Обзоры, проблемы. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
D-аминокислоты и их оксидаза у сельскохозяйственных животных: роль и практические перспективы
Статья обзорная
В статье систематизированы основные физиолого-биохимические функции D-амино-кислот и их оксидазы, открытых Г. Кребсом в 1935 году (H. Krebs, 1972), в организме высших животных. Обсуждается участие оксидазы D-аминокислот в обмене веществ в норме и при патологии. В настоящее время самое пристальное внимание уделяется сигнальной, коммуникативной и регуляторной роли пероксисом в обмене веществ. Допускается, что они могут осуществлять взаимосвязь между нервной и эндокринной системами и быть причастны к регуляции обмена веществ в клетке, органе и организме. D-аминокислоты (стереоизомеры L-аминокислот) в значительных количествах обнаружены в пероксисомах в нервной системе (J. Sasabe с соавт., 2014), эндокринных железах (A. D'Aniello с соавт. 2000), печени, почках, молочной железе и других органах и тканях (S.V. Khoronenkova, V.I. Tishkov, 2008). Эти активные молекулы в синапсах нервных окончаний обеспечивают коммуникацию в нейрональной сети (C.W. Morgans с соавт., 2013), участвуют в процессах клеточного старения и апоптоза (А.В. Червяков, 2010), секреции и биосинтеза гормонов, регуляции кровяного давления, в поддержании осмотического давления в клетке (Y. Nishina, 2008), антиканцерогенезе и противовоспалительных реакциях (G.H. Fisher, 1998). Оксидаза D-аминокислот самым разнообразным образом влияет на организм в целом, поскольку одновременно участвует в противоположных мультипараметрических процессах: регуляции содержания D-аминокислот и D-аминов аминокислот в клетке, деятельности центрального и периферического отделов нервной системы, в регуляции биосинтеза и секреции эпифизарного мелатонина (H.K, Park с соавт., 2007), гипоталамических релизинг-факторов, гипофизарных, тиреоидных и стероидных гормонов (A. Santillo с соавт., 2014), в защите от ксенобиотиков, микроорганизмов, вирусов, стрессов, борьбе со злокачественными опухолями (R. Rana с соавт., 2012). Особое внимание мы уделили выяснению роли D-аминокилот и их оксидазы у сельскохозяйственных животных, поскольку в мировой литературе такие работы почти полностью отсутствуют. В последнее время появляются публикации, посвященные углубленному анализу влияния D-аминокислот и оксидазы D-аминокислот на всю иерархическую структуру эндокринной системы - от эпифиза, гипоталамуса и гипофиза до яичников и семенников (S. Yasuaki с соавт., 2012). Большинство выполненных исследований подчинено выяснению закономерностей регуляции воспроизводительной функции у человека и животных. Для биологической животноводческой науки самостоятельный интерес представляет выяснение роли D-аминокислот и метаболизирующего их фермента в связи с процессами возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Когнитивная функция у сельскохозяйственных животных заслуживает отдельного рассмотрения, поскольку, по нашему мнению, она тесно связана с адаптацией животных к условиям промышленного содержания, формированием типа нервной системы, снижением агрессивности и, в конечном итоге, с познанием и управлением поведенческими реакциями и продуктивностью.
Бесплатно
Статья обзорная
Натуральный каучук (НК) - стратегически важное сырье, используемое для производства более 50 000 различных продуктов из резины и латекса. Во многих случаях, например в авиа- и автомобилестроении, он не может быть заменен синтетическими аналогами. Несколько важных факторов делают актуальным поиск альтернативных источников НК. Среди них сильная аллергическая реакция на изделия, изготовленные из латекса гевеи и опасность распространения южноамериканского фитофтороза (South American Leaf Blight, SALB) в Юго-Восточной Азии. Последнее нанесло бы невосполнимый урон производству природного полимера. В настоящее время единственным коммерчески значимым источником НК служит гевея Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg. - вечнозеленое дерево, растущее в тропических регионах. Неудивительно, что исследования по поиску и созданию альтернативных источников НК методом генетической инженерии интенсивно развиваются в Европе и Северной Америке. Среди публикаций ведущих исследовательских групп по тематике НК следует выделить работы лаборатории под руководством K. Cornish. Так, в 2000 году был опубликован один из первых детальных обзоров, посвященных альтернативным источникам НК (H. Mooibroek, K. Corhish, 2000). Годом позже был подробно описан биосинтез НК в эволюционно далеких каучуконосах (K. Cornish, 2001). Эти исследования получили развитие в последующих работах (К. Cornish, 2017). Детальные обзоры альтернативных каучуконосов представлены другими лидирующими группами (J. van Beilen с соавт., 2007; S.C. Gronover с соавт., 2011; D.T. Ray с соавт., 2005). Недавно мы опубликовали обзорные статьи, подробно описывающие биохимические и молекулярно-генетические аспекты биосинтеза НК (A.Y. Amerik с соавт., 2018; A.Y. Amerik с соавт., 2021). В представляемом обзоре мы уделяем особое внимание историческим аспектам проблемы, которым, по нашему мнению, не было уделено должного внимания в литературе, и сравниваем потенциальные альтернативные продуценты натурального каучука, способные заменить единственный на сегодняшний день коммерчески значимый источник полимера - H. brasiliensis. В качестве альтернативных каучуконосов рассматриваются два вида - мексиканский кустарник гваюла ( Pаrthenium argentatum A. Gray) и кок-сагыз, или русский одуванчик ( Ta-raxacum kok-saghyz L.E. Rodin). Безусловно, следует также упомянуть незаслуженно забытый, но очень перспективный альтернативный производитель НК - тау-сагыз ( Scorzonera tau-saghyz Lipsch. et Bosse). Наиболее изученный альтернативный каучуконос - T. kok-saghyz . Для биохимических и молекулярно-генетических исследований этого растения применялись современные молекулярно-биологические подходы - улучшенные протоколы трансформации, использование РНК-интерференции (сайленсинг) и EST (Expressed Sequence Tag) библиотек для идентификации новых генов. В результате были идентифицированы ключевые белки, ответственные за биосинтез НК, - цис-пренилтрансферазы 1-3 (СРТ1-3) (T. Schmidt c соавт., 2010) и активатор СРТ (RTA) (J. Epping с соавт., 2015). Необходимо отметить, что внутриклеточная концентрация СРТ регулирует биосинтез НК в клетках T. brevicorniculatum - ближайшего родственника T. kok-saghyz . Трансгенные линии, в которых экспрессия всех трех генов СРТ подавлялась методом РНК-интерференции (RNAi), демонстрировали практически полную супрессию биосинтеза НК (J. Post с соавт., 2012). Тем не менее необходимы дополнительные исследования, прежде чем каучук из T. kok-saghyz станет жизнеспособной альтернативой каучуку из H. brasiliensis. Исследования P. argentatum также интенсивно развиваются. В частности, следует отметить работы, которые проводятся в лаборатории D.K. Ro. Исследователи идентифицировали и охарактеризовали белковый комплекс, включающий СРТ и играющий ключевую роль в биосинтезе НК (А.М. Lakusta с соавт., 2019). К сожалению, исследования тау-сагыза ( S. tau-saghyz ) развиваются не столь успешно. Численность тау-сагыза критически снизилась в течение интенсивной заготовки в 1940-х годах. Работы по восстановлению этого уникального вида, у которого в корнях растений накопление НК в благоприятных условиях достигает 40 % сухой массы, ведутся в настоящее время в Казхахстанском национальном университете (С.К. Турашева с соавт., 2016). Таким образом, постоянно растущий спрос на НК в будущем не может быть удовлетворен за счет одного только каучукового дерева. Необходимы альтернативные культуры, которые можно выращивать на больших площадях в промышленных объемах, и соответствующие технологии переработки и получения конечных продуктов. В долгосрочной перспективе каучук из альтернативных культур, особенно его термостабильные производные, такие как эпоксидированный каучук, могут занять место на рынке, где в настоящее время представлены различные синтетические каучуки, при значительном сокращении углеродного следа.
