Эффективность селекции на повышение продуктивных качеств свиней белорусской крупной белой породы с использованием маркерных генов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕЛЕКЦИИ НА ПОВЫШЕНИЕ ПРОДУКТИВНЫХ КАЧЕСТВ СВИНЕЙ БЕЛОРУССКОЙ КРУПНОЙ БЕЛОЙ ПОРОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАРКЕРНЫХ ГЕНОВ

Н.А. ЛОБАН

Большинство хозяйственно-полезных признаков сельскохозяйственных животных являются количественными и имеют полигенную природу, то есть на их проявление оказывает влияние не один, а целый ряд генов, расположенных в различных участках (локусах) генома индивидуума. Однако существуют полигенные локусы, ответственные за проявление продуктивных признаков, которые получили название локусов количественных признаков (QTL). Животные, характеризующиеся повышенной продуктивностью, имеют в QTL большее число предпочтительных аллелей (вариантов генотипов), чем в среднем по популяции. Вследствие отбора таких животных в качестве родительских пар следует ожидать получение потомков, имеющих более высокую частоту предпочтительных аллелей, и, как следствие, более высокую продуктивность по сравнению с предыдущим поколением.

В настоящее время в связи с развитием молекулярной генетики и биологии появилась возможность идентификации генов, напрямую или косвенно связанных с хозяйственно-полезными признаками (геномный анализ). Выявление предпочтительных с точки зрения селекции вариантов таких генов у свиней позволяет, наряду с традиционным отбором по фенотипу, проводить селекцию непосредственно на уровне ДНК (маркер-зависимая селекция) [1, с. 68-70].

Такая селекция имеет ряд преимуществ перед традиционной. Она не учитывает изменчивость хозяйственно-полезных признаков, обусловленную внешней средой, делает возможной оценку животных в раннем возрасте независимо от пола и в результате повышает эффективность селекции и сокращает сроки выполнения заданных уровней продуктивности.

Разработан достаточно широкий набор методик, позволяющих определить спектр генов-кандидатов, полиморфные варианты которых оказывают прямое или косвенное влияние на реализацию признаков продуктивности свиней.

Проводимые нами в 2002-2009 гг. в Республике Беларусь широкие исследования различных генов-кандидатов продуктивных качеств свиней белорусской крупной белой породы позволили выявить их полиморфизм и ассоциации генотипов с продуктивными признаками. Было установлено, что наиболее перспективными для применения в практической селекции следует считать: по воспроизводительным качествам - ген эстрогенового рецептора (ESR), по откормочным и мясным качествам - ген инсулиноподобного фактора роста (IGF-2).

Воспроизводительные качества. Одним из важнейших показателей эффективности селекционной работы является повышение многоплодия свиноматок. В свиноводстве работы по увеличению размеров гнезда проводят с использованием различных селекционных программ с высокопродуктивными линиями свиноматок методами гибридизации и вводного скрещивания. Однако прямая селекция на плодовитость малоэффективна в силу низких коэффициентов наследования (h=0,1-0,3) и отрицательного влияния на признак фенотипических факторов.

В качестве маркеров плодовитости свиней рассматривались следующие гены: эстрогенового рецептора (ESR); бетасубъединицы фолликулостимулирующего гормона (FSHB); рецептора пролактина (PRLR) и др. Однако наиболее перспективным и получившим широкое распространение генетическим маркером является ген эстрогенового рецептора (ESR). Полиморфизм данного гена обусловлен наличием двух аллелей: А и В. Исследованиями установлено, что предпочтительным, с точки зрения селекции, является генотип ВВ. Установлено, что превосходство по многоплодию свиноматок с генотипом ВВ составляло 0,9 поросенка по сравнению с генотипом АА. Выявлено, что свиноматки крупной белой и уржумской пород с генотипом ВВ превосходили в среднем по размерам гнезда животных с генотипом АА на 0,7-1,4 и 1,3 поросенка соответственно [4, с. 34-37].

Актуальность данных исследований по основной материнской породе свиней в Республике Беларусь (белорусской крупной белой) заключается в том, что только данная порода характеризуется полиморфизмом по гену ESR в вариантах аллелей А и В. Аллель В, положительно влияющий на воспроизводительную функцию, и в частности на многоплодие, английская крупная белая порода получила от китайской многоплодной породы мэйншан в XIX веке в процессе ее создания [2, с. 50-57]. В дальнейшем аллель В перемещался во все вновь создаваемые породы свиней с участием крупной белой.

