ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
УКРАЇНСЬКА АКАДЕМIЯ АГРАРНИХ НАУК
ІНСТИТУТ РОЗВЕДЕННЯ І ГЕНЕТИКИ ТВАРИН
БІРЮКОВА ОЛЬГА ДМИТРІВНА
УДК 636.2.034.082(477):575.113
ПОПУЛЯЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНИЙ МОНІТОРИНГ ФОРМУВАННЯ ГЕНОФОНДУ УКРАЇНСЬКОЇ ЧОРНО-РЯБОЇ МОЛОЧНОЇ ПОРОДИ
03.00.15 – генетика
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата
сільськогосподарських наук
с.Чубинське Київської області – 2005
Дисертацiєю є рукопис.
Робота виконана в Інституті розведення i генетики тварин Української академiї аграрних наук.
Науковий керiвник: доктор сільськогосподарських наук, професор
Рудик Іван Адамович, завідувач кафедри розведення і генетики сільськогосподарських тварин Білоцер-ківського державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України
Офiцiйнi опоненти: доктор сільськогосподарських наук, доцент
Димань Тетяна Миколаївна, завідувачка кафедри екотрофології Білоцерківського державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України
кандидат сільськогосподарських наук Стоянов Руслан
Олександрович, старший науковий співробітник відділу генетичних основ селекції Інституту розведення і генетики тварин УААН
Провiдна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедра генетики тварин та біотехнології, м. Київ
Захист вiдбудеться "_27_" __квітня_ 2005 р. о_10_годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д 27.355.01 Iнституту розведення i генетики тварин УААН за адресою: 08321, Київська область, Бориспiльський р-н, c. Чубинське, вул. Погребняка, 1.
З дисертацiєю можна ознайомитись у бiблiотецi Iнституту розведення i генетики тварин УААН.
Автореферат розiсланий "_25_" _березня_ 2005 року.
Учений секретар
спецiалiзованої вченої ради Ю.В. Мiльченко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У створенні сучасної теоретичної та методологічної бази селекції сільськогосподарських тварин вирішальну роль відіграють досягнення генетики і молекулярної біології для поглибленого дослідження закономірностей, розшифровки механізмів руху генетичної інформації в поколіннях, її реалізації на індивідуальному та популяційному рівнях організації біологічних систем (Зубець М.В. та ін., 2002; Буркат В.П. та ін., 2003). При формуванні генофонду української чорно-рябої молочної породи (УЧР) актуальним є застосування комплексного підходу до вивчення популяційно-генетичних процесів, що відбуваються під впливом селекційних заходів та інших факторів. Вивчення генетичної структури популяції та змін в ній, дає змогу розробити ефективні заходи щодо раціонального використання генофонду. Формуванню високопродуктивних консолідованих популяцій молочної худоби та ефективному використанню генетичного потенціалу сприяє аналіз генетичних процесів, всебічна оцінка бугаїв та широке використання цінних генотипів (Басовский Н.З. и др., 1994; Рудик І.А., 1997; Петренко І.П. та ін., 1997; Рубан С.Ю., 2001; Прохоренко П.Н., 2001; Бащенко М.І. та ін., 2002). Аналіз літературних джерел свідчить, що при дослідженні молочної худоби значна увага приділяється фенотипу тварин, оцінці племінної цінності, особливостям онтогенезу, цитогенетичному та імуногенетичному моніторингу (Антоненко В.І., 1994; Goddard M.E., Wiggans G.R., 1999; Подоба Б.Є. та ін., 2000; Єфіменко М.Я. та ін., 2002; Сірацький Й.З. та ін., 2002; Буркат В.П. та ін., 2003). Проте недостатньо вивчені питання формування препотентності та накопичення генетичного вантажу (Healy P.J., 1996; Жигачев А.И. и др., 1998; Полупан Ю.П., 2000; Brka M. et. al., 2000; Глазко В.И. и др., 2001; Калашникова Л.А., 2002). У вітчизняних програмах селекції не надається достатньої уваги виявленню препотентних тварин і елімінації небажаних генів та генетичних дефектів в племінному матеріалі. Для вирішення теоретичних питань популяційної генетики та формування генофонду при консолідації молочних порід актуальним є вивчення генетичних змін у популяціях в процесі племінної роботи, механізмів препотентності, характеру успадкування і розповсюдження генетичних дефектів. Оскільки ці питання є важливими складовими генетичного моніторингу, на їх вирішення була спрямована дана робота.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно із планом науково-дослідних робіт Інституту розведення і генетики тварин за темами: “Консолідація новостворених та виведення нових високопродуктивних порід і типів великої рогатої худоби молочного напряму продуктивності з більш високим її потенціалом на основі сучасних досягнень генетики і біотехнології” (1998-2000 рр., № дер-жавної реєстрації 0196U016323), “Удосконалити внутріпородну структуру української чорно-рябої молочної худоби та консолідувати генотипи тварин на базі генетико-популяційних методів і біотехнології” (2001-2005 рр., № державної реєстрації 0101U003119) та “Розробити і впровадити систему генетичного моніторингу в тваринництві” (2001-2005 рр., № державної реєстрації 0101U003122).
Мета і завдання дослідження. Метою досліджень було розробити методичні підходи до використання популяційно-генетичного аналізу для моніторингу генетичних процесів, що відбуваються в українській чорно-рябій молочній породі. Для досягнення мети було поставлено завдання:
· встановити сучасний генетичний потенціал української чорно-рябої молочної породи та дослідити закономірності його реалізації;
· вивчити генетичні аспекти оцінки генотипу бугаїв, удосконалити існуючі методи оцінки препотентності;
· провести аналіз генетичної структури популяції за небажаними генами та генетичними дефектами, розробити заходи щодо генетичного контролю їх розповсюдження;
· встановити характер успадкування додаткових дійок у корів української чорно-рябої молочної породи.
