УДК 636.2:575.17:576.08

ФОНД ЭРИТРОЦИТАРНЫХ АНТИГЕНОВ И ХРОМОСОМНАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ У ЯКУТСКОГО СКОТА

Е.В. КАМАЛДИНОВ, О.С. КОРОТКЕВИЧ, В.Л. ПЕТУХОВ

В хозяйствах Новосибирской области определяли частоту эритроцитарных антигенов (в качестве генетических адаптационных маркеров) и хромосомную нестабильность (как показатель спонтанного мутационного процесса в популяциях) у черно-пестрого и интродуцированного в Западную Сибирь якутского скота, сравнивая полученные результаты с данными литературы по аборигенному якутскому, белому сибирскому и красному степному скоту. У интродуцированного скота при длительном разведении в иных, чем в Якутии, условиях среды сформировался специфический комплекс антигенов с другим соотношением частот. Кроме того, эти животные характеризуются повышенной степенью хромосомной нестабильности.

Ключевые слова: якутский скот, эритроцитарные антигены, хромосомная нестабильность, генофонд.

 

В процессе доместикации у аборигенных пород животных закреплялись уникальные и ценные для человека качества, частота мутаций изменялась и сохранялась в популяциях. Развитие животноводства привело к ускорению селекции, расширению ареала лучших пород, что, в свою очередь, поставило под угрозу исчезновения многие местные породы. Одностороннее увеличение поголовья посредством межпородных скрещиваний может привести к обеднению отечественного генофонда и потере ценных качеств, присущих аборигенным и заводским породам сельскохозяйственных животных (1, 2). При окончательной утрате представителей таких пород исчезнут уникальные сочетания аллелей, восстановить которые не представляется возможным даже с помощью генной и клеточной инженерии (3).
Якутский скот (Bos taurus turanomongolicus) обладает рядом ценных свойств, которые формировались на протяжении более тысячи лет в условиях экстремально низких температур Сибири. Среди них можно выделить адаптивность, жизнеспособность, быстрый рост и развитие в ранний постнатальный период, высокую жирномолочность, низкую требовательность к кормам, ценные качества молока и мяса, хорошую терморегуляцию, быстрое замещение фетального гемоглобина на гемоглобин взрослой формы (4), невосприимчивость к туберкулезу (5). В зимний период по сравнению с летним густота волосяного покрова у скота увеличивается почти в 6 раз.
Использование эритроцитарных антигенов в качестве генетических маркеров — один из распространенных способов оценки степени сходства или различия популяций в процессе филогенеза (6), степени гетерозиготности животных, консолидации наследственных качеств пород, линий и типов (7, 8). Группы крови крупного рогатого скота обладают высоким полиморфизмом. В настоящее время выявлено более 80 антигенных факторов (9).
Хромосомная нестабильность в той или иной степени присуща практически всем особям и служит характеристикой спонтанного мутационного процесса в популяциях (10-12). Основными причинами образования хромосомной нестабильности можно считать нарушение работы ферментов, отвечающих за структурную целостность генома (13), изменение в системах репарации или репликации хромосом (14), угнетение иммунитета (15). Однако, несмотря на многочисленные исследования причин хромосомных мутаций, ряд вопросов в этой области остаются дискуссионными (16).
Целью нашей работы было изучение фонда эритроцитарных антигенов и соматической хромосомной нестабильности у аборигенного якутского, черно-пестрого скота и якутского скота, интродуцированного в Западную Сибирь.
Методика. Наблюдения проводили в 2006-2009 годах в хозяйствах Новосибирской области (экспериментальное хозяйство ИЦиГ СО РАН «Елбаши», ОАО «Неудачино», ООО «Первомайский» и ФГУП учхоз Новобирского ГАУ — племзавоз «Тулинское»). Объектом исследования служили особи якутской интродуцированной (n = 48) и черно-пестрой (n = 380) пород. Рационы кормления соответствовали физиологическим потребностям животных.
Венозную кровь для анализа (10 мл) отбирали из яремной вены в стерильную пробирку с 0,5 мл раствора гепарина у клинически здоровых особей, предварительно обследованных ветеринарными специалистами. Лейкоцитарный слой помещали в питательную среду 199 или RPMI (5 мл). Клеточный материал инкубировали в течение 24-48 ч при температуре 37 °С в термостате. Высушенные препараты окрашивали раствором Гимзы. Применяли G-метод дифференциального окрашивания хромосом (17, 18). Препараты микроскопировали (Биолам Л-211 и Биолам Р-16, «ЛОМО», Россия). Группы крови типировали в гемолитических тестах. Использовали 46 моноспецифических сывороток, с помощью которых были идентифицированы антигены восьми генетических систем групп крови: A, B, C, F-V, L, M, S и Z. Для 100 клеток учитывали клетки с фрагметами, разрывами, аберрациями, измененным числом хромосом, а также гипоплоидные, гиперплоидные, анеуплоидные и полиплоидные.
Коэффициенты генетических дистанций и сходства оценивали с помощью метода А.С. Серебровского (19), в основе которого лежит евклидово расстояние (20):
, ,
где xi — частота i-го антигена в первой сравниваемой популяции; yi — частота i-го антигена во второй сравниваемой популяции.
Статистический анализ проводили с использованием свободного табличного процессора Gnumeric и языка статистического программирования R. Определяли показатели описательной статистики для качественных признаков. При нулевом значении частоты вычисляли стандартную ошибку по методу Ван-дер-Вардена. Для сравнения средних величин использовали метод углового преобразования Фишера (j-преобразование) и t-критерий Стьюдента для качественных признаков (21). Нулевую гипотезу отклоняли при уровне значимости p < 0,05.
Результаты. Якутский скот был завезен в Западную Сибирь с целью сохранения генофонда этой породы. Черно-пестрый скот разводится в условиях Сибири длительное время и хорошо приспособлен к местным суровым условиям среды (22). При сравнении этого скота с якутским (23) и якутским интродуцированным мы предполагали выявить возможные маркеры адаптационных процессов в популяциях. Якутский скот сравнивали с белой сибирской (24) и красной степной (25) породами по частотам и соотношениям антигенов для более детального анализа.
У завезенного скота якутской породы были обнаружены существенные изменения фонда эритроцитарных антигенов по сравнению с аборигенным. Частота антигена Е2' у интродуцированного скота увеличилась почти в 7 раз. Значительно повысился этот покзатель для антигенов G2, G3 и Q' (соответственно в 2,7; 3,2 и 3,6 раза). В то же время частота анти-

