Мониторинг микроэволюции и породообразования свиней на основе молекулярно-иммуногенетического анализа

При этом было получено более 2500 гибридов (включая гибриды с участием европейского дикого кабана Sus scrofa scrofa, которых не учитывали). Второе и последующие поколения гибридов получали посредством возвратных скрещиваний с особями пород материнских форм, что позволило проследить за динамикой изменчивости молекулярно-структурных элементов генома европейского и азиатского генезиса, включая генотип, гетерозиготный по евро-азиатским аллелям. Искусственный отбор в виде какой-либо специально направленной выбраковки в первых двух поколениях не производили.

Второй метод исследования возникновения и распространения гетерозиготности при породообразовательном процессе состоял в сравнительном молекулярно-генетическом анализе большого числа диких и домашних свиней, включая аборигенные и заводские породы, находящиеся на разном уровне селекции (табл. 2-6).

2. Частота генотипов и антигенов по системе G групп крови у диких кабанов, в аборигенных и локальных популяциях свиней (%)

По системе G использованный для гибридизации кабан имел гомозиготный генотип Gb/b (отсутствие аллеля G^a европейского подвида), а у самок ландрасской (n = 12) и вьетнамской черной масковой (n = 19) пород частота аллеля G^a составляла соответственно 0,3890 и 0,1842; частота гетерозиготного генотипа Ga/b увеличивалась по мере гибридизации (F₁-F_3B) (см. табл. 1). Система G групп крови по мере гибридизации претерпела значительные изменения в обеих популяциях, причем частота аллеля G^а намного превосходила соответствующий показатель родительских форм.

Сравнительно недавно считали, что все дикие кабаны Sus scrofa scrofa изоморфны по системе G групп крови и имеют только генотип Ga/a. Однако в наших исследованиях показано, что существует определенная клинальная географическая изменчивость этой системы и по мере продвижения с запада на восток повышается частота Gb-позитивных животных, что обусловливает появление гетерозиготности и увеличение степени последней во многих природных диких и аборигенных популяциях (см. табл. 2). Так, частота гетерозиготного генотипа Ga/b у кабанов Sus scrofa attila и Sus scrofa nigripes (кавказский и среднеазиатский подвиды), обитающих в сопредельных регионах между ареалами европейских и азиатских подвидов, составляла соответственно 47,94 и 42,10 %.

В аборигенных азиатских и европейских породных популяциях, находящихся в начале микроэволюционного процесса породообразования, частота генотипа Ga/b достигала 10 % (и менее), а у свиней наиболее распространенных мировых пород (крупная белая, беркширская, дюрокская), подвергавшихся длительной селекции, -- 40-50 %, причем у последних частота генотипа Ga/a оказалась низкой (см. табл. 3). Некоторое исключение составляет порода датский ландрас, у особей которой сравнительно низкая степень гетерозиготности компенсируется очень высокой частотой аллеля G^b азиатского происхождения (94,2-97,2 %). Почти у всех изученных аборигенных свиней азиатского происхождения частота генотипа Ga/a была равна нулю, а у европейских диких свиней и в коренных аборигенных популяциях (мангалицкая и кахетинская), наоборот, полностью отсутствовал азиатский генотип Gb/b.

3. Частота генотипов и антигенов по системе G групп крови у свиней культурных заводских пород (%)

Этот феномен позволяет выдвинуть следующие гипотезы: о взаимосвязи между возникновением гетерозиготности у свиней азиатских подвидов и природным гетерозисом; о прогрессивном увеличении гетерозиготности в процессе выведения и селекции заводских пород.