Бесплатно
Статья обзорная
В современном мире высококачественные продукты питания играют важную роль в здоровом образе жизни человека. Коровье молоко и производимые из него продукты содержат все необходимые питательные вещества. Основные компоненты молока - это вода, жир, белок, лактоза, минеральные вещества, витамины (P.C. Wynn с соавт., 2013). С появлением на рынке молока А2, которое обеспечивает снижение симптомов непереносимости лактозы и обладает хорошей усвояемостью, спрос населения на этот продукт начал расти. Молоко А2 получают от коров - носителей генотипа А2 по β-казеину. В коровьем молоке в среднем содержится 3,5 % белка (P. Feng с соавт., 2020). Казеин - наиболее важный белковый компонент молока, который составляет в нем около 80 % от общего количества белка. Существует четыре основных казеиновых фракции - as1, as2, β и κ. Большую часть (35 %) от всего казеина составляет β-казеин. β-Казеин представляет собой цепочку из 209 аминокислотных остатков, из которых 16,7 % приходится на пролин, равномерно распределенный по полипептиду, что ограничивает образование a-спирали (S. Pattanayak, 2013). Более 95 % казеина в молоке находится в мицеллярной форме. Ген β-казеина имеет 13 аллельных вариантов, среди которых наиболее изучены типы А1 и А2, различающиеся последовательностью аминокислот в первичной структуре β-казеина. При употреблении в пищу коровьего молока А1 и А2 β-казеины расщепляются в желудочно-кишечном тракте человека с образованием разных биоактивных пептидов. В случае аллеля А1 образуется пептид, состоящий из семи аминокислотных остатков - β-казоморфин-7. Содержание этого пептида в 4 раза выше в молоке А1, чем в молоке А2. При употреблении молока, содержащего β-казеин типа А1, через 12 ч может наблюдаться вздутие живота, боли, метеоризм, тяжесть в желудке, изменение частоты и консистенции стула, в некоторых случаях - симптомы целиакии. Потребление молока, содержащего А1 тип β-казеина, ассоциируется со значительно более длительным временем транзита через желудочно-кишечный тракт (на 6,3 ч дольше), воспалением тонкой кишки и слизистой оболочки желудка по сравнению с потреблением молока, содержащего А1 тип β-казеина. У людей с непереносимостью лактозы наблюдаются неблагоприятные желудочно-кишечные симптомы после употребления молока, которые могут быть связаны с присутствием именно β-казеина A1, а не с самой лактозой (H. Brüssow, 2013; D. Hu с соавт., 2014). В отличие от варианта А1, бета-казеин А2 в 2 раза увеличивает естественную выработку одного из самых важных антиоксидантов организма человека - глутатиона.
Бесплатно
Статья научная
Климатические изменения и аномальные природные явления резко обостряют ситуацию с продовольствием в современном мире. Проблема обеспечения расширенного производства в молочном животноводстве актуальна для многих стран с развитым сельским хозяйством. Увеличение количества белков и углеводов в рационах коровы нарушает кислотно-щелочной баланс и становится причиной болезней обмена веществ, среди которых наихудшие последствия вызывает лактатный ацидоз, обусловливающий потерю репродуктивной функции и преждевременную выбраковку поголовья. Нами предлагается решение этой проблемы на стыке биологических наук и современной кибернетики. Процессы кормления и ухода рассматриваются как факторы управления состоянием здоровья животных. Такое управление обеспечивает существенное увеличение периода хозяйственного использования лактирующих коров. Для реализации концепции предлагается теория управления, основой которой служат новые математические модели динамики и диагностики состояния здоровья животного. Они позволяют прогнозировать ранние стадии заболеваний и патологий, ведущих к последующей отбраковке. На базе этих моделей разработаны алгоритмы оптимального управления состоянием здоровья и продукционным процессом, где критерием оптимальности служит прибыль. Учитываются суточные, сезонные и возрастные изменения лактационных характеристик, физиологический статус (нормальная лактация, стельность, сухостойность), генетический потенциал продуктивности особи как базового объекта модели с целью локальной коррекции стратегии управления «в среднем по группе». Также во внимание принимаются факторы, влияющие на ущербы и убытки, связанные с возникновением всех отбраковочных потоков. Общий интервал планирования и управления соответствует длительности генетической программы для породы. Разработанная концепция и теория управления состоянием здоровья животных не имеет мировых аналогов.
Бесплатно
Статья обзорная
Абиотические факторы среды, приводящие к дефициту влаги, значительно ограничивают производство основных сельскохозяйственных культур во всем мире (Z. Ahmad с соавт., 2018). В условиях быстрого роста численности населения и изменения климата важно обеспечить продовольственную безопасность, которая в основном возможна за счет повышения продуктивности стратегически важных зерновых культур, включая пшеницу, которая используется человеком во многих регионах мира и обеспечивает более 50 % потребности в пищевой энергии (S. Asseng с соавт., 2019). Использование полезных стимулирующих рост бактерий Bacillus spp. рассматривается как эффективная, экологичная и безопасная природная стратегия защиты растений от стрессов, приводящих к дефициту влаги (M. Kaushal с соавт., 2019; A. Hussain с соавт., 2020; M. Camaille с соавт., 2021). К настоящему времени ростостимулирующий и защитный эффект Bacillus spp. в условиях различных абиотических стрессов показан для многих видов растений (S. Moon с соавт., 2017; H.G. Gowtham с соавт., 2020; N. Shobana с соавт., 2020), включая пшеницу (G. Sood с соавт., 2020; U. Rashid с соавт., 2021). Хотя механизмы такого физиологического действия Bacillus spp. на растения-хозяева в большей степени остаются неизвестными, предполагается, что они включают i) конкуренцию за пространство и питательные вещества с фитопатогенами и повышение доступности макро- и микроэлементов (S. Danish с соавт., 2019; D. Miljakovic с соавт., 2020; А. Kumar с соавт., 2021); ii) продукцию широкого спектра биологически активных компонентов и защитных соединений (M. Saha с соавт., 2016; R. Çakmakçı с соавт., 2017; N. Ilyas с соавт., 2020) и iii) индукцию у растений реакций системной устойчивости к стрессам (I.A. Abd El-Daim с соавт., 2019; C. Blake с соавт., 2021; U. Rashid с соавт., 2021). Вместе с тем эффективность применения одного и того же штамма Bacillus spp. может варьироваться в зависимости от многих факторов, включая спектр синтезируемых штаммами соединений, вид растений, их эколого-географическое происхождение, сортовые особенности, виды стрессов, которым подвергаются растения в период вегетации, и многое другое (A. Khalid с соавт., 2004; G. Salem с соавт., 2018; O. Lastochkina с соавт., 2020b). В настоящем обзоре обобщена информация, касающаяся современного состояния исследований и представлений о растительно-микробных взаимодействиях с точки зрения защиты пшеницы от засухи. В частности, рассмотрены механизмы, лежащие в основе Bacillus -опосредованной адаптации и устойчивости растений пшеницы к дефициту влаги, включающие синтез осмопротекторных и снижающих окислительный стресс соединений (R. Çakmakçı с соавт., 2017), внутриклеточную передачу и усиление защитных сигналов каскадом посредников, а также регуляцию экспрессии генов защитных белков и межорганную трансдукцию при участии основных фитогормонов и их биосинтеза в целом растении (U. Rashid с соавт., 2021), многочисленных соединений, вовлеченных в процессы повышения биодоступности макро- и микроэлементов и продуктивности (А. Hussain с соавт., 2020; А. Kumar с соавт., 2021). Обсуждается влияние Bacillus spp. на параметры фотосинтеза и водного обмена растений (I.A. Abd El-Daim с соавт., 2019), а также их эффективность в засухоустойчивости пшениц разных агроэкологических групп (Л.И. Пусенкова с соавт., 2020). Затронут вопрос совместного применения бактерий Bacillus spp. с другими природными регуляторами роста с целью повышения их эффективности и сохранения стабильности действия (M. Zafar-ul-Hye с соавт., 2019), а также приведены примеры коммерциализации бациллярных препаратов и их эффективности на пшенице. Представленные в обзоре сведения вносят вклад в понимание фундаментальных механизмов взаимодействия Bacillus spp. с растениями пшеницы в условиях дефицита влаги и могут быть использованы для разработки бациллярных биопрепаратов и их внедрения в экологически ориентированные технологии выращивания пшеницы в условиях меняющегося климата.