1. Частота эритроцитарных антигенов у изученных пород крупного рогатого скота, разводимых в Сибири (хозяйства Новосибирской области, 2006-2009 годы)

Антиген

Порода

якутская интро-дуцированная
(n = 48)

якутская
(цит. по 23)

черно-пестрая
(n = 380)

A2

0,667

0,423

0,430

B2

0,417

0,247

0,394

G2

0,750

0,277

0,459

G3

0,750

0,230

0,471

K

0,000

I1

0,000

0,090

0,071

I2

0,000

0,090

0,027

O1

0,250

0,093

O2

0,250

0,583

0,207

P2

0,000

0,126

0,076

Q

0,000

0,040

0,074

T2

0,000

0,030

0,013

Y2

0,833

0,720

0,601

A2

0,083

B'

0,000

0,010

0,030

D'

0,000

0,003

0,245

E1'

0,250

E2'

0,417

0,060

0,493

G'

0,083

0,300

0,241

I'

0,083

0,203

0,161

J2'

0,000

0,297

0,079

O'

0,000

0,030

0,243

P2'

0,250

0,120

Q'

0,500

0,133

0,581

J'

0,000

0,193

0,022

B''

0,000

0,070

0,011

G''

0,417

0,187

0,212

C1

0,750

0,553

0,565

C2

0,833

0,890

0,596

E

0,583

0,823

0,480

R1

0,000

0,003

0,080

R2

0,583

0,434

0,303

W

0,583

0,230

0,417

X1

0,000

0,503

0,140

X2

0,833

0,670

0,597

L'

0,000

0,705

0,085

F

1,000

0,884

0,973

V

0,250

0,350

0,205

L

0,333

0,124

0,405

M

0,000

0,220

0,133

S1

0,250

0,093

0,161

H1

0,833

0,893

0,753

U

0,083

0,046

U'

0,250

0,133

0,059

H''

0,083

0,100

0,015

Z

0,500

0,890

0,423

П р и м е ч а н и е. Прочерк означает, что антиген не определялся.

