Обзоры, проблемы. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
ДНК маркеры и "микросателлитный код" (обзор)
Статья обзорная
Одной из центральных проблем в современном животноводстве остается поиск генетических маркеров, которые упростили бы отбор и подбор животных для скрещиваний и повысили вероятность получения потомства с желательными хозяйственно ценными признаками. В обзоре рассмотрены примеры наиболее успешного применения различных типов ДНК маркеров для решения конкретных селекционных задач: микросателлитов - для исключения ошибок происхождения, мононуклеотидных полиморфизмов (SNP) - для создания карт геномных районов, полиморфизм в которых ассоциирован с модификацией фенотипических характеристик (D.J. Rigden, X.M. Fer-nández, 2023) и локализацией ключевых генов адаптации к давлению естественного отбора на краях ареалов и в зонах рискованного животноводства (E.K. Cheruiyot с соавт., 2022; L. Buggiotti с соавт., 2021, 2022), областей с повышенным варьированием копийности геномных участков (CNV) - для анализа механизмов ответа полигенных систем (сенсорных, иммунных, транспортерных) на воздействие факторов естественного и искусственного отбора (Y. Huang с соавт., 2021; P. Davoudi с соавт., 2022). Обсуждается преимущественное вовлечение диспергированных и тандемных повторов (в частности, микросателлитных) как элементов регуляторных сетей в эпигенетическую и фенотипическую изменчивость (R.P. Kumar с соавт., 2010). Рассматривается сложная структурно-функциональная организация микросателлитов, индивидуальная изменчивость некоторых локусов, их участие в процессах эволюции, рекомбинации, транскрипции, в формировании вторичной структуры ДНК, модификации архитектоники интерфазного ядра, в регуляции профилей генной экспрессии (R.P. Kumar с соавт., 2010; X. Tang с соавт., 2022). Исследования регуляторных сетей приобретают особое значение в связи с накоплением информации о существенных различиях по размерам генома у животных разных таксонов, распространенности и составу мобильных генетических элементов (источников компонентов регуляторных сетей) при сходстве числа генов, кодирующих белки (В.И. Глазко с соавт., 2022). Эти данные свидетельствуют о перспективности полилокусного генотипирования на основе микросателлитных и диспергированных повторов для выявления особенностей популяционно-генетической структуры, консолидированности и различий между группами животных.
Бесплатно
Статья обзорная
Домашний кролик Oryctolagus cuniculus var. domestica L. относится к тем немногим доместицированным видам, у которых дикий предковый вид существует одновременно с одомашненным (M. Carneiro, 2014), что позволяет изучать механизмы, лежащие в основе процессов доместикации. Следует отметить, что понимание генетических основ синдрома доместикации до сих пор остается неполным (M.A. Zeder, 2006-2017). Предполагается, что одомашнивание представляет собой уникальную форму симбиоза между человеком и доместицированными видами, формирующими общую нишу обитания (M.A. Zeder, 2012). Исследования симбиотических партнеров позволяют накапливать информацию о путях адаптации к такой нише, в том числе у человека. В этой связи важность изучения домашнего кролика трудно переоценить хотя бы потому, что на протяжении многих десятилетий он остается одной из основных моделей в биомедицинских экспериментах (K.M. El-Bayomi, 2013). Уникальные физиологические особенности кролика объясняют его широкое использование при выявлении закономерностей развития и течения многих заболеваний человека. В то же время мы не обнаружили работ, систематизирующих современные сведения по фундаментальной биологии этого доместицированного вида в сравнении с его дикой предковой формой. Задача настоящего обзора - суммировать данные о популяционно-генетической структуре (M. Carneiro, 2014; A.D. Stock, 1976), распределении геномных элементов (M. Carneiro, 2011), составе микробиомов (M.S. Gómez-Conde, 2009), морфометрических характеристиках и физиологических особенностях (С.Н. Боголюбский, 1959) домашнего кролика и предкового подвида европейского кролика, в том числе определяющих значение O. cuniculus var. domestica не только как хозяйственно ценного вида, но и как модельного объекта в различных областях биомедицины. Представленный сравнительный анализ позволяет выделить ряд фенотипических характеристик (J.L. Hendrikse, 2007; I. Brusini, 2018; P.S. Ungar, 2010), а также группу молекулярно-генетических маркеров геномной ДНК, дифференцирующих домашнего кролика от предкового вида (M. Sparwel, 2019). Изучение распределения аллелей различных мобильных генетических элементов, микросателлитов, отдельных структурных генов, вовлеченных в процесс доместикации домашнего кролика, может способствовать повышению эффективности управления генетическими ресурсами не только у этого вида, но и у других домашних животных, что необходимо как в медико-биологических исследованиях, так и для решения задач селекционной работы.
Бесплатно
Доместикация как частный случай эволюции: об универсальности принципов и механизмов (обзор)
Статья обзорная
Высокая скорость роста изменений состояния биосферы, в которой существенную роль выполняет превращение деятельности человека в геологическую силу (В.И. Вернадский, 1944), приводит к необходимости особого внимания к поискам механизмов управления генетическими потоками у доместицированных видов растений и животных как основы жизнеобеспечения современного человечества. Н.И. Вавилов отмечал, что доместикация представлять собой экспериментальную эволюцию, для управления которой необходимо историческое понимание эволюционного процесса (Н.И. Вавилов, 1987). Основной механизм естественного и искусственного отборов заключается в преимущественном воспроизводстве особей, наиболее приспособленных к предложенным условиям отбора, то есть имеющих репродуктивный успех и обеспечивающих сохранение потомства, что лежит в основе так называемого самоодомашнивания некоторых видов млекопитающих, включая человека (L. Raviv с соавт., 2023). Внутривидовая и межвидовая дифференциация и кооперация для выполнения задач воспроизводства популяций описана и у растений (R. Sharifi, C.M. Ryu, 2021), и у животных (A.M.M. Rodrigues с соавт., 2023; M.A. Zeder, 2012). На примере прокариот показано, что культивирование в разных условиях приводит к существенной дифференциации по характеристикам образования колоний (регуляция поведения) у потомства, причем эти изменения необратимы (невозможность «обратной» эволюции, так называемая дискриминация родственников) (O. Rendueles с соавт., 2015). У многоклеточных организмов существенный вклад в необратимость эволюции вносят симбионты - «кооперанты» на клеточном (E. Rosenberg с соавт., 2010) и геномном (M. Ramakrishnan с соавт., 2021) уровнях. У доместицированных растений и животных большая часть генома занята мобильными генетическими элементами - транспозонами (ТЕ) и продуктами их рекомбинаций (D. Almojil с соавт., 2021). Автономные TE - это потомки экзогенных вирусов и источники основных компонент сетей регуляции профилей генной экспрессии, влияющих на последствия гибридизации, стресс-реактивность (K. Mukherjee, L.L. Moroz, 2023). Обнаруживается определенное сходство ТЕ по участию в основных биологических процессах у растений и животных, несмотря на существенные различия в доминировании вариантов ТЕ, их вовлеченности в организацию архитектоники интерфазного ядра, участии в формировании мотивов для факторов регуляции транскрипции (Y. Qiu, C. Köhler, 2020). Следует отметить, что ранние этапы эволюции основаны на дифференциации и кооперации протобиополимеров (РНК, белки, липиды, углеводы) (Y. Shi и соавт., 2023), прокариот и эукариот (J. Brueckner, W.F. Martin, 2020; C. Al Jewari, S.L. Baldauf, 2023). Наколенные данные свидетельствуют о том, что дифференциация и кооперация - универсальные механизмы эволюционного процесса. В эволюции многоклеточных организмов ключевую роль играют мутуалистические взаимоотношения между такими организмами, микробиотами, вирусами и их потомками. Это обстоятельство необходимо учитывать при поиске методов управления генетическими потоками у доместицированных человеком видов для их сохранения и улучшения.
