Генетические риски молочной промышленности

Изучение механизмов наследственности, особенностей взаимосвязи генов и признаков организма — среди основных направлений в селекции сельскохозяйственных животных. Задачами выведения новых пород в молочном скотоводстве являются создание высокопродуктивных типов, линий и семейств пород крупного рогатого скота, которые будут обладать ценными хозяйственно полезными признаками. Сегодня имеющиеся успехи предопределены не только селекцией, но и совершенствованием зоогигиенических и ветеринарных условий, полноценным кормлением и содержанием, улучшением условий выращивания молодняка.

Новая методика

На формирование фенотипа большое влияние оказывают условия окружающей среды. Взаимодействие средовых факторов и фенотипа в значительной мере определяет изменчивость множества признаков, которые при модификации под действием окружающей среды не передаются по наследству.

Под влиянием внешних факторов — химические вещества, физические стрессоры — наследственная субстанция может изменяться, что отражается на фенотипе особей. Эти изменения стабильны и могут влиять на число хромосом, их структуру и на структурную единицу наследственности — гены. В селекции крупного рогатого скота определенное значение имеют мелкие изменения, ввиду их существенного влияния на окончательное формирование направления продуктивности.

Многочисленные генные и хромосомные мутации оказывают вредное действие на жизнеспособность и продуктивность животных. Не исключено, что большую роль в распространении наследственных заболеваний играют производители. За одним быком-производителем при искусственном осеменении закрепляется до 10 тыс. коров и нетелей репродуктивного возраста. Поэтому самцы должны тестироваться на носительство нежелательных мутантных генов. Традиционный генетический тест в животноводстве — скрещивание производителя с достаточным числом его дочерей. Однако такой метод для скотоводства не всегда приемлем.

Значение цитогенетического исследования для практики продуктивного животноводства заключается в своевременной выбраковке животных с дефектным генотипом для повышения эффективности селекции. Этот метод помогает в ранней цитогенетической оценке кариотипа молодняка, выращиваемого для племенного использования, в идентификации отцовских и материнских хромосом у межвидовых гибридов и помесей крупного рогатого скота.

Объектом исследований ученых стал КРС черно-пестрого и бурого типа репродуктивного возраста, разводимый в ТОО «Адал», Республика Казахстан. Для цитогенетических исследований образцы крови у животных брали из яремной вены в стерильные пробирки с гепарином по 10–15 мл с дальнейшим помещением в охлажденный до температуры +4°С термос. В стерильных условиях бокса постановку культуры лимфоцитов крови крупного рогатого скота проводили в течение 72 часов.

Окраску хромосом осуществляли обычным способом — красителем азур-эозином в течение 10 мин., затем споласкивали водой и высушивали. Анализ препаратов хромосом проводили под световым микроскопом двумя способами: визуально и на полученных фотоотпечатках хромосом при увеличении в 900–1350 раз, а также высоким увеличением с иммерсионным объективом в 100 раз и окуляром в 12,5 раз.

Кариологический анализ хромосом и комплексную оценку кариотипа крупного рогатого скота проводили согласно общепринятой методике. Семейный анализ частоты хромосомных аберраций осуществляли по методике И. К. Шарипова. Для получения достоверных данных от каждого животного изучали по 10–30 метафазных клеток культивированных лимфоцитов крови.

Поиск мутаций

По итогам исследований были определены уровни клеток с геномными мутациями, в частности анеуплоидных и полиплоидных клеток культивированных клеток лимфоцитов крови.

Результаты опытов по изучению спонтанной изменчивости хромосом кариотипа в клетках культивированных лимфоцитов крови подтвердили высокую племенную ценность коров черно-пестрого типа в сравнении с бурым. Это предопределено целенаправленным совершенствованием местного черно-пестрого скота импортными быками-производителями.

* В числителе — абсолютное значение, в знаменателе — относительное в процентах.

Табл. 1. Цитогенетическая характеристика лактирующих коров крупного рогатого черно-пестрого и бурого типа

Средняя частота образования анеуплоидных клеток составила у лактирующих коров черно-пестрого типа 5,3 процента, что значительно ниже в сравнении с бурым скотом — 10 процентов. Высокая частота образования анеуплоидных клеток предопределена низкой осморезистентностью клеток культивированных лимфоцитов крови, что отразилось на образовании физиологически анеуплоидных клеток у коров черно-пестрого типа — 3,3 процента, и бурого типа — 6 процентов.