генов J2' и O2 генетической системы B, а также антигенов L' и X1 системы C значительно уменьшилась. В процессе микроэволюции не изменилась частота антигенов T2, B', D', O', C2, R1, F, V, H1 и H''.
При сравнении относительных частот антигенов у скота черно-пестрой и якутской породы вне зависимости от места разведения последнего не выявили значительных различий в отношении антигенов A2, B2, I', C1, F и V. Частоты O2, E2', Q', W и Z были сходны у пород из одной географической зоны, различия наблюдались только при сравнении с аборигенным якутским скотом. Возможно, имен-но эти антигены выступают в роли адаптационных маркеров, частота проявления которых не зависит от изучаемой породы.
Частота антигенов G2, G3, X1, L' и Z различалась у всех исследованных пород. Вероятно, эти антигены могут быть показателями проявления адаптационных про-цессов в популяциях и служить отличительными характеристиками для рассматриваемых пород.
Длительное разведение на юге Западной Сибири привело к значительному изменению структуры эритроцитарного фонда антигенов у якутского скота. Подобное происходит довольно часто и связано с искусственным отбором в популяциях (26, 27). Черно-пестрый скот разводили в аналогичных условиях среды, поэтому между интродуцированной в Западную Сибирь якутской и черно-пестрой породами наблюдалось более высокое генетическое сходство (0,853) по сравнению с интродуцированным и аборигенным якутским скотом (0,748). Кроме того, мы выявили низкие значения генетической дистанции между интродуцированным якутским и белым сибирским скотом (0,181).
По частоте антигенов E2', X1 и L' якутский скот отличался от других пород Сибири (табл. 2). Соотношение частот антигенов E2', Q', X1 и L' у аборигенного якутского скота составляло 1,0:2,2:8,4:11,8, у черно-пестрой, белой сибирской и красной степной пород — соответственно 5,8:6,8:1,7:1,0; 8,3:5,1:2,7:1,0 и 2,6:3,7:1,0:1,6. Вычисление этого показателя для интродуцированного якутского скота не представляется возможным вследствие серьезных различий между частотами указанных антигенов. Вместе с тем интродуцированный скот не отличался от других пород по частоте антигена E2', что может быть следствием проявления адаптационных способностей животных. E2' имеет адаптивное преимущество по сравнению с остальными комплексами антигенов. В то же время антигены, частота которых не изменилась в процессе разведения в условиях Сибири, могут рассматриваться как нейтральные в отношении адаптационных способностей якутского скота.

 

 

 

2. Частота некоторых эритроцитарных антигенов у изученных пород крупного рогатого скота, разводимых в Сибири (собственные результаты, полученные в хозяйствах Новосибирской области в 2006-2009 годах, и данные литературы)

Порода

Антиген (группа крови)

E2' (В)

Q' (В)

X1 (С)

L' (С)

Якутская интродуцированная (n = 48)

0,417

0,000

0,000

0,000

Якутская (цит. по 23)

0,060

0,133

0,503

0,705

Черно-пестрая (n = 380)

0,493

0,581

0,140

0,085

Белая сибирская (цит. по 24)

0,289

0,178

0,096

0,035

Красная степная (цит. по 25)

0,242

0,338

0,092

0,143

Основные типы хромосомных нарушений, выявленные нами у интродуцированного якутского и черно-пестрого скота, — полиплоидия, фрагменты и разрывы хромосом, анеуплоидия, причем последняя встречалась значительно чаще других аномалий (табл. 3).
Степень хромосомной нестабильности у якутского скота в целом превышала этот показатель у черно-пестрого. Так, частота полиплоидии у первого была в 4,1 раза, встречаемость хромосомных аберраций — в 3,0 раза выше, чем у второго. Повышение частоты гипоплоидных клеток у черно-пестрого скота объясняется нерасхождением хромосом в процессе деления, причина которого до сих пор не ясна и обычно связывается с разрушающим действием некоторых органических соединений на нити веретена деления.

3. Частота хромосомных нарушений у изученных групп интродуцированного якутского и черно-пестрого скота, разводимого в Сибири (р±sp, хозяйства Новосибирской области, 2006-2009 годы)

Показатель, %

Порода

a

якутская интродуци-
рованная (n = 48)

черно-пестрая
(n = 380)