Бесплатно
Статья обзорная
Азиатский нозематоз - паразитарное заболевание медоносных пчел, вызываемое облигатным внутриклеточным паразитом микроспоридией Nosema ceranae . Эта инфекция распространена по всему миру и может приводить к снижению производства меда, резкому сокращению популяции взрослых особей в пчелиных семьях и их окончательной гибели (M. Higes с соавт., 2007; P.J. Marín-García с соавт., 2022). Цель настоящего обзора - представление актуальных данных об азиатском нозематозе и его возбудителе, а также о современных методах диагностики, лечения и профилактики в пчеловодстве . Паразит преимущественно передается между пчелами фекально-оральным путем и заражает клетки среднего отдела кишечника насекомых (R. Galajda с соавт., 2021). Вертикальная трансмиссия паразита также возможна, поскольку споры N. ceranae обнаруживались в клетках яичников зараженных маток (C. Alaux с соавт., 2011). Патогенез N. ceranae связан с разрушением зараженных клеток; перестройкой обменных процессов хозяина для обеспечения нужд паразита; дефицитом у больных пчел запасных ресурсов и жизненно важных метаболитов; гормональным дисбалансом; негативными последствиями части иммунных реакций на развитие патогена, такими как окислительный стресс (L. Paris с соавт., 2017). Способность N. ceranae специфично блокировать защитные реакции пчел, в частности апоптоз зараженных клеток и продукцию антимикробных пептидов, может усиливать патогенный характер азиатского нозематоза (K. Antúnez с соавт., 2009; C. Kurze с соавт., 2015). Методика диагностики инфекции включает в себя первичную детекцию паразита с помощью световой микроскопии, в том числе с применением различных красителей (N.J. Ryan с соавт., 1993), и дальнейшее установление видовой принадлежности микроспоридии с помощью молекулярных методов, таких как стандартная полимеразная цепная реакция (ПЦР) или петлевая изотермическая амплификация. Наиболее эффективным препаратом для лечения нозематозов пчел длительное время оставался антибиотик фумагиллин, несмотря на то, что у N. ceranae описаны случаи формирования устойчивости к этому препарату (W.-F. Huang, с соавт., 2013; I. Tlak Gajger с соавт., 2018). Однако обнаружение остатков фумагиллина в меде пчел после обработки и его токсичность для человека привели к запрету этого препарата в ряде стран и прекращению его производства в 2018 году (I. Tlak Gajger с соавт., 2018). В связи с этим в последние годы проведено множество исследований, направленных на поиск новых способов терапии нозематозов. Например, для лечения этого заболевания использовали экстракты из различных грибов и растений; пробиотики, такие как эвгенол, хитозан, нарингенин, протексин; ингибиторы функционирования протеасом иксазомиб и цитрат иксазомиба (V. Chaimanee с соавт., 2021; S.S. Klassen с соавт., 2021; E.M. Huntsman с соавт., 2021). Несмотря на то, что многие из опробованных методик показали обнадеживающие результаты, безопасного аналога фумагиллина, схожего с ним по эффективности борьбы с нозематозом, пока не найдено. В статье также приводятся рекомендации по уходу за ульями для профилактики азиатского нозематоза в пчеловодстве.
Бесплатно
Статья обзорная
Животные и птица современных генотипов имеют высокий генетический потенциал продуктивности, но зачастую он не может быть реализован в полной мере из-за воздействия на организм стрессов различной природы (В.И. Фисинин с соавт., 2015). Здоровье животных - неотъемлемая часть их благополучия, оно служит предпосылкой как высокой продуктивности, так и безопасности получаемой продукции для человека (K. Proudfoot с соавт., 2015). Окислительный стресс, возникающий как результат дисбаланса образования и детоксикации свободных радикалов в организме птицы и моногастричных животных вследствие кормовых, климатических, технологических и биологических стрессов, негативно отражается на состоянии здоровья, показателях роста и качестве продукции. При этом куриное мясо наиболее подвержено процессам перекисного окисления липидов по сравнению с говядиной и свининой вследствие высокого содержания в нем полиненасыщенных жирных кислот и негемового железа (Fe3+ и Fe2+) (И.Ф. Горлов с соавт., 2016). В представленном обзоре обобщена информация о влиянии факторов стресса, включая связанные с содержанием (климатический, плотность посадки), транспортировкой, кормлением, ветеринарными мероприятиями, на общий антиоксидантный статус организма, окислительные свойства мяса и его качество на примере кур и бройлеров. Климатические и другие условия содержания определяют поведенческие, физиологические и иммунные реакции в организме птицы, влияют на антиоксидантный и биохимический статус, продуктивность. При этом ухудшается качество мяса, что проявляется в изменении рН и структуры мышечных волокон, повышении степени окисления липидов в тканях, появлении дефектов мяса (K. Rosenvold с соавт., 2003; M. Petracci с соавт., 2015; P.F. Surai с соавт., 2019). Эффект стрессов содержания зависит от характера воздействия, генотипа животных, типа мышечных волокон (N.A. Mir с соавт., 2017; P.A. Gonzalez-Rivas с соавт., 2020; M. Zhang с соавт., 2020). Транспортный стресс - результат одновременного действия нескольких факторов (L. Zhang с соавт., 2014). Влияние этого стресса и изменение его биохимических маркеров зависят от условий транспортировки, кормления и содержания, индивидуальных особенностей и состояния здоровья птицы. Данные о воздействии стрессов на обмен веществ у животных и птицы достаточно противоречивы. В последнее время во всех отраслях животноводства обсуждается применение синтетических или природных антиоксидантов в связи с их способностью влиять на окислительный стресс и качество мяса (A. Gouda с соавт., 2020). В обзоре приводится анализ способов улучшения антиоксидантной защиты и качества мяса посредством воздействия кормовых факторов, природных адаптогенов (витаминов Е и С, таксифолина и кверцетина) (M. Mazur-Kuśnirek с соавт., 2019; V.R. Pirgozliev с соавт., 2020). Чтобы получить мясо высокого качества, необходимо изучение биомаркеров антиоксидантной защиты. Использование антиоксидантов усиливает ее, повышает резистентность, улучшает качества продукции. Такой способ профилактики отрицательных последствий стрессов в животноводстве и птицеводстве обсуждается как наиболее приемлемый и дешевый, в особенности при комбинации природных адаптогенов, сочетание которых в рационе может оказаться эффективнее, чем действие каждого по отдельности.
