Оценка соматической нестабильности хромосом разных видов животных

Поскольку телки  с набором половых хромосом ХХ/ХУ в 92% случаев становятся стерильными, то выбраковывать их из репродуктивного стада нужно в раннем возрасте. Влияние гоносомного химеризма у бычков на их воспроизводительные качества еще недостаточно изучено. Имеются данные о низкой оплодотворяющей способности у носителей химеризма. Так, по данным А.Ф. Яковлева (1985), невозвращение телок после первого осеменения через 90 дней составило 62% по группе. Отмечена связь оплодотворяющей способности спермы химерных производителей с относительных числом клеток ХХ.

D. Hamori (1983) показал, что бычки из разнополых двоен имеют низкую оплодотворяющую способность или бывают стерильны, нередко отличаются невысокими откормочными качествами.

В ряде зарубежных и отечественных работ на разных породах отдельных видов сельскохозяйственных животных обнаружена связь повышенного  уровня хромосомных нарушений в соматических клетках со снижением, а в ряде случаев с повышением репродуктивных функций и жизнеспособности организма.

Кленовицкий П.М. (1980) провел сравнительное цитогенетическое исследование маток и хряков уржумской  породы с высоким и низким многоплодием и установил статистически достоверную отрицательную связь между уровнем гипоплоидии и многоплодием. Аналогичная корреляция была выявлена Л.И. Ефименко и др. (1989) у хряков-производителей крупной белой породы и ландрас. Животные с частотой анеуплоидных клеток 1,6% достоверно превосходили (p<0,05) по многоплодию животных с частотой 8,65%.

Цитогенетические  исследования черно-пестрого скота  в стадах Московской, Рязанской и  Челябинской областей выявили различия репродуктивных способностей коров в зависимости от уровня их кариотипической изменчивости (Бакай А.В. и др.,  1989).  Среди коров, имеющих низкий уровень хромосомных аберраций в клетках костного мозга (до 0,3%), 50% оплодотворялись после 1-2 осеменения, а среди коров с высоким уровнем аберраций (выше 0,6%) - 40%.  В группе коров с уровнем гиперплоидии до 0,6%  половина животных оплодотворялись после 1-2 осеменений, а с уровнем гиперплоидии выше 1,3% - только четвертая часть.

 В другом  стаде были кариотипированы коровы, не имевшие репродуктивных нарушений и коровы, у которых отмечали аборты, мертворождения, повторные осеменения или удлиненный сервис-период. Эти группы заметно отличались друг от друга по доле клеток с аберрациями (3,4 и 7,2%), полиплоидных (0,4 и 0,8%) и гиперплоидных клеток (14,4 и 17,0%). Сходная закономерность была отмечена в работах Ф. Акуанго (1993)  и  Х.М. Ваккасс (1994).

Перчихин Ю.А. (1989) изучил уровень хромосомных  аберраций у быков, различающихся  между собой по уровню перинатальной  смертности своего потомства: I группа - с низким процентом (до 0,3%),  II - со средним (0,8-1,8%) и III - с высоким. В этих группах связь уровня смертности с долей клеток, несущих хромосомные аберрации, оказалась неодинаковой: коэффициент корреляции в I группе был отрицательным (-0,336), во II группе - близкий к нулю (+0,059) и в III - положительный (+0,460).

В исследованиях  П.М. Кленовицкого (1985)  изучалось  влияние отбора хряков с пониженным уровнем хромосомных нарушений  в клетках костного мозга на плодовитость маток. Оказалось, что плодовитость опытных маток в среднем была на 1,05 поросенка больше, чем контрольных (p<0,05). В сравнении со средним значением по всей обследованной группе у опытных хряков частота гетероплоидных клеток была почти в 1,5 раза ниже.

Результаты  зоотехнической проверки, проведенной в ГПЗ "Мухинский" на 132 полновозрастных свиноматках уржумской породы, показали, что при использовании в случке хряков-производителей, характеризующихся низкой частотой гетероплоидии в костном мозге, плодовитость покрытых ими маток была на 9,1% больше, чем в контроле (Кленовицкий П.М., Завада А.Н., 1985).

Ряд авторов  установили у животных с повышенным уровнем спонтанной изменчивости хромосом в соматических тканях снижение многоплодия  на 0,7-2,2 поросенка (Смирнов О.К. и  др. 1989) а иногда до 3-4 живорожденных поросят (Россоха В.Н. и др.,1989).

Кленовицкий П.М. (1982) установил, что существует достоверная  связь между частотой гетероплоидии  у хряков-производителей и числом живых поросят в помете r=–0,74 (p<0,05).

Выявлена связь  кариотипической изменчивости с хозяйственно полезными признаками у коров черно-пестрой породы (Бакай А.В. и др., 1985). Более стабильным кариотипом обладали животные со средней продуктивностью. Животные с низким и высоким уровнем молочной продуктивности характеризовались повышенной частотой полиплоидии. У коров с нарушениями воспроизводительных функций показатель полиплоидии был в 2 раза выше, чем у животных без нарушений.