Об’єкт дослідження – генетичні процеси в популяції, закономірності формування генофонду на етапі консолідації породи.
Предмет дослідження – генетичний потенціал та його реалізація, генетичний тренд продуктивності, динаміка генетичної структури популяції, генетичні механізми препотентності, контроль розповсюдженості небажаних генів, характер успадкування генетичних дефектів.
Методи дослідження. Популяційно-генетичний – аналіз генетичної структури популяції та чинників, що впливають на її динаміку; вивчення темпів генетичних змін, генетичного потенціалу продуктивності; генеалогічний, гібридологічний – аналіз генотипу тварин, виділення “групи ризику”; цитологічний – мікроядерний тест, аналіз крові; імуногенетичний – маркірування генотипів плідників алелями груп крові; біометричні – дисперсійний, кореляційний аналізи.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше визначені методичні засади застосування генетико-популяційного моніторингу при консолідації української чорно-рябої молочної породи. Встановлено сучасний генетичний потенціал породи та особливості його реалізації. Удосконалені методи оцінки препотентності плідників: запропонований і апробований комплексний підхід, визначені імуногенетичні механізми її формування.
Вперше проведені масштабні популяційно-генетичні дослідження розповсюдженості небажаних генів та окреслено “групу ризику” тварин щодо мутації дефіциту адгезивності лейкоцитів (BLAD – Bovine Leucocyte Adhesion Deficiency); встановлено характер успадкування багатодійковості у тварин української чорно-рябої молочної породи.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблені підходи до аналізу генетичних процесів у популяції української чорно-рябої молочної породи; виявлені цінні генотипи (препотентні поліпшувачі, без небажаних та дефектних генів) серед бугаїв; встановлені чинники, що впливають на темпи зростання та ступінь реалізації генетичного потенціалу – це дає змогу раціонально планувати племінну роботу з породою.
Запропоновано схему генетичного моніторингу небажаних генів та рецесивних моногенних мутацій. Показано, що проведення попереднього генеалогічного аналізу поголів’я і визначення “групи ризику” щодо наявності мутації BLAD, дасть змогу зменшити витрати на ДНК-діагностику. Одержані результати впроваджувалися в племінних заводах (ПЗ) Київської області при складанні планів селекційно-племінної роботи, планів індивідуального підбору парувань (“Бортничі”, “Чайка” філія “Дударків”), використовувалися при розробці “Рекомендацій з генетичного контролю розповсюдженості мутації BLAD у великої рогатої худоби”, рекомендованих до впровадження у виробництво Науково-технічною радою Міністерства аграрної політики України (протокол № 6 від 14 липня 2004 року).
Особистий внесок здобувача. Спільно з науковим керівником визначений напрям досліджень, розроблена методика та схема їх виконання. Дисертантом особисто проаналізовано першоджерела літератури; проведено наукові дослідження, аналіз і узагальнення одержаних результатів; сформульовані висновки та практичні пропозиції.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були оприлюднені та отримали позитивну оцінку на засіданнях відділу молочного скотарства та вченої ради Інституту розведення і генетики тварин (2001-2004 рр.); на наукових конференціях молодих вчених та аспірантів (Національний аграрний університет, Київ, 2002; Інститут розведення і генетики тварин, Чубинське, 2003, 2004); на науково-практичних (Інститут тваринництва, Харків, 2001); міжнародних наукових (Львівська національна академія ветеринарної медицини ім. С.З. Гжицького, Львів, 2004); міжнародних науково-практичних конференціях (Українське товариство генетиків та селекціонерів ім. М.І. Вавилова, Алушта, 2003; Львівська національна академія ветеринарної медицини ім. С.З. Гжицького, Львів, 2004; Брянська державна сільськогосподарська академія, Брянськ, 2004; Національний аграрний університет, Київ, 2004).
Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 14 наукових працях, в т.ч. у 5 статтях у наукових журналах, 6 збірниках наукових праць, 2 матеріалах конференцій, 1 рекомендаціях (в т.ч. 9 у фахових виданнях).
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаних джерел, додатків. Робота викладена на 179 сторінках, містить 28 таблиць, 21 рисунок, 7 додатків. Перелік використаної літератури включає 283 джерела, в т.ч. 42 іноземними мовами.
МАТЕРІАЛ І ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
Експериментальна частина роботи проводилась на тваринах УЧР та голштинської порід у племінних господарствах Київської області (“Головний селекційний центр України” (ГСЦУ), ПЗ “Плосківський”, ПЗ “Олександрівка”, ПЗ “Агро-регіон”, ПЗ “Чайка” філія “Дударків”, ПЗ “Бортничі”, ПЗ “Терезине”, племрепродуктор “Шевченківське”) згідно схеми досліджень (рис.1).
Використовували інформацію про племінних тварин за даними імуногенетичного моніторингу (Подоба Б.Є. та ін., 1987, 1991) та зоотехнічного обліку (форми 1-мол, 2-мол) у вищенаведених господарствах та ретроспективні дані щодо ДНК-тестування (Костецкий И.Е. и др., 1996). Для визначення поширення небажаних генів використовували інформацію про племінних тварин за каталогами бугаїв молочних і молочно-м’ясних порід для відтворення маточного поголів’я (1999-2004 рр.). Загальна кількість дослідженого маточного поголів’я – 8418 гол. Статистичну обробку даних, кореляційний та дисперсійний аналізи, визначення коефіцієнту успадковуваності, динаміки генетичної структури популяції під впливом різних чинників проводили за загальноприйнятими методиками (Плохинский Н.А., 1961; Рокицкий П.Ф., 1967, 1974; Завертяев Б.П., 1986) з використанням програмного забезпечення Microsoft Exсel.
ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕТИЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ МОЛОЧНОЇ ПРОДУКТИВНОСТІ УКРАЇНСЬКОЇ ЧОРНО-РЯБОЇ МОЛОЧНОЇ ПОРОДИ
Оцінка генетичного потенціалу та особливостей його реалізації на етапі консолідації породи. Генетичний потенціал (ГП) УЧР підвищується за рахунок позитивного генетичного тренду, що забезпечується шляхом інтенсивного використання бугаїв-поліпшувачів, переважно голштинської породи. Середня племінна цінність чорно-рябих північноамериканських голштинських бугаїв (n ), що використовувалися в останні роки у племінних стадах УЧР, складає +653 кг за надоєм. Враховуючи, що потенціал північноамериканської популяції голштинської породи за надоєм становить 10000 кг (Goddard M.E., Wiggans G.R., 1999) та використовуючи методику М.З. Басовського (1991), генетичний потенціал за надоєм тварин української чорно-рябої молочної породи у племінних стадах визначили на рівні 8700 кг.
Високий рівень генетичного потенціалу УЧР за надоєм обумовлений досить високою племінною цінністю бугаїв поліпшуючої породи, які використовуються у провідних племінних стадах України. Проте недостатній ступінь реалізації цього потенціалу через вплив паратипових чинників та реакції “генотип-середовище” призводить до зниження очікуваного приросту надоїв. У господарствах з різним рівнем годівлі тварини з однаковим генетичним потенціалом мають різний ступінь його реалізації (табл.1), первістки реалізують генетичний потенціал за надоєм на 36,5-76,5%. У ПЗ “Плосківський”, де рівень годівлі був кращий (60 і > ц.к.од/корову/рік), первістки УЧР мали найвищий ступінь реалізації генетичного потенціалу (СРГП). Тварини з умовною часткою спадковості до 50% за голштинською породою у всіх господарствах мали найвищий ступінь реалізації генетичного потенціалу. У стадах з нижчим рівнем годівлі (ПЗ “Бортничі”, ПЗ Олександрівка”, 56-60 та 51-55 ц. к. од/корову/рік,
1. Ступінь реалізації генетичного потенціалу продуктивності первісток у племінних заводах української чорно-рябої молочної породи
Частка спадковості голштинської породи, % | Середній ГП за надоєм, кг | “Плосківський” | “Бортничі” | “Олександрівка”
n | надій,
кг | СРГП
% | n | надій,
кг | СРГП
% | n | надій, кг | СРГП
%
50 | 7000 | 18 | 5353202 | 76,5 | 31 | 4617205 | 66,0 | 9 | 4491131 | 64,2
51-75 | 8500 | 130 | 572888 | 67,4 | 119 | 440590 | 51,8 | 69 | 387197 | 45,5
76-87,5 | 9500 | 475 | 575344 | 60,6 | 452 | 446146 | 47,0 | 391 | 375446 | 39,5
100 | 10000 | 231 | 558561 | 55,9 | 149 | 409869 | 41,0 | 17 | 3648241 | 36,5
відповідно) тварини такого генотипу мали найвищий рівень надою. У чистопородних голштинів ступінь реалізації генетичного потенціалу (37-56%) найнижчий, що свідчить про невідповідність умов середовища генотипу таких тварин.
Вивчення генетичного тренду молочної продуктивності у різних популяціях чорно-рябої худоби. Використовуючи дані про племінну цінність бугаїв (n ), що мали дочок (n ) у племзаводах Київської області, визначали генетичний тренд за модифікованою методикою C.(Басовский Н.З., Кузнецов В.М., 1977). У ПЗ “Плосківський” за період 1986-1990 рр. генетичний тренд за надоєм становив 50 кг/рік (рис.2). Вплив паратипових чинників також був позитивним. У період 1990-1995 рр. генетичний тренд становив 12 кг/рік. Таке зниження пов’язане, перш за все, з загальною економічною кризою 1991-1993 рр. (Зубець М.В. та ін., 1997). Наслідком цього був значний від’ємний вплив паратипових чинників (-180 кг/рік). За період 1994-1997 рр. генетичний тренд зріс до 22 кг/рік. У наступні роки відбувалося збільшення темпів генетичних змін – так на період 1996-1999 рр. реалізований генетичний прогрес становив 45 кг/рік, спостерігався значний вплив паратипових чинників (185 кг/рік). За період 1998-2000 рр. генетичний тренд зріс до 73 кг/рік. Інша тенденція спостерігалася у ПЗ “Бортничі”: у період 1994-1997 рр. відбувалося різке зниження надоїв, переважно внаслідок впливу паратипових чинників (-504 кг/рік). Генетичний тренд за цей період складав –38 кг/рік. У наступні 3 роки темпи зменшення надоїв дещо уповільнилися, проте залишився негативний вплив паратипових чинників (-216 кг/рік); генетичний тренд за цей період становив –2 кг/рік.