Поскольку использованный при гибридизации кабан был гомозиготным по системе групп крови G (генотип Gb/b), легко понять низкую частоту аллеля G^a у гибридов в F₁. Однако уже в F₂ частота этого аллеля очень резко увеличилась (в 2-3 раза), то есть значительно быстрее теоретически ожидаемого, и этот процесс с высокой интенсивностью продолжался в F₃. В связи с этим у гибридов F₂ при возвратном скрещивании с особями вьетнамской черной масковой породы степень гетерозиготности (Ga/b) составляла более 30 % при такой же частоте генов, как у маток вьетнамской черной масковой породы (0,18). Частота аллеля G^a у гибридов F₂ и особенно F₃ при возвратном скрещивании со свиньями ландрасской породы также оказалась близкой к таковой чистопородных особей породы ландрас, причем у последних этот показатель был даже ниже. По-видимому, это связано с повышенной жизнеспособностью гибридов, имеющих гетерозиготный генотип Ga/b по сравнению с гомозиготными животными Gb/b, что согласуется с данными по жизнеспособности высокопродуктивных чистопородных животных (см. табл. 3), а также по высокому гетерозисному эффекту при скрещивании свиней с альтернативными по системе групп крови европейскими генотипами.

Степень гетерозиготности по системе G групп крови при использовании обеих схем гибридизации (самки породы ландрас и вьетнамская черная масковая) очень интенсивно увеличивалась при отсутствии искусственного отбора: соответственно 23,2 и 10,04 % в F₁; 41,7 и 30,1 % в F₂; 49,1 и 42,2 % в F₃. В природных условиях степень гетерозиготности диких кабанов (Ga/b) дальневосточных, среднеазиатских и закавказских популяций составляла соответственно 23,3; 42,1 и 47,9 % (см. табл. 2).

4. Частота генотипов и антигенов по системе F групп крови у диких кабанов, в аборигенных и локальных популяциях свиней (%)

Почти во всех аборигенных и локальных европейских и азиатских популяциях домашних свиней степень гетерозиготности сохранялась на уровне 2,5-13 %, характерном для свободного размножения полукровок, что наблюдалось нами при гибридизации в F₁. Некоторое повышение степени гетерозиготности в двух случаях (сванетские и миниатюрные сибирские свиньи) до 18-19 % объясняется «прилитием крови» при межпородных скрещиваниях. Этим объясняется, по-видимому, повышение степени

5. Частота генотипов и антигенов по системе F групп крови у свиней культурных (заводских) пород (%)

гетерозиготности до 49 % в небольшой группе островных западных малайзийских свиней, которые имеют своеобразные генотипы и по другим системам. У миниатюрных сибирских свиней при искусственном отборе по жизнеспособности и элиминации пигментации в F₃-F₅ (n = 558) и F₆-F₉ ь (n = 889) степень гетерозиготности составляла соответственно 31,7 и 23,9 %.

6. Частота генотипов и антигенов по системе D групп крови у диких кабанов, в аборигенных, локальных и культурных популяциях свиней (%)

Степень гетерозиготности генотипов по системе G групп крови у культурных (заводских) пород достигала 40-50 %, то есть совпадала с таковой гибридов F₃ (см. табл. 1 и 3). Единичные исключения обусловлены особенностями искусственного отбора при разведении чистопородных популяций в различных странах. Так, при длительном узкоцелевом разведении в замкнутых условиях Дании у свиней породы скандинавский ландрас резко снизилась концентрация аллеля G^а по сравнению со всеми другими европейскими породами. Гомозиготный генотип Ga/а, происходящий от европейской предковой дикой формы, был почти полностью вытеснен азиатским генотипом Gb/b -- частота Ga/а около 3 %. В результате разведения «в себе» частота генотипа Ga/b у свиней породы датский ландрас составляет только 25 %. Однако процветание этой породы строится не только на высокой степени гетерозиготности по системе G, но и на основе увеличения суммарной частоты аллеля G^b, ассоциированного с высокопродуктивным селективным геномом азиатского происхождения. Что касается популяций шведских ландрасов, завезенных в Японию, Россию и некоторые страны Европы и Америки, то у них степень гетерозиготности достигает 50 %, то есть в 2 раза больше, чем у чистопородных датских ландрасов.