Анализ породных различий по уровню соматической полиплоидии  у ремонтных хрячков установил, что животные уржумской породы характеризовались повышенной частотой исследуемого показателя, тогда как среди хрячков пород крупной белой и ландрас установлен низкий процент полиплоидов (0,62% и 0,65% соответственно) (Смирнов О.К. и др., 1989).

На основании результатов изучения энергии роста поросят, различающихся по уровню полиплоидии, А.Н. Завада (1997) предложил использовать этот цитогенетический показатель в качестве критерия, оценивающего интенсивность роста у свиней.

В исследованиях  С.С. Вишневской (1989) отмечено, что семиреченские свиньи белой масти превосходили темно-бурых животных  в 2 раза по уровню хромосомных аберраций, что, по мнению авторов, связано с худшей адаптационной способностью свиней белой масти к условиям среды обитания.

У поросят, родившихся с низкой массой, в сравнении с нормальными обнаружено снижение уровня  полиплоидии в клетках костного мозга (Кленовицкий П.М. и др., 1979). Авторы предположили, что этот процесс может указывать на замедление темпов пролиферативных процессов в организме ослабленных особей или нарушение их гормонального статуса.

В ряде работ  исследователи попытались оценить  животных по комплексу кариотипических  параметров (Перчихин Ю.А., 1986; Семенов  А.С., 1988). В качестве данного показателя они предложили проводить оценку генетического риска (ГР), т.е. оценку подверженности животных воздействию мутагенным факторам. Данные А.С. Семенова (1988) показали, что коровы с высоким уровнем генетического риска характеризуются сниженной воспроизводительной способностью по сравнению с коровами, имеющими низкий уровень генетического риска. У таких животных отмечается удлинение сервис-периода, увеличение числа осеменений, возрастает процент выбраковки.

В литературе имеются  публикации, в которых отмечается, что целый ряд патологических состояний сопровождается значительным увеличением фрагментации хромосом, полиплоидных и анеуплоидных клеток. Одним из первых сообщений о связи врожденного дефекта и высокой частоты хромосомных аберраций в лимфоцитах было описание теленка с врожденным уродством передних конечностей, у которого установили до 25% аномальных клеток, тогда как у его матери и в контроле было 8 и 3% соответственно (Di Berardino D. et al., 1983).

Куликова С.Г. (1990, 1994) провела скрининг популяции  черно-пестрого скота в Западной Сибири и установила, что у телят с врожденными аномалиями уровень хромосомной изменчивости равнялся 12,4%, что почти в 1,5 раза выше, чем в группе здоровых - 8,32%. Процент полиплоидных клеток у аномальных телят был также в 1,5 раза выше, чем у здоровых. Выявлены достоверные различия между аномальными и здоровыми животными по частоте разрывов хромосом (6,32%  и 4,93% соответственно) (Kulikova S.G.,  et al., 1993).

В результате цитогенетического  исследования костного мозга гермафродита было обнаружено 10,8% анеуплоидных клеток, что в 1,5 раза больше, чем у нормальных животных того же возраста (Красавцев Ю.Ф., 1980).

Имеются данные об ассоциации соматических структурных  перестроек в Х-хромосоме у крупного рогатого скота с низкой оплодотворяемостью (Hanada H., Muramatsu S., 1980), с недоразвитием волосяного покрова (Ansari H.A. et al., 1987), с синдромом облысения (Bonvet A., Basrur P.K., 1991), с врожденными аномалиями мочеполовой системы (Киселева Т.Ю. и др., 1992).

В ряде случаев  цитогенетические исследования животных с разнообразными врожденными аномалиями (дефектами центральной нервной системы, односторонней щелью губы,  атрезией ануса) не выявили каких-либо отклонений от нормы (Vogt D.W., 1967; Herzog A., Hohn H., 1971; Жигачев А.И., Гольдман И.Л., 1975; Swartz H.A. et al., 1985; Switonski M., 1991).

Нарушения воспроизводительной  функции и другие аномалии, возникшие  вследствие аберраций хромосом, невозможно устранить обычными ветеринарными  методами. Профилактика таких нарушений  возможна только путем селекции, в основе которой лежит цитогенетический анализ (Жигачев А.И., 1984) . Как считает А.С. Семенов (1988) одним из путей качественного улучшения стад являются цитогенетические исследования сельскохозяйственных животных, направленные на выявление в популяциях, как носителей явного генетического брака,  так и животных, обладающих стабильным кариотипом.

На основании  выше изложенного, можно отметить, что  отдельные  цитогенетические параметры  выступают в качестве маркеров хозяйственно полезных признаков, что дает возможность эффективного их применения. 