Генетичні аспекти оцінки генотипу бугаїв. Вивчали динаміку племінної цінності бугаїв, що використовувались у ПЗ “Плосківський” протягом 4-х та більше років (рис.3). Спостерігали зниження племінної цінності бугаїв за період 1982-1990 рр., коли був високий генетичний тренд (див. рис.2). У період 1990-1995 рр., коли генетичний тренд знизився до 12 кг/рік, спостерігали збільшення племінної цінності у дослід-жуваних бугаїв (Ельбрус 897, Евкаліпт 645, Стіх 430). В подальшому (1994-1997 рр.), коли генетичний тренд зріс до 22 кг/рік, знову спостерігали зниження племінної цінності у досліджуваних бугаїв. Отже, племінна цінність бугая не є величиною постійною і може змінюватися у часі в залежності від року використання, оскіль-ки продуктивність ровесниць у стаді під впливом вдалої селекційної роботи підви-щується, що спричинює пози-тивний генетичний тренд. Але, коли генетичний тренд знижується, племінна цінність деяких бугаїв може зростати. Це вказує на необхідність коригування оцінки плідника на вплив генетичного тренду.
З метою розширення застосування у племінній роботі імуногенетичного маркірування при відтворенні тварин бажаного типу, провели аналіз препотентності бугаїв ПЗ “Олександрівка” в зв’язку з особливостями розподілу генетичних маркерів в потомстві (рис.4). Для обчислення індексу препотентності використовували методику Ю.П. Полупана (2000). При цьому до аналізу залучалися лише тварини, походження яких від дослід-жуваних бугаїв було підтверд-жено результатами імуногенетич-ної експертизи. Це дало змогу підвищити точність оцінки. Зокрема, встановлено, що при оцінці препотентності за всіма (номінальними) дочками родона-чальник однієї з ліній української чорно-рябої молочної породи Монтфреч 91779 не є препотент-ним, а за фактичними дочками – препотентний за надоєм та вміс-том жиру у молоці. Встановлено генотипову обумовленість препо-
Індекс препотентності
Рис.4. Оцінка препотентності бугаїв (ІП2) за надоєм та вмістом жиру в молоці з урахуванням результатів імуногенетичного тестування (EAB-локус)
– надій – вміст жиру в молоці | тентності плідників в зв’язку із альтернативними алелями системи В груп крові. Для виявлення препотентних бугаїв розроблено комплексний підхід з врахуванням методів Ф.Ф. Ейснера (1970) (ІП1) та Ю.П. Полупана (2000) (ІП2). Нами запропоновано при розподілі досліджених плідників за рангами у якості межі препотентності використовувати М + 1, тобто препотентними вважати бугаїв, у яких нормоване відхилення індек-су препотентності (t) перевищує одиницю. Різні методи, які пропо-нуються для вивчення препотент-ності, можуть відображати різні боки цього біологічного явища, а одержані за ними результати можуть не співпадати (табл.2).
З метою уніфікації існуючих
методик запропоновано комплексний індекс (ІПК) препотентності:
або
де М1 – середнє арифметичне значення ІП1 у групі досліджуваних бугаїв, 1 – середньоквадратичне відхилення значень ІП1, М2 та 2 – аналогічні показники при застосуванні ІП2, t1 – нормоване відхилення для ІП1, t2 – нормоване відхилення для ІП2.
Препотентним вважали бугая, для якого значення ІПК перевищувало 1. Тобто, для цього плідника, в середньому, значення ІП1 та ІП2 на сигму перевищували середнє арифметичне у відповідних варіаційних рядах. Поєднання двох індексів з використанням математичного апарату нормованого відхилення має істотну перевагу завдяки можливості окреслити кількісну межу препотентності. Апробація комплексного індексу препотентності у ПЗ “Плосківський” свідчить, що препотентними за надоєм можуть бути як бугаї з високою племінною цінністю (Х. Брайгедир 384590), так і погіршувачі (Лютік ). Препотентним за вмістом жиру у молоці за ІПК виявився бугай з високою племінною цінністю за цією ознакою Х. Ренегейт . Порівняння пропонованого комплексного індексу з ІП1 та ІП2 шляхом обчислення
2. Оцінка препотентності бугаїв в племзаводі “Плосківський”
Кличка,
№ бугая | Кількість дочок | Індекси препотентності
за надоєм | за вмістом жиру
ІП1 | ІП2 | ІПК | ІП1 | ІП2 | ІПК
С.Ройялті 1898074 | 47 | 1,40 | 0,17 | 0,32 | 4,29 | -0,10 | 0,07
Х.Брайгедир 384590 | 18 | 12,50 | 0,14 | 1,30 | 2,67 | 0,23 | 0,56
Індик 554 | 48 | -5,60 | 0,12 | -0,45 | 3,00 | 0,30 | 0,74
Х.Ренегейт 373367 | 19 | 2,80 | -0,70 | -1,44 | 6,00 | 0,34 | 1,19
Х.Себаст’ян 371440 | 65 | 3,67 | 0,10 | 0,38 | 4,00 | 0,32 | 0,91
Лютік 3056 | 29 | 11,67 | 0,25 | 1,46 | 6,50 | 0,03 | 0,61
Джессі 13 | 41 | 3,75 | 0,03 | 0,24 | 2,33 | 0,00 | 0,04
коефіцієнту рангової кореляції за Спірменом показало, що за надоєм та вмістом жиру у молоці між ІПК і використаними методами є позитивна вірогідна кореляція (rs1+0,73; Р<0,01 і rs2+0,86; Р<0,01; rs1+0,78; Р<0,01 і rs2+0,79; Р<0,01; відповідно). Встановлено, що препотентні бугаї (Х. Брайгедир 384590, Х. Ренегейт 373367, Х. Себаст’ян 371440) були одержані з використанням помірного інбридингу (Fx ,3%; 1,6%; 3,1%; відповідно). Спільним предком для препотентних плідників виявився видатний голштинський бугай О. Айвенго 1189870 (рис.5).