Более сложная динамика изменения частоты генотипов наблюдается у свиней по системе F групп крови. Дикие предковые формы Европы и Юго-Восточной Азии имели альтернативные мономорфные геномы по системе F: у первых совершенно отсутствовал аллель F^a, и все они имели только генотип Fb/b, а у вторых, наоборот, полностью отсутствовал аллель F^b и все они имели генотип Fa/a. В местных аборигенных популяциях в результате завоза свиней с генотипом Fb/b и гибридизации с ними для повышения продуктивности (как и в приграничных регионах ареалов обитания европейских и азиатских диких кабанов) сформировались гибридные генотипы Fa/b (см. табл. 4). Одновременно при селекционной работе с гибридными популяциями в Европе английскими заводчиками были созданы очень продуктивные породы, такие как беркширская и гемпширская, в которых степень гетерозиготности генотипов по системе F составляла около 50 %. На основе этих пород были выведены многие прекрасные современные породы, имеющие сбалансированный уровень гетерозиготности (см. табл. 5).

Сравнительные данные по системе F групп крови у диких кабанов, в аборигенных популяциях и у культурных пород свиней свидетельствуют о том, что генотип Fa/b полностью отсутствует у европейских, кавказских, среднеазиатских и сибирских подвидов Sus scrofa scrofa, однако встречается в уссурийской и японской популяциях кабанов с частотой соответственно 13,33 и 11,89 % (см. табл. 4). Естественной выглядит высокая встречаемость гетерозиготных (Fa/b) и гомозиготных (Fa/a) генотипов у свиней вьетнамской черной масковой породы (соответственно 40,82 и 57,14 %) и породы Омини (соответственно 32,0 и 64,0 %).

У всех изученных свиней аборигенных популяций Юго-Восточной Азии (таиландские, тайваньские и филиппинские) отмечена высокая частота гетерозиготного генотипа Fa/b -- 47,62-50,0 %. Это отражает действительную историю формирования островных популяций посредством гибридизации местных свиней, имеющих азиатский геном, с завозными породами китайского и европейского происхождения. Последние две группы пород в свою очередь были также получены на основе использования старых местных диких и домашних свиней Юго-Восточной Азии.

В настоящее время пока не понятна причина понижения частоты гетерозиготных особей Fa/b в западной малайзийской популяции (26,74 %) по сравнению с восточной малайзийской популяцией (47,62 %). По другим системам групп крови в этих популяциях также наблюдается дискордантность. Что же касается резкого снижения частоты гетерозиготных особей Fa/b у потомков F_3B при экспериментальной гибридизации (до 18 %), то этот феномен, очевидно, обусловлен отбором хряков белой масти с Fa-позитивным геномом с целью элиминировать черную пигментацию у потомства и получить лабораторных мини-свиней чисто белой окраски. Именно рекомбинацией в хромосоме 17 и объясняется общее снижение частоты генотипа Fa у минисибсов до 18,35 %.

Рассматривая данные по локальным и аборигенным породам, легко заметить полное отсутствие генотипа Fa/b у свиней сибирской и кахетинской популяции и его невысокую частоту у свиней некоторых популяций крупной белой породы (например, в Сибири до 4,5 %), а также литовских и древних сванетских популяций (2,1-3,5 %) (см. табл. 4). Высокая частота генотипа Fa/b отмечена у свиней двух сибирских пород -- кемеровской и омской серой (соответственно 25,1-37,3 и 36,7 %), что объясняется использованием при выведении последних особей беркширской породы, созданной на основе многократного прилития местным английским свиньям крови свиней, завезенных из индокитайского региона. У большей части современных заводских пород свиней можно наблюдать определенные последствия использования при их создании особей азиатского происхождения с Fa-позитивным генотипом. Даже у чистокровных животных породы датский ландрас концентрация аллеля F^а составляет 0,07 (19). Снижение частоты Fa-позитивных животных среди тайваньских свиней масковой породы, по-видимому, связано с интенсивным прилитием крови европейских завозных пород. Совсем другая картина распространения гетерозиготности по аллелям системы F групп крови предстает по заводским культурным породам (см. табл. 5).