Механизм генетического влияния эстрогенового рецептора ESR на проявление признака продуктивности свиноматок по многоплодию заключается в контроле выработки женского полового гормона-эстрогена, который определяет воспроизводительные качества. Животные с генотипом АА имеют гипофункцию, а ВВ - гиперфункцию выработки эстрогена, в гетерозиготном варианте АВ его выработка имеет среднее значение.

Откормочные и мясные качества. Как известно, селекция свиней на повышение темпов роста и увеличение мясности туш традиционными методами затруднена вследствие относительно низкой наследуемости и большой вариабельности признаков. В этой связи поиск предпочтительных аллелей генов, обуславливающих повышение откормочных и мясных качеств свиней, приобретает большое значение в селекции. В качестве маркеров продуктивных качеств в настоящее время рассматриваются: гипофизарный фактор транскрипции (POU1F1); ген инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF-2); меланинкортин-рецептор (MC4R) и др. [3, с. 12-14].

В 2008-2009 гг. была проведена серия исследований по генотипированию животных и оценке мясо-откормочных качеств молодняка свиней белорусской крупной белой породы:

- проведено генетическое тестирование животных по генам - POU1F1, MC4R и IGF-2;

- оценена взаимосвязь полиморфных вариантов генов-кандидатов с мясо-откормочными качествами свиней. Выявлено, что в большей степени на откормочные и мясные качества свиней белорусской крупной белой породы влияет наличие в геноме животных полиморфизма гена IGF-2 [7, с. 70-74; 9, с. 279-280].

Ген IGF-2 является одним из наиболее перспективных маркеров мясо-откормочной продуктивности. Он участвует в широком спектре метаболических, митогенных и дифференцирующих процессов на эмбриональных тканях и плаценте. Аутокринная секреция IGF-2 играет главную роль в дифференцировке клеток скелетной мышцы. Исследования показали, что мутация в гене IGF-2 (qQ) существенно влияет на скорость роста и отложение жира у свиней. Было установлено, что данный ген характеризуется патернальным действием на продуктивность. Это означает, что у потомства проявляется действие только того аллеля, который был получен от отца. Патернальное действие гена существенно облегчает разработку селекционной стратегии, так как для достижения положительного эффекта у потомства достаточно проведения тестирования и отбора только хряков. Установлено, что предпочтительным, с точки зрения селекции, является генотип QQ. Так, животные, унаследовавшие от своих отцов желательный аллель Q, на 3-4% превосходят диких свиней с генотипом q по содержанию мяса в туше. По данным канадского Центра развития свиноводства (CCS.I), свиньи с генотипом QQ имеют на 7,1 мм меньше толщину шпика, на 4,3% больше постного мяса, на 7 см2 - площадь «мышечного глазка» по сравнению со свиньями с генотипом - qq [6, с. 23-24].

Цель исследований - анализ влияния полиморфных вариантов генов-кандидатов продуктивных качеств (ESR, IGF-2) на репродуктивные, откормочные и мясные качества свиней белорусской крупной белой породы.

Методы исследования

Исследования проводились на свиноматках, хряках, основных и ремонтных, а также на откормочном поголовье свиней белорусской крупной белой породы в условиях свинокомплексов, племзаводов, селекционно-гибридных центров Республики Беларусь. В качестве исходного материала использовались пробы ткани из ушной раковины свиней. Из образцов выделялся и оптимизировался ДНК для последующего анализа в лабораториях молекулярной генетики (ВИЖ, Россия) и генетики (РУП «НПЦ НАН Беларуси по животноводству», Республика Беларусь) полиморфизма генов методом ПЦР-ПДРФ (полимеразно-цепной реакции полиморфизма длин рестрикционных фрагментов). Исследовалась частотность и полиморфизм генов эстрогенового рецептора - ESR и инсулиноподобного фактора роста - IGF-2 по методике ВИЖ [1, с. 68-70]. При этом проводился отбор хряков и маток с предпочтительными генотипами. Статистическую обработку проводили по стандартной методике (Меркурьева и др., 1991). Толщину шпика, глубину длиннейшей мышцы спины и мясность ремонтных хрячков прижизненно определяли прибором «Piglog-105» («SFK Technology», Дания).