Бесплатно
Антиоксиданты растительного происхождения и их нетрадиционные источники (обзор)
Статья обзорная
Жизнеспособность эукариот во многом зависит от функционального состояния системы биохимической защиты, которая предохраняет организм от повреждений. В состав биохимической системы защиты от свободных радикалов входят вещества, нейтрализующие их воздействие, - антиоксиданты (М.Г. Узбеков, 2014). Окислительный стресс лежит в основе множества болезней (онкологических, ревматоидных, бронхолегочных, сердечно-сосудистых) и преждевременного старения (S. Miwa с соавт., 2016; J.G. Geisler, 2019). Известно более 5000 антиоксидантов, которые различаются по химическому составу, антирадикальной и антипролиферативной активности. Во многих работах показан синергизм или аддитивный эффект действия антиоксидантов (В. Полонский c соавт., 2018). То есть для эффективной защиты организма состав употребляемых антиоксидантов должен быть достаточно широким. В связи с этим актуальным становится поиск новых источников биологически активных веществ и повышение их содержания в уже культивируемых видах. В настоящей работе приведена классификация антиоксидантов. Среди экзогенных более подробно рассмотрены каротиноиды, полифенолы (флавоноиды), микроэлементы. Обсуждаются особенности проявления антиокислительнаой активности этих веществ. Флавоноиды считаются одними из наиболее значимых антиоксидантов. Антирадикальная активность флавоноидов может в 50 раз превышать таковую у многих веществ растительного происхождения (в значительной мере уступают им витамин E и витамин С) (Y. Yao с соавт., 2010). Чернозерные сорта риса служат богатыми источниками флавоноидов (U.K.S. Kushwaha, 2016). Эффективными антиоксидантами также считаются каротиноиды, отличительная особенность которых - взаимодействие с другими веществами этой природы, что повышает биологическую активность соединений (W. Stahl с соавт., 2004; C. Hu с соавт., 2020). Источниками с высоким антиоксидантным потенциалом и значительным накоплением каротиноидов могут служить краснозерные сорта риса, момордика, амарант (Ю. Фотев с соавт., 2018; Д. Шафигуллин c соавт., 2018). Наблюдаемое на фенотипическом уровне внутривидовое разнообразие по признакам окраски связано как с регуляторными, так и со структурными генами (Е.К. Хлесткина с соавт., 2014). Повышенное содержание проантоцианидинов в семенной оболочке определяет устойчивость к прорастанию на корню, а наличие антоцианов способствует лучшей сохранности семян после длительного хранения и повышенной устойчивости растений к стрессам (Т.Л. Коротенко, 2018). Антиоксиданты повышают устойчивость растений к биотическим и абиотическим стрессам, однако у сортов риса с окрашенным перикарпом этот аспект исследован недостаточно. Изучение генетических механизмов, контролирующих признаки окраски растения, актуально в связи с антиоксидантными и антимикробными свойствами пигментов и их бесцветных предшественников (Y. Qin с соавт., 2018). Эти соединения обеспечивают профилактику онкологических заболеваний, снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний, атеросклероза, диабета второго типа, повышают иммунитет, улучшают синтез зрительных пигментов, активируют процессы метаболизма, замедляют старение (C. Xu c соавт, 2020). Вариации цвета и признаки качества зерна у образцов риса контролирует 41 локус. Гены Ra ( Prp-b для сортов с фиолетовым перикарпом) и Rc (коричневый перикарп и алейроновый слой) вносят основной вклад в фенотипический эффект по окраске рисового зерна и питательным качествам (Y. Shao с соавт., 2011). Эти гены локализованы на 9-й, 10-й и 8-й хромосомах в районах расположения маркеров RM228 (размер продукта амплификации 90-154 п.н.), RM339 (166-148 п.н.), RM316 (160-210 п.н.) (T. Furukawa с соавт., 2007). Характеристика на молекулярном уровне ключевых генов, участвующих в биосинтезе вышеперечисленных соединений, позволит контролировать и ускорять процесс отбора по признакам окраски, важным для повышения питательной ценности продуктов, производимых из сортов функционального назначения.
Бесплатно
Статья обзорная
Хозяйственно полезные признаки кур, связанные с продуктивностью, относятся к полигенно наследуемым. С обнаружением многочисленных участков ДНК, характеризующихся однонуклеотидным полиморфизмом (SNP, single nucleotide polymorphism), и появлением современных геномных технологий стало возможным более детально оценивать результаты селекции в птицеводстве с целью последующего успешного прогнозирования селекционного эффекта (L. Wang с соавт., 2011; C.M. Seabury с соавт., 2017). В представленном обзоре обобщена информация о генах и SNP маркерах, используемых в отечественной селекции кур, описаны новые полиморфные аллельные варианты в генах, которые связаны с интегральными показателями продуктивности у кур из мирового генофонда. В настоящее время в России активно осуществляется генотипирование отечественных пород кур мясного, яичного и комбинированного направлений продуктивности. Проведен поиск полиморфных вариантов ключевых генов LCORL ( ligand dependent nuclear receptor corepressor-like ) и NCAPG ( non-SMC condensin I complex, subunit G ), которые влияют на показатели яйценоскости. Выявлены различия по SNPs среди кур разных направлений продуктивности (яичные-мясные и яичные-декоративные) (Т.А. Ларкина с соавт., 2021). Для гена NCAPG установлена достоверная связь аллелей rs14991030 с массой скорлупы, процентным соотношением массы яйца и скорлупы, с толщиной скорлупы (О.Ю. Баркова, М.Г. Смарагдов, 2016). У породы кур русская белая выявлены однонуклеотидные полиморфизмы гена дисферлина ( DYSF ), изучена их ассоциативная связь с хозяйственно ценными характеристиками (О.Ю. Баркова с соавт., 2021). Для безопасного разведения и селекции российских популяций и пород кур важно предотвратить распространение генетических заболеваний и обеспечить поддержание уровня гетерозиготности отечественного генофонда. В линии Б5 кур мясного кросса Смена 8 бройлерного типа при типировании SNP трех генов ( DMA , RACK1 и CD1B ), ответственных за повышенный титр IgY, в локусе Gga_rs15788237 обнаружена фиксация аллеля, определяющего меньший титр IgY, в локусе Gga_rs15788101 - фиксация неблагоприятного аллеля, в локусе Gga_rs16057130 - преобладание благоприятного аллеля. Изменения в локусах Gga_rs16057130 и Gga_rs15788101 у кур линии Б5 мясного кросса селекции СГЦ «Смена» (Московская обл.), скорее всего, связаны с отбором по признакам продуктивности бройлеров (А.М. Бородин с соавт., 2020). Значительная часть исследований геномов птицы посвящена анализу больших массивов данных по нескольким поколениям с целью поиска ассоциаций (GWAS, genome-wide association studies, метод полногеномного ассоциативного анализа) между SNPs и экономически значимыми признаками - скоростью роста, количественными и качественными показателями яйца, мяса и отложения жира (A. Wolc, 2014; S.K. Zhu с соавт., 2014; J.H. Ouyang с соавт., 2008). При полногеномном сканировании с SNP-чипом высокой плотности обнаружены кандидатные гены GRB14 и GALNT1 , однонуклеотидный полиморфизм которых имел статистически значимую связь с яйценоскостью и качественными показателями яйца, включая массу яйца, яичной скорлупы и желтка, толщину и прочность яичной скорлупы, высоту белка и число единиц Хау, определенными в возрасте кур 40 и 60 нед (W. Liu с соавт., 2011). В результате GWAS-анализа были выявлены гены-кандидаты ( ZAR1 , STARD13 , ACER1b , ACSBG2 и DHRS12 ), связанные с массой желтка яйца, фолликулов и яичников кур от начала яйцекладки до 72-недельного возраста. Наследуемость массы желтка, оцененная на основе SNP-анализа, характеризовалась как умеренная (h2 - 0,25-0,38), массы фолликула (h2 = 0,16) и яичника (h2 = 0,20) - как относительно низкая (C. Sun с соавт., 2015). Установлены два важных гена - MSX2 и DRD1 , которые связаны с эмбриональным развитием и развитием яичников и несут значимые SNPs, ассоциированные с качеством яиц (высотой яичного белка и единицей Хау). Три гена ( RHOA , SDF4 и TNFRSF4 ) идентифицированы как гены-кандидаты окраски яичной скорлупы (Z. Liu с соавт., 2018). Сообщалось (S.A. Azmal с соавт, 2019), что у китайской породы кур Jing Hong SNPs в гене RAPGEF6 связаны с интенсивностью яйцекладки на поздней стадии. В ряде исследований подтверждается представление об участии дофамина в регуляции яичной продуктивности у птиц. Показано достоверное влияние четырех SNPs (G+123A, T+198C, G+1065A, C+1107T) в гене рецептора дофамина ( DRD1 ) на возраст снесения первого яйца (он характеризует скорость полового созревания кур), массу первого яйца, выход кондиционных яиц (H. Xu с соавт., 2010). Показана ассоциация полиморфизмов гена VIP (рецептор вазоактивного кишечного пептида-1) с признаками инстинкта насиживания и яйценоскостью кур (M. Zhou с соавт., 2010). В исследовании (X. Li с соавт., 2019) обнаружены пять полиморфизмов промоторной области гена FSHR (ген рецептора фолликулостимулирующего гормона) и определена их связь с яйценоскостью кур за 43 нед жизни и с возрастом снесения первого яйца.