Препотентність бугая є досить нечастим явищем. Тому кожна ознака потребує окремого дослідження, препотентність за декількома ознаками малоймовірна. Слід зазначити, що препотентність плідника не гарантує йому високої племінної цінності, для селекційної практики цінними є лише препотентні поліпшувачі.
ПІДХОДИ ДО ПРОБЛЕМИ ЕЛІМІНАЦІЇ НЕБАЖАНИХ ГЕНІВ ТА ГЕНЕТИЧНИХ ДЕФЕКТІВ У ПОПУЛЯЦІЇ
Генетичний контроль розповсюдженості мутації BLAD у популяції. Для генетичного моніторингу сформовано базу даних ретроспективної інформації про тестування племінних тварин на мутацію BLAD. Відомо, що родоначальником цієї мутації є видатний бугай О.Айвенго 1189870 (Shuster D.E. et. al., 1992; Nagahata H. еt. аl., 1997). Генеалогічний аналіз родоводів 430 бугаїв лінії Айвенго показав, що основним джерелом поширення летального гену в Україні є нащадки К.М.А. Белла BL 1667366 та П.С. Шейка BL 1617421 (див.рис.5). В той же час в лінії Айвенго є тварини, які не успадкували мутантного алелю. Отже, всі їх нащадки не отримають мутації і не потребують обов’язкового тестування методом ПЛР (полімеразна ланцюгова реакція) (наприклад, бугай Х.А. Айвенхое та його нащадки). Носіїв мутантного гену та їх нетестованих синів виявлено у лініях Елевейшна –Х.Х. Старбака , П.Ф.А. Чіфа 1427381. Ці бугаї отримали мутантний алель за материнською стороною родоводу. Проведений генеалогічний аналіз дозволив виявити групу тварин з високою вірогідністю наявності дефектного алелю (“група ризику”), звузити коло особин, які підлягають тестуванню. Не встановлено вірогідних відмінностей між нащадками бугаїв “групи ризику” та їх ровесницями за гематологічними показниками та кількістю мікроядер у клітинах буккального епітелію.
Аналіз розповсюдженості BLAD серед поголів’я УЧР 4 племзаводів Київської області (n 6650) показав, що носіями дефектного гену можуть бути 90 голів (1,4%). Найбільша теоретично очікувана частота носіїв дефектного гену
спостерігалася у ПЗ “Бортничі” (2,3%), найменша – у ПЗ “Терезине” (0,6%). У племзаводі “Плосківський” та ГСЦУ частота мутантного алелю – 1,3% і 1,7%, відповідно.
Вивчення структури популяції показало (табл.3), що очікувана частота гену BLAD незначна. Для запобігання поширення мутації потрібно тестувати у першу чергу бугаїв з “групи ризику”. У формування генофонду наступного покоління 50% генетичної інформації вносять плідники. За наявності добору проти гетерозиготних бугаїв, коефіцієнт відбору (s1) буде 0,5. Оскільки гомозиготні тварини гинуть у ранньому віці, коефіцієнт природного відбору проти рецесивних гомозигот (s2) дорівнює 1. За таких умов, у дослідженій популяції частота гену BLAD у наступному поколінні зменшиться з 0,007 до 0,0035. Встановлено, що за відсутності відбору проти гетерозигот частота гену в популяції протягом декількох поколінь не зазнає значних змін, не дивлячись на природний відбір проти рецесивних гомозигот. На маточному поголів’ї (n ) племзаводів Київської області (“Плосківський”, “Бортничі”, “Терезине”, ГСЦУ) в 2001–2003 рр. використовувалося 116 плідників. Отже, за умови відсутності відбору гетерозиготних носіїв BLAD, частота мутантного алелю у досліджуваній частині популяції може змінитися на 0,11% за покоління через випадковий дрейф генів.
3. Структура популяції за геном
Частота генотипів | Частота генів
BB | Bb | bb | B | b
0,986 | 0,014 | 0 | 0,993 | 0,007
Примітки: 1. B - домінантний алель гену CD18; 2. b - мутантний алель (BLAD).
Нами розроблена схема генетичного моніторингу рецесивних моногенних мутацій, що включає: 1) формування бази даних ретроспективної інформації про тестування племінних тварин методом ПЛР; 2) генеалогічний аналіз родоводів племінного матеріалу (плідників, матерів бугаїв, корів-донорів, ремонтного молодняку, ембріонів); 3) виділення “групи ризику”; 4) ДНК-тестування племінного матеріалу з “групи ризику”.
Механізми формування прихованої генетичної мінливості за локусом extension. Відомо (Olson T.A.,1999), що у породах з чорно- та червоно-рябою мастю найбільш розповсюдженими є два алелі ED та e (“red”), що входять до складу локусу extension. Алель ED – домінантний, за наявності його в генотипі тварини мають чорну масть, алель e – рецесивний. Тварини гомозиготні за алелем e мають червону масть. За відсутності алелю ED та за наявності комбінації алелю Е+ локусу extension і алелю А+ локусу agouti тварини мають чорно-червону масть (Millar P. еt. аl., 2000). В табл. 4 представлено динаміку частот різних генотипів та алелів локусу extension серед бугаїв УЧР (n ) та голштинської порід (n 1118), що використовувались в Україні. Необхідно відмітити стабільність генетичної структури за локусом extension масиву бугаїв голштинської породи, які використовувалися в Україні. Незважаючи на коливання частоти різних генотипів і навіть зникнення у структурі популяції в 2004 році генотипів E+e (тварини чорно-червоної масті), генетична структура масиву бугаїв голштинської породи значно не змінилася. Слід відмітити повне збігання частот генів в 1999 та 2004 роках. Динаміка генетичної структури масиву бугаїв УЧР за кольором масті свідчить, що за рахунок збільшення частки гетерозигот (EDe), частота гену “red” за період 1999-2001 рр. значно збільшилася. Кількість гетерозигот серед бугаїв УЧР збільшилася за рахунок міграції гену e з голштинської породи.