Бесплатно
Статья обзорная
Овцеводство вносит существенный вклад в мировое производство продуктов питания. Одно из актуальных направлений усовершенствования пород овец - улучшение биохимических показателей мяса, что обусловлено изменившимися требованиями к качеству продуктов питания, в частности к их диетическим свойствам. Жирнокислотный состав мяса - важный показатель его качества. Известно, что высокое содержание насыщенных жирных кислот в рационе человека повышает концентрацию холестерина в плазме крови и увеличивает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и ожирения (A.P. Simopoulos, 2001; F.B. Hu с соавт., 2001). Кроме того, жирнокислотный состав мяса влияет на его потребительские свойства, такие как вкус, аромат, сочность, нежность мяса и усвояемость жира. В связи с этим актуально выявление и использование в селекции генетических маркеров, связанных с жирнокислотным составом мяса овец. В настоящем обзоре проанализированы и обобщены результаты исследований фенотипической вариабельности и наследуемости показателей жирнокислотного состава мышечной ткани овец, в также данные о генах-кандидатах, выявленных с использованием полногеномного поиска ассоциаций (genome-wide association studies, GWAS), основанного на технологии ДНК-чипов (R. Bumgarner, 2013), и метода высокопроизводительного секвенирования РНК (RNA sequencing, RNA-seq), с помощью которого изучают генетические механизмы формирования фенотипов на основе сравнительного анализа профилей экспрессии генов (A. Oshlack c соавт., 2010; K.O. Mutz c соавт., 2013; R. Stark c соавт., 2019). Установлено, что количественные показатели жирнокислотного состава мяса овец разных пород и степень наследуемости этого признака широко варьируют, что указывает на возможность изменения профилей жирнокислотного состава баранины посредством использования генетических методов при селекции (E. Karamichou с соавт., 2006; H.D. Daetwyler c соавт., 2012; S.I. Mortimer c соавт., 2014; S. Bolormaa c соавт., 2016; G.A. Rovadoscki с соавт., 2017). Суммируя результаты GWAS и RNA-seq, можно выделить наиболее значимые гены-кандидаты, вовлеченные в метаболизм жиров и жирных кислот и ассоциированные с внутримышечным содержанием жирных кислот у овец: acot11 , baat , pnpla3 , lclat1 , isyna1 , elovl6 , agpat9 , me1 , acaca , dgat2, plcxd3 , fads2 , scd , cpt1a , pisd , lipg , b4galt6 , acsm1 , acsl1 , aacs и fasn , кодирующие ферменты метаболизма жиров и жирных кислот; гены белков-транспортеров жирных кислот и жиров FABP3, FABP4, FABP5, SLC27A6 , APOL6 и COPB2, а также гены mlxipl , ppard , wnt11 , foxo3 , tnfaip8 , npas2 , fndc5 , adipoq , adipor2 , trhde , cidec , ccdc88c , tysnd1 и sgk2 , которые кодируют транскрипционные факторы и эффекторные белки, регулирующие энергетический и жировой обмен (X. Miao с соавт., 2015; S. Bolormaa с соавт., 2016; L. Sun с соавт., 2016; G.A. Rovadoscki с соавт., 2017; R. Arora с соавт., 2019). Эти данные позволяют глубже понять генетические механизмы, лежащие в основе изменчивости количественных показателей жирнокислотного состава мышечной ткани овец, что послужит необходимой научной базой для разработки успешных селекционных программ в овцеводстве.
Бесплатно
Жиры и эмульгаторы в кормлении цыплят-бройлеров (обзор)
Статья обзорная
Рост цен на корма определяет необходимость в оптимизации нормирования высокоэнергетических ингредиентов рациона, а также в повышении эффективности их использования в процессе пищеварения. В промышленном птицеводстве жиры, обладая высокой энергетической ценностью, служат незаменимыми компонентами рациона (В.И. Фисинин с соавт., 2000; В.И. Фисинин с соавт., 2011). Они обеспечивают высокую продуктивность и экономическую эффективность (N.C. Baião с соавт., 2005; M. Nayebpor с соавт., 2007; H. Fébel с соавт., 2008), играют важную роль в регуляции обмена веществ, депонируют энергию, выполняя защитную функцию, служат растворителями и переносчиками витаминов, гормонов, а также обязательной составной частью нервной ткани (А.В. Архипов, 2010; M. Poorghasemi с соавт., 2013; R. Rodriguez-Sanchez с соавт., 2019). Для использования в рационах доступно широкое разнообразие жиров и масел и побочные продукты переработки, например животные жиры и растительные масла (соевое, кукурузное, подсолнечное, пальмовое, конопли, сурепицы и т.д.), подсолнечный фуз (побочный продукт переработки семян подсолнечника в растительное масло), подкисленные соапстоки (побочные продукты рафинирования растительного масла, в основном содержащие свободные жирных кислот), гидрогенизированные жиры (жиры или масла, которые превращаются в насыщенные посредством добавления атома водорода до удвоения связи ненасыщенных жирных кислот) (А.В. Архипов, 2007; В.А. Манукян с соавт., 2018; Л.Н. Скворцова с соавт., 2013). Выбор жира для использования в кормлении сельскохозяйственных животных и птицы во многом определяется как его стоимостью, так и качественными характеристиками. Главный фактор, который влияет на высвобождение энергии из жира, поступающего в организм с кормом, - его усвояемость (V. Ravindran с соавт., 2016; R. Rodriguez-Sanchez с соавт., 2019; B. Jimenez-Moya с соавт., 2021). Переваривание жиров - сложный процесс, требующий достаточного количества солей желчных кислот и ферментов (S. Leeson с соавт., 2009). К тому же коррекция рациона липидами эффективна, но экономически нецелесообразна. Повышение цен на животные и растительные жиры в настоящее время стимулирует интерес к поиску и использованию альтернативных источников энергии в кормлении сельскохозяйственных животных либо веществ, усиливающих процессы переваривания и усвоения липидов, с целью снижения себестоимости продукции (С.