Основная часть

Повышение воспроизводительных качеств свиноматок белорусской крупной белой породы с использованием гена ESR.

Всего было протестировано 482 основные свиноматки и 180 хряков белорусской крупной белой породы свиней. Данные генотипического тестирования животных породы по вариантам эстрогенового рецептора представлены в табл.

Таблица. Частоты встречаемости аллелей и генотипов гена эстрогенового рецептора (ESR) у свиней белорусской крупной белой породы.

Установлено, что частота встречаемости предпочтительного гена ВВ у свиней белорусской крупной белой породы в различных хозяйствах варьировала в достаточно широком диапазоне: от 11,0% до 43,5% у свиноматок с/к «Заря» и ЗАО «Нарцизово» и от 15,0 до 41,2% у хряков ЗАО «Прудок» и РСУП «СГЦ «Заднепровский» соответственно. В среднем же по породе частота генотипа ВВ составила 23,2%, аллеля В - 0,42%, т.е. находилась на достаточно высоком уровне. Различная концентрация аллеля В в геноме свиней по стадам зависит от «породной чистоты» и уровня селекционной работы. В чистопородных заводских стадах она была максимальной (0,52-0,64) и минимальной в товарных стадах, где активно используется межпородное реципрокное скрещивание. Следует отметить, что частоты аллелей гена ESR как у свиноматок, так и у хряков были практически одинаковы. Следовательно, частотность аллея В может свидетельствовать о гомозиготности и отселекционированности заводских популяций породы и устойчивой передаче признака потомству.

У животных специализированных мясных пород (дюрок, эстонская беконная, ландрас) генотип ВВ отсутствует. Отмечено лишь наличие гетерозиготного генотипа АВ, частота встречаемости аллеля В достигает значений 0,11-0,17% [4, с. 34-37]. Таким образом, подтверждается целесообразность использования эстрогенового рецептора ESR в качестве генетического маркера многоплодия у свиней белорусской крупной белой породы.

Проводимые нами исследования [2, с. 50-57; 8, с. 77-82] показали, что наличие аллеля В гена эстрогенового рецептора в геноме свиноматок белорусской крупной белой породы положительно влияет на их многоплодие. Отмечено достоверное (р<0,001) превосходство свиноматок с генотипом ВВ над их аналогами с генотипом АА: по многоплодию - на 13,4%, количеству поросят при отъеме - на 11,6%, массе гнезда при отъеме - на 10,1%.

Выявлено, что генотип хряков по гену ESR оказывает влияние на продуктивность осемененных их спермой свиноматок.

Рис. 1. Продуктивность свиноматок белорусской крупной белой породы в зависимости от сочетаний генотипов по ESR (матьЧотец).

По итогам наших исследований предлагается следующая схема подбора свиноматок и хряков белорусской крупной белой породы, направленная на повышение многоплодия (рис. 2, табл.). Частоты встречаемости аллелей и генотипов гена эстрогенового рецептора (ESR) у свиней белорусской крупной отмечено (рис. 1), что хряки, несущие в геноме генотип ВВ, оказывают положительное влияние на продуктивность осемененных их спермой маток белорусской крупной белой породы. Наиболее высокое многоплодие - 13 поросят - отмечено у родителей с сочетанием генотипов ВВ х ВВ.

Рис. 2. Схема подбора по повышению многоплодия свиноматок белорусской крупной белой породы.

Повышение откормочных и мясных качеств свиней белорусской крупной белой породы с использованием гена IGF-2.

Проведенный нами сравнительный анализ частот встречаемости генотипов и аллелей гена IGF-2 у хряков разводимых пород свиней в Республике Беларусь позволил выявить их следующее значение (рис. 3).

Рис. 3. Распределение аллеля Q гена IGF-2 у хряков плановых пород свиней. полиморфный откормочный многоплодие свиноматка

Частота встречаемости желательного аллеля Q у хряков мясных пород, полученных с использованием зарубежного генофонда (йоркшир, дюрок, ландрас) была наибольшей (0,75-0,98), породы белорусская крупная белая - значительно ниже (0,34) в связи с использованием методов маркерной селекции в этих странах на протяжении последних 7 лет или 5 поколений.