Бесплатно
Атипичные пестивирусы крупного рогатого скота
Статья обзорная
Тревожной особенностью последних десятилетий, характеризовавшихся практически неограниченным расширением международных торговых контактов, стали участившиеся вспышки атипичных вирусных инфекций, обнаружение новых вирусов, измененных изолятов и квазитипов с подтвержденной или потенциальной эмерджетностью. Для индустрии скотоводства они представляют реальную и серьезную угрозу в связи с тенденцией к широкому и быстрому распространению в условиях глобализации и применения унифицированных зоотехнических и ветеринарных протоколов. Семейство Flaviviridae объединяет несколько родов, из которых для сельскохозяйственных животных значение имеет род Pestivirus, включающий четыре вируса: вирусной диареи - болезни слизистых оболочек (ВД-БС) крупного рогатого скота (КРС) 1-го и 2-го типов, чумы свиней и пограничной болезни овец (http://ictvonline.org/virusTaxonomy.asp). В обзоре представлена характеристика новой группы вирусов рода Pestivirus семейства Flaviviridae, выделенных в период с 2000 по 2014 годы от буйволов и крупного рогатого скота, а также из эмбриональной сыворотки, используемой для культивирования культур клеток и производства вакцин, которая была заготовлена в Австралии, Канаде, Мексике, Бразилии и Соединенных Штатах Америки и расфасована в Европе (H. Schirrmeier с соавт., 2004; A. Cortez с соавт., 2006; E. Bianchi с соавт., 2011; B. Rodrigues с соавт., 2011; H. Xia с соавт., 2011; H. Xia с соавт., 2012; S. Peletto с соавт., 2012). Вирус также обнаружен в Таиланде, Бангладеш и Китае (L. Liu с соавт., 2009; L. Mao с соавт., 2012; N. Haider с соавт., 2014). Сообщения о выделении агента в других странах Европы, Северной Америки, России, Индии и Австралии отсутствуют (F.V. Bauermann с соавт., 2013). Широкое использование контаминированных биологических препаратов может приводить к проникновению этих вирусов в различные регионы континента, обусловливая их потенциальную эмерджентность для крупного рогатого скота. Штаммы вирусов, представленные цитопатогенным и нецитопатогенным биотипами, официально не классифицированы и имеют в литературе различные названия: третий тип вируса вирусной диареи - болезни слизистых оболочек крупного рогатого скота (ВД-БС КРС), атипичный пестивирус (HoBi-like), пятый тип рода Pestivirus (N. Decaro с соавт., 2012). На основании филогенетического анализа выделяют две генетических подгруппы: бразильскую и таиландскую, отличающиеся от прототипного члена рода - вируса ВД-БС КРС, но имеющие большое сходство в проявлении клинических признаков, а также в способности инфицировать плод у КРС и буйволов (F.V. Bauermann с соавт., 2013). Спонтанная и экспериментальная инфекция КРС, вызванная HoBi-подобными вирусами, имеет большое сходство с ВД-БС КРС и проявляется в виде диареи, абортов, респираторного синдрома, персистентной инфекции (F.V. Bauermann с соавт., 2013). Подобно возбудителю ВД-БС КРС, эти вирусы способны формировать стационарно неблагополучные очаги (M.N. Weber c соавт., 2014). Открытие указанной группы вирусов требует критической оценки имеющихся диагностических средств и вакцин против ВД-БС КРС. На сегодняшний день тестов для выявления всех пестивирусов жвачных животных или антител к ним не существует. Затруднения их разработки обусловлены высокой вариабельностью вирусов этой группы. При лабораторной диагностике не следует полагаться на использование одного теста. Лучшим диагностическим подходом будет серологическое обследование стада, выявление персистентно инфицированных животных с выделением вируса и последующей молекулярной диагностикой (F.V. Bauermann с соавт., 2013). HoBi-подобные вирусы могут оставаться незамеченными и, как предполагают, компрометировать эффективность программ контроля или эрадикации вирусной диареи, реализующиеся в некоторых странах Европы и США (K. Ståhl с соавт., 2004; J.F. Ridpath, 2010).
Бесплатно
Атипичный пестивирус свиней (Pestivirus K) - новая проблема в промышленном свиноводстве (обзор)
Статья обзорная
Пестивирусы - высоковариабельные РНК-содержащие вирусы рода Pestivirus семейства Flavivirida e. Род Pestivirus включает 11 видов ( Pestivirus A-K ) (Б.Г. Орлянкин с соавт., 2020; D.B. Smith с соавт., 2017; A.M.Q. King с соавт., 2018). В инфекционной патологии свиней пестивирусы играют важную роль, вызывая значительные экономические потери. За последние два десятилетия у домашних и диких свиней обнаружены не описанные ранее пестивирусы. Из-за склонности к быстрому распространению они могут представлять серьезную угрозу для свиноводства. В 2015 году в США методом метагеномного секвенирования в рамках проекта по изучению генетического разнообразия вируса репродуктивно-респираторного синдрома свиней (B.M. Hause с соавт., 2015) в образцах сывороток крови впервые был идентифицирован атипичный пестивирус свиней ( Pestivirus K ). Изначально предполагалось, что у инфицированных атипичным пестивирусом свиней не проявляются клинические признаки болезни. Однако эксперименты по изучению его инфекционных свойств показали, что атипичный пестивирус свиней вызывает конгенитальный (врожденный) тремор (КТ) типа А-II у поросят (B.L. Arruda с соавт., 2016; A. de Groof с соавт., 2016; A. Postel с соавт., 2017). К вирусу также оказались восприимчивы взрослые домашние и дикие свиньи. Атипичный пестивирус свиней передается вертикально и горизонтально и широко распространен во многих странах Европы, Америки и Азии. В России атипичная пестивирусная инфекция у свиней не диагностирована. На основании филогенетического анализа генома всех известных изолятов различают 3 генетические группы (1-3-я) и семь субгенотипов внутри 1-й генетической группы (1.1-1.7) вируса (F. Yuan с соавт., 2021). Первая генетическая группа включает все изоляты, обнаруженные в США, Европе и несколько изолятов из Китая. Вторая и третья генетическая группы представлены только изолятами из Китая. Циркуляция атипичного пестивируса свиней в стадах может осложнить дифференциальную диагностику классической чумы свиней из-за некоторой схожести симптоматики (в частности, проявления конгенитального тремора). Следовательно, знание эпидемиологии атипичного пестивируса свиней в разных географических регионах поможет оптимизировать меры контроля и предотвратить распространение инфекции. В обзоре приведены современные данные об этиологии, распространении, клинических проявлениях, диагностике и профилактике патологии.
