦВ» | ОАО «Московское» по племенной работе | |||||
| линия Рефлекшен Соверинг 198998 (n=28) | линия Уес Идеал 933122 (n=37) | линия Монтвик Чифтэйн 95679 (n=25) | линия Рефлекшен Соверинг 198998 (n=25) | линия Уес Идеал 933122 (n=45) | линия Монтвик Чифтэйн 95679 (n=19) | |
| (Н\Н) | 10,71 | 18,92 | 8,00 | 8,00 | 4,44 | 5,26 |
| (Н\Ч) | 46,43 | 37,84 | 24,00 | 24,00 | 22,22 | 26,32 |
| (Ч\Ч) | 17,86 | 27,03 | 28,00 | 44,00 | 46,67 | 57,89 |
| (У\У) | - | 2,70 | 4,00 | 4,00 | - | 5,26 |
| (Н\У) | 3,57 | 5,41 | 8,00 | 8,00 | 11,11 | - |
| (У\Ч) | 21,43 | 8,11 | 28,00 | 12,00 | 15,56 | 5,26 |
У айрширов мы наблюдаем явление, названное нами «скрытым инбридингом», когда животные различных генеалогических групп, выходящие на разных родоначальников являются гомозиготами по одному и тому же аллелю BoLA-DRB3- маркерного гена. С высокой степенью вероятности можно утверждать, что они гомозиготны и по другим генетическим блокам, а значит, являются по сути своей инбредными. Такой инбридинг мы называем «скрытым» потому, что его невозможно проследить или исключить, располагая данными племенных свидетельств или генеалогических схем – для его исключения необходим ДНК – анализ.
Полученные материалы позволяют вполне обосновано предположить, что негативные проблемы, имеющиеся сегодня в айрширских стадах Краснодарского края: низкий выход телят, высокий уровень поражения скота лейкозом, низкий иммунитет, наряду со многими факторами, связаны с проявлением инбредной депрессии, обусловленной воздействием «скрытого» инбридинга, и низкой частотой использования в воспроизводстве особей с устойчивыми генотипами.
Следовательно, главными задачами в планировании селекционных мероприятий по совершенствованию айрширского скота являются:
- сокращение использования в воспроизводстве гомозиготных быков, прежде всего с генотипом BoLA-DRB3 7*7;
- активизацию расширения аллелофонда айрширской породы за счёт введения быков с редкими аллелями и генотипами.
3.4. Использование маркера BoLA-DRB3 для прогнозирования
племенной ценности быков - производителей
С целью изучения возможности использования маркера BoLA-DRB3 для прогнозирования племенной ценности быков – производителей, было определено какие аллели и генотипы изменяют свою частоту встречаемости в выборках быков-улучшателей голштинской породы чёрно-пёстрой масти категории А, категории Б, АБ и в категории нейтральных3 по отношению к частотам в выборке оценённых быков в целом (оценка быков приведена в каталогах племпредприятий и племенных свидетельствах быков).
Обращают на себя внимание факты достоверного снижения частоты встречаемости Н/Ч генотипа в выборке улучшателей категории АБ по сравнению с улучшателями А и Б категорий (с 35,29 и 30,77 до 6,25 %). Интересно, что генотип улучшателей АБ чаще, чем в других группах представлен генотипом Ч/У (25,00% против 9,80 и 15,38%).
Для практического использования нами предложен вариант группировки данных, который позволяет, зная генотип быка-производителя, прогнозировать вероятность попадания его в ту или иную племенную категорию. В таблицу 6 вошли генотипы, встречающиеся с частотой выше 4% в группе оценённых быков – производителей (табл.6). За 100% принималось количество животных определённого генотипа (например, семь быков с генотипом BoLA –DRB3 16*22 – 100%).