2. Материал  и методы исследований

Исследования  проведены на кафедре ветеринарной генетики биотехнологии. Для анализа  были использованы базы данных цитогенетического  исследования проведённого за период с 1990 по 2011 годы. Изучены цитогенетические параметры у крупного рогатого скота и свиней. Данные были получены от животных следующих пород:

Крупный рогатый  скот

- черно-пёстрая  порода (n=109)

- симментальская  порода (n=22)

- красная степная  порода (n=24)

Свиньи

- дюрок (n=9)

- крупная белая  (n=41)

- скороспелая  мясная (n=112)

Изученные животные разводились в племенных предприятиях и хозяйствах Западной Сибири. В  целом были изучены следующие  цитогенетические показатели: частота  диплоидных, анеуплоидных, полиплоидных клеток, а так же фрагменты хромосом и разрывы в области центромеры хромосом.

Полученные  данные были статистически обработаны по алгоритму обработки качественных признаков. Достоверность разности между породами по уровню хромосомной  нестабильности определяли с помощью  -преобразования Фишера. Достоверными различия считали при P<0,05. 

3. Результаты  исследования и их обсуждение

На основании  данных лаборатории цитогенетики, полученных в результате проведения цитогенетических исследований животных, нами осуществлён сравнительный анализ уровня хромосомной нестабильности у крупного рогатого скота и свиней с целью установления межвидовых различий. Первым этапом исследования являлась оценка частоты соматических мутаций у животных чёрно-пёстрой, симментальской и красной степной пород (табл.1).

 

       Таблица 1. Уровень хромосомной  нестабильности у крупного рогатого  скота разных пород, %

Показатель	Порода
	черно-пестрая (n=109)	симментальская (n=22)	красная степная (n=24)
Диплоидия	82,88 ± 0,36	85,11 ± 0,76	71,96 ±0,94
Анеуплоидия	6,18 ± 0,23	6,08 ± 0,51	6,87 ± 0,53
Гиперплоидия	0,27 ± 0,05	0,18 ± 0,09	0,48 ± 0,14
Гипоплоидия	5,92 ± 0,23	5,90 ± 0,50	6,39 ± 0,51
Полиплоидия	10,94 ± 0,30	8,81 ± 0,60	21,17 ± 0,85
Числовые мутации	17,12 ± 0, 36	14,89 ± 0,76	27,67 ± 0,91
Фрагменты, в т.ч. одиночные парные	2,72 ± 0,16 1,61 ± 0,12 1,13 ± 0,10	3,04 ± 0,37 1,82 ± 0,28 1,23 ± 0,23	2,13 ± 0,30 1,26 ± 0,23 0,87 ± 0,19
Разрывы в области  центромеры	0,30 ± 0,05	0,00±0,00	0,30 ± 0,11
Структурные мутации	3,03 ± 0,16	3,04 ± 0,37	2,43 ± 0,32

   

  Анализ показал, что спектр числовых мутаций в этих породах был одинаков, тогда как по структурным мутациям у животных симментальской породы не были выявлены разрывы в центромерной области хромосом. Наибольшая частота числовых мутаций была у животных красной степной породы, а наименьшая – у симментальской (P<0,001).  При этом частота анеуплоидных клеток в этих породах была примерно одинаковой (6,08 – 6,87%).

  Следовательно,  у животных красной степной  породы повышенная частота числовых мутаций обусловлена повышенным уровнем полиплоидии, которая в 2,4 раза выше, чем у симментальской породы.

 Что касается  частоты структурных мутаций,  то достоверных различий между  породами не выявлено. Во всех  породах чаще наблюдались одиночные  фрагменты, чем парные, что соответствует данным литературы других исследователей.

  Следующей  задачей нашей работы было  определение межпородных различий  по уровню соматической хромосомной  нестабильности у свиней         (таб.2).

 

Таблица 2. Уровень  хромосомной нестабильности у свиней разных пород, %

Показатель	Порода
	дюрок (n=9)	крупная белая (n=41)	скороспелая мясная (n=112)
Диплоидия	94,78 ± 0,74	92,43 ± 0,41	94,14 ± 0,22
Анеуплоидия	1,89 ± 0,45	4,21 ± 0,31	3,61 ± 0,18
Гиперплоидия	0,00 ± 0,00	0,19 ± 0,07	0,26 ± 0,05
Гипоплоидия	1,89 ± 0,45	4,01 ± 0,31	3,35 ± 0,17
Полиплоидия	3,33 ± 0,60	3,36 ± 0,28	2,25 ± 0,14
Числовые мутации	5,22 ± 0,74	7,57 ± 0,41	5,86 ± 0,22
Фрагменты, в т.ч. одиночные парные	2,89 ± 0,56 1,44 ± 0,40 1,44 ± 0,40	2,60 ± 0,25 1,73 ± 0,20 0,88 ± 0,15	3,17 ± 0,17 1,69 ± 0,12 1,48 ± 0,11
Разрывы в области  центромеры	0,33 ± 0,19	0,27 ± 0,08	0,40 ± 0,06
Структурные мутации	3,22 ± 0,59	2,87 ± 0,26	3,57 ± 0,18