Инбридинг и его использование в животноводстве

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

ФАКУЛЬТЕТ БИОТЕХНОЛОГИИ И ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

Кафедра частной зоотехнии и биотехнологии

по дисциплине «Разведение»

на тему: «Инбридинг и его использование в животноводстве»



Введение

О положительных и отрицательных сторонах инбридинга постоянно ведутся нескончаемые споры, и этот вопрос заслуживает особого рассмотрения. Противники этого метода указывают, что спаривание близких родственников влечет за собой снижение плодовитости их потомства, общее ослабление телосложения потомков, большой процент мертворожденных и повышенную смертность от болезней, частое появление животных, страдающих генетическими (наследственными) пороками и заболеваниями. Убеждение настолько сильно, что большинство животноводов на спаривание брата с сестрой среди выдающихся животных того или иного вида смотрят как на совершенно недопустимое явление. Сторонники этого метода напоминают, что все или почти все породы не только крупного рогатого скота, но и других сельскохозяйственных животных были выведены с применением тесного инбридинга. Однако они указывают, что родственное спаривание позволяет закрепить в потомках желаемые качества исходных производителей.

Инбридинг широко используется селекционерами для усиления целевых характеристик породы или сорта. Наиболее распространённая разновидность инбридинга, которая используется при селекции, называется лайнбридинг. При лайнбридинге потомки спариваются с каким-либо своим предком.

Как известно, диплоидный организм получает каждый ген в двух экземплярах (аллелях) - от отца и от матери. Если эти гены различаются, то особь называется гетерозиготной (по данному гену), а если не различаются, то гомозиготной. При инбридинге родители являются родственниками и поэтому имеют много одинаковых генов, в результате чего гомозиготность увеличивается с каждым поколением.

Инбридинг приводит к повышению постоянства фенотипических признаков в потомстве и, в конечном итоге, производится для получения линий генетически идентичных особей (инбредные линии), на которых удобно проводить биологические и медицинские эксперименты.

При близкородственном скрещивании (или самоопылении у растений) может возникать депрессия: уменьшение урожайности растительных культур, измельчание животных, возникновение аномалий и уродств. Это объясняется гомозиготностью по вредным рецессивным генам.



Генетическое обоснование инбридинга

Основной задачей родственных спариваний животных является закрепление генетического материала высокоценных особей у потомков. Однако, в связи с возможностью возникновения у потомков, полученных в результате родственных спариваний, инбредной депрессии, вопрос о степени, применяемого инбридинга часто является дискуссионным.

Большая часть исследователей считает, что наиболее оптимальными вариантами инбридинга в животноводстве являются родственные спаривания в степени III-IV, IV-IV, при которых у потомства сохраняется достаточное количество генетического материала предка и, вместе с тем, вероятность возникновения у них депрессии сводится до минимума.

Использовав ранее разработанную методику, основанную на теории вероятности, проводилось изучение возможное распределение хромосом общего предка среди его потомков, полученных при разных вариантах родственных спариваний овец. В результате, выполненных исследований, установлено, что при инбридинге в степени II-II наиболее вероятным будет рождение потомства, у которого будет от 23 до 31 хромосомы (из 54, имеющихся у овец) предка. Это соответствует 42,6-57% его генетического материала. Вероятность рождения таких животных-- 75%[11].

При родственном спаривании III-III в значительной степени уменьшается доля наследственного материала, получаемого от предка. Наиболее вероятным при этом варианте инбридинга будет рождение животных с 10-17-ю его хромосомами, что соответствует 18,5-31,4% наследственного материала предка. Вероятность рождения таких животных более 80%.

Родственное спаривание в степени III--IV с вероятностью более 60% приводит к получению инбредными животными от 14,8 до 27,7% генетического материала общего предка (8-15 хромосом).

Наименьшей эффективностью закрепления генетического материала предка у потомков характеризуется инбридинг в степени IV-IV. Около 90 животных из 100, полученных при этом варианте инбридинга, будут иметь от 1 до 8 хромосом предка, что равнозначно 7,4-14,8% его наследственной информации.

Таким образом, родственное спаривание в степени III--IV, IV-IVнельзя считать эффективным в плане закрепления наследственного материала ценных животных у потомков.

Что касается депрессии, то вероятность рождения потомков, гомозиготных по вредным генам общего предка, будет зависеть от числа таких генов в генотипе предка и степени применяемого родственного спаривания. Если предположить, что предок является носителем 10 вредных генов, то наименьший опасностью перехода их в гомозиготное состояние характеризуются родственные спаривания в степени III--IV, IV-IV, поскольку потомки при указанных вариантах инбридинга получают незначительное количество его генетического материала.

При инбридинге II-II в случае перехода всех 10 рецессивных аллелей в гомозиготное состояние инбредная депрессия может быть у 47 животных из 100. С учетом перехода в гомозиготное состояние разного количества аллелей из 10 депрессию могут иметь от 6,5 до44% животных.

При родственных спариваниях I-III, III-III при переходе 10 нежелательных аллелей в гомозиготное состояние депрессия затронет 28% животных.

Инбридинг в степени II-I резко повышает гомозиготность инбредного потомства, в том числе по рецессивным генам [11].

Если общий предок предположительно является носителем хотя бы одного мутантного гена, вероятность рождения животных, полученных при родственном спаривании II-I с инбредной депрессией, составит 12,5%.

В связи с выше изложенным, при проведении родственных спариваний нужно принимать во внимание возможность сохранения генетического материала ценных особей у потомков при разных вариантах инбридинга и вероятность проявления у инбредных животных депрессии. Вместе с тем, однозначно можно сказать, что родственные спаривания III-IV, IV-IVне эффективны как в плане сохранения генетического материала предков, так и в повышении гомозиготности потомков.

Инбридинг является одним из методов оценки производителей на носительство вредных мутантных генов. Для этого нужно провести на оцениваемое животное однократное близкородственное спаривание, выявить среди потомков долю особей с признаками инбредной депрессии и полученные результаты сравнить с расчетными данными таблицы.