3В категорию А вошли улучшатели А1, А2, А3;
В категорию Б – Б1, Б2, Б3
В категорию АБ – А1Б1, А1Б2, А1Б3, А2Б1, А2Б2, А2Б3, А3Б1, А3Б2, А3Б3
Таблица 6
Использование маркера BoLA-DRB3 для составления прогноза
оценки быков
| Генотип BoLA – DRB3 | Вероятность попадания в группу, % | |||
| А (n=51) | Б (n=13) | АБ (n=16) | Н (n=24) | |
| 11*22 | 25,0 | - | 75,0 | - |
| 11*24 | 33,3 | 33,3 | 33,4 | - |
| 16*16 | 50,0 | - | - | 50,0 |
| 16*22 | 14,3 | 28,6 | 42,8 | 14,3 |
| 16*24 | 42,8 | 14,4 | - | 42,8 |
| 22*24 | 83,3 | - | 16,7 | - |
| 24*24 | 50,0 | - | 25,0 | 25,0 |
| 24*27 | 25,0 | 75,0 | - | - |
| 7*22 | 75,0 | - | - | 25,0 |
| 8*22 | 50,0 | - | 25,0 | 25,0 |
| 8*24 | 57,1 | - | 14,3 | 28,6 |
| 11*23 | 50,0 | 25,0 | - | 25,0 |
Для айрширов установлено, что наличие генотипа Н/Ч увеличивает, а Н/У снижает вероятность отнесения быка в категорию улучшателей обильномолочности. В выборке улучшателей категории А чувствительные аллели встречаются в три раза чаще, чем в выборке нейтральных быков, а устойчивые в три раза реже. Аллели BoLA- DRB3*7 и BoLA- DRB3*28 чаще встречаются в выборке нейтральных быков, а BoLA- DRB3*27, напротив, преобладает у улучшателей категорий А1 – А3.
Если обобщить все данные и тенденции, описанные выше, можно сформулировать следующие гипотезы: существуют аллели локуса BolA – DRB3 маркирующие определённые признаки (такие как повышенная обильномолочность, повышенная жирномолочность, повышенная белковомолочность, резистентность и т.д.). Определённую роль играет сочетаемость аллелей в генотипе (как у коров, так и быков), усиливая или подавляя действие аллеля «лидера». При изменении вектора селекционного давления преимущества получают те аллели и включающие их генотипы, которые обеспечивают максимальный результат. Практическое применение сформулированных гипотез даёт возможность моделирования того или иного эффекта в стадах путём закрепления быков, несущих определённые аллели и генотипы локуса BoLA – DRB3.
3.5. Использование маркера BoLA-DRB3 в работе
со стадами крупного рогатого скота
Полученные данные позволяют предположить, что зоны ассоциаций основных селекционно-значимых признаков и аллелей BoLA-DRB3 располагаются следующим образом (рис.2).
Рисунок 2. Зоны ассоциаций аллелей BoLA-DRB3 и
селекционных признаков
Если рассмотреть с позиций этой схемы идею создания «идеального животного», становится понятно, что сделать это практически невозможно (к сожалению, ген включает лишь два аллеля, а не три, то есть в любом случае возможно совмещение лишь двух блоков, маркируемых этими аллелями).
Проведён целый ряд исследований4, целью которых являлось установить степень связи BoLA- DRB3 полиморфных вариантов с продуктивными качествами крупного рогатого скота.
Полученные результаты могут быть кратко резюмированы следующим образом:
1. Показано, что оптимальными по уровню удоя и показателям здоровья у чистопородного голштинского скота являются животные, несущие в своем генотипе один устойчивый (У) аллель и один чувствительный (Ч) аллель, при этом У-аллель является маркером повышенной устойчивости к заболеваниям, а Ч-аллель - маркером повышенной молочной продуктивности. Животные с генотипом Ч/У гена BoLA- DRB3 голштинской породы в среднем на 354-1811 кг по удою за первую лактацию превосходили коров с другими генотипами данного гена (Р<0,05; Р<0,001) (таблица 7).
2. Установлено, что сочетание в генотипе голштинского скота Ч- и Н- аллелей локуса BoLA- DRB3 обуславливает пониженную молочную продуктивность и снижает период их продуктивного использования. Удой в группе коров с генотипом Н/Ч гена BoLA- DRB3 был значительно ниже по сравнению с группой коров с генотипом Ч/У.
3. Разработан селекционно-генетический способ, предусматривающий проведение подборов родительских пар с учетом генотипа по локусу BoLA- DRB3 с целью повышения в потомстве частоты встречаемости «желательного» генотипа Ч/У.
______________________________________
4 Исследования проведены совместно с лабораторией биотехнологии СКНИИЖ и отражены в публикациях.