4. Динаміка розповсюдженості алелів локусу extension серед бугаїв
Рік | Частоти генотипів | Частоти генів
EDED | EDe | EDE+ | E+e | ee | ED | E+ | e
Голштинська порода
1999 | 0,691 | 0,053 | 0,020 | 0,004 | 0,232 | 0,728 | 0,012 | 0,260
2001 | 0,734 | 0,028 | 0,015 | 0,006 | 0,217 | 0,755 | 0,011 | 0,234
2004 | 0,695 | 0,042 | 0,024 | 0 | 0,239 | 0,728 | 0,012 | 0,260
Українська чорно-ряба молочна порода
1999 | 0,953 | 0,045 | 0 | 0 | 0 | 0,975 | 0 | 0,025
2001 | 0,912 | 0,088 | 0 | 0 | 0 | 0,956 | 0 | 0,044
2004 | 0,960 | 0,040 | 0 | 0 | 0 | 0,980 | 0 | 0,020
Використовуючи дані табл.4, визначали інтенсивність міграції голштинського генетичного матеріалу в популяцію УЧР за досліджуваний період (1999-2001 рр.). Розрахунки показали, що інтенсивність міграції (m) складає 0,1. За умови збереження темпів міграції голштинського генетичного матеріалу в популяцію УЧР на даному рівні, можна прогнозувати збільшення частоти гену “red” у покращуваній популяції з 0,044 до 0,063 (?q ,019). Однак, реальна селекційна ситуація демонструє, що у 2004 році відбувається зниження частоти цього гену до 0,02, що можна пояснити дією відбору проти гетерозигот (тварини, що мають позитивний тест на Рс-фактор). Обчислювали коефіцієнт відбору проти гетерозигот (s1), враховуючи дію відбору проти рецесивних гомозигот (s2 ). За умов збереження інтенсивності міграції алелю е, коефіцієнт відбору проти гетерозигот за досліджуваний період (2001-2004 рр.) становитиме 0,31.
Не зважаючи на низьку частоту алелю Е+ серед тварин голштинської породи та відсутність його у бугаїв УЧР, в базових господарствах з розведення УЧР спостерігали тварин з різними відтінками чорно-червоної масті. Це вказує на існування в УЧР прихованої генетичної мінливості не лише за алелем е (генотип ЕDe), але і за алелем Е+. Гібридологічним аналізом встановлено, що деякі голштинські бугаї, що використовуються на маточному поголів’ї УЧР (наприклад, П. Філдер 5573125) мають генотип ЕDЕ+. Отже, розповсюдження алелю Е+ в породі проходить за рахунок їх використання.
Вивчення поширеності багатодійковості та особливостей її успадкування у тварин української чорно-рябої молочної породи. При обстеженні корів та телиць (n ) у господарствах Київської області, виявлено 9-28% тварин з додатковими дійками різного розташування. Серед всіх багатодійкових тварин (n ), корови з додатковими дійками позаду основних зустрічаються найчастіше (93%). З огляду на це, вивчали характер успадкування дійок різної локалізації окремо. Запропоновано числову класифікацію розташування додаткових дійок на вимені: 6, 7 – позаду основних (зліва та справа, відповідно), 1-5 – іншого розташування. Серед усіх тварин з додатковими дійками позаду основних (n ) у 58% випадків зустрічаються корови з дійками окремо у положенні 6 або 7. Частота корів з додатковими дійками 6 (позаду зліва) – 8,7%, у положенні 7 (позаду справа) – 9,0%, тварин з додатковими дійками іншого розташування (1-5 положення) – 1,3%. У родоводах деяких видатних бугаїв спостерігається значна частота корів з додатковими дійками позаду основних. Наприклад, у лінії П.Ф.А. Чіфа 1427381–С.В.Д. Валіанта 1650414 виявлено 11 таких бугаїв. Це дає підстави вважати, що гени, які кодують ознаку політелії у положенні 6,7 передалися цим бугаям від спільного предка (П.Ф.А. Чіфа 1427381).
Припущення щодо моногенного характеру успадкування додаткових дійок було відхилено, оскільки теоретично очікуване розщеплення у потомстві бугаїв за ознакою наявності додаткових дійок будь-якого розташування не співпадало з тим, що спостерігалося у досліджуваних стадах (критерій 2, Р0,05). Встановлено коефіцієнт успадковуваності дійок 6 та 7 окремо, та разом (6+7), а також дійок іншого розташування (табл.5).
Коефіцієнт успадковуваності дійок локалізації 1-5 низький, не встановлено вірогідного впливу батьків корів та батьків матерів корів на їх появу, не помічено жодного бугая, у потомстві якого закономірно виявлялися дійки такого
5. Успадковуваність додаткових дійок та вплив деяких факторів на їх появу
Розташу-вання дійок | Частота поши-
рення, % | Сила впливу (2x) |
h2
батьків | батьків матерів | місця народ-ження | року народ-ження | сезону народ-ження
6 | 8,7 | 0,16* | 0,28* | 0,03 | 0,02 | 0,01 | 0,330,10
7 | 9,0 | 0,15* | 0,23* | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,290,09
6+7, разом | 5,2 | 0,15* | 0,28* | 0,03 | 0,01 | 0,02 | 0,310,10
1-5 | 1,3 | 0,08 | 0,11 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,040,06
Примітка. * – P<0,001
розташування. Це свідчить, що дійки не успадковуються або мають складний полігенний характер успадкування. Не встановлено вірогідного впливу паратипових чинників (місце, рік, сезон народження) на наявність додаткових дійок на вимені корів. Однак, на появу додаткових дійок 6-7 (позаду основних) спостерігалася висока вірогідна сила впливу батьків корів та батьків матерів корів. Аналіз родоводів потомства окремих бугаїв, одержані коефіцієнти успадковуваності вказують на полігенний характер успадкування додаткових дійок 6 та 7.