Объективную оценку динамики изменения гетерозиготности и частоты Fa-позитивных генотипов можно сделать на основе сравнительного анализа данных таблиц 1, 4 и 5. Так, у самок пород ландрас и вьетнамская черная масковая и самцов Sus scrofa nigripes частота аллеля F^a составляла соответственно 28,73; 91,84 и 0 %. При использовании в скрещивании маток породы ландрас все родившиеся поросята F₁ имели минимальную частоту аллеля F^a и очень низкую частоту генотипов Fa/a и Fa/b, близкую к гомозиготному генотипу отца -- Fb/b, но доля гетерозиготных особей (Fa/b) в F_2B и F_3B составляла соответственно 4,67 и 37,74 %, а гомозиготных (Fa/a) -- 0,06 и 6,37 %. В том случае, когда в гибридизации участвовала сам- ка вьетнамской черной масковой породы, степень гетерозиготности в F₁ и F_2B была одинаково высокой -- соответственно 44,6 и 40,3 %. Снижение при этом частоты гомозиготного генотипа (соответственно до 11,2 и 7,8 %) было в значительной мере обусловлено пониженной пре- и постнатальной жизнеспособностью генотипа Fa/a. Следует отметить, что при подборе родительских пар для F_3B мы провели жесткую выбраковку гомозиготных животных Fa/a и гетерозиготных особей, имевших черную или пятнистую пигментацию щетины и кожного покрова, так как было необходимо повысить жизнеспособность и перейти к разведению лабораторных свиней минисибс чистой белой масти (к этому времени нами была выявлена генетическая ассоциация локуса F групп крови с жизнеспособностью и пигментацией кожных покровов). При дальнейшем разведении «в себе» частота генотипа Fa/b гибридных потомков в поколениях F₃-F₅ и F₆-F₉ оставалась практически одинаковой -- 22,68 и 21,29 %.

Генетическая система D групп крови открыта у свиней значительно позднее, чем остальные, поэтому изучена в меньшей степени. Известно, что антиген Da у кабанов центрально-европейской популяции европейского подвида обычно не встречается, но в восточно-европейской популяции среди 298 кабанов (Воронежская обл.) было обнаружено несколько гетерозиготных особей Da/b. Еще больше таких животных оказалось в причерноморской популяции кавказских кабанов Sus scrofa attila (n = 7), в результате чего частота аллеля D^a у последних составила 0,0321, а степень гетерозиготности -- 8,18 %. У кабанов среднеазиатских и уссурийских популяций концентрация аллеля D^a составляла соответственно 0,20 и 0,39 %, а степень гетерозиготности Da/b -- 46,5 и 47,4 %. У кабанов сибирской популяции степень гетерозиготности Da/b оказалась значительно ниже, но у многих животных выявлен гомозиготный азиатский генотип Da/a (77,44 %). Полученные данные отражают тенденцию увеличения частоты антигена Da с запада на восток. Напрашивается вывод, что этот антиген первоначально возник в популяции древних азиатских форм диких кабанов и должен рассматриваться как маркер азиатского генезиса.

У домашних свиней, разводимых в странах СНГ, антиген Dа встречается редко. Интересно, что у миниатюрных сибирских свиней концентрация аллеля D^a очень высокая и имеет тенденцию к значительному повышению (от 0,617 до 0,691 %) при разведении этой популяции «в себе». Эти лабораторные свиньи унаследовали высокую частоту гетерозиготного генотипа Da/b от свиней вьетнамской популяции и может быть также от Sus scrofa nigripes, при использовании которых они были созданы. Характерным для мини-свиней является и высокая степень гетерозиготности (Da/b), равная 48,25 %.

Высокой степенью гетерозиготности Da/b (35 %) характеризуются животные черной корнуэльской породы (Чехия), что, по-видимому, связано с их гибридным происхождением от азиатских предков, а также свиньи двух новых пород, созданных в последние годы в Сибири: кемеровская мясная (29,1 %) и скороспелая мясная (30,3 %). Гетерозиготность животных этих пород обусловлена их гибридным происхождением на основе использования в качестве исходных европейских и азиатских пород. Степень гетерозиготности свиней остальных пород по системе D групп крови была существенно ниже (см. табл. 6).