Таблица 7
Показатели продуктивности первотёлок различных генотипов
по локусу BoLA DRB 3 в хозяйствах ЗАО «Дружба»,
ОАО «Агрообъединение «Кубань» и СЗАО «СКВО»
за 305 дней лактации
| Хозяйство | Показатели | Генотип BoLA DRB 3 | |||||
| Н/Н | Н/Ч | Ч/Ч | У/У | Н/У | У/Ч | ||
| ЗАО «Дружба» (n= 46) | Частота встречаемости, % | 19,57 | 32,60 | 17,39 | 6,52 | 15,22 | 8,70 |
| Удой, кг M±m | 6108* ±297 | 6109*±230 | 6105*±237 | 5547*±204 | 6279 ±385 | 7247 ±411 | |
| Удой в среднем, кг | 6201 ± 132 | ||||||
| ОАО «Агрообъединение «Кубань» (n=163) | Частота встречаемости, % | 4,29 | 24,54 | 40,49 | 3,08 | 6,13 | 21,47 |
| Удой, кг M±m | 8058 ±296 | 7081**±181 | 7381*±179 | 7603 ±232 | 7306 ±280 | 7957 ±166 | |
| Удой в среднем, кг | 7463 ± 84 | ||||||
| ЗАО «СКВО» Ростовской области (n= 94) | Частота встречаемости, % | 15,96 | 32,97 | 21,28 | 6,38 | 7,45 | 15,96 |
| Удой, кг M±m | 6859 ±513 | 7158*±291 | 7214 ±419 | 6315*±595 | 7469 ±536 | 8126 ±292 | |
| Удой в среднем, кг | 7246 ± 172 | ||||||
Примечание: * - P<0.05; ** - P<0.01
Проведена экспериментальная апробация разработанного способа в ОАО «Агрообъединение «Кубань».
В 2006-2007 годах было проведено индивидуальное закрепление быков-производителей на маточное поголовье. Для коров с генотипами Ч/Ч, Н/Н, Н/Ч были подобраны быки У/У; с генотипами У/У, Н/У, Ч/У - быки Ч/Ч:
Ч/Ч
Н/Ч Х У/У Баклан (11*23)
Н/Н Фокус (23*23)
У/У
Н/У Х Ч/Ч Кубок (8*24)
Ч/У Хит (16*24)
Доказано повышение частоты встречаемости желательного генотипа Ч/У за одно поколение с 24,44 до 62,22% (по выборке 90 голов).
В данном случае была проведена коррекция резистентности у дочерей по сравнению с материнским поголовьем без потери продуктивности, так как поступившие из-за границы животные отличались высокими показателями заболеваемости и смертности.
Таким образом, возможно использование маркера BoLA-DRB3 как дополнительного критерия при подборе быков, позволяющего снизить вероятность несоответствия «бык – стадо».
Аналогичным образом предлагаем проводить подбор при низком удое, плохом качестве молока. Из всего многообразия улучшателей категорий А и Б следует выбирать быков с аллелями – лидерами (для увеличения обильномолочности - BoLA- DRB3*22, *24; для повышения качества молока - BoLA- DRB3*3,*7, 27; для увеличения содержания белка в молоке - BoLA- DRB3*26). Одновременно необходимо прямо или косвенно оценивать BoLA- DRB3 генофонд самого стада. В зависимости от финансовых возможностей хозяйства мы предлагаем три варианта схемы работы:
1. Быки подбираются путём анализа родословных коров. Главный принцип - добавить те аллели и генотипы, которые не встречались у отцов и дедов коров. (Так, например, если у предков встречаются из Ч-аллелей BoLA- DRB3*16 и BoLA- DRB3*8, подбираем носителей BoLA- DRB3*22 и/или BoLA- DRB3*24).
2. Можно проанализировать генотипы животных материнского стада (около 10% поголовья, но не менее 50 голов) и закрепить быка-производителя таким образом, чтобы получить максимальный суммарный искомый эффект.
3. Но наиболее эффективен будет индивидуальный подбор. При этом анализируются генотипы всех животных стада, животные разбиваются на группы: У/У; Ч/У; Н/У; Ч/Ч; Н/Ч и Н/Н. Оценивается аллельный профиль групп животных. Быки подбираются таким образом, что бы в максимально большом количестве комбинаций проявить у потомков эффект «минигетерозиса».
Важно, что данное нововведение не противоречит существующим принципам подбора быков - производителей, не нарушает никаких инструкций, а лишь вводит дополнительный критерий подбора.
Изложенная выше система подбора и закрепления в той или иной степени используется сегодня в 60 хозяйствах Краснодарского края, Ростовской области, Ставропольского края, которые приобретают сперму быков-производителей в ООО НПСХП «Астер».