Проведенные нами исследования [5, с. 27-30; 7, с. 70-74] показали, что хряки белорусской крупной белой породы, несущие в своем геноме генотипы Qq и QQ, превосходили или имели тенденцию к превосходству над своими аналогами с генотипом qq: по толщине шпика - на 1,5 и 2,8 мм, или 6,1 и 11,3% (р<0,05); площади «мышечного глазка» - на 2,6 и 3,6 см2, или 2,5 и 9,2% (р<0,05); выходу «красного мяса» - на 2,4 и 3,3% соответственно.

Молодняк на откорме с генотипом Qq и QQ гена IGF-2 имел тенденцию превосходства над аналогами с генотипом qq по возрасту достижения живой массы 100 кг - на 2,1 и 2,6% (р<0,05) (178,5 - 177,5 - 182,3 дня по генотипам соответственно), среднесуточному приросту живой массы - на 3,4 (р<0,001) и 1,5% (756 - 742 - 731 г), толщине шпика - на 3,9 (р<0,001) и 6,4% (р<0,001) (77,0 - 76,3 - 28,1 мм); массе задней трети полутуши - на 2,4 (р<0,001) и 1,1 кг (р<0,05) (11,35 - 11,2 - 11,08 кг).

В практической селекции очень важно учитывать тот факт, что данные признаки мясо-откормочной продуктивности имеют патернальный (отцовский) характер прямого доминантного наследования у потомков, и поэтому достаточно незначительных практических усилий и финансовых затрат, чтобы получить существенный эффект селекции по мясо-откормочным качествам. Например, использование в воспроизводстве молодняка хряков только с генотипами Qq и QQ по гену инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF-2) позволит увеличить среднесуточные приросты живой массы животных. Производственные испытания показывают, что даже в I поколении приросты повышаются на 40-80 г и в конечном итоге экономический эффект составит 3,5-7,6 у.е. на 1 голову реализуемого молодняка за счет более высокой скорости его роста, повышение конверсии корма и качества свинины.

Основываясь на результатах ранее проведенных исследований, предлагаем схему подбора (рис. 4) с учетом генотипа хряков по гену IGF-2, и позволяющую рассчитать уровень частотности аллелей маток с целью повышения мясо-откормочных качеств их потомков для пользователей всех уровней [6, с. 23-24; 7, с. 70-74].

Рис. 4. Схема подбора по повышению мясо-откормочных качеств свиней белорусской крупной белой породы.

Заключение

1. Приведенные в настоящей работе данные свидетельствуют о положительном влиянии аллеля В гена ESR на многоплодие свиноматок белорусской крупной белой породы свиней. Использование анализа ПЦР-ПДРФ и метода подбора желательных генотипов позволяет значительно (на 0,5-1,57 поросенка) повысить продуктивность свиноматок белорусской крупной белой породы. Исходя из вышеизложенного, можно рекомендовать данный генетический маркер в качестве дополнительного критерия в селекционных программах, направленных на повышение многоплодия.

2. Основываясь на результатах проведенных исследований, следует сделать вывод, что ген IGF-2 может быть использован в качестве маркера откормочной и мясной продуктивности свиней белорусской крупной белой породы. Учитывая частотность нежелательного аллеля q в генотипе свиней белорусской крупной белой породы (0,66) с целью сохранения (повышения) мясных и откормочных качеств свиней, рекомендуется проведение генотипирования, отбор ремонтного молодняка и основных хряков предпочтительных генотипов по гену-маркеру IGF-2 и их использование с учетом разработанной схемы подбора.

3. По данным компании Gentec (Бельгия), аллель q гена IGF-2 положительно связан с воспроизводительными качествами свиноматок, поэтому преимущественный отбор по плодовитости приводит к вымыванию желательного по откормочным качествам аллеля Q из популяции и, следовательно, к ухудшению данных откормочных и мясных признаков. Поэтому у материнской белорусской крупной белой породы встречаемость аллеля Q на 34-64% ниже, чем у животных специализированных мясных пород. Поскольку для материнских пород нежелательно резкое снижение воспроизводительных качеств за счет повышения мясо-откормочных, следует искать оптимальный уровень частотности желательного аллеля - Q, который должен быть в пределах 0,4-0,6.