Возможное количество потомков с признаками депрессии будет находиться в прямой зависимости от числа нежелательных генов, имеющихся в генотипе производителя. Например, при инбридинге в степени II-II из 80 потомков (10%) оказались с признаками депрессии. 10% гомозигот по рецессивным вредным генам при родственном спаривании II-II будут рождаться в том случае, если производитель является носителем одного-двух нежелательных генов, локализованных в разных парах хромосом. Для получения достоверных результатов оценки производителя, на носительство вредных генов при близком инбридинге от него необходимо получить 23-25 потомков.

Исследования, выполненные многими учеными на разных видах животных, показали высокую эффективность использования инбредных производителей в неродственных спариваниях. При этом отмечалась прямая связь между степенью инбредного производителя и качеством, получаемого в топкроссах потомства -- чем выше гомозиготность животного, тем эффективнее топкросс.

При получении инбредного производителя следует иметь в виду, что при одном и том же родственном спаривании с использованием одних и тех же животных, гомозиготность производителей может быть неодинаковой, а отсюда и эффект при неродственных спариваниях будет разным. Так, например, при родственном спаривании в степени II--II производитель с той или иной вероятностью может получить разное количество хромосом предка от 0 до 54 (наиболее вероятно 23-31). От этого и будет зависеть его гомозиготность или гетерозиготность. При получении 10 хромосом предка степень гомозиготности будет одна, 25 - другая и т. д. [11].

Для относительного установления степени гомозиготности инбредного производителя следует ориентироваться на его фенотип. Животные с признаками депрессии, затрагивающей развитие разнообразных признаков и свойств организма, будут характеризоваться более высокой гомозиготностью, чем животные фенотипически не имеющие недостатков. Именно такие производители, в силу их высокойгомозиготности, отличаются в топкроссах хорошими племенными качествами.

Влияние инбридинга на рост и продуктивность скота в помесном стаде

По вопросу применения инбридинга для совершенствования пород животных собран большой экспериментальный материал, имеется ряд теорий и гипотез, однако и поныне природа инбридинга остается недостаточно ясной, а отношение большей части селекционеров к его использованию -- отрицательным.

С развитием иммуногенетики появилась возможность более глубоко проанализировать процессы, происходящие при родственных спариваниях как внутри стад и популяций, так и на уровне отдельных генотипов [12].

Следует отметить, что подавляющее большинство исследований, посвященных проблеме инбридинга, проводили на животных, достоверность происхождения которых не подтверждалась иммуногенетическими методами, и, как правило, в стадах, где длительное время селекцию вели путем использования классических методов, предусмотренных чистопородным разведением. При этом материал для изучения отбирали уже готовый, полученный без участия исследователя. Возможно, что наиболее заметно - отрицательные последствия родственных спариваний проявились именно в таких стадах, где уровень гомозиготности по времени исследований был достаточно высок.

Сейчас ситуация в скотоводстве существенно изменилась. Широкое распространение скрещивания маточного поголовья с быками улучшающих пород, создание на этой основе новых пород и типов, ограниченное число ценных производителей, используемых для этих целей, требуют и нового подхода к проблеме инбридинга, который на данном этапе должен служить одним из важнейших породообразующих факторов.

Целью исследований было изучение закономерностей роста и развития телят, полученных в специальном опыте при однократном тесном инбридинге. Работу проводили на стаде опытного хозяйства Луганской областной сельскохозяйственной опытной станции при традиционной технологии производства молока (привязное содержание коров -- зимой, беспривязное -- в летнем лагере, двукратное доение в переносные доильные аппараты типа «Волга»). На племенной ферме этого хозяйства содержится 600 коров. От каждых 100 коров получают по 90-92 теленка, средний годовой удой коров 4240 кг (в период исследований), средняя живая масса коров 530 кг, телок в возрасте 18мес - 358кг [1].

Для родственных спариваний отобрали молодых коров, не старше второго отела, с достоверным происхождением, которое в двух-трех поколениях подтверждено по факторам групп крови. Для осеменения использовали сперму быков - улучшателейанглерской породы: Сенатора 19926, Радия 19813, его сыновей -- Бойкого, 0141 и Дуная 0237, внуков Бамбука 5303 и Ориона 2425.

Коэффициент антигенного сходства животных вычисляли по формуле Л. А. Животовского и А. М. Машурова (1974).

Телята (76 голов) были получены при инбридинге в степени II-I -- на Бойкого 0141, Дуная 0237 и Сенатора 19926; II-II -- на Бойкого 0141 и Дуная 0237; III-II и III-III -- на Радия 19813. Коэффициент инбридинга F вычисляли по формуле С. Райта в модификации Д. А. Кисловского (1965).

Для специального опыта по изучению влияния инбридинга на рост и продуктивность животных отобрали группу телок (п=24) и группу бычков (п=18), для которых сразу после рождения из аутбредного потомства тех же быков подбирали парных аналогов -- полусибсов, отличавшихся по возрасту не более, чем на ±15 дней [12].

За период выращивания до 18-месячного возраста в среднем на одну опытную телку было израсходовано 2470 корм, ед., а на одного бычка -- 3150. Телок начинали осеменять по достижении живой массы 340кг (по технологии хозяйства).

Для оценки мясных качеств бычков провели контрольный убой 8 пар-аналогов. Взвешивали их внутренние органы, мозг и железы внутренней секреции. Химический состав проб мяса исследовали по общепринятым методикам в лаборатории института животноводства УААН (Харьков).

Расчет биометрических показателей осуществляли по алгоритмам, описанным Н.А. Плохинским (1970), с использованием программируемого микрокалькулятора МК- 56.

Среди полученного инбредного молодняка падеж в раннем возрасте составил-5,3%, аутбредного-6,1%. Рождение уродов от родственных спариваний не наблюдали. Темпы роста животных в первую очередь характеризуют изменение их живой массы в различные возрастные периоды. Для оценки влияния инбридинга на этот показатель сравнивали на первом этапе средние данные по группам инбредных особей и их аутбредных аналогов. Установлено, что с этой точки зрения статистически достоверных различий между животными одинаковых половых групп не было. У инбредных телок средняя живая масса при рождении была на 1,6 кг меньше, чем у аутбредных, но к концу первого месяца жизни отставание компенсировалось. За этот период они увеличили массу тела на 39%, а их сверстницы от неродственного подбора -- на 30%. Небольшое отставание в росте у инбредных телок наблюдали лишь в возрасте 3мес (-2,2 кг). В последующие же возрастные периоды они не уступали по массе тела своим аутбредным аналогам [12].

Аналогичные данные получены и по живой массе бычков, с той лишь разницей, что здесь от родственных спариваний рождались телята более крупные (+1,3 кг) и выравненные по массе тела, а отставание отмечено в возрасте 12 мес (-3,3 кг) и в 15 мес (-4,7 кг), но разница недостоверна. Следует отметить, что степень фенотипической изменчивости живой массы у инбредов, начиная с 6-месячного возраста, выше, чем у аутбредов, о чем свидетельствуют величины коэффициента вариации. Еще Ч. Дарвин, а затем Д. А. Кисловский отмечали, что при повторении ряда тесных родственных спариваний происходит расчленение однороднойгруппы на отдельные разности, обладающие специфическими особенностями. В данном опыте уже при однократном тесном инбридинге наблюдалась тенденция к повышению фенотипической изменчивости внутри групп инбредного потомства.

Длятого, чтобы выявить связь между темпами роста инбредных животных и степенью их гомозиготности, показатели роста и развития рассматривали в зависимости от величины коэффициента инбридинга разделив на три подгруппы: I -- особи с F =3,1-6,2%, II -- все особи имели 12,5%, III -- потомство от кровосмешения с 25,0%. Установлено, что телки с наименьшим коэффициентом инбридинга (I подгруппа) во все возрастные периоды несколько превосходили по живой массе не только своих более инбридированных сверстниц, но и аутбредных аналогов. Разница с последними составляла от 7,4 кг в возрасте 6мес до 13,5 кг -- в 18мес (Р>0,05). Самую низкую живую массу имели телки, полученные при кровосмешении (F=25,0%): в возрасте 9мес -- на 13,1кг, в 12мес-- на 10 кг и в 18мес на 18 кг меньше, чем их аутбредные аналоги (разница недостоверна). Среди инбредных бычков депрессия наблюдалась лишь в II подгруппе (Fx=12,5%). В отличие от телок бычки с Fx=25,0% превосходили по живой массе аутбредных во все возрастные периоды, кроме возраста 12мес, но разница была небольшой: 2,3-7,1кг и недостоверной [12].

Анализ среднесуточного прироста живой массы молодняка свидетельствует о том, что по скорости роста инбредные и аутбредные особи существенно не отличались. Однако телки, полученные от родственных спариваний, в возрасте с 4 до 6мес превосходили аутбредных по среднесуточному приросту на 28-90г по мере увеличения Fx.

Аналогичная динамика прироста живой массы наблюдалась и у бычков. В период с 7 до 9-месячного возраста темпы роста как инбредных, так и аутбредных животных снижались.При этом у первых снижение было большим; у телок на 3,4 -- 10% в разрезе подгрупп, у бычков -- на 10,7-- 16,2% относительно аутбредных. Замедление роста могло быть связано с началом периода полового созревания животных, когда проявление половых рефлексов в сочетании с большей двигательной активностью и агрессивностью аутбредных быков являлосьнегативным фактором для инбредных особей во время кормления и отдыха. Также могла иметь место ибольшая потребность у последних в питательных веществах для формирования репродуктивной системы.

Необходимо отметить, что однократный инбридинг в степени II- II, и III-II не оказал резкого отрицательного воздействия на темпы роста молодняка, однако при спаривании отцов с дочерьми (Fx=25%) депрессия у потомства стала достаточно выраженной [12].

Один из многих показателей, на который ориентируются при разведениискота, - экстерьер. При оценке тех или иных статей животного можно судить о склонности его к определенной производительности, определить тип конституции, указывающий в какой-то мере ина тип обмена веществ ворганизме.

При анализе десяти основных промеров выявлена общая закономерность в формировании экстерьера животных в зависимости от метода подбора их родителей. Так, телки сFx=12,5% в возрасте 6-мес отличались от аутбредных меньшими высотными промерами на 1,4-1,5см;в 18-мес -- на 2,7см в холке и на 3,6см -- в крестце (Р<0,001). Они медленнее росли в длину: в 9-мес косая длина туловища у них была меньше на 6см (Р<0,01), в 18-мес -- на 6,1см(Р<0,05), косая длина зада -- на 2,1см.

В то же время ширина груди у телок данной группы была больше на 2,1см (Р<0,05), Обхват груди увеличивался быстрее, чем у аутбредных и к 18-месячному возрасту преимущество составило 4,3см.

Телки III подгруппы (Fx=25,0%) еще более низкорослы (-3,4-3,5см), они были короче на 5,8см своих аутбредных аналогов (Р<0,05), но по ширине и обхвату груди несколько превосходили их (+1,1см). В среднем за период с 6 до 18-мес длина туловища инбредных телок увеличилась на 27-29%, аутбредных -- на 34,5%. За то же время обхват груди у первых вырос на 32,6-33,5%, у вторых -- на 30%. Аналогичную закономерность в формировании телосложения наблюдали и у бычков [1].

Известно, что животные, характеризующиеся меньшей длиной отделов позвоночника и конечностей, имеющие большую ширину и обхват груди, относятся, согласно классификации У. Дюрста, к типу пониженного обмена. Главная их особенность -- меньшая интенсивность окислительных процессов, предрасположенность к более раннему отложению жира. В верности этого предположения убеждает анализ результатов контрольного убоя 8 инбредных бычков и их парных аналогов -- полусибсов в возрасте 18 мес[12].

Результаты убоя свидетельствуют, что предубойная масса, убойный выход, масса парной шкуры у бычков от родственных спариваний оказались на 3-5% меньше, чем у аутбредных аналогов. Достоверная разница установлена лишь по массе легких между «аутбредами» и бычками, полученными от кровосмешения (F=25%), у которых этот показатель был ниже на 445 г (Р<0,05). У этих же особей выявили и существенное различие по массе шкуры -- 4,6 кг.