Бесплатно
Статья обзорная
Ацилгомосеринлактоны (АГЛ) - класс молекул медиаторов, координирующих активность клеток в популяции грамотрицательных бактерий. АГЛ синхронизируют индивидуальные клеточные геномы, благодаря чему бактериальная популяция функционирует как многоклеточный организм. Они обеспечивают дистанционный сигналинг между бактериями - колонизаторами фитосферы, что позволяет популяции реагировать на внешний сигналинг и устанавливать симбиотические либо антагонистические отношения с растением-хозяином (A.R. Stacy с соавт., 2018; А. Shrestha с соавт., 2020). Ауторецепция количественных параметров бактериальной популяции называется «quorum sensing» (QS) (R.G. Abisado с соавт., 2018). QS-системы образуют сигнальные молекулы аутоиндукторы, легко проникающие из клеток в окружающую среду и обратно в клетку (M.B. Miller с соавт., 2001; B. Bassler, 2002). Системам QS принадлежит ключевая роль в регуляции метаболических и физиологических процессов, происходящих в бактериальной клетке (M. Frederix с соавт., 2011; M. Whiteley с соавт., 2017). Бактериальный сигналинг воспринимается эукариотами, которые образуют симбиоз с микробными сообществами (S.T. Schenk с соавт., 2015; Л.М. Бабенко с соавт., 2016, 2017). Рост и развитие растения, ассимиляция питательных веществ, стрессоустойчивость во многом определяются характером такого взаимодействия (H.P. Bais с соавт., 2006; R. Ortíz-Castro с соавт., 2009; S. Basu с соавт., 2017). Управлять бактериальным сигналингом растению позволяет система «quorum quenching» (QQ) (N. Calatrava-Morales с соавт., 2018), механизм действия которой состоит в подавлении растительными метаболитами синтеза АГЛ, конкуренции с АГЛ за связывание с рецепторными белками, репрессии QS-контролируемых генов (H. Zhu с соавт., 2008; R. Sarkar с соавт., 2015). Однако в настоящее время молекулярные механизмы, с помощью которых растения реагируют на бактериальный сигналинг, до конца не выяснены. Часть метаболитов АГЛ-сигналинга охарактеризованы, однако их роль в химическом взаимодействии партнеров в большинстве случаев требует дальнейшего изучения. Показано, что явление QS и его участники причастны к регуляции взаимодействий между про- и эукариотами, в том числе к формированию биопленок, синтезу фитогормонов, трансферу плазмид, продукции факторов вирулентности, биолюминесценции, споруляции, образованию клубеньков (Л.М. Бабенко с соавт., 2017). Различия в строении молекул обеспечивают распознавание бактериями собственных АГЛ и отделение чужеродных. Перенос АГЛ от бактерии к растению-хозяину осуществляется при помощи мембранных везикул (M. Toyofuku, 2019). В последние годы активно изучаются генетика, геномика, биохимия и сигнальное разнообразие молекул QS. Регулирование функций ризосферы - наиболее динамичного сайта взаимодействия растения и ассоциированной с ним микрофлоры с участием АГЛ приобретает особое значение при разработке новых биотехнологических подходов, направленных на повышение урожайности и стрессоустойчивости аграрных культур. Одна из эффективных технологий повышения устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам - предпосевная обработка (праймирование) семян (А. Shrestha с соавт., 2020). Установлены прямые (направленные на растения) и косвенные (через ризосферную микрофлору) эффекты АГЛ-праймирования (O.V. Moshynets с соавт., 2019). Праймирование АГЛ индуцирует усиление роста растений, повышение содержания фотосинтетических пигментов, вызывает изменения в балансе эндогенных фитогормонов в органах и тканях, влияет на формирование механизмов защиты (A. Schikora с соавт., 2016; А. Shrestha с соавт., 2020). АГЛ, отвечающие требованиям интенсивного органического земледелия, позиционируются как перспективные экологические фитостимуляторы и фитомодуляторы, способные повысить количество и качество сельскохозяйственной продукции.
Бесплатно
Биологические основы силосования и сенажирования трав (обзор)
Статья обзорная
Описаны современные представления о закономерностях течения микробиологических процессов при силосовании и сенажировании в зависимости от вида консервируемых трав и степени их провяливания с обоснованием рациональных способов консервирования растительных кормов. Для обеспечения большей сохранности и повышения качества корма при выборе способа консервирования трав следует учитывать особенности культуры (злаковые или бобовые травы), содержание сахаров (в расчете на сухое вещество) и его изменение при провяливании растений, степень подсушивания при провяливании, величину рН и сахаро-буферное отношение в кормовой массе, численность эпифитной микрофлоры. Кроме того, необходимо строго соблюдать режимы предварительной обработки массы, ее закладки, а также хранения и выемки кормов. К элементам технологии, обеспечивающей подавление деятельности нежелательных микроорганизмов (в частности, маслянокислых бактерий, энтеробактерий и дрожжей, размножение которых вызывает соответственно контаминацию корма масляной кислотой и его аэробную порчу) относится применение препаратов на основе осмотолерантных штаммов молочнокислых бактерий. Подавляющее число сортов многолетних злаковых трав, равно как и их смесей с бобовыми культурами, выращиваемых в России, имеют оптимальное сахаро-буферное отношение (1,3-4,0) для эффективного силосования с указанными препаратами. Проблема силосования некоторых новых сортов многолетних злаковых трав с избыточным содержанием сахара (сахаро-буферное отношение ≥ 4,0) легко решается при их возделывании в смешанных посевах с культурами, не обеспеченными сахарным минимумом.
Бесплатно
Биологические основы силосования люцерны с препаратами молочнокислых бактерий (обзор)
Статья обзорная
В отличие от злаковых трав, в сухом веществе (СВ) люцерны содержится меньше сахара, больше пектинов, меньше целлюлозы и гемицеллюлозы (П. Мак-Дональд и соавт., 1970). Значительное содержание пектинов обеспечивает высокую скорость руминальной ферментации корма (Е.Ф. Эннисон с соавт., 1962). Это приводит к тому, что сухое вещество люцернового силоса потребляется крупным рогатым скотом в большем количестве, чем сухое вещество силоса из злаковых трав (М. Грабов, 2016), вследствие чего увеличивается поступление питательных веществ в организм животных и их продуктивность. В то же время заготовка высококачественного силоса и сенажа из люцерны имеет особенности. Прежде всего, для люцерны не характерно наличие на покровах большого количества бактерий кишечной группы (Р.А. Шурхно и соавт., 2008), которыми обычно изобилуют злаковые травы (Ю.А. Победнов с соавт., 2015). Преимущественным видом порчи люцернового силоса и сенажа становится маслянокислое (гнилостное) брожение. Из этого вытекает основной принцип консервирования люцерны, базирующийся на известном правиле G.W. Wieringa (1963) о том, что по мере увеличения содержания сухого вещества в растениях чувствительность клостридий к активной кислотности (рН) корма возрастает. Это позволяет обеспечить сохранность корма при значительно более высоком значении рН, нежели достигается при силосовании свежескошенных растений (Ф. Вайсбах, 2012). Однако при каждом конкретном содержании сухого вещества корм должен быстро подкислиться до строго определенного значения рН, иначе в нем не устраняется опасность возникновения маслянокислого брожения. Именно это условие труднее всего выполнить при силосовании люцерны. В отличие от злаковых трав и клевера лугового, люцерна даже при 35 % СВ содержит много слабосвязанной воды, что в условиях медленного подкисления вызывает интенсивный протеолиз (X.S. Guo с соавт., 2012), сопровождающийся накоплением большого количества аммиака и повышением буферной емкости корма, которая и без того высока. В результате рН силоса в течение продолжительного периода не снижается до предела, исключающего развитие клостридий, что обусловливает накопление в корме масляной кислоты и продуктов гнилостного распада белка. Снизить интенсивность протеолиза можно либо за счет подкисления корма, что достигается благодаря использованию жидких органических кислот или препаратов молочнокислых бактерий в сочетании с сахаром, либо при внесении препаратов молочнокислых бактерий в люцерну, обезвоженную до _ 40 % СВ. При указанном обезвоживании содержание сахара в сухом веществе люцерны возрастает в 1,6 раза (Ю.А. Победнов с соавт., 2016), что при внесении молочнокислых заквасок увеличивает степень подкисления корма, повышая его стабильность при хранении и выемке из хранилищ (Ф. Вайсбах, 2012). Перспективным способом консервирования люцерны служит и ее силосование в провяленном до _ 40 % СВ виде с внесением ферментов (А.А. Анисимов, 2006) и их композиций с молочнокислыми бактериями (М. Грабов, 2016).