Отже, комплексний моніторинг генетичних змін в популяції сприятиме подальшому прогресу породи не лише у напрямі підвищення генетичного потенціалу продуктивності, а і зниження генетичного вантажу. Вивчення причин недостатньої реалізації генетичного потенціалу та створення для нащадків цінних плідників оптимальних умов середовища забезпечить очікуваний рівень реалізації генетичного потенціалу та економічний ефект: близько 1334 кг молока на корову за лактацію, сума додаткової виручки складає 850,7 грн. Використання запропонованої схеми генетичного моніторингу моногенних мутацій дозволить скоротити витрати на діагностику (не менш ніж 5820 грн. на 100 голів) завдяки зменшенню кількості тварин, які підлягають ДНК-тестуванню. Встановлення характеру успадкування та шляхів поширення багатодійковості дозволяє запобігти збиткам від недоодержання молока та телят від хворих на мастит корів, вибракування через атрофію часток вим’я.
ВИСНОВКИ
1. При удосконаленні української чорно-рябої молочної породи необхідною умовою формування генофонду є використання комплексного моніторингу племінних ресурсів з урахуванням генетичних процесів, що відбуваються у популяції. Розроблені елементи популяційно-генетичного аналізу сприяють розвитку теоретичних і методичних засад генетико-селекційного моніторингу в молочному скотарстві. Використання їх у практиці племінного скотарства сприяє раціональному використанню генофонду, при цьому забезпечується не лише накопичення цінних генотипів та закріплення у генераціях високої продуктивності, нарощування генетичного потенціалу, а й контроль розповсюдження небажаних генів та генетичних дефектів за рахунок генеалогічного та гібридологічного аналізу, вивчення структури популяції та її зміни під впливом різних чинників.
2. Сучасний генетичний потенціал за надоєм тварин української чорно-рябої молочної породи у племінних стадах знаходиться на рівні 8700 кг молока; у досліджених племзаводах первістки реалізують свій генетичний потенціал продуктивності на 37-77% в залежності від впливу паратипових чинників та реакції “генотип-середовище”.
3. Індекс препотентності, що враховує величину мінливості та відхилення від адитивного успадкування, дає змогу визначити статус бугая у групі інших плідників, які використовуються у популяції. Встановлено генотипову обумовленість препотентності плідників в зв’язку із альтернативними алелями системи В груп крові та помірним інбридингом. Комплексний підхід до аналізу генотипу дозволяє визначити генетичний матеріал, що обумовлює препотентність.
4. Очікувана частота гену BLAD у популяції української чорно-рябої молочної породи племзаводів Київської області складає 0,007. За умов виведення гетерозиготних плідників з парувальної мережі, частота гену знизиться до 0,0035. За умов відсутності відбору гетерозиготних носіїв, частота мутантного алелю може змінитися на 0,11% за покоління через випадковий дрейф генів. Генетичний контроль розповсюдженості мутації BLAD за допомогою генеалогічного аналізу значно звужує коло особин, які підлягають ДНК-тестуванню.
5. Встановлено, що в українській чорно-рябій молочній породі 9-28% корів та телиць мають додаткові дійки. Найчастіше зустрічаються додаткові дійки, що розташовані позаду основних – 93%; вони успадковуються полігенно (h2 ,29-0,33); сила впливу на їх наявність у корів: батьків тварин – 15-16%, батьків матерів 23-28% (P<0,001). Додаткові дійки іншого розташування не успадковуються або мають складний полігенний характер успадкування. Виділено групу бугаїв (ліній П.Ф.А. Чіфа 1427381, Ельбруса 897), через яких розповсюджується ознака багатодійковості.
6. В популяції української чорно-рябої молочної породи накопичується прихована генетична мінливість за ознакою масті. Під впливом генетичних процесів (міграція – m = 0,1; відбір – s1 = 0,31) проходить зміна генетичної структури за тими алелями локусу extension (Е+, e), що можуть обумовлювати фенотипи, які не відповідають екстер’єрним особливостям породи.
7. Генеалогічний аналіз родоводів племінних тварин (особливо бугаїв) сприяє контролю генетичної ситуації і обмеженню розповсюдження небажаних генів, зокрема, мутації дефіциту адгезивності лейкоцитів, алелів Е+,e (що обумовлюють появу нехарактерної масті), політелії.
Пропозиції виробництву
1. Комплексний індекс препотентності доцільно використовувати для уточнення статусу бугая у випадку розбіжності оцінки за іншими методами. Уточненню оцінки сприяє аналіз генотипу плідника з урахуванням альтернативних алелів системи В груп крові. Оцінка препотентності плідника залежить від певних феногруп потомства, що можна використовувати для спрямованого добору плідників в залежності від конкретної селекційної мети.
2. З метою збереження екстер’єрних особливостей (масті) української чорно-рябої молочної породи недоцільно використовувати на маточному поголів’ї бугаїв-носіїв алелів е та Е+ локусу extension (Джубілент 376455 Рс, Д. Ламбардо Рс, Д. Раллі 5282418 Рс, П. Філдер 5573125 та ін.).