В тушах инбредных бычков содержалось на 1,3% больше жира (Р<0,05) и на 1,7% меньше влаги (Р<0,05). Снижение влаги в организме животных, также как и раннее отложение жира, свидетельствует оих скороспелости.

Усушивание животных организмов (как и растительных) является признаком их старения. В данном опыте соотношение жир: влага у инбредных бычков составляло 3,04%, а у аутбредных -- 1,34%; соотношение жир: белок соответственно 10,76% и 4,96%. Значит, инбредные животные раньше достигают той степени развития, которая характеризуется снижением интенсивности окислительных процессов, в результате чего у них раньше, чем у аутбредных, уменьшается содержание влаги в тканях и усиливаются функции жироотложения.

Из числа телок, находившихся в опыте, к продуктивному периоду осталось по 14 голов в каждой группе. Выбытие аутбредных телок связано с положительной реакцией у 10 особей на туберкулин, а среди инбредных две телки оказались фримартинами (из числа двоен с бычками), две были убиты из-за травм конечностей, шесть -- прореагировали положительно на туберкулин. Оставшихся телок осеменили. При изучении их воспроизводительных качеств установили, что однократный инбридинг не оказал на них выраженного отрицательного действия, но наметилась тенденция к ухудшению оплодотворяемости у инбредных особей: плодотворное осеменение у них наступило на 24,6 дня позднее, чей у их аутбредных аналогов. На оплодотворение же потребовалось в среднем 2,72 осеменения против 2,28 (Р>0,05). У инбредных первотелок на 3,2 дня продолжительность стельности была большей. Использование инбридинга на быков - улучшателей способствовало повышению молочной продуктивности коров. Так, от инбредных первотелок за лактацию в среднем надоили по 3337 кг молока, что на 295 кг больше, чем от их аутбредных аналогов. Наибольшую продуктивность имели особи, полученные от кровосмешения -- 3516 кг, это на 474 кг больше, чем средний показатель аутбредных сверстниц (Р<0,05). Следует отметить, что коровы с Fx=25% имели живую массу на третьем месяце лактации 403+13,7 кг (Cv=7,6), а сверстницы аутбредной группы 449,1 + 11,0 кг (Cv=9,1), разница в 46,1 кг достоверна при Р<0,05.

Таким образом, результаты проведенного опыта свидетельствуют о том, что в селекционной работе с помесями красной степной породы для консолидации наследственных качеств быков-улучшателейцелесообразно использовать плановые родственные спаривания, при этом на первом этапе можно однократно применять инбридинг на них в степени II-I, II-II, III-II, III-III. Это актуально именно в настоящее время, когда ценных производителей, состоящих в более отдаленном родстве с маточным поголовьем помесных стад, крайне мало.

Во избежание проявления инбридинг-депрессииподбор при планировании родственных спариваний необходимо проводить под контролем групп крови, выбирая наиболее гетерогенные пары со степенью антигенного сходства менее 0,200.

Метод определения степени инбридинга

История применения инбридинга в животноводстве насчитывает многие десятилетия. За это время разработано немало методов и способов учета вены инбридинга при разведении животных. Наибольшее распространение в настоящее время получили методы А. Шапоружа и С. Райта. Суть метода Шапоружазаключается в подсчете рядов поколений, отделяющих от пробанда общегопредка, встречающегося в обеих сторонах родословной. При всей простоте и практичности этого метода он, однако, не определяет количественное значение степени инбридинга. Более совершенный является метод Райта, который позволяет вычислять степень гомозиготности пробанда при различных вариантах родственного спаривания. Вместе с тем он из-за большой трудоемкости и сложности не нашел широкого распространения среди практиков - селекционерови, какправило, применяется при проведенииколичественного анализа степени инбридинга в научных работах. Кроме того, этот метод определения инбридинга, неможет быть использован впрактической работе селекционера при подборе конкретных пар для родственного спаривания. По заключению А.И Ерохина и др. (1985), метод Райта базируется на постулате, согласно которому теория вероятности, определяющая по Райту возможность перевода в гомозиготное состояние генный состав пробанда, основана на законе больших чисел, что, естественно, исключает конкретный единичный случай применения [14].

В зоотехники бытовало представление о наследовании по половине долей крови, перешедших от родителей к потомкам. По всей вероятности, в связи с этим обстоятельством Райтом используется при вычислении коэффициента инбридинга величина 1/2. В реальной действительности вероятность образования в поколениях потомства истинных полукровных животных весьма ограничена, что подтверждается анализом генотипов отдельных помесных животных иставит под сомнение возможность использования величины 1/2 при определении степени инбридинга.

Е. Я. Борисенко (1967) отмечал, что метод Райта не обеспечивает характеристикугомозиготности животного в абсолютных значениях или процентах, он констатирует лишь изменения в сторону увеличения последней, превзошедшее при конкретном варианте родственного спаривания, и то лишь как статистической закономерности, подчиняющейся закону больших чисел [14].

К недостаткам метода Райта следует отнести и то, что при сопоставлении разных вариантов родственного спаривания наблюдается равнозначность в количественных выражениях. Так, по расчетам А. И. Ерохина и др. (1985), количество возможных вариантов родственного спаривания в одном поколении в пяти рядах родословной равно 15, из них по формуле Райта только восемь вариантов имеют различные результаты, остальные семь (примерно 60%) по своим значениям совпадают. Возможность установления количественной стороны инбридинга является достоинством метода Райта, но отмеченные недостатки свидетельствуют о необходимости поисков принципиально других подходов и разработки новых методов определения степени инбридинга животных.