Бесплатно
Биология взаимоотношений грибов рода Fusarium и насекомых (обзор)
Статья обзорная
Представители рода Fusarium характеризуются высокой метаболической активностью и адаптационной пластичностью. Они способны заселять растительные субстраты, принимать активное участие в разложении органических остатков и почвообразовательном процессе, а также поражать насекомых и млекопитающих. Грибы рода Fusarium и насекомые сосуществуют во многих биотопах. Так, K. O’Donnell с соавт. (2012) при молекулярно-генетической идентификации 140 изолятов грибов, выделенных из насекомых, выявили как минимум 23 вида или комплекса видов рода Fusarium. Связь между видовым составом фузариевых грибов и систематическим положением насекомых-хозяев пока не установлена. Коэволюция этих групп организмов привела к возникновению различных форм взаимоотношений между ними. Антагонистическая форма взаимодействия оказывает однонаправленный эффект и может иметь летальные и нелетальные последствия для насекомых. В обоих случаях она реализуется с участием летучих (например, репелленты) и нелетучих (например, микотоксины) вторичных метаболитов грибов. Летучие органические соединения (ЛОС) служат сигнальными молекулами (инфохемики или семиохемики) и проявляют по отношению к насекомым свойства феромонов, алломонов, кайромонов и др. Изучение ЛОС у грибов рода Fusarium было начато в конце 1990-х годов, публикаций по этой теме пока немного. Установлено, что ЛОС Fusarium включают большое число компонентов, относящихся к различным группам соединений. Механизм проникновения энтомопатогенных представителей рода Fusarium в организм хозяина принципиально отличается от такового у других групп грибов и происходит через естественные отверстия (ротовые органы, дыхальца, яйцеклад) или раны, а не через кутикулу насекомого. Симбиотические взаимодействия между видами рода Fusarium и насекомыми характеризуются большим разнообразием и включают как взаимовыгодное сосуществование (мутуализм), так и комменсализм. Известна роль насекомых в распространении спор грибов Fusarium на новые незаселенные субстраты. Показан аттрактивный эффект летучих метаболитов грибов для насекомых. В ряде случаев фузариевые грибы служат источником веществ, жизненно необходимых насекомым для нормального развития. Различные формы взаимоотношений между грибами рода Fusarium и насекомыми обеспечивают сосуществование этих организмов в устойчивых саморегулирующихся экосистемах. Обсуждаются возможные взаимодействия грибов рода Fusarium и вредителей запасов при использовании ими зерновок злаковых в качестве общего пищевого субстрата.
Бесплатно
Биофортификация куриного яйца: витамины и каротиноиды
Статья обзорная
Увеличение содержания витаминов в рационе кур сопровождается постепенным нелинейным возрастанием их количества в яйце. Зависимость между содержанием витаминов в яйце и корме имеет вид кривых насыщения (В.М. Коденцова с соавт., 2005; K. Hebert с соавт., 2005; S. Leeson с соавт., 2004; А.Л. Штеле, 2004; S. Grobas с соавт., 2002). Рассматривается эффективность различных форм витаминов для обогащения корма кур (P. Mattila с соавт., 2004; P.H. Mattila с соавт., 2011), а также использование для этих целей растительных добавок (M. Hammershøj с соавт.; 2010, J.A. Moreno с соавт., 2016). Доведение содержания витаминов и каротиноидов в корме птицы до оптимального сопровождается увеличением количества витаминов и каротиноидов в яйце до максимума, что превращает их в весомый источник витаминов D, Е, группы В и каротиноидов. Одно такое яйцо может обеспечить поступление до 40-50 % от рекомендуемого суточного потребления витаминов D, В12, К, пантотеновой кислоты, 30 % - витамина Е, 20 % - фолата, 10 % - витамина А, 12 % - витамина В2, а также до 30 % от адекватного количества потребления лютеина. Добавления в рацион кур витамина D3 наиболее эффективно для повышения его содержания в желтке (P. Mattila с соавт., 2004). Если корм кур содержит витамин D только в форме 25ОНD3, то в желтке витамин D в форме холекальциферола может полностью отсутствовать (P.H. Mattilaс соавт., 2011). Оригинальный способ повышения количества витамина D в яйце - облучение кур ультрафиолетовым светом или их свободный выгул при естественном солнечном свете (A. Schutkowski с соавт., 2013; J. Kühn с соавт., 2014, 2015), что представляет собой многообещающую альтернативу, одновременно обеспечивая безопасный подход без риска передозировки этого витамина. За счет накопления лютеина в желтке куриного яйца можно существенно повысить биодоступность этого каротиноида по сравнению с растительными источниками (G.J. Handelman с соавт., 1999). Возможность обогащения яиц каротиноидами с использованием растительных источников имеет принципиальное значение при производстве органической продукции. Степень обогащения витаминами яиц в этом случае отвечает критериям для обогащенной витаминами пищевой продукции (В.М. Коденцова с соавт., 2010). Повышение количества всех витаминов (А, Е, группы В) в рационе кур приводило к одновременному увеличению их содержания в яйце (H. Zang с соавт., 2011). Биофортификация имеет несомненные преимущества по сравнению с технологическим обогащением пищевых продуктов, поскольку добавляемые в корм кур синтетические витамины в организме птицы биотрансформируются, превращаясь в натуральные. Биофортификация витаминами куриных яиц - одна из перспективных стратегий, направленных на увеличение потребления витаминов населением (M.S. Calvoa с соавт., 2013).
Бесплатно
Биохимические маркеры в генетических исследованиях культурных растений: применимость и ограничения
Статья обзорная
На основе данных литературы и результатов собственных исследований рассмотрены возможности использования запасных белков семян растений, аллоферментов и изоферментов в качестве биохимических генетических маркеров. Показано, что их применение имеет значительный потенциал, так как позволяет отличать один генотип от другого в сравнительно короткие сроки, к тому же биохимические маркеры, как правило, ткане- и органоспецифичны. Обсуждаются преимущества этого класса генетических маркеров перед обычными морфологическими маркерами. Так, биохимические маркеры можно использовать на значительно большем числе экспериментальных объектов, чем морфологические. Для белковых маркеров обычно характерно большее соответствие между генотипом и фенотипом, к тому же путь реализации генетических различий в фенотипические для белковых маркеров значительно короче, чем для морфологических. Кроме того, к биохимическим генетическим маркерам относят и метаболиты (сахара, углеводы, вторичные метаболиты и др.), которые идентифицируют биохимически после выделения из органов или тканей исследуемого организма и очистки. Несмотря на то, что с момента описания биохимических маркеров прошло более полувека, физико-химические подходы к их выявлению и идентификации методически почти не изменились, что накладывает определенные ограничения на использование таких маркеров в генетических исследованиях. Показано, что полиморфизм белков, выявляемый одномерным электрофорезом, может быть подвержен как качественному, так и количественному изменению из-за воздействия на растения экологического стресса, обусловленного, например, недостатком элементов питания или сменой температуры воздуха. Необходимо учитывать возможность нарушения структуры и целостности анализируемых молекул в силу разных причин, в том числе из-за несоблюдения стандартных условий экстракции белков и полипептидов при выделении и очистке, а также при электрофоретическом разделении, что может приводить к появлению неспецифических электрофоретических спектров. Поскольку во всех живых организмах существует вырожденность генетического кода и не каждая замена аминокислоты приводит к изменению заряда молекулы (как и к существенному изменению молекулярной массы белка), всего 30 % нуклеотидных замен могут вызывать белковый полиморфизм, выявляемый при электрофорезе. Только при строгом учете всех без исключения факторов, накладывающих методические, биологические и иные ограничения, и соблюдении установленных требований биохимические маркеры могут быть корректно и квалифицированно использованы в генетических исследованиях.