Проследим за динамикой гетерозиготного генотипа при экспериментальной гибридизации (см. табл. 1). Среднеазиатский кабан имел генотип Da/a, а слученные с ним матки ландрасской и вьетнамской черной масковой пород -- соответственно Db/b (100 %) и Da/b (50 %). При гибридизации с матками ландрасской породы наблюдалось ожидаемое планомерное медленное снижение степени гетерозиготности от 50,00 до 27,66 %, причем частота генотипа Db/b приближалась к таковой материнской формы. При гибридизации с матками вьетнамской черной масковой породы гетерозиготность изменялась незначительно: в F₁ уменьшалась до 42,2 % (против 49,0 %), а затем у гибридов в F_2B и F_3B оставалась на довольно высоком уровне -- 48,1 и 47,3 %; частота генотипа Da/a увеличилась в 2 раза (с 18,4 до 38,1 %).

Следует отметить, что жизнеспособность гибридов с разными генотипами по этой системе была одинаковой, хотя частота аллеля D^a среди погибших поросят оказалась достоверно выше, чем среди оставшихся в живых, а частота аллеля D^b, наоборот, была ниже среди павших особей (Р < 0,05). Медленное (по сравнению с теоретически ожидаемым) снижение частоты аллеля D^a у гибридов и его распространение у некоторых представителей подвидов Sus scrofa scrofa и свиней вьетнамской популяции дают основания для дополнительного изучения возможной генетической роли этого локуса в микроэволюции.

Сравнительный анализ генотипической структуры многих локальных и глобальных культурных популяций (пород), разводимых в настоящее время в разных странах, однозначно свидетельствует о повышении частоты аллелей азиатского происхождения в геноме и увеличении степени гетерозиготности генотипов по разным системам групп крови в процессе породообразования. Какую же роль в микроэволюции генома свиней играют эти процессы?

Главным фактором формирования всех морфофизиологических признаков как при микро-, так и макроэволюции служит отбор особей, наиболее соответствующих экологическим условиям существования -- природным и создаваемым хозяйственной деятельностью человека. Показателями этого соответствия, обеспечивающего процветание внутривидовой формы, являются прежде всего плодовитость (включая многоплодие), пре- и постнатальная жизнеспособность, а также ускорение «соматического» роста и полового созревания (оптимальная скороспелость). Эти признаки применяют для сравнительной оценки селективной ценности гетерозиготности и альтернативных гомозиготных генотипов по аллелям групп крови европейского и азиатского происхождения. В качестве основных механизмов микроэволюции, обусловленной интересами отбора по репродуктивным и мясным качествам, можно предположить существование двух векторов: действие ассоциаций (включая генетические сцепления) локусов, детерминирующих продуктивность и селекционные признаки; гетерозиготное взаимодействие между аллелями европейских и азиатских геномов, ведущее к гетерозисному эффекту по продуктивности.

Высокая продуктивность свиней крупной белой, беркширской, ландрасской и лакомбской пород обусловлена в значительной мере расширением основы их наследственности, связанной с гетерогенностью происхождения. Последнее обстоятельство позволяет объяснить и другие два выдающихся качества, полученные благодаря гетерозиготности: необычайную пластичность, которую можно наблюдать в разнообразных эколого-географических условиях; высокую эффективность гетерозиса при использовании для промышленного скрещивания с другими породами.

Плодовитость свиноматок при скрещивании между собой свиней ландрасской породы, имевших евро-азиатский гетерозиготный генотип (Ga/b Ga/b), и гомозиготных животных разного генотипа (Gb/b Ga/a) была выше, чем при спаривании гомозиготных особей одного генотипа (Gb/b Gb/b) (табл. 7). Аналогичные данные получены при скрещивании животных других пород, имеющих разный генотип. Исключение составляла комбинация скрещивания гомозиготных (Ga/a) животных беркширской породы между собой, что, по-видимому, объясняется случайностью, связанной с малой выборкой.

7. Показатели многоплодия и жизнеспособности потомства свиней различных пород при скрещивании особей с альтернативными аллелями европейского и азиатского происхождения по системе G групп крови