При разработке указанного вопроса мы исходили из того, что каждый предок участвует в формировании наследственной основы потомка. Доля его участия в этом процессе зависит от общего количества предков и обратно пропорциональна отдаленности конкретного предка от пробанда. Общепринятой мерой инбридинга является оценка его по степени родства спариваемых животных, причем в отечественном животноводстве выделяют четыре типа таких спариваний: кровосмешение, близкий, умеренный и отдаленный инбридинги. В зарубежной же литературе, как указывает О. А. Иванова (1969), инбридингом называют спаривание только в первых двух степенях родства, умеренные же инбридинги выделяют как разведение в линии (лайнбридинг), а родство животных далее V ряда вообще не учитывают [12].

Приняв во внимание приведенные обстоятельства, для учета степени инбридинга в качестве эталона была взята:родословная с шестью рядами, то есть включающая 126 предков. Принятые в зоотехнии формы учета (1-МОЛ и 2-МОЛ) включают в себя соответственно IVи III ряда предков. Этот факт также был учтен, для чего определили поправочные коэффициенты, которые приводят полученные результаты по вычислению степени инбридинга к одному масштабу. Меру влияния конкретного предка на наследственность пробанда мы устанавливали как сумму квадратов отдаленности их друг отдруга, то есть как сумму квадратов порядковых номеров двух ближайших рядов родословной, где встречается общий предок. Если предок в родословной пробанда встречается несколько раз, суммируют результаты, полученные при каждом отдельном расчете. Высказанные положения выражены следующей формулой:



I = (

где I -- коэффициент инбридинга; N -- общее количество предков в родословной пробанда; Р1,Р2 -- порядковыеномера ближайших рядов родословной, где встречается общий предок; Рn,Рm -- порядковые номера ближайших рядов родословной, где встречается общий предок при n-ном расчете; К -- «масштабный» коэффициент, равный при 14 предках (3 рядах) -- 9,00; при 30 предках (4 рядах) -- 4,20; при 62 предках (5 рядах) -- 2,03 и при 126 предках (6 рядах) -- 1,00.

Расчет коэффициента инбридинга по предлагаемой формуле очень прост и поэтому может быть широко использован в практической работе.

Предлагаемый способ вычисления коэффициента инбридинга (патент на изобретение от 15.07.97 г.)позволяет конкретно для каждого животного определять фактическую степень его родства с предком, на которого особь была инбридирована, и,стало быть, создает объективные условия для проведения анализа положительных и отрицательных сторон родственного спаривания [14].

Влияние демографических процессов в генофондных популяциях на инбридинг

В гипотетических генофондных популяциях молочного скота методом компьютерного имитационного моделирования изучали влияние сокращения и флуктуации численности животных в течение 10 поколений на аккумулированный инбридинг (уровень гомозиготности). При сильной флуктуации числа самцов инбридинг возрастал в большей степени, чем при постоянном их сокращении.

Профессор Серебровский А.С впервые высказал мысль о том, что генофонд - это национальное богатство, как нефть, золото, уголь, которое нуждается в сохранении [15]. К сожалению, только за годы перестройки и экономических реформ поголовье молочного скота РФ уменьшилось почти в три раза [17]. Темпы депопуляции оценивают 5...6 % и более в год. Создание новых типов скота привело к тотальному поглощению племенного ядра отечественных пород лучшим мировым генофондом. Считают, что половина дойного стада в стране помесное [3]. Утеряно до 30% локальных пород [16] из оставшихся на грани исчезновения - 11[13]. Есть мнение, что вообще от локальных пород остались только одни названия[10] .

Один из основных методов сохранения исчезающих пород - создание закрытых генофондных стад, что приводит к такому уровню гомозиготности, после которого наступает инбредная депрессия. В связи с этим при разработке программ сохранения пород и их реализации актуален поиск путей, посредством которых можно минимизировать нарастание гомозиготности.

Ранее изучали последствия линейной дифференциации и интенсивности межлинейного спаривания на уровень инбридинга в малочисленных популяциях [7], выявляли влияние размера племядра на генетический прогресс и инбридинг [8], рассматривали воздействие некоторых организационно-зоотехнических мероприятий на темпы возрастания инбридинга в популяциях различной численности.

В работе исследовали влияние сокращения и флуктуации численности самцов и самок на аккумулированный инбридинг - показатель уровня гомозиготности закрытой популяции [8].

Материалы и методы

Использовали компьютерную технологию для моделирования закрытой системы разведения гипотетической генофондной популяции (породы): коров -500 гол.; вводимых за поколение быков - 10; число поколений закрытого разведения - 10 (первое поколение от аутбредных родителей). Имитировали разные темпы сокращения животных в год.

При разведении пород число животных, как правило, флуктуирует во времени. Селекционер, например, в данном году не может отобрать из имеющихся быков необходимое число достойных. В последующем хороших быков может быть больше, чем требуется. Процесс изучали в гипотетическом стаде численностью 100 коров и шесть быков за поколение (в какой-то степени модель существующего генофондного стада ис-тобенскойпороды Кировской области). Исследовали варианты флуктуации числа быков.

Варианты А1...ВЗ сопоставляли с вариантами К1и К2: в первых, в течение 10 поколений, число быков было постоянное - 6, во вторых - постепенно сокращалось с 6 до 2.

В вариантах Al, A2 и A3 число быков флуктуировало вокруг "центрального значения" (6 быков) с разной амплитудой (А1 и А2) и периодом (А2 и A3) колебания. Аналогично по вариантам Bl, B2 и ВЗ, с той лишь разницей, что максимальное число быков не превышало исходного значения а) эффективную численность популяции

:

где М и F - число самцов и самок, вводимых за генерацию, потомство от которых образует новое поколение;

б) скорость нарастания инбридинга за поколение

в) уровень инбридинга, аккумулированного за G поколений

FG = ДF+(1-ДF)*

где - уровень инбридинга в предыдущем поколении.

Результаты

Сокращение коров. Исследуемая популяция численностью 500 коров относилась по статусу к "исчезающим". При сокращении коров на 3 % в год она к 10-му поколению достигала критического состояния (100 гол), а при сокращении на 6 % - к 5-му.

В начале разведения эффективный размер популяции составлял 39 гол. Сокращение числа коров на 1 и 3 % в год незначительно повлияло на этот показатель (37 гол.в 10-м поколении). Однако при 6 %-м сокращении после 4-го поколения он снижался -до 25 гол. к 10-му поколению.