4. Генетическое тестирование свиней белорусской крупной белой породы по генам ESR и IGF-2 следует проводить одновременно с отбором и подбором родительских пар по указанным схемам, что позволит, не снижая воспроизводительные качества, повышать мясо-откормочные.

Литература

1. Зиновьева, Н.А. Введение в молекулярную генную диагностику сельскохозяйственных животных / Н.А. Зиновьева, Е.А. Гладырь, Л.К. Эрнст, Т. Брем // ВИЖ. 2002. С. 68-70.

2. Зиновьева, Н.А. Исследование полиморфизма гена эстрогенового рецептора как маркера плодовитости свиней / Н.А. Зиновьева, Е.А. Гладырь, Л.В. Ларионова [и др.] // Свиноводство: материалы Междунар. науч. конф. Дубровицы, 2000. Т. 2. С. 50-57.

3. Костюнина, О.В. Ген IGF-2 - потенциальный ДНК-маркер мясной и откормочной продуктивности свиней / О.В. Костюнина, А.Н. Левитченков, Н.А. Зиновьева // Животноводство России. 2008. №1. С. 12-14.

4. Лобан, Н.А. Молекулярная генная диагностика в свиноводстве Беларуси / Н.А. Лобан, Н.А. Зиновьева, О.Я. Василюк, Е.А. Гладырь. Подольск: ВИЖ, 2005. С. 34-37.

5. Лобан, Н.А. Полиморфизм гена IGF-2 у свиней мясных пород в Республике Беларусь и его влияние на откормочные и мясные качества / Н.А. Лобан, О.В. Костюнина, О.Я. Василюк [и др.] // Сельскохозяйственная биология. 2009. №2. С. 27-30.

6. Лобан, Н.А. ДНК-диагностика признаков продуктивности свиней / Н.А. Лобан, А.С. Чернов // Животноводство России. Спецвыпуск: Свиноводство. 2009. С. 23-24.

7. Попков, Н.А. Использование методов молекулярной генной диагностики для повышения откормочных и мясных качеств свиней белорусской крупной белой породы / Н.А. Попков, И.П. Шейко, Н.А. Лобан, О.Я. Василюк // Весцi нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя аграрных навук. 2008. №4. С. 70-74.

8. Шейко, И.П. Селекция на повышение многоплодия свиноматок крупной белой породы методом молекулярной генной диагностики / И.П. Шейко, Н.А. Лобан, О.Я. Василюк // Весцi нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя аграрных навук. 2006. №3. С. 77-82.

9. Эрнст, Л.К. Биологические проблемы животноводства в XXI веке / Л.К. Эрнст, Н.А. Зиновьева. М.: РАСХН, 2008. С. 279-280.

Аннотация

Анализировалось влияние полиморфных вариантов генов воспроизводительных (ESR) и мясо-откормочных качеств (IGF-2) на продуктивность свиней белорусской крупной белой породы. Установлено, что свиноматки с генотипом ВВ гена ESR достоверно (р<0,001) превосходят по многоплодию аналогов с генотипом АА на 0,87-1,57 поросенка на опорос. Установлено, что хряки с генотипом QQ и Qq гена IGF-2 достоверно превосходят своих аналогов с генотипом qq по развитию, а откормочный молодняк - по мясо-откормочным качествам. Гены ESR и IGF-2 можно рассматривать как генетические маркеры воспроизводительных качеств и скорости роста свиней белорусской крупной белой породы. Предложены схемы подбора на повышение воспроизводительных и мясо-откормочных качеств.

We have analyzed the influence of polymorphous variants of genes of reproductive (ESR) and meat-fattening qualities (IGF-2) on productivity of pigs of Belarusian large white breed. We have established that sows with genotype BB of gene ESR truly (p<0.001) surpass in multiple pregnancy analogues with genotype AA by 0.87-1.57 piglet per one farrow. We have established that hogs with genotype QQ and Qq of gene IGF-2 truly surpass their analogues with genotype qq in development. They also surpass fattened young pigs in meat-fattening qualities. Genes ESR and IGF-2 can be considered as genetic markers of reproductive qualities and speed of growth of pigs of Belarusian large white breed. We have suggested schemes of selection for increase in reproductive and meat-fattening qualities.

Размещено на Allbest.ru