3.6. Экономический эффект использования генетического
маркера – DRB3 в селекционно – племенной работе
с крупным рогатым скотом
Экономический эффект использования маркера BoLA-DRB3 был оценён в двух плоскостях: для племпредприятий, покупающих быков, оценённых с использованием генетических маркеров за границей и для сельхозпредприятий, использующих селекционно-генетический способ повышения продуктивности и устойчивости крупного рогатого скота.
Допустим, племпредприятие принимает решение о покупке 10 молодых, неоценённых быков за границей (в Голландии или Германии). Стоимость такой покупки составит не менее 52000 евро. В последнее время наши зарубежные партнёры помимо молодых неоценённых быков, предлагают молодых быков, оценённых по ряду генетических маркеров, гарантии для которых в будущем соответствовать высокой племенной категории увеличиваются на 25-30%. Стоимость такой покупки составит уже 65000 евро. При этом молодые быки отбираются по 30-40 маркерам, которые с большей частотой встречаются у быков, прошедших оценку по качеству потомства и показавших себя улучшателями. Следует учесть, что лишь два, три маркера будут являться «сильными», остальные больше будут создавать «шумы», причём объединяясь, «шумы» могут заглушать основные маркеры. Маркер BoLA – DRB3 по спектру своего взаимодействия вполне может претендовать на роль «сильного». Добавив к нему ещё 2-3 маркера, можно создать хорошую систему отбора необходимых нам быков. А стоить это будет 2-3 тысячи рублей в расчёте на одну голову.
Для расчёта возможного экономического эффекта от внедрения селекционно-генетического способа рассчитано в среднем по трём хозяйствам, в том процентном соотношении, котором встречались и будут встречаться генотипы до и после применения индивидуального подбора и возможная прибавка производства молока.
Таблица 8
Расчет возможного экономического эффекта
от применения селекционно-генетического способа
| Показатель (в среднем по 3 хозяйствам) | Генотип по локусу BoLA –DRB3 | |||||
| У/У | У/Ч | У/Н | Н/Н | Ч/Ч | Ч/Н | |
| Фактическая частота встречаемости генотипа, % | 5,33 | 15,37 | 9,60 | 13,27 | 26,39 | 30,04 |
| Удой за 305 дней, кг | 6488 | 7776 | 7018 | 6008 | 6900 | 6783 |
| Средний удой за 305 дней, кг | 6829 | |||||
| Предполагаемая частота встречаемости генотипа, % | - | 59,30 | 28,30 | - | 7,70 | 4,70 |
| Средний удой по предполагаемой выборке, кг | 7446 | |||||
| Разница между ожидаемым и реальным удоем, кг | 618 | |||||
Предполагается, что применение селекционно-генетического способа способно увеличить удой в следующем поколении на 618 кг молока, с одновременным повышением резистентности стада.
4. ВЫВОДЫ
- Голштинские и айрширские быки - производители существенно отличаются друг от друга по частотам встречаемости BoLA-DRB3 аллелей и генотипов. Так, в профиле айрширской породы преобладают Н/Н генотипы (65,49%), а голштинской - Н/Ч и Ч/Ч (33,44 и 34,47% соответственно). Наиболее типичными для голштинов являются BoLA-DRB3 *3, *8, *11, *16, *22, *24 аллели; для айрширов - BoLA-DRB3*1, *3, *7, *8, *18 и *27 аллели.
- Безусловное лидерство в распространении среди голштинов принадлежит BoLA-DRB3 *24 (аллель встречен с частотой 22, 02%); у айрширов частота встречаемости аллеля BoLA-DRB3 *7 составляет 26,99 %; 115 из 293 (или 32,25%) быков голштинской породы в тех или иных сочетаниях несут в своём генотипе аллель BoLA-DRB3*24 и 49 из 113 (43,36%) быков айрширской BoLA-DRB3*7.
- Для наиболее распространённых BoLA-DRB3 аллелей и генотипов характерны временные подъёмы и спады частот встречаемости.
- Не выявлено значимых различий в BolA-DRB3 профилях быков, принадлежащих к различным линиям. Установлено, что страна происхождения, а вернее принятая там селекционная доктрина, определяет генетические особенности поступающих быков – производителей.
- Возможно использование BoLA-DRB3 генотипирования для предварительной оценки быков, данная технология позволяет повысить эффективность по сравнению с другими методами предварительной оценки более чем в два раза.