При стабильной численности прогностическая оценка коэффициента инбридинга (DF) была 1,28 % за поколение. Ежегодное сокращение коров на 1...3 % незначительно повышало этот коэффициент. При снижении поголовья коров в год на 6 % в 5-м поколении он составил 1,33, в 10-м - 1,96 %.

Исследуемые темпы ежегодного сокращения коров не оказывали большого влияния и на аккумулированный инбридинг (уровень гомозиготности). Так, если в стаде со стабильной численностью аккумулированный к 10-му поколению инбридинг был 12 %, то при ежегодном 6 %-м сокращении коров - 13,4 %.

При сокращении числа быков на 0,5 % в год к 10-му поколению их осталось 8 гол., на 1 % - 6, при 1,5 %-м сокращении - 4 [9].

Сокращение числа быков оказывало на эффективный размер популяции заметно большее влияние, чем более высокие уровни сокращения коров. При 1,5 %-м ежегодном сокращении эффективная численность популяции снизилась к 10-му поколению до 18 гол.

Высокими были и темпы приращения инбридинга за поколение. Если при ежегодном сокращении коров на 6 % коэффициент инбридинга после 10 поколенийзакрытого разведения был 1,96 %, то при сокращении числа быков на 1,5 % в год он составил 2,85 %. Относительно варианта разведения со стабильной численностью быков, сокращение последних на 1,5 % в год повышало аккумулированный инбридинг к 5-му поколению в 1,2 раза (до 7,5 %), к 10 - в 1,5 раза (до 18 %) [9].

Маргинальные уровни сокращения коров и быков привели к повышению аккумулированного к 10-му поколению инбридинга с 12,0 до 19,7 % . При этом эффективный размер популяции снизился с 39 до 14 гол., а скорость гомозиготизации возросла с 1,3 до 3,5 % за поколение.

Итак, при закрытом разведении малочисленных популяций животных незначительное сокращение в поколениях числа самцов влияет на повышение уровня гомозиготности в большей степени, чем более высокие темпы сокращения поголовья самок. Флуктуация в поколениях числа самцов приводит к большейгомозиготности животных, чем при их фиксированном числе. Скорость гомозиготизации возрастает с увеличением амплитуды колебания числа самцов и снижается при увеличении периода колебания, обеспечения минимально возможного для данной генофондной популяции темпа приращения гомозиготности следует не допускать флуктуацию и сокращение поголовья, особенно самцов [9].

Парадоксы инбридинга

При половом размножении сельскохозяйственных животных рождается примерно одинаковое количество самцов и самок (соотношение 1:1), что создает благоприятные условия для свободного скрещивания особей в пределах популяции.

Однако в реальных условиях жизни свободное сочетание особей разных генотипов в большинстве случаев нарушается вследствие разной выживаемости особей, действия естественного и искусственного отбора, полового отбора (по Ч. Дарвину) и т. п. Поэтому и в природных популяциях и популяциях сельскохозяйственных животных всегда превалирует по численности потомство определенных производителей. Метод искусственного осеменения самок сельскохозяйственных животных способствовал созданию больших массивов (150--200 тыс. голов) полусибсов при 5-летнем использовании ценного быка-производителя. При этом численность маточного поголовья, полученного от одного производителя за период его хозяйственного использования (в среднем 5 лет), может достигать 75--100 тыс. голов (полусибсы по отцу). Экономическая целесообразность получения потомства от небольшого числа выдающихся быков-производителей, лидеров по улучшающему эффекту продуктивных показателей, например, молочности, способствует формированию огромных массивов скота, находящегося между собой в родстве [2]. инбридинг мутантный ген скот

Практическое освоение метода трансплантации эмбрионов от коров-рекордисток, массовое использование быков-трансплантатов в племенной сети воспроизводства повышает вероятность инбридинга не только через отцов, но и через матерей.

Инбредное потомство -- это приплод, полученный от родителей, находящихся между собой в родстве. Родственными считаются животные, в родословной которых встречается общий предок со стороны матери и со стороны отца.

Женская особь включает в себя одну половую хромосому X от своей матери и одну Х-хромосому от матери отца; бык-производитель -- соответственно Х-хромосому от своей матери и Y-хромосому от своего отца. Соответственно женский организм продуцирует гаметы, которые имеют Х-хромосому своей матери или Х-хромосому матери отца; мужской организм -- гаметы с Х-хромосомой матери и Y-хромосому отца. Если при оплодотворении объединяются гаметы, несущие Х-хромосомы -- получаем женский организм, если XY -- мужской. Если базироваться на этих предпосылках формирования пола у молочного скота, то можно легко понять, как при инбридинге через быка усиливается наследственность матери, или как при спаривании «мать х сын», также резко возрастает удельный вес наследственности матери [4].

Отсутствие одного «плеча» в Y-хромосоме свидетельствует не о фундаментальном, и не о кардинальном ее различии с Х-хромосомой, однако, не следует забывать, что это различие -- в каждой соматической клетке, и в каждой «мужской» гамете. Поэтому есть основания считать, что инбридинг на мать через мужские и женские особи примерно одинакового генетического масштаба. А вот инбридинг на быков через их матерей или их дочерей -- это, несомненно, несколько иной вариант, который не равноценен инбридингу на матерей.

Впрочем, женский и мужской организмы в известной мере бисексуальны. Известно, что ранее, когда симментальская порода была широко распространена в России и Украине, на семенниках у многих быков были рудиментарные, недоразвитые сосочки, из которых при гормональной обработке быка женскими гормонами, можно было получить несколько миллилитров молока и установить генетический тип белка (например, ВВ, который обеспечивает пригодность молока для выработки твердых сыров), определить содержание жира и т. п. и высоко достоверно, в раннем возрасте быка, оценить продуктивные качества его дочерей. Этот пример свидетельствует о нецелесообразности слепого копирования зарубежных методов селекции в практике племенного дела [2].