Аномальные клетки

Истинный показатель изменения кариотипа — генетическая анеуплоидия, которая представляет собой удвоенное число гипердиплоидных клеток. Генетическая анеуплоидия оказалась выше у коров бурого типа — 2,7 процента, что несколько выше в сравнении с черно-пестрым типом — 1,4 процента.

Частота образования генетических аномальных клеток составила у коров черно-пестрого типа 6,7 процента, а бурого типа — 8 процентов. Полученные данные свидетельствуют о высоком уровне проводимой селекционно-племенной работы как с черно-пестрым скотом, так и с бурым. Однако проведение традиционных методов отбора и подбора являются недостаточными для профилактики распространения нежелательных хромосомных аберраций, которые могут отрицательно повлиять на воспроизводительную способность коров племенного стада.

В комплексных цитогенетических исследованиях учитывали частоту клеток с хромосомными ассоциациями, в том числе склонных к нерасхождению хромосом. Таких клеток может быть от 20 до 90 процентов у каждого животного, и они не являются аномальными. Однако хромосомные ассоциации могут быть источником определенного риска образования анеуплоидных клеток и увеличения образования генетически аномальных. Природой ассоциаций является взаимное притяжение гетерохроматических участков коротких плеч акроцентрических хромосом, которые формируются из одного хромоцентра интерфазного ядра. В проведенных исследованиях при анализе хромосомных ассоциаций в культивированных клетках лимфоцитов крови обращали внимание на те метафазные пластинки, у которых прилежание двух или нескольких акроцентрических хромосом в области малых плеч на расстоянии составляет не более поперечного диаметра хромосомы. Чаще всего наблюдали ассоциации двух хромосом, однако были не редки случаи и групповых ассоциаций трех, четырех или более хромосом. Показатель хромосомных ассоциаций составил у коров черно-пестрого типа 6 процентов, бурого типа — 10,7 процента. Причем высокая ассоциативная способность выявлена в метафазных клетках культивированных лимфоцитов крови с нормальным набором хромосом (2n=60).

Прогноз для популяции

Предварительные данные, полученные в ходе исследований, позволили выявить высокую ассоциативную способность 1 и 29 аутосом у коров бурого скота с частотой 80 процентов, или 12 случаев из 16 зарегистрированных. Поэтому в дальнейших цитогенетических исследованиях необходимо провести исследования всего племенного скота бурого типа, включая быков-производителей.

При анализе хромосомных аберраций кариотипа культивированных лимфоцитов были выявлены ацентрические кольца, пробелы, хроматидные и изохроматидные разрывы, парные фрагменты и делеции. Частота клеток с хромосомными аберрациями составила у коров черно-пестрого типа 2 процента, бурого — 4 процента. В исследованных метафазных пластинках культивированных лимфоцитов крови дойных коров наблюдались разрывы, пробелы аутосом. Выявлены делеции 1 и 3 в аутосомах и в половых Х-хромосомах. Причем хромосомные аберрации выявлены в клетках культивированных лимфоцитов крови с нормальным модальным числом хромосом. В связи с этим ожидаемый показатель модального числа хромосом кариотипа культивированных лимфоцитов крови оказался ниже фактического. Последний составил у лактирующих коров черно-пестрого типа 91,3 процента, и бурого типа — 88,7 процента, а ожидаемый — соответственно 89,3 и 80 процентов. Такая существенная разница по ожидаемому и фактическому показателю модального числа хромосом подтверждает необходимость усиления целенаправленного отбора и подбора животных по цитогенетическому статусу. Высокая частота полиплоидных клеток у лактирующих коров черно-пестрого типа — 3,3 процента, в сравнении со скотом бурого типа — 1,3 процента, предопределена высокой молочной продуктивностью.

Появление клеток с хромосомными аберрациями — следствие восстановительных процессов, регенерации, функциональной активности органов и тканей при лактации. В дальнейшей селекционно-племенной работе использование животных с известным кариотипическим статусом позволит прогнозировать уровень изменчивости в их потомстве и в популяции крупного рогатого скота черно-пестрого и бурого типов в целом.

Цифры

До 10 000 коров и нетелей репродуктивного возраста закрепляется при искусственном осеменении за одним быком-производителем.

До 90 процентов клеток, склонных к нерасхождению хромосом, может быть у каждого животного, и они не являются аномальными.

Текст: Д. Баймуканов, член-корр. Национальной академии наук, д. с.-х. наук; А. Алентаев, д. с.-х. наук, зав. отделом разведения и селекции молочного скота, ТОО «Казахский НИИ животноводства и кормопроизводства»