3. Видатних племінних тварин з “групи ризику” є сенс використовувати лише за умови ретельного підбору з метою запобігання виникненню гомозиготних за геном BLAD хворих тварин. При використанні носіїв (бугаїв, сперми, ембріонів, нетелей) летальної мутації, слід зіставляти очікуваний поліпшуючий ефект з витратами на лікування та збитками від загибелі молодняку. Плідників-носіїв дефектного гену (Х. Рояліст BL 371447 – нейтральний, Фріленд BL 395241 – погіршувач) з низькою племінною цінністю недоцільно використовувати на маточному поголів’ї.
СПИСОК ОСНОВНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:
1. Бірюкова О.Д. Оцінка темпів генетичних змін за молочною продуктивністю у популяції української чорно-рябої молочної худоби // Науково-технічний бюлетень Інституту тваринництва. – Харків, 2001. – № 80. – С. 12-14.
2. Бірюкова О.Д. Генеалогічний аналіз поширеності гена BLAD у популяції // Вісник аграрної науки. – 2003. – № 8. – С. 68-70.
3. Коновалов В.C., Бірюкова О. Д., Буркат В.П. Насиченість родоводів видатних чорно-рябих голштинських бугаїв геном червоної масті “red”// Вісник аграрної науки. – 2003. – № 9. – C. 16-21. (Дисертантом проведений генеалогічний аналіз та сформульовані висновки).
4. Бірюкова О.Д. Оцінка препотентності бугаїв з використанням комплексного індексу // Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини ім. С.З. Гжицького. – 2004. – Т. 6, № 2. – Ч. 4. – С. 7-10.
5. Бірюкова О.Д. Поширеність і успадковуваність додаткових дійок у корів української чорно-рябої молочної породи // Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини ім. С.З. Гжицького. – 2004. – Т. 6, № . – Ч. 4. – С. 10-14.
6. Рудик І.А., Басовський М.З., Бірюкова О.Д. Генетичний потенціал української чорно-рябої молочної породи на сучасному етапі // Вісник аграрної науки. – 2004. – № 6. – С.24-27. (Дисертантом зібраний і проаналізований експериментальний матеріал, сформульовані висновки).
7. Бірюкова О.Д. Генетичні аспекти визначення препотентності бугаїв // Вісник аграрної науки. – 2005. – № 1. – С. 75-76.
8. Бірюкова О.Д. Наявність гену BLAD у бугаїв, що використовуються в селекційному процесі в Україні // Матеріали конф. молодих вчених та аспірантів. – Чубинське: Ін-т розведення і генетики тварин, 2003. – С. 5-6.
9. Бірюкова О.Д. Підходи до визначення препотентності бугаїв // Матеріали конф. молодих вчених та аспірантів. – Чубинське: Ін-т розведення і генетики тварин, 2004. – С. 5-6.
10. Рекомендації з генетичного контролю розповсюдженості мутації BLAD у великої рогатої худоби / В.П. Буркат, В.С. Коновалов, М.Я. Єфіменко, О.Д. Бірюкова, Г.С. Коваленко; Затв. НТР М-ва АПУ 14.07.2004. – Чубинське, 2004. – 24 с. (Дисертантом особисто підготовані розділи “Підходи до діагностики”, “Прогнозування частоти гену в популяції”).
Бірюкова О.Д. Популяційно-генетичний моніторинг формування генофонду української чорно-рябої молочної породи. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.15. – генетика. – Інститут розведення і генетики тварин УААН, с. Чубинське, Київська обл., 2005
Розроблено методичні підходи до аналізу генетичних процесів, що відбуваються при удосконаленні української чорно-рябої молочної породи під впливом різних факторів. Сучасний генетичний потенціал за надоєм у тварин української чорно-рябої молочної породи обчислено на рівні 8700 кг. Запропоновано і апробовано комплексний індекс препотентності. Встановлено генотипову обумовленість препотентності плідників в зв’язку із альтернативними алелями системи В груп крові та помірним інбридингом. Досліджено розповсюдженість небажаних генів (Е+, e) та генетичних дефектів (BLAD, політелії) у популяції. Проведено аналіз процесів, що впливають на зміну генетичної структури популяції. Встановлено, що у корів української чорно-рябої молочної породи додаткові дійки на вимені позаду основних, успадковуються полігенно (h2 ,29-0,33).
Ключові слова: генетичний моніторинг, генетичний тренд, мутація BLAD, препотентність, локус extension.
Бирюкова О.Д. Популяционно-генетический мониторинг формирования генофонда украинской черно-пестрой молочной породы. – Рукопись.
Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.15. – генетика. – Институт разведения и генетики животных УААН, с. Чубинское, Киевская обл., 2005
Разработаны методические подходы к анализу генетических процессов, происходящих при совершенствовании украинской чёрно-пёстрой молочной породы под влиянием разных факторов. Современный генетический потенциал по надою у животных украинской чёрно-пёстрой молочной породы определен на уровне 8700 кг. Предложен и апробирован комплексный индекс препотентности. Установлена генотипическая обусловленность препотентности производителей в связи с альтернативными аллелями системы В групп крови и умеренным инбридингом. Исследована распространенность нежелательных генов (Е+, e) и генетических дефектов (BLAD, полителия) в популяции. Проведен анализ процессов, влияющих на изменение генетической структуры популяции. Установлено, что у коров украинской чёрно-пёстрой молочной породы дополнительные соски, расположенные сзади основных, наследуются полигенно (h2 ,29-0,33).
Ключевые слова: генетический мониторинг, генетический тренд, мутация BLAD, препотентность, локус extension.
Birukova O.D. The population-genetic monitoring of gene pool forming of the Ukrainian Black-and-White Dairy breed. - Manuscript.
Thesis for a candidate’s