- Разработан селекционно- генетический способ повышения продуктивности и устойчивости крупного рогатого скота к персистентному лимфоцитозу. Экспериментальная проверка подобного подхода показала повышение частоты встречаемости желательного генотипа Ч/У за одно поколение с 24,44 до 62,22%.
- Обосновано использование маркера BoLA-DRB3 как дополнительного критерия при подборе быков, позволяющего снизить вероятность несоответствия «бык – стадо».
5. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
Органам государственной племенной службы РФ, организациям по искусственному осеменению сельскохозяйственных животных, товарным и племенным хозяйствам, разводящим молочный скот, рекомендуется использовать маркер BoLA-DRB3 в качестве дополнительного селекционного фактора при планировании и осуществлении:
- заказных (ассоциативных) спариваний;
- отбора животных в основные селекционные группы;
- индивидуального и группового подбора производителей к маточному поголовью, с целью повышения частоты встречаемости «желательного» генотипа в потомстве.
Список работ, опубликованных по теме диссертации.
В рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:
1. Горковенко Л., Ковалюк Н., Сацук В. Проблему лейкоза можно решить быстрее // Животноводство России. – 2006. - № 12. – С. 39-40.
2. Горковенко Л. Г., Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф. Взаимосвязь генотипа по локусу BoLA DRB 3 главного комплекса гистосовместимости крупного рогатого скота с молочной продуктивностью // Вестник РАСХН. – 2007. -№ 3. – С.73-74.
3. Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф., Мачульская Е.В. Использование генетических маркеров для повышения молочной продуктивности коров // Зоотехния. - 2007.-№ 8. - С.2-4.
4. Ковалюк Н.В., Шостак В.А., Сацук В.Ф., Фоменко Д.В. Селекционно-генетический способ создания высокопродуктивного и устойчивого к персистентному лимфоцитозу крупного рогатого скота. // Вестник РАСХН. – 2005. -№ 6. – С.67-69.
5. Ковалюк Н.В., Шостак В.А., Сацук В.Ф.. Фоменко Д.В. Использование ДНК анализа при отборе матерей быков // Зоотехния. – 2005. - № 8. – С.7-8.
6. Горковенко Л.Г., Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф. Патент РФ на изобретение №2316207 «Селекционно-генетический способ создания высокопродуктивного и устойчивого к персистентному лимфоцитозу стада крупного рогатого скота», заявка № 2005112494. Заявитель и патентообладатель Северо-Кавказский научно-исследовательский институт животноводства. Заявлено 25.04.2005 г., зарегистрировано в государственном реестре изобретений РФ 10.02.2008 г.
В материалах международных конференций:
7. Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф., Мачульская Е.В. Селекционно-генетический способ создания высокопродуктивных групп крупного рогатого скота // Современные достижения и проблемы биотехнологии сельскохозяйственных животных: материалы 6 Международной научной конференции, 2006. – Дубровицы. - ВИЖ.- С. 82-84.
8. Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф., Мачульская Е.В., Фоменко Д.В Использование ДНК-технологий в молочном животноводстве // Актуальные проблемы биологии в животноводстве: материалы IV Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Николая Александровича Шманенкова.- Боровск, 2006. С. 244-246.
9. Мачульская Е.В., Ковалюк Н.В., Кононенко С.И., Сацук В.Ф. Изучение частот встречаемости генотипов по локусу BoLA DRB3 у быков голштинской и айрширской пород // Современные методы генетики и селекции в животноводстве: материалы международной научной конференции. – Санкт – Петербург. – ВНИИРГЖ. – 2007. - С.252-253.
В других изданиях:
10. Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф. Использование ДНК-технологий в молочном животноводстве. - Краснодар, серия «Библиотечка животновода», 2006.- 24с.
11. Сацук В.Ф. Племенное дело по принципу «лучшее, потому что оно лучшее» // Эффективное животноводство. – 2009. -№ 8. – С.50-51.
12. Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф. К вопросу об адаптации импортного поголовья крупного рогатого скота в условиях Краснодарского края // Эффективное животноводство. – 2009. -№ 10. – С.16.
Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.
Гарнитура Times New Roman
Усл. печ. л.-1,0. Тираж 100 экз. Заказ №481 от 19.11.2009 г.
Отпечатано в типографии ООО «Бюро новостей»
г. Ставрополь, ул. Лермонтова, 191/43