Бесплатно
Биохимические маркеры качества спермы жеребцов (обзор)
Статья обзорная
Семенная плазма представляет собой многокомпонентную жидкость, служащую средством доставки сперматозоидов к ооциту. Она не только транспортирует мужские гаметы, но и обеспечивает их защиту и питание во время дальнейшего движения в женских половых путях (T.R. Talluri с соавт., 2017). Сведения о воздействии компонентов семенной плазмы на половые клетки, а также поиск маркеров криоустойчивости и фертильности спермы представляет несомненный интерес для исследователей. Поскольку продолжительность жизни сперматозоидов жеребцов, их способность к капацитации и фертильность сильно различаются у разных особей, для коневодства важно исследовать факторы, влияющие на эти показатели. Цель нашего обзора - проанализировать актуальные публикации по исследованию биохимических маркеров, характеризующих качество спермы, рассмотреть методы определения активных форм кислорода и продуктов окислительного стресса в сперматозоидах и семенной плазме. Биохимическими маркерами качества спермы могут служить метаболиты семенной плазмы, активность ферментов в ней, показатели оксидативного стресса и системы антиоксидантной защиты (S. Pesch с соавт., 2006). Для обеспечения подвижности сперматозоидам необходимо большое количество АТФ. Хорошими энергетическими субстратами для этих клеток служат моносахариды и органические кислоты, такие как лактат, пируват, цитрат, сукцинат. Это обусловливает интерес к ним как к маркерам фертильности (C.R. Darr с соавт., 2016; E.B. Menezes с соавт., 2019; M.F. Lay с соавт., 2001). Еще один перспективный показатель для оценки качества спермы жеребцов - концентрация метаболитов оксида азота (II), который играет важную роль в регуляции подвижности и капацитации сперматозоидов и в процессе оплодотворения (M.B. Herrero с соавт., 2000; P.T. Goud с соавт., 2008; F. Francavilla с соавт., 2000). Среди ферментов семенной плазмы интерес представляют лактатдегидрогеназа, аланин- и аспартатаминострасферазы, гамма-глутамилтранспептидаза. Несмотря на то, что анализ спермы считается золотым стандартом для диагностики мужской фертильности, он не может обнаружить аномалии на молекулярном уровне, которые ответственны за необъяснимые случаи мужского бесплодия. В настоящее время одной из основных причин таких явлений считается оксидативный стресс. Он приводит к повреждению белков, липидов и ДНК сперматозоидов, что, в свою очередь, становится причиной плохой имплантации эмбриона и снижения частоты наступления беременности (A. Agarwal с соавт., 2003; S. Bisht с соавт., 2017; H. Sies, 2018). В настоящем обзоре рассмотрены основные продуценты свободных радикалов в сперме и система антиоксидантной защиты мужских гамет, а также описаны методы определения активных форм кислорода и конечных продуктов оксидативного стресса в сперматозоидах и семенной плазме. На основании данных литературы сделан вывод о том, что биохимические маркеры, такие как концентрация метаболитов семенной плазмы, активность ферментов в ней и показатели оксидативного стресса, обладают значительным потенциалом для характеристики качества спермы жеребцов.
Бесплатно
Взаимодействие нуклеиновых кислот с молекулами воды, белков и интеркаляторов (обзор)
Статья обзорная
Современные представления о межмолекулярных взаимодействиях в клетке неполны без понимания того, как формируются комплексы между нуклеиновыми кислотами и основными внутриклеточными компонентами - водой и белками и что определяет пространственную стабилизацию таких комплексов. То же справедливо в отношении интеркаляции - внутриклеточного межмолекулярного взаимодействия веществ планарной структуры, способных внедряться между соседними парами азотистых оснований в молекулы ДНК и РНК, которое играет особую роль в фармакологии и генетическом мутагенезе. Кроме того, интеркаляция, может оказывать сильное влияние на клеточный метаболизм, замедляя, а в некоторых случаях прекращая рост клеток, что в определенных условиях приводит как к апоптозу, так и к раковым заболеваниям либо, наоборот, к выздоровлению от такого рода заболеваний (M. Ashrafizadeh с соавт., 2020). Настоящий обзор посвящен рассмотрению молекулярных механизмов и биологической роли этих процессов. Известно, что двойная спираль ДНК может взаимодействовать с полипептидами при помощи образования специфических водородных связей между Уотсон-Криковскими парами оснований и боковыми цепями аминокислот (C.N. Pace с соавт., 2004), посредством интеркаляции боковых цепей ароматических аминокислот между парами оснований, при которой также проявляется некоторая специфичность (A. Bazzoli с соавт., 2017), и за счет непосредственного связывания белковых α-спиралей и β-слоев в желобках ДНК (E. Del Giudice с соавт., 2009). Предполагается, что последний тип взаимодействия имеет место, например, в комплексах ДНК с cro -репрессором экспрессии генной активности и с белком, активирующим катаболизм, для которого предложены две модели связывания α-спиралей с левосторонней и правосторонней двойной спиралью ДНК в В-форме. Указывается, что если известна структура молекулы нуклеиновой кислоты, то величину поверхности ДНК и РНК, доступной для молекул воды или иных растворителей, можно определить расчетным способом. При этом в случае сворачивания ДНК в растворе в двойную спираль ее молекула становится полярной. При такого рода гидратации вокруг молекулы ДНК образуются две гидратные оболочки. Первая из них, состоящая примерно из 20 молекул воды в расчете на один нуклеотид, непроницаема для катионов и по своей агрегатной структуре не похожа на лед, а вторая оболочка неотличима от обычной воды. Различия в структуре гидратных оболочек проливают свет на природу конформационного перехода между формами В - А, происходящего при уменьшении гидратации молекулы ДНК. Описано также взаимодействие нуклеиновых кислот с молекулами лекарственных и иных планарных веществ. При этом в обзоре рассмотрены только интеркаляционные комплексы с препаратами, молекулы которых имеют плоскую структуру или обладают плоскими функциональными группами. Продемонстрировано, что связывание таких веществ с двойной спиралью протекает в две стадии: на первой происходит их присоединение по периферии спирали, на второй осуществляется интеркаляция, то есть собственно встраивание интеркалятора в планарной плоскости между парами нуклеотидов. Такого рода интеркаляция сопровождается раскручиванием и удлинением спирали нуклеиновой кислоты, а также увеличением ее жесткости. В соответствии с принципом исключения ближайших мест связывания, согласно которому оно не происходит у каждого ближайшего соседа вдоль оси двойной спирали ДНК из-за пространственных ограничений, которые определяет стереометрия нуклеотидов, примыкающих к интеркаляторам, молекулы интеркаляторов заполняют лишь половину таких мест. В целом описанные в работе взаимодействия нуклеиновых кислот с молекулами воды, белков и интеркаляторов указывают на биологическую значимость такого рода взаимоотношений, поскольку, как известно, стабильность и регулярность процессов репликации и экспрессии генов играет важнейшую роль в практическом осуществлении взаимодействия генотип-среда, а также реализации генетической информации на молекулярном уровне.
Бесплатно
Статья обзорная
При промышленном содержании, приводящем к сильным стрессовым воздействиям, доля поголовья со вторичными иммунодефицитами достигает 80 %. Цель настоящего обзора - привлечение внимания к необходимости учета межсистемных связей, существенных для регуляции метаболизма и формирования здоровья и продуктивности животных. Основные разделы статьи посвящены описанию взаимосвязи иммунитета, нейроэндокринной регуляции и питания животных. От типа нервной системы животного зависит секреция стрессорных гормонов и степень ингибирования иммунного ответа. Количественно и качественно неполноценное питание оказывает негативное воздействие на проявление иммунных реакций, включая гуморальный и клеточный иммунитет, синтез цитокинов и плазматических иммунорецепторов (В.И. Фисинин с соавт., 2013; В.А. Галочкин с соавт., 2013; Y. Zhang с соавт., 2014; J.D. Ashwell с соавт., 2000; S. Cunningham-Rundles с соавт., 2005; V. Abhyankar с соавт., 2018; A. Haghikia с соавт., 2015; R.H. Oakley с соавт., 2013)...
Бесплатно