Клетки с фрагментами

8,13±0,683

2,45±0,300

< 0,001

Клетки с разрывами

8,75±0,706

2,67±0,313

< 0,001

Клетки с аберрациями

14,94±0,891

4,85±0,417

< 0,001

Фрагменты

10,00±0,750

2,67±0,313

< 0,001

Разрывы

10,19±0,756

2,89±0,325

< 0,001

Аберрации

20,19±1,003

5,56±0,445

< 0,001

Гипоплоидные клетки

4,50±0,530

8,27±0,534

< 0,001

Гиперплоидных клетки

0,56±0,187

1,06±0,198

> 0,05

Анеуплоидные клетки

5,06±0,550

9,33±0,564

< 0,001

Полиплоидные клетки

11,88±0,809

3,85±0,373

< 0,001

Клетки с измененным числом хромосом

16,94±1,003

13,18±0,656

< 0,05

Показатели хромосомной нестабильности могут использоваться для  оценки интерьера животных и степени влияния экологических факторов среды. Высокая частота хромосомной нестабильности у якутского скота, по-видимому, служит приспособительным механизмом, позволяющим сохранить гомеостаз в экстремальных условиях без снижения воспроизводительных и продуктивных качеств. Известен факт повышения степени плоидности у растений, выращиваемых в северных широтах (28). В наших исследованиях наблюдалась аналогичная закономерность.
Таким образом,установлены существенные изменения фонда эритроцитарных антигенов у скота якутской породы из разных экологических зон. У интродуцированного скота якутской породы в результате длительного разведения в иных, чем в Якутии, условиях среды сформировался специфический комплекс ряда антигенов с другим соотношением частот. Необходимо отметить также повышенную частоту различных проявлений хромосомной нестабильности у интродуцированного якутского скота. По всей видимости, эти породные особенности можно рассматривать как выработанные механизмы адаптации к изменяющимся условиям среды. Вследствие интенсификации селекционной работы увеличивается давление на локальные породы, сокращается биоразнообразие. В конечном итоге это может привести к доминированию наиболее распространенных локальных пород и уменьшению внутрипородной изменчивости. Высокопродуктивные породы, как правило, наиболее требовательны к условиям выращивания. В условиях глобального изменения климата и присутствия быстро изменяющихся патогенов подобная тенденция может вызывать негативные последствия. Избежать этого, по нашему мнению, поможет комплекс мероприятий по созданию системы сохранения генофонда редких и исчезающих пород.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. П е т у х о в  В.Л.,  Э р н с т  Л.К.,  Ж ё л т и к о в  А.И. Пат. 2270562, Российская Федерация, МПК А01К 67/02 (2006.01). Способ сохранения редких и исчезающих пород животных. Заявл. 2004113866, бюл. ¹ 6. Новосибирск, 2006.
2. П е т у х о в  В.Л.,  К о р о т к е в и ч  О.С.,  С т а м б е к о в  С.Ж.,  Ж и г а ч ё в  А.И.,  Б а к а й  А.В. Генетика. Новосибирск, 2007.
3. Г л а з к о  Т.Т.,  З у б е ц  М.В.,  К у ш н и р  А.В.,  Т а р а с ю к  С.И.,  Г л а з к о  В.И. Генетическая компонента биоразнообразия крупного рогатого скота. Киев, 2005.
4. Р о м а н о в  П.А. Охрана и использование генофонда якутского скота. Якутск, 1984.
5. О г н е в  Н.И. История распространения туберкулеза и бруцеллеза на территории Якутской АССР. В сб.: Бруцеллез и туберкулез сельскохозяйственных животных. Якутск, 1976: 16-23.
6. К у л у м а е в а  Н.Я.,  Г о н ч а р е н к о  Г.М. Генотипические особенности по группам крови симментальского скота Хакасии. Сиб. вест. с.-х. науки, 2007, 10: 59-64.
7. П р о с к у р и н а  Н.В.,  Т и х о м и р о в а  Т.И.,  Г л а д ы р ь  Е.А.,  Л а р и о н о-
в а  П.В.,  З и н о в ь е в а  Н.А. Сравнительный анализ информативности эритроцитарных антигенов и ДНК-микросателлитов как генетических маркеров в селекционно-племен-ной работе со свиньями канадской селекции. С.-х. биол., 2007, 6: 41-47.
8. П а н о в  Б.Л.,  П е т у х о в  В.Л.,  К о р о т к е в и ч  О.С. Проблемы селекции сельскохозяйственных животных. Новосибирск, 1997. 
9. А л т у х о в  Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М., 1989.