А. Мирошников с соавт., 2005; О. Лютых, 2020). Одним из способов повышения количества доступных жиров может стать применение синтетических и натуральных эмульгаторов. Популярные эмульгаторы обычно состоят из гидрофильных и гидрофобных компонентов, которые могут снижать поверхностное натяжение жира и воды, уменьшать хиломикроны жира, улучшать эмульгирование и увеличивать всасывание жиров, восполнять дефицит желчной кислоты и липазы в пищеварительном тракте птицы (M. Rovers с соавт., 2014; M. Jansen с соавт., 2015). К натуральным эмульгаторам относят желчные кислоты и соли, включая холевую и хенодезоксихолевую, таурохолат, лецитин, казеин, фосфатидные концентраты, некоторые из которых могут вырабатываться в организме животного (M. Soares с соавт., 2002). Соли желчных кислот уменьшают натяжение границы раздела масло-вода, активируют липазу поджелудочной железы, а также предотвращают денатурацию этого фермента, когда он отделяется от поверхности капель эмульгированного жира (M. Boesjes с соавт., 2014; Y. Xu, 2016; X.K. Ge с соавт., 2019). Синтетические эмульгаторы (лизолецитин, лизофосфатидилхолин, моно- и диолеаты полиоксиэтиленгликоля) улучшают функцию печени и желчных протоков, ускоряют набор массы и улучшают конверсию корма, повышают показатели роста и усвояемость питательных веществ (B. Zhang с соавт., 2011; M.M. Gheisar с соавт., 2015; S.D. Upadhaya с соавт., 2018). Следовательно, стратегия применения эмульгаторов и ферментов может быть эффективным инструментом улучшения переваривания жиров как у молодой птицы с функционально незрелой пищеварительной системой, так и у взрослых особей для сокращения потерь корма за счет интенсификации процесса пищеварения. Использование такого подхода обеспечит повышенную переваримость и всасываемость питательных веществ при снижении доли растительных и животных жиров в рационе цыплят-бройлеров.
Бесплатно
Защитные реакции в бобово-ризобиальном симбиозе: индукция и супрессия (обзор)
Статья обзорная
Развитие патогенной инфекции и бобово-ризобиального симбиоза, при котором бактерии заражают клетки бобовых растений, имеет много общих черт. Сигнальные молекулы, которыми обмениваются симбиотические партнеры, имеют сходство с фитоалексинами и элиситорами, продуцирующимися при патогенной инфекции. Оба процесса сопровождаются индукцией защитных реакций со стороны растения-хозяина, однако в случае бобово-ризобильного симбиоза такая индукция строго регулируется, что позволяет сформировать симбиотический клубенек. При этом контролируется и количество клубеньков, поскольку их формирование - энергозатратный процесс, и в большинстве случаев инфекция прерывается на ранних стадиях. Исследования молекулярно-генетических механизмов развития бобово-ризобиального симбиоза и патогенной инфекции выявили, что в ходе эволюции бобовые растения адаптировали для установления симбиоза с ризобиями рецепторы, приспособленные изначально для восприятия микоризной инфекции, причем схожие рецепторы участвуют в распознавании патогенов и индукции защитного ответа. Было выявлено, что ризобии используют системы секреции III и IV типа (T3SS и T4SS), которые у патогенных бактерий служат для доставки вирулентных факторов в клетки хозяев. При этом было показано, что T3SS способна к независимой от Nod-фактора активации сигнальной трансдукции, приводящей к развитию клубенька. Различные поверхностные полисахариды (экзополисахариды, липополисахариды и циклические b-глюканы) используются как ризобиями, так и патогенными бактериями для супрессии защитных реакций растений. Под действием антимикробных NCR пептидов (цистеин-богатые пептиды) бактерии необратимо дифференцируются в бактероиды в клубеньках некоторых бобовых растений.
Бесплатно
Статья обзорная
Вирус африканской чумы свиней (АЧС, African swine fever virus , Asfivirus , Asfarviridae ) представляет собой наиболее серьезную проблему для отрасли свиноводства во всем мире. В представленном обзоре проанализированы результаты исследований негемадсорбирующих штаммов вируса АЧС, рассмотрены особенности их иммунобиологических и молекулярно-генетических свойств, применение в фундаментальных и прикладных научных исследованиях. Согласно опубликованным данным, большинство выделенных в природе или полученных в лабораторных условиях негемадсорбирующих штаммов вируса АЧС слабовирулентны или авирулентны и обладают свойством формировать иммунную защиту от последующего заражения свиней гомологичными вирулентными гемадсорбирующими изолятами или штаммами (J.D. Vigário с соавт., 1970). На Африканском континенте авирулентные негемадсорбирующие штаммы вируса АЧС, как правило, выделяли от персистентно инфицированных бородавочников ( Phacochoerus spp . ), кустарниковых свиней ( Poto-mochorus porcus ) и мягких клещей Оrnithodoros moubata (A. Pini, 1976; G.R. Thomson с соавт., 1979), в Европе (Португалия, Испания, Латвия) и Азии (Китай) - от персистентно инфицированных домашних свиней ( Sus scrofa domesticus ), диких кабанов ( Sus scrofa ) и от клещей Оrnithodoros erraticus (marocanus ) (F.S. Boinas с соавт., 2004; C. Gallardo с соавт., 2019; E. Sun с соавт., 2021). Негемадсорбирующие штаммы применяются в исследованиях механизмов иммунной защиты от АЧС. В экспериментах со штаммом OURT88/3 была установлена важная роль CD8+ Т-клеток в иммунной защите от АЧС. Индуцированная штаммом OURT88/3 перекрестная защита от заражения вирулентными изолятами неродственных генотипов коррелировала со способностью этих изолятов специфически стимулировать продукцию IFNγ лимфоцитами иммунизированных свиней (C.C. Abrams с соавт., 2013). В экспериментах с негемадсорбирующим штаммом NH/P68 было продемонстрировано, что высокое содержание специфических антител к вирусу АЧС характерно для хронической формы болезни, в то время как низкое количество антител отмечено у свиней с бессимптомной формой инфекции после интраназальной и внутримышечной иммунизации (A. Leitão с соавт., 2001; C. Gallardo с соавт., 2019). Низкую патогенность негемадсорбирующих изолятов связывают с потерей факторов вирулентности из-за больших делеций близко к левому концу генома или меньшими делециями и заменами в генах, кодирующих факторы вирулентности в других участках генома (F.S. Boinas с соавт., 2004). Утрату гемадсорбирующих свойств вируса АЧС связывают с делециями и/или сдвигом рамки считывания в гене EP402R (R.J. Rowlands с соавт., 2009; R. Portugal с соавт., 2015; K.A. Mima с соавт., 2015). Проведены работы по уменьшению побочных клинических реакций у свиней, инокулированных делеционными мутантами штаммов OURT88/3 и NH/P68 вируса АЧС (M.L. Nogal с соавт., 2001; C. Hurtado с соавт., 2004; A.G. Granja с соавт., 2009). Природно аттенуированные негемадсорбирующие штаммы вируса АЧС применяют в исследованиях по созданию кандидатных живых вакцин. С их помощью удалось достичь до 100 % защиты от гомологичных вирулентных изолятов и штаммов вируса АЧС у домашних свиней (K. King с соавт., 2011; P.J. Sánchez-Cordón с соавт., 2017; C. Gallardo с соавт., 2018; C. Gallardo с соавт., 2019; P.J. Sanchez-Cordon с соавт., 2020) и кабанов (J.A. Barasona с соавт., 2019).
Бесплатно
Статья научная
Качество мяса, формируемое прижизненно, в основном определяет мышечная ткань. Поэтому изучение миопатических состояний, вызванных нарушениями режима кормления продуктивных животных и стрессами, представляет особый интерес. Разрабатываемые способы профилактики основаны главным образом на использовании природных адаптогенов и антиоксидантов в качестве кормовых добавок. Выполненный нами мета-анализ охватывает опубликованные в 1970-2020 годах результаты исследований стрессовых нагрузок и миопатических изменений в мышечной ткани у интенсивно растущих животных. Включение в рацион адаптогенов (селен, токоферол, кверцетины) позволяет контролировать гликолиз и оксидативный стресс через торможение перекисного окисления липидов и образования активных форм кислорода. Большинство адаптогенов - антиоксиданты, они способствуют укреплению сердечно-сосудистой системы животных, в том числе капиллярной, препятствуют вызванным свободными радикалами необратимым изменениям в клетках, предохраняя их от апоптоза и нормализуя состояние тканей и органов. На растущих свиньях разных пород и их сочетаний достаточно хорошо изучено применение витамина Е и его влияние на качество мяса при дозах от 10 до 1000 мг/кг корма (чаще около 200 мг/кг) и разных сроках скармливания. В то же время есть сообщения об отсутствии положительного влияния витамина Е на скорость роста свиней. Добавление к рациону свиней токоферола способствовало его накоплению во всех тканях, прежде всего в крови, печени, сердце, а также в других органах, в мышечной и жировой тканях. Витамин Е стабилизирует состояние мембран, снижает окисление липидов мембран, увеличивает общее количество жирных кислот в митохондриях клеток, повышает антиокислительную способность мышц и содержание мышечного гликогена. Было показано, что дополнительное накопление в мясе витамина Е за счет его добавления в рацион в период откорма улучшает вкус, аромат, ослабляет характерный запах вторично разогретых блюд, не изменяет альдегидный профиль летучих веществ и снижает накопление азотистых летучих веществ, образующихся в результате распада белков при хранении мяса, в том числе в вакууме. Меньше внимания в современной научной литературе уделяется использованию селена как адаптогена в кормлении свиней. Показано, что селен в сочетании с повышенным количеством витамина Е способствовал уменьшению эффекта гипертермии у растущих свиней, повышению содержания в жире свободных жирных кислот. Использование селена в органической форме повышает антиоксидантный статус мышц. Сообщалось о разном влиянии селена в рационе на окисление белков и липидов при хранении мяса. Кверцетин и дигидрокверцетин (таксифолин) - широко известные флавоноиды с антиоксидантными свойствами. Доступные публикации по кверцетину и дигидрокверцетину в основном посвящены их биодоступности, способности накапливаться в тканях, влиянию на антиоксидантный статус и репродуктивные функции свиноматок, роли в нивелировании последствий транспортного стресса у свиней, а также в изменении качества мяса. Для свиней установлены эффективные дозы кверцетина (25-50 мг/кг массы животного) и дигидрокверцетина (1-3,5 мг/кг массы животного). Описано их положительное воздействие как в период роста и откорма животных, так и непосредственно перед убоем и транспортировкой. Однако исследования по оценке эффективности применения кверцетина и дигидрокверцетина с целью прижизненного формирования качества мяса немногочисленны, и этот вопрос требует дальнейшего изучения. Сообщалось, что у лабораторных животных кверцетин при длительном потреблении (до 6 мес, 0,2 % от суточного рациона) уменьшает повреждение волокон в дистрофической скелетной мышце за счет снижения образования перекиси водорода в митохондриях. Таким образом, нутриенты-адаптогены и регуляторы направленного развития мышечной ткани, которые повышают ее устойчивость к воздействиям, нарушающим микроструктуры мышечной ткани, могут стать элементами интенсивных технологий производства мяса, применяемыми с целью прижизненного формирования его качества.
Бесплатно
Статья обзорная
Большой проблемой в современной селекции пшеницы является снижение генетического разнообразия пшеницы, что связано, в первую очередь, с ограниченным числом сортов, используемых в родословных. Как следствие обеднения генетического пула пшеницы происходит преодоление ее устойчивости фитопатогенами, что в целом снижает стабильность агрофитоценоза. Одним из способов расширения генетического разнообразия пшеницы служит перенос в ее геном генов хозяйственно-ценных признаков от близкородственных родов и видов, объединенных в три генетических пула: первичный (сорта твердой и мягкой пшеницы), вторичный (различные виды Triticum и Aegilops ), третичный (наиболее удаленные виды Triticeae). В настоящем обзоре представлены успехи в области переноса генов хозяйственно ценных признаков в геном пшеницы от её дикорастущих многолетних сородичей, относящихся к третичному генетическому пулу: Thino-pyrum , Dasypyrum , Pseudoroegneria , Elymus , Agropyron . Представители данных видов имеют разный уровень плоидности (ди-, тетра, гека- и даже декаплоиды) и могут сочетать в себе геномы J (=E), St, W, Y, X, V, H, P, а также их различные варианты...
Бесплатно
Статья обзорная
Картофель ( Solanum tuberosum L.) относится к важнейшим сельскохозяйственным культурам во всем мире. Ценные пищевые и технические качества клубней картофеля в основном определяются накоплением в них крахмала. Крахмал состоит из линейных и разветвленных полимеров (соответственно амилоза и амилопектин). Три основные задачи современной селекции картофеля, направленной на улучшение продовольственных качеств клубней, включают увеличение их крахмалистости, получение клубней с повышенным содержанием амилозы или амилопектина, а также ингибирование процесса холодового осахаривания. Современные молекулярные и биотехнологические методы (маркер-опосредованная селекция, получение трансгенных растений, геномное редактирование и т.п.) позволяют изменять желаемые признаки растений. Однако вне зависимости от используемого подхода основополагающий этап, определяющий успешный результат работы, - это правильный выбор гена-мишени, что, в свою очередь, требует детального понимания метаболических путей синтеза и распада целевого продукта в растительных тканях...
Бесплатно
Использование пребиотиков на основе олиго- и дисахаридов в птицеводстве - мини-обзор
Статья обзорная
Технологии выращивания и кормления в мясном птицеводстве позволяют за короткий период (35-42 сут) получить тушку, готовую к реализации. Такой высокий темп роста обеспечивается не только полноценными кормами, но и кормовыми добавками различного типа (Е.В. Яськова с соавт., 2015). Запрет на использование стимуляторов роста на основе антибиотиков в Европейском союзе обусловливает поиск альтернативных природных соединений, обеспечивающих аналогичные эффекты. Одна из перспективных групп - пребиотики (Д.С. Учасов с соавт., 2014), которые улучшают использование питательных веществ кормов, положительно влияют на морфо-биохимический состав крови, естественную резистентность, продуктивность, качество получаемой продукции и хозяйственно-экономические показатели (И.В. Червонова, 2016). В представленном обзоре мы систематизировали информации об эффективности пребиотиков на примере дисахаров (лактулозы) как потенциальных регуляторов состава микробиома кишечника у цыплят-бройлеров и стимуляторов роста при отказе от применения антибиотиков. Пребиотическими свойствами обладают несколько групп веществ, многие уже повсеместно используются в составе премиксов и комбикормов. Моно-, олиго-, ди- и полисахара в настоящее время активно изучаются и имеют хорошие перспективы в качестве пребиотиков. Поиск новых биологически активных веществ, способных оказывать многофакторное влияние на организм, актуален для современного бройлерного птицеводства. В состав многих кормовых добавок могут входить пребиотики: олиго- и дисахариды (мальтоза, лактоза, сахароза, лактулоза, фруктоолигосахариды, галактоолигосахариды, соевый олигосахарид), полисахариды (целлюлоза, пектины, инулин, декстрин и др.), моносахариды (ксилит, раффиноза), аминокислоты (аргинин, валин, глутаминовая кислота), антиоксиданты (витамины А, Е, С, каротиноиды, соли селена), органические кислоты (лимонная, уксусная, пропионовая), растительные и микробные экстракты (морковный, кукурузный, рисовый, чесночный, картофельный, дрожжевой), экстракты водорослей и другие вещества с подобным действием. В птицеводстве наиболее широко распространены пребиотические препараты на основе органических кислот (молочной, лимонной, фумаровой, муравьиной) и лактулозы (Е.В. Шацких с соавт., 2008). К наиболее популярным природным пребиотикам относятся фруктаны (фруктоолигосахариды, короткоцепочечные фруктоолигосахариды, олигофруктоза, инулин), манноолигосахариды ( Saccharomyces cerevisae ), соевые олигосахариды и галакто- или трансгалактоолигосахариды (D. Charalampopoulos с соавт., 2009). Набором преимуществ обладает лактулоза - синтетический структурный изомер лактозы (4-О-β-D-галактопиранозил-D-фруктофураноза), который состоит из двух молекул сахара, фруктозы и галактозы, связанных β-1,4-гликозидной связью. Лактулоза представляет собой белое кристаллическое вещество без запаха, хорошо растворимое в воде. Синтетические дисахариды в 1,5 раза слаще лактозы и могут кристаллизоваться из спиртового раствора. β-Гликозидная связь дисахарида не гидролизуется пищеварительными ферментами (H. Ruttloff с соавт., 1967). Как следствие, не происходит деградации этого вещества в желудке и тонком кишечнике и лактулоза достигает толстого кишечника в неизмененном виде (Л.Н. Скворцова, 2010). К тому же лактулоза обладает наивысшим индексом пребиотической активности. Она стимулирует рост лакто- и бифидобактерий в толстом кишечнике, способствует восстановлению нормофлоры, снижению рН содержимого толстой кишки, угнетению условно патогенной микрофлоры, улучшению усвоения питательных веществ, повышению иммунитета (В.С. Буяров с соавт., 2012; В.С. Буяров с соавт., 2015). Коммерчески доступные кормовые добавки на основе олиго- и дисахаридов в качестве пребиотического компонента могут содержать разные вещества, в том числе трегалозу, лактулозу, инулин. Все они обладают общеукрепляющими, иммуностимулирующими, лечебно-профилактическими свойствами, способствуют восстановлению микрофлоры кишечника, изменяют конечные микробные продукты препятствуют возникновению воспалительных процессов и инфекционных заболеваний (C. Schumann, 2002; K.M. Tuohy с соавт., 2002; J.H. Cho с соавт., 2014).
Бесплатно
Использование трансгенных GAL-KO свиней в ксенотрансплантации: проблемы и перспективы
Статья научная
Ксенотрансплантация (межвидовая трансплантация) имеет огромный потенциал для решения проблемы нехватки внутренних органов, тканей и клеток для пересадки человеку. В статье рассматриваются возможности использования генетически модифицированных свиней в качестве доноров таких органов и тканей. Дано краткое описание процесса сверхострой реакции отторжения (HAR). Одним из способов предотвращения HAR может стать создание свиней, у которых отсутствуют α-1,3-Gal эпитопы - основные ксеноантигены при пересадке органов от свиней приматам. Проанализирована результативность работ по таргетингу гена α-1,3-галактозилтрансферазы ( GGTA1 ) в клетках свиней с помощью различных методов: эффективность таргетинга GGTA1 (доля полученных жизнеспособных поросят с нокаутом GGTA1 от числа пересаженных клонированных эмбрионов) между лабораториями различалась и варьировала от 0,0 до 5,0 %. Кратко описаны технологии, применяемые при получении трансгенных свиней с «выключенным» геном GGTA1 (GAL-KO свиньи). Дискутируются возможности использования органов и тканей GAL-KO свиней в ксенотрансплантации. Показаны преимущества применения кожи GAL-KO свиней как материала для временного покрытия ожоговых ран по сравнению с кожей обычных свиней и аллогенной трансплантацией. Рассматривается возможность использования GAL-KO свиней в качестве доноров сердечных клапанов. Обсуждаются задачи исследований на перспективу.
Бесплатно
Использование фитохимических веществ в кормлении крупного рогатого скота (обзор)
Статья обзорная
Применение кормовых антибиотиков служит наиболее распространенным способом стимуляции роста и повышения продуктивности сельскохозяйственных животных. Однако нерациональное использование антибактериальных препаратов в кормовой промышленности становится ключевой причиной сохранения остаточных количеств антибиотиков в продуктах животного происхождения и развития антибиотикорезистентности у патогенных микроорганизмов. Проблема антибиотикорезистентности - одна из основных в современном мире, поскольку возникновение механизмов устойчивости у бактерий к антибиотическим соединениям приводит к снижению эффективности лечения инфекционных заболеваний как у животных, так и у людей, потребляющих продукты животного происхождения (H. Hao, с соавт., 2014). Использование в кормлении жвачных животных, в особенности крупного рогатого скота, фитохимических веществ (фитобиотиков, ФБ) - вторичных метаболитов растений, представленных терпеноидами, алкалоидами и фенольными соединениями (A. Bernhoft, 2010), как альтернативы антибиотическим стимуляторам роста (S. Reddy с соавт., 2022) позволяет улучшить вкусовые качества и привлекательность рациона (С.Ф. Суханова с соавт., 2015), а также эффективно воздействовать на клеточные мембраны патогенных микроорганизмов благодаря липофильности и малым размерам активных молекул (S. Burt, 2004). Это приводит к дезорганизации клеточных структур прокариот и ингибированию процессов кворум-сенсинга, что препятствует распространению инфекций и улучшает микробиоту кишечного тракта (A. Ultee с соавт., 2000; К.С. Кондрашова с соавт., 2020). Целью настоящей работы стал анализ мировой практики применения фитобиотических препаратов в кормлении крупного рогатого скота и обобщение опосредуемых ими метаболических эффектов в связи с химической структурой входящих в их состав молекул. По данным исследований (M.J. Groot с соавт., 2011; M.E.N. Soroor с соавт., 2015), ФБ способствуют снижению численности метаногенных и аммиак-продуцирующих бактерий в рубце, вследствие чего происходит снижение выбросов парниковых газов. ФБ положительно влияют на увеличение общей бактериальной массы в рубце (M. Wanapat с соавт., 2008). Более богатый и разнообразный микробиом улучшает ферментацию кормов, способствуя эффективному извлечению питательных веществ. Это приводит к более полному расщеплению клетчатки и других сложных углеводов, содержащихся в рационе, и, как следствие, повышает переваримость и усвояемость питательных веществ (M. Tajodini с соавт., 2014), темпы роста и иммунный статус животных (A. Rahal с соавт., 2012). Некоторые вторичные метаболиты могут регулировать гормональную продукцию в яичниках (R. Kumar с соавт., 2013), повышать производство молока, предотвращать инфекцию вымени (S. Kumar с соавт., 2008), а также улучшать репродуктивные показатели коров (R. Kumar с соавт., 2013). Более того, фитохимические вещества обладают противовоспалительными (F. Muanda с соавт., 2011) и антиоксидантными (C.A. Rice-Evans с соавт., 2003) свойствами. Они могут ингибировать перекисное окисление мембранных липидов, хелатировать металлы и стимулировать выработку антиоксидантных ферментов (S. Calsamiglia с соавт., 2007), способствуют борьбе со свободными радикалами и окислительным стрессом, который может негативно сказаться на здоровье и производительности животных. Однако эффективность и безопасность применения ФБ зависят от многих факторов (D.E. Cross с соавт., 2007; Y. Yang с соавт., 2009), что требует более детального и всестороннего изучения подобных растительных метаболитов.
Бесплатно
Кальций: физиологическая роль, источники и нормирование в промышленном птицеводстве (обзор)
Статья обзорная
Кальций критически важен для сельскохозяйственных животных и птицы в условиях современных интенсивных технологий, поэтому поиск его новых источников продолжается. Основные критерии их оценки - высокая биодоступность этого макроэлемента в сочетании с низкой стоимостью такой кормовой добавки. Физиологическое действие кальция распространяется на все системы органов (G.S. Baird, 2011). Следовательно, в птицеводстве рецептуры рационов цыплят-бройлеров и кур-несушек должны разрабатываться с учетом роли этого макроэлемента в метаболических путях, участия ионов кальция в прямых и косвенных химических взаимодействиях с другими неорганическими и органическими соединениями, клеточными и надклеточными структурами. Особенно актуален поиск более доступных и эффективных способов нормализации рационов сельскохозяйственной птицы при высоких потерях молодняка и яиц. У птицы 99 % кальция содержится в костях, 1 % - в мягких тканях (Д. Оберлис с соавт., 2008). Однако современные фундаментальные и клинические исследования доказывают, что роль кальция в физиологических процессах не ограничивается формированием структуры костей и яичной скорлупы. От достаточной концентрации кальция в крови зависит секреция и действие гормонов, проницаемость клеточных мембран, нервная проводимость, мышечные сокращения (R. Stehle с соавт., 2007; E.T. Kavalali, 2015). Кальций увеличивает синтез коллагена, что ускоряет заживление ран (J. Zhang с соавт., 2021), влияет на функции белков, с которыми связывается в качестве кофактора (C. Umerah с соавт., 2023). Апоптоз, его интенсивность, межклеточная адгезия при формировании соединительной ткани кальций-зависимы (D. Goll с соавт., 2003). Количество костной ткани в организме генетически запрограммировано. При недостатке кальция в период роста тело не достигнет необходимых параметров (K. Okuyama с соавт., 2022). Логично, что одной из важнейших патогномоничных причин большого числа отклонений от нормы может быть дефицит кальция, нарушение его усвояемости, низкая биодоступность. Общепризнанными источниками кальция служат его соли: карбонат, цитрат, лактат, дикальцийфосфат, глюконат, сульфат и их комбинации с витамином D3, микроэлементами, эстрогенами (F. Zhang с соавт., 2018; B.L. Damron с соавт., 1995; Н.С. Стрелков с соавт., 2008; L.P. Yang с соавт., 2018). Существенное различие между этими соединениями заключается в разной биодоступности Ca. Механизм доступности кальция из солей известен и зависит от нескольких факторов, прежде всего от дозы, одновременного поступления синергистов и антагонистов, кислотности желудочного сока, режима потребления (F. Bronner, 2023; S. Christakos, 2012; R. Alexander с соавт., 2023). Поэтому необходимо тщательно подбирать состав рациона и учитывать множественные взаимодействия между его компонентами в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) животных. В обзоре освещены вопросы биохимии кальция в организме животных и птицы. Рассмотрены нормы поступления кальция с рационом в России и за рубежом, механизмы его усвоения в разных отделах ЖКТ, синергетические и антагонистические взаимодействия ионов кальция с другими элементами и органическими соединениями, а также метаболические пути трансформаций кальция в различных системах организма.
Бесплатно
Картофель: новый взгляд на традиционный пищевой продукт и его употребление в виде сока (обзор)
Статья обзорная
Традиционно картофель употребляют в термически обработанном виде (вареном, жареном, запеченном), при этом значительная часть полезных свойств теряется (A.D. Fabbri с соавт., 2015; J. Tian с соавт., 2016). При такой обработке заметно изменяются минеральный и витаминный состав продукта, содержание пищевых волокон и активность вторичных метаболитов (J. Tian с соавт., 2016; A.T. Popova, 2019). Здоровой альтернативой термически обработанному картофелю может стать свежевыжатый картофельный сок. О его использовании в народной медицине известно с начала XIX века (J.E. Vlachojannis с соавт., 2010), в то же время лишь единичные научные исследования описывают физиологические эффекты, которые оказывает употребление картофельного сока на организм экспериментальных животных и человека. Один из уникальных компонентов картофельного сока - «резистентный крахмал» (L. Copeland с соавт., 2009), который не усваивается в организме человека (P.J. Butterworth с соавт., 2011) и положительно влияет на микробиоту кишечника (I. Martínez с соавт., 2010), нормализует содержание инсулина и глюкагоноподобного пептида-1 в сыворотке крови (A.A. Rashed с соавт., 2022). Из всех известных на сегодняшний день растительных белков белок картофеля оказался наиболее сбалансированным по незаменимым аминокислотам и биодоступным для человека (M. Hussain с соавт., 2021). Ингибиторы протеаз, входящие в его состав, способны регулировать пищеварение и оказывать терапевтическое действие при ожирении (S. Komarnytsky с соавт., 2011; S. Nakajima с соавт., 2011), пататин обладает гиполипидемическим (J. Wu с соавт., 2021), гипотензивным (Y. Fu с соавт., 2019), антиоксидантным и антипролиферативным свойствами (Y. Sun с соавт., 2013). Сырой картофель и полученный из него сок содержат высокие концентрации аскорбиновой кислоты (K.A. Beals с соавт., 2019), витаминов группы В, калия, фосфора, кальция, магния, железа и цинка (K. Zaheer с соавт., 2016; Г.И. Пискун, 2023), необходимых для поддержания здоровья. Сорта картофеля с фиолетовой, красной и желтой окраской клубней - богатейший источник полифенолов, в первую очередь фенольных кислот и антоцианов (Е.П. Шанина, 2013; H. Akyol с соавт., 2016; И.В. Ким с соавт., 2020). Наиболее спорными с точки зрения возможной пользы для здоровья остаются гликоалкалоиды картофеля соланин и хаконин. С одной стороны, их среднее содержание в клубнях картофеля достаточно мало для того, чтобы вызвать симптомы отравления у человека (K. Nishie с соавт., 1971), с другой стороны, в эксперименте с чистыми экстрактами гликоалкалоидов доказано холинблокирующее, антихолинэстеразное (В.А. Воронов с соавт., 2023) и цитотоксическое действие последних (M. Friedman, 2015; D.K. Zhao с соавт., 2021; M.L. Lanteri с соавт., 2023). В настоящем обзоре обсуждаются как потенциальная опасность выявленных эффектов для здоровья человека, так и перспективы использования продукта для коррекции иммунодефицитных состояний, профилактики и лечения онкологических заболеваний (D.K. Zhao с соавт., 2021; M.L. Lanteri с соавт., 2023). Приводятся сведения о современных способах биодетоксикации гликоалкалоидов картофеля (R.C. Hennessy с соавт., 2020). Описываются отдельные исследования биологических эффектов экстракта кожуры картофеля (N. Singh с соавт., 2008) и картофельного сока (R. Muceniece с соавт., 2008; V. Bartova с соавт., 2018). Приведенные сведения показывают, что именно в картофельном соке содержатся все полезные вещества сырого картофеля в их нативном виде. Перспективы использования картофельного сока для функционального питания очевидны, однако еще предстоит определить оптимальные технологические приемы для его массового производства с сохранением биологической активности компонентов.
Бесплатно
Кишечный иммунитет у птиц: факты и размышления (обзор)
Статья обзорная
Иммунная система кишечника играет важнейшую роль в поддержании иммунной защиты организма, поскольку представляет собой передовую линию столкновения с различными патогенами, поступающими с кормом и способными колонизировать клетки и ткани хозяина. При этом роль защитных механизмов кишечника трудно переоценить. Процессы обучения распознаванию «свой—чужой», происходящие в кишечнике, относятся к основополагающим для выработки как эффективной иммунной защиты, так и толерантности к различным нутриентам. При этом микроструктурные изменения в кишечнике, в частности в слизистой, отвечают за снижение ассимиляции нутриентов. Следовательно, его состояние определяет здоровье птицы, эффективность использования питательных и биологически активных веществ, что, в свою очередь, связано с ростом и развитием, конверсией корма и другими важными промышленными показателями в птицеводстве. В обзоре обобщены современные представления о развитии и морфофункциональных особенностях защитных иммунологических механизмов кишечника у птиц. Особое внимание уделено возможности иммуномодуляции в кишечнике посредством использования эффективной комбинации различных биологически активных веществ.
Бесплатно
Статья обзорная
Сельскохозяйственные растения не способны достичь максимальной продуктивности, если постоянно подвергаются стрессовым воздействиям. При стрессе растения генерируют многокомпонентный метаболический, физиологический и генетический стрессовый ответ, позволяющий им адаптироваться к неблагоприятным условиям. Так, часть содержимого клетки может перевариваться, катаболически высвобождая энергию и вещества для выживания. Этот процесс известен как автофагия (J.H. Hurley с соавт., 2017). Кроме того, часть клеток может отмереть, чтобы позволить другим выжить. Механизм гибели в подобном случае запрограммирован природой и называется программированной клеточной смертью (ПКС) (W.G. van Doorn с соавт., 2011). Оба указанных процесса свойственны всем типам эукариотических клеток и представляют собой эволюционно высококонсервативные программы. Они имеют исключительно важное значение для роста и развития растений, а также для стрессового ответа и выживания в неблагоприятных условиях. Автофагию и ПКС широко изучают на животных и дрожжевых клетках, начиная с 1960-х годов, но на растениях такие исследования проводятся относительно недавно...
Бесплатно
Статья обзорная
Диагностика ретровирусных инфекций и предупреждение их распространения у животных сельскохозяйственных видов (в частности, низкая эффективность вакцинации) до сих пор все еще недостаточно разработаны прежде всего в связи с тем, что каскад событий, лежащий в основе взаимодействия ретровируса с объектом заражения имеет сложную иерархию и реализуется на разных уровнях организации - молекулярном (включая клеточные органеллы), собственно клеточном и надклеточном, связанным с функцией клеточных сетей иммунной системы. В настоящей работе представлен обзор собственных и имеющихся в литературе данных о взаимодействии ретровирусного патогена (на примере вируса бычьего лейкоза - bovine leukemia virus, BLV) с внутренними структурами клеток-мишеней. Анализ этих результатов позволил нам предположить, что ключевым фактором, определяющим интеграцию провирусной ДНК в геном хозяина при ретровирусной инфекции, может быть снижение внутриклеточного контроля транспозиций мобильных генетических элементов, тесно связанных по происхождению с ретровирусными инфекциями...
Бесплатно
Статья обзорная
Широкое распространение вирусных инфекций, легкость преодоления видовых барьеров вирус-специфичности требуют определить критические стадии в процессах взаимодействия вирусов с многоклеточными организмами млекопитающих и ключевые молекулярно-генетические системы для каждой из стадий. К настоящему времени уже накоплено большое количество данных о разнообразии и сложности таких систем, а также вовлеченности в них широкого спектра метаболических путей. В этой связи особую актуальность приобретает выявление в них некоторых элементов, общих для разных инфекционных процессов. Настоящий обзор предлагает такой подход на примере анализа основных событий при инфицировании крупного рогатого скота вирусом бычьего лейкоза (BLV). В соответствии с критическими стадиями выделены системы, участвующие в проникновении генетического материала BLV в цитоплазму клеток хозяина, угнетении врожденного и адаптивного иммунитета, а также во взаимодействии между геномами провируса BLV и геномом хозяина. В трансмембранных системах хозяина присутствуют непосредственные участники рецепции вирусных белков (G.Yu. Kosovskii с соавт., 2017; V.I. Glazko с соавт., 2018; L. Bai с соавт., 2019; H. Sato с соавт., 2020) и факторы, модифицирующие оболочечные белки вирусов при их размножении в клетках хозяина (A. De Brogniez с соавт., 2016; W. Assi с соавт., 2020). Как и в случае оболочечных белков BLV, у SARS-CoV-2 (COVID-19) модификации белков шипа оказывают существенное влияние на патогенность (M. Hoffmann с соавт., 2020). Патогенность и BLV, и COVID-19 во многом определяется их угнетающим действием на врожденный и адаптивный иммунитет, в частности через активацию Т-регуляторных клеток и повышение экспрессии рост-трансформирующего фактора TGF-b (L.Y. Chang с соавт., 2015; G.Yu. Kosovskii с соавт., 2017; W. Chen с соавт., 2020). Внутриклеточные механизмы защиты от ретротранспозиций, рекомбинаций между вирусами и ретротранспозонами хозяина, формирования новых элементов регуляторных сетей хозяина типа микроРНК, интеграции провирусной ДНК в геном хозяина тесно связаны и контролируются системами интерферирующей РНК (RNAi) с участием их ключевого гена dicer1 (P.V. Maillard с соавт., 2019; E.Z. Poirier с соавт., 2021; G.Y. Kosovsky с соавт., 2020). Можно ожидать, что именно эти системы обеспечивают определенную устойчивость генома к встраиванию в него экзогенного генетического материала и ограничение активных транспозиций собственных мобильных генетических элементов. По-видимому, именно полигенность контроля перечисленных критических стадий вирусных инфекций приводит к сложностям прогноза и предупреждения их развития.
Бесплатно
Статья обзорная
Люцерна и соя - широко возделываемые хозяйственно ценные кормовые и зернобобовые культуры, урожайность которых напрямую зависит от бактериальных микросимбионтов. Обработка семян бобовых растений штаммами клубеньковых бактерий (ризобии) способствует повышению продуктивности растительно-микробной системы как в типовых, так и в неблагоприятных условиях выращивания, например на деградированных почвах (подвергнуты засолению, заболачиванию, засушливости и т.д.). Именно поэтому получение новых штаммов, способных формировать высокопродуктивные и стрессоустойчивые симбиотические системы с бобовыми растениями, крайне востребовано в сельском хозяйстве. Современные технологии получения высокопродуктивных и экологически дифференцированных сортов бобовых культур предполагают использование биогеоценотического подхода на основе учета симбиотрофных показателей (З.Ш. Шамсутдинов, 2014). Формирование высокопродуктивных растительно-микробных систем основано на принципе дополнительности геномов макро- и микросимбионта (И.А. Тихонович с соавт., 2015), комплементарность взаимодействия которых обусловливает успешность их внедрения в агроценозы, различающиеся по агроклиматическим и почвенным условиям. К симбиотически значимым и генетически детерминируемым свойствам клубеньковых бактерий относят вирулентность, конкурентоспособность, специфичность и эффективность азотфиксирующей активности, которые ризобии проявляют по отношению к определенному виду, а подчас и сорту бобового растения-хозяина. Все вышеперечисленные симбиотически значимые характеристики детерминируются многочисленными группами генов ризобий. В обзоре представлен анализ сведений о генах микросимбионтов сои и люцерны, для которых экспериментально доказано участие в контроле симбиотической активности и стрессоустойчивости. Клубеньковые бактерии видов Sinorhizobium meliloti , S. fredii и Bradyrhizobium japonicum - это наиболее изученные, но контрастно различающиеся по генетическим и морфофизиологическим характеристикам бактерии. Сопоставление современных публикаций по основным группам симбиотически значимых генов ( nod гены, участвующие в синтезе и декорировании сигнальной молекулы Nod-фактора, которая обусловливает инициацию клубенькообразования при растительно-микробном взаимодействии; группы nif , fix и eff генов, ответственных за процесс азотфиксации и за симбиотическую эффективность) показывает, что эти исследования как для быстро-, так и для медленнорастущих видов ризобий все еще разобщены, а полученные результаты фрагментарны. Вместе с тем, согласно опубликованным данным, аллельный полиморфизм по указанным генам играет важную роль в вариации сигналинга, хозяйской специфичности и симбиотической эффективности клубеньковых бактерий. Сделано заключение, что сопряженный анализ последовательностей генов интереса из функционально различных групп генов, вовлеченных в формирование высокоэффективных стрессоустойчивых симбиозов, - sym (symbiotic; симбиоз), srg (stress related genes; гены устойчивости к стрессовым факторам) и QS (quorum sensing genes; гены кворум сенсинга), или sym - srg -QS генов, перспективен для поиска и создания молекулярных маркеров симбиотических и адаптивных свойств клубеньковых бактерий, что необходимо для мониторинга генетической структуры штаммов при лабораторных исследованиях, в биопрепаратах и в микробиоме агроценоза.
Бесплатно