Весьма целесообразно с этих позиций по-новому оценить и явление полового диморфизма, так ярко выраженного у крупного рогатого скота диких видов или старых аборигенных пород России. И совершенно игнорируемогов селекционной практике США и Канады.

Теория баланса хромосом, гормонального статуса организма и степень выраженности полового диморфизма вполне применима для объяснения некоторых аспектов инбридинга на мужских предков через женскую сторону родословной, так как «прямой путь» передачи Y-хромосомы при этом невозможен [4].

Следовало бы «реабилитировать» инбридинг как метод разведения. Он также «нейтральный» как и все другие методы разведения и приписывать ему явление инбредной депрессии -- значит путать причину и следствие. Если при инбридинге действительно происходит увеличение частоты нарушения развития эмбрионов, ухудшение интенсивности роста, уменьшение плодовитости и т. п., то это свидетельствует лишь о том, что инбридинг обусловил переход гетерозигот в гомозиготы и т. п., что в конечном итоге повлекло за собой формирование в определенной части генотипов отклонение от нормы. Таким образом, инбридинг является своего рода инструментом выявления наследственно обусловленных дефектов родителей, или предка, но сам их не обуславливает. Известно, что первопричиной изменения кода наследственности являются мутации, кроссинговер и другие изменения хромосом при мейозе и родственное разведение здесь не является ведущим, основным фактором. При инбридинге на здоровых животных не отмечено вредных последствий, наоборот, это действенный метод при линейном разведении, сохранении наследственности выдающихся животных в ряде поколений. Доказательством этого может быть успешная практика М. Ф. Иванова при создании новых пород при малом количестве исходного поголовья, когда использование теснейшего инбридинга является и необходимостью и эффективным приемом создания препотентных животных.

Для объяснения сущности инбридинга и сопутствующих ему явлений в данном случае целесообразно вспомнить некоторые аспекты оогенеза и сперматогенеза. При первой метафазе у сперматоцита 1-го порядка и ооцита 1-го порядка обязательно происходит конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер, вследствие чего сперматозоиды не воспроизводят тождества исходного генотипа, поэтому вероятность 100 %-го повторения генотипа отца весьма невелика. Кроме того, из одного сперматоцита 1-го порядка получаем после завершения процесса сперматогенеза 4 различных по ДНК сперматозоида. Именно поэтому первичным источником огромного разнообразия спермиев есть специфика спер-матогенеза, и мужские организмы обладают в несколько раз большей изменчивостью, чем женские. Отсюда можно теоретически предположить, что инбридинг на мужские организмы в большей своей части будет вести не к консолидации, а к формированию множества других, новых генотипов, что, видимо, и послужило предпосылкой Д. А. Кисловскому для утверждения о «расщепляющем» действии инбридинга на мужских особей. И, наоборот, при оогенезе из ооцита 1-го порядка после всех стадий развития получаем лишь одну яйцеклетку. Понятно, что популяция яйцеклеток будет более «стабильной», менее вариабельной в сравнении с генетическим разнообразием спермиев. Если учесть, что яйцеклетка имеет еще и внеядерную наследственность (митохондрии, аппарат Гольджи и др.), и что женская особь является еще и средой, в которой развивается зародыш, то становится понятным большая опасность инбридинга на мать при бессистемном, стихийном инбридинге. Не этим ли можно объяснить меньший риск при инбридинге «дочь х отец», чем при инбридинге «полусестра х полубрат» по матери или «мать х сын» [2].

Таким образом, определенное постоянство вида, популяции обусловлено спецификой формирования генотипа популяции женских яйцеклеток (гамет), а большая часть изменчивости привносится через популяцию спермиев.

Хотя и здесь есть исключения. Видимо, в биологии очень редко можно утверждать «о единственно возможном пути», потому что биологические организмы удивительно разнообразны и это разнообразие обеспечивает устойчивость живых систем, их приспособляемость к крайним вариациям среды.

Но вернемся к исключениям, опираясь на закономерности мейоза. Доказано, что в начале интерфазы первого деления происходит удвоение хромосом. Удвоившиеся хромосомы не расходятся, а остаются соединенными центромерой. Каждая из этих нитей называется хроматидой. Затем двойные отцовские хромосомы сближаются с материнскими также двойными хромосомами и конъюгируют между собой. Каждая такая пара конъюгирующих хромосом называется бивалентом. Затем хромосомы расходятся, но оставаясь прикрепленными лишь в одной или нескольких точках. В результате образуются 4-нитевые структуры, называемые тетрадами.

Важно отметить, что перекрест хромосом происходит лишь между двумя хроматидами из 4-х, а две из них сохраняют свою исходную структуру в неизменном виде (Альтшулер В. Е., 1969). Таким образом, при мейозе происходят не только процессы перекомбинирования генов, но и сохранения части генотипов в неизменном виде на уровне гамет.

Далее. На стадии I анафазы происходит разделение каждой тетрады на две диады, которые расходятся к противоположным полюсам. На стадии I телофазы диады достигают полюсов и здесь формируют по ядру, после чего происходит деление сперматоцита i порядка на два сперматоцита I! порядка, получающих половину количества хромосом. Клетка получает по одной хромосоме от каждой пары [2].

Бивалент при расщеплении каждой хромосомы по всей своей длине (кроме центромеры) превращается в тетраду, которая состоит из 4-х нитей, называемых хроматидами: две из них получены от матери, а две -- от отца.

Если обе обменявшиеся своими частями хроматиды материнского (или отцовского) происхождения, то хроматиды, образующиеся после слияния разорванных концов, будут нести те же гены, которые были у родительских хромосом. Но если соединяются между собой разорванные концы материнской и отцовской хромосом, то может возникнуть новая комбинация генов.

К. Штерн («Основы генетики человека», М., Медицина, 1965, с. 69) пишет: «Одинарный кроссинговер между двумя гомологичными хромосомами захватывает лишь 2 из 4 хрома-тид. Так как эти 4 хроматиды разбросаны двумя меойтическими делениями по 4 отдельным клеткам, то каждая из этих клеток получает особую, отличную от других хромосому». Если мы проследим за кроссинговером, то увидим, что одна клетка получила материнскую целостную хроматиду, другая -- кроссинговерную хроматиду, третья -- тоже кроссинговерную, а четвертая -- целостную отцовскую хроматиду. Это цитирование необходимо, так как указанные закономерности формирования генотипа гамет (сперматозоидов) объясняют реально наблюдаемые факты почти полного повторения генотипа отца у части его сыновей, что подтверждается при генетическом тестировании потомства. Например, по факторам групп крови эта же закономерность, но с меньшей частотой, присуща и для некоторых семейств коров породного значения [2].

Таким образом, среди потомства производителя есть группы животных, у которых «смешаны» гены отца и матери в результате крос-синговера, группы имеющие большее генетическое сходство с отцом и группы «материнского» генотипа. Эти процессы подчиняются законам вероятности событий.

Следовательно, указанное соотношение генотипов в потомстве определенных производителей можно рассчитать математически, умножая вероятность каждого события на уровне популяции гамет, вероятности оплодотворения яйцеклетки спермием определенного генотипа и на организменном уровне популяции животных, воспроизводящих популяционно - видовой спектр гамет для последующего цикла воспроизводства нового поколения.

В данном случае делается акцент на специфику инбридинга. Прежде всего, потому, что следует скорректировать стратегию развития молочного скотоводства; с учетом энергетических затрат, необходимости резкого повышения оплаты труда рабочих-животноводов, закупки современных машин и оборудования, реконструкции ферм и т. д. Для большинства регионов целесообразно формировать молочные стада с такими показателями продуктивности: удой -- 6000 кг молока, содержание жира -- 4--4,2 %, белка -- 3,5 -- 3,6 %, сухих веществ -- 13--13,5 %, живая масса полновозрастных коров -- 600--650 кг, длительность хозяйственного использования коров -- 4--5 лактации, выход телят -- 85-- 90 голов на 100 коров с учетом двойневых отелов и двух отелов одних и тех же коров в течение одного календарного года. Если к этим стандартам добавить селекционные требования относительно «машинного» вымени, крепости копытного рога, устойчивости к заболеваниям, превалирования в казеине белка генетического типа ВВ, который обусловливает пригодность молока к производству твердых сыров, содержания в молоке повышенного количества сухих веществ, хорошее использование коровами лугов и пастбищ и т. п., тогда становится понятным, что этому внушительному комплексу селекционных требований будет отвечать потомство очень немногих производителей, оцененных по качеству потомства. Интенсивность отбора таких быков будет на уровне не менее 1:15--1:20. Соответственно будут стремиться получить от улучшателей по комплексу признаков наибольшее количество дочерей. Как следствие - будут формироваться крупные по численности массивы скота, находящиеся между собой вродстве, так как «лучшее получают от лучшего» и вероятность отбора сыновей от уже ранее использовавшихся улучшателей очень большая для подбора к самкам последующих поколений. Поэтому разработка новых подходов к оценке инбридинга как метода разведения, планирование подбора с учетом генеалогии маточного поголовья, избегая инбридинга на непроверенных матерей, и не опасаясь инбридинга на проверенных производителей [2]

Таким образом, назрела необходимость дискуссии среди научных работников, практиков, селекционеров, чтобы выработать усовершенствованные методы селекции скота с учетом современных достижений генетики, цитологии, биотехнологии, учитывая практически отработанные приемы клонирования.



Заключение

Инбридинг приводит к повышению гомозиготности популяции. При этом вредные, приводящие к снижению жизнеспособности и к смерти, формы генов, накапливаются в популяции и могут привести к вырождению ее. Поэтому запрещены близкородственные браки в человеческом обществе. В животноводстве и растениеводстве путем инбридинга можно получать так называемые чистые, или инбредные, линии организмов, генетически максимально близкие друг к другу. Сам по себе инбридинг не вреден; опасна лишь вероятность проявления в линии неблагоприятных генов. Селекционеры часто используют инбридинг для закрепления каких-нибудь полезных свойств выводимых ими пород. Возникающие при этом гомозиготы вредных аллелей выбраковываются. Сочетание инбридинга с жестким отбором позволяет создать новую стабильную породу без снижения жизнеспособности.

Сила инбридинга как зоотехнического приема заключается в надежном закреплении наследственности путем повышения в поколениях генетического сходства потомства с выдающимся родоначальником. Это обеспечивает получение однородных групп животных. В то же время инбридинг это мощное средство «расчленения» генотипа, что в свою очередь обеспечивает генетическое разнообразие в популяции. Важную роль играет инбридинг в племенном животноводстве при закладке и формировании заводских линий н семейств - основных структурных единиц в современных заводских породах. Применение инбридинга становится непременным условием и при создании новых заводских пород. В селекции инбридинг обычно является лишь одним из этапов улучшения породы. За ним следует скрещивание разных межлинейных гибридов, в результате которого нежелательные рецессивные аллели переводятся в гетерозиготное состояние и вредные последствия близкородственного скрещивания заметно снижаются.

Список литературы

Бакай, А.В. Генетика: учебник / А.В. Бакай, И.И. Кочиш, Г.Г. Скрипнеченко.- М.: Колос. 2006.-448с.

Винничук, Д. Парадоксы инридинга /Д. Винничук // Молочное и мясное скотоводство. - 2003.-№5. - С.18-22.

Ермилов, А., Волынцев, А. Племенная оценка молочного скота // Животноводство России. 2002. №12.

Ерохин, А.И., А.П. Солдатов, А.И. Филатов. / Инбридинг и селекция животных - М.: Агропромиздат, -1985. -156с.

Жебровский, Л.С. Селекция животных: Жебровский, Л.С / Учебник.- СПб.:Лань.-2002. - 256с.

Использование инбридинга в животноводстве / отв. ред. Я.Л.Глембоцкий. -М.: Наука. -1977.-136с.

Кузнецов В.М. Имитационное моделирование линейного разведения в генофондных популяциях // Доклады Россельхозакадемии. - 2005. №6.