10. П а н о в  Б.Л.,  К у л и к о в а  С.Г.,  С е н ц о в а  А.Л. Цитогенетический статус крупного рогатого скота черно-пестрой породы. В сб.: Проблемы селекции сельскохо-зяйственных животных. Новосибирск, 1997: 116-119.
11. К у л и к о в а  С.Г.,  Э р н с т  Л.К.,  П е т у х о в  В.Л. Соматические хромосомные аберрации у крупного рогатого скота. Докл. РАСХН, 1996, 6: 33-34.
12. P e t u k h o v  V.L.,  K o c h n e v a  M.L.,  K o r o t k e v i c h  O.S. Diploidy frequency of somatic cells from poluted and clear zone. Proc. The 52nd Annual Meeting of the European Association for Animal Production. Budapest, Wageningen-Press, 2001: 30.
13. А к и ф ь е в  А.П.,  Х а н д о г и н а  Е.К.,  М у т о в и н  Г.Р. Хромосомный мутагенез при наследственных болезнях человека с нарушенной репарацией ДНК. Усп. генетики, 1984, 12: 182-219.
14. Д у б и н и н  Н.П. Генная теория злокачественного роста. Усп. совр. биол., 1984, 57(2): 163-178.
15. С к о р о в а  С.В. Влияние иммунологических реакций организма на частоту структурных мутаций хромосом. Автореф. канд. дис. Новосибирск, 1982.
16. H a s s o l d  T.,  H u n t  P. Toerr (meiotically) is human: the genesis of human aneuploidy. Nature Rev. Genetics, 2001, 2(4): 280-291.
17. S e a b r i g h t  M. A rapid banding technique for human chromosome. Lancet, 1972, 11: 971-972.
18. P e r r y  P. Rapid method for Giemsa staining of sister chromatids. Nature, 1974, 256: 156-158.
19. С е р е б р о в с к и й  А.С. Генетический анализ. М., 1970.
20. W e i r  B.S. Genetic data analysis II: Methods for discrete population genetic data. Sunderland, 1996.
21. В а с и л ь е в а  Л.А. Статистические методы в биологии. Новосибирск, 2004.
22. Ж ё л т и к о в  А.И.,  К о р о т к е в и ч  О.С.,  В а с т ь я н о в  В.В.,  К а м а л д и н о в  Е.В. Оценка быков-производителей черно-пестрой породы по качеству спермопродукции. Вестник НГАУ, 2010, 1: 26-29.
23. И в а н о в а  З.И. Генофонд антигенов крови крупного рогатого скота Якутии. Новосибирск, 1997.
24. Д е е в а  В.С.,  С у х о в а  Н.О. Группы крови крупного рогатого скота и их селекционное значение. Новосибирск, 2002.
25. У х а н о в  С.В.,  С т о л п о в с к и й  Ю.А.,  Б а н н и к о в а  Л.В.,  З у б а р е в а  Л.А.,  И в а н о в а  З.И.,  В е р д и е в  З.К. Генетические ресурсы крупного рогатого скота: редкие и исчезающие отечественные породы. М., 1993.
26. Ж ё л т и к о в  А.И.,  П е т у х о в  В.Л. Изменение генетической структуры черно-пестрого скота в процессе голштинизации. Сиб. вест. с.-х. науки, 1996, 3-4: 96-98.
27. Э р н с т  Л.К.,  Ж ё л т и к о в  А.И.,  П е т у х о в  В.Л. Физиологические и иммунологические показатели голштинизированного сибирского типа черно-пестрого скота. Докл. РАСХН, 1999, 6: 35-36.
28. B r o c h m a n n  C.,  B r y s t i n g  A.K.,  A l s o s  I.G.,  B o r g e n  L.,  G r u n d t  H.H.,  S c h e e n  A.C.,  E l v e n  R. Polyploidy in arctic plants. Biological Journal of the Linnean Society, 2004, 82(4): 521-536.

 

POOL OF ERYTHROCYTIC ANTIGENS AND CHROMOSOMAL INSTABILITY IN YAKUT CATTLE

E.V. Kamaldinov, O.S. Korotkevich, V.L. Petukhov

The authors sum the data on the frequency of erythrocytic antigens and chromosomal instability in aboriginal Yakut, the Black-and-White cattle and Yakut cattle introduced to West Siberia. As a result of long keeping in other, than in Yakutia, conditions of environment the introduced cattle have specific complex of antigens with other frequency ratio. In addition, these animals have higher degree of chromosomal instability.

Keywords: Yakut cattle, erythrocyte antigenes, chromosomal instability, genofund.

ФГОУ ВПО Новосибирский государственный
аграрный университет,

630039 г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160,
e-mail: kamevar@gmail.com

Поступила в редакцию
8 апреля 2010 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало