Обзоры, проблемы. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья обзорная
Возбудители микоплазмоза крупного рогатого скота (КРС) широко распространены во всем мире, в том числе в Российской Федерации (A.M. Parker c соавт., 2018; М. Абед Алхуссен c соавт., 2020). В настоящем обзоре рассматриваются три патогенных микоплазмы КРС - Mycoplasma bovis , M. bovigenitalium и M. dispar , их распространение, биологические свойства и лабораторные методы идентификации. Микоплазмы вызывают многочисленные заболевания КРС, включая маститы, артриты, кератоконъюктивиты, средний отит, пневмонии и репродуктивные патологии (R.A.J. Nicholas c соавт., 2008; F.P. Maunsell c соавт., 2011). Представители рода Mycoplasma характеризуются размером до 150 мкм, небольшим геномом (0,58-1,38 млн п.н.) с низким содержанием G-C (23-40 %) и отсутствием клеточной стенки, что обусловливает их полиморфность и устойчивость к антибиотикам, влияющим на процесс синтеза клеточной стенки бактерий (R.A.J. Nicholas c соавт., 2008; P. Vos c соавт., 2011). Поверхностные антигены микоплазм отличаются высокой изменчивостью как in vitro, так и in vivo, благодаря чему наблюдается значительная вариабельность изолятов (M.A. Rasheed c соавт., 2017). Это также играет важную роль для преодоления иммунной системы организма-хозяина. Кроме того, некоторые из антигенов участвуют в адгезии микоплазм к клеткам-хозяевам (Y. Guo c соавт., 2017). После адгезии многие микоплазмы производят продукты, которые повреждают клетки хозяина и усиливают патогенез (L.A. Khan c соавт., 2005). Они также могут образовывать биопленки, повышающие устойчивость к высыханию и тепловому стрессу (L. McAuliffe c соавт., 2006; F. Gomes c соавт., 2016). Более того, примембранное существование, внутриклеточная инвазия и выживаемость микоплазм в клетках КРС способствует сохранению этих патогенов и их распространению в организме хозяина (J. Van der Merwe c соавт., 2010). Инкубационный период при микоплазменной инфекции КРС зависит от инфекционной дозы, присутствия ассоциированных инфекций, условий содержания животных в стаде и стрессового состояния животных (M.J. Calcutt c соавт., 2018). Больные животные становятся источником инфекции, поскольку могут выделять патоген с носовыми истечениями и спермой в течение нескольких месяцев, а иногда и нескольких лет (K.A. Clothier c соавт., 2010; V. Punyapornwithaya c соавт., 2010). При низких температурах микоплазмы длительное время сохраняют жизнеспособность вне организма хозяина. Так, в глубоко замороженной сперме КРС возбудитель может оставаться инфекционно-активным в течение многих лет (A. Kumar c соавт., 2011). Высокая контагиозность некоторых видов Mycoplasma spp., сложности лечения микоплазмозов и экономические затраты на выбраковку пораженного поголовья обусловливают актуальность своевременной и точной диагностики для контроля и профилактики заболевания (A.M. Parker c соавт., 2018). Для выделения патогена, подтверждения его жизнеспособности и определения видовой принадлежности применяют культуральные методы исследования, однако у них много недостатков и ограничений. Культивирование микоплазм требует использования комплексных сред, специального оборудования и технических навыков (R.A.J. Nicholas c соавт., 2008; M.J. Calcutt c соавт., 2018; A.M. Andersson c соавт., 2019). Его проводят при температуре 37 °С и 5-10 % СО2 в течение 7-10 сут (P.J. Quinn c соавт., 2011). ПЦР-диагностика обеспечивает более быструю и точную идентификацию возбудителя, а с помощью серологических методов можно оценить иммунный ответ животных при вспышке микоплазмоза на ферме (A.M. Andersson c соавт., 2019). Кроме того, для идентификации и изучения возбудителей микоплазмозов КРС используются другие методы, такие как метод масс-спектрометрии MALDI-TOF MS, метод полногеномного секвенирования (WGS), позволяющий изучать геном микроорганизмов, методы латексной агглютинации, иммунохроматографический анализ и др. Каждый из подходов имеет свои преимущества и недостатки (M.J. Calcutt c соавт., 2018; B. Pardon c соавт., 2020).
Бесплатно
Статья обзорная
Частое применение антибиотиков в современном животноводстве грозит расширением спектра антибиотикорезестентных бактерий. Один из механизмов, ответственных за этот процесс, - кворум сенсинг (Quorum sensing, QS). Для его реализации бактерии используют специальные сигнальные молекулы для обмена информацией - аутоиндукторы (A.A. Miller с соавт., 2011). Благодаря изучению описываемого механизма стало известно о существовании веществ, выступающих в роли ингибиторов Quorum sensing (гасители кворума) (B. Rеmy с соавт., 2018), что сделало такие исследования еще более актуальными (J. Bzdreng с соавт., 2017). В своем обзоре мы обобщили современные данные о поиске и разработке таких биологически активных соединений, способных стать альтернативой антибиотическим препаратам, применяемым в сельском хозяйстве. Среди них можно выделить бактериальные ферменты (АГЛ-лактоназы, АГЛ-ацилазы, декарбоксилазы и дезаминазы), способные деградировать сигнальные аутоиндукторы кворум сенсинга (V.C. Kalia с соавт., 2011), а также a-амилазы, b-глюканазы, липазы и протеазы, способствующие разрушению биопленки (R. Sharma с соавт., 2001). Антимикробными свойствами также обладают ферменты животных - ацилаза I (D. Paul с соавт., 2010), параоксоназа (J.F. Teiber с соавт., 2008), лактоназа; ферменты растений - лакказа (R. Al-Hussaini с соавт., 2009), аллииназа, тиолзависимый фермент и лактоназа, выделенные из чеснока и лекарственных растений (A. Adonizio с соавт., 2008); ферменты морских организмов - бромопероксидаза из водорослей Laminaria digitata (а также галогенированные фураноны из Delisea pulchra ) и альгинатные лиазы, обнаруженные в водорослях, беспозвоночных и морских микроорганизмах (S.A. Borchardt с соавт., 2001; М. Manefield с соавт., 2000). Можно также отметить антимикробные пищеварительные ферменты, используемые в качестве кормовых добавок, - фитазу (O. Adeola с соавт., 2011), ксиланазу и лизоцим (G. Cheng с соавт., 2014). Перспективными представляются исследования фитобиотиков и эфирных масел в качестве ингибиторов кворум сенсинга (В.И. Фисинин с соавт., 2018). Их ингибирующая способность проявляется благодаря сходству химической структуры некоторых растительных экстрактов и ацил-гомосерин-лактона и инактивации сигнальных молекул (R. Chevrot с соавт., 2006; F. Nazzaro с соавт., 2013). Кроме того, в качестве альтернативы рассматривается комбинированное воздействие антимикробных препаратов, которое способно дать синергетический эффект за счет разнообразия механизмов, необходимых для преодоления рецидивирующей бактериальной коммуникации и уничтожения персистирующих клеток. В состав таких полипрепаратных коктейлей может включаться сочетания антибиотиков с природными соединениями. Показана эффективность комбинации тобрамицина и некоторых растительных экстрактов (циннамальдегида и гидрата байкалина) против Burkholderia cenocepacia и Pseudomonas aeruginos (G. Brackman с соавт., 2011), широкого спектра антибиотиков - аминогликозидов (T.H. Jakobsen с соавт., 2012; M. Stenvang с соавт., 2016), хинолонов (Q. Guo с соавт., 2016), полипептидных антибиотиков (A. Furiga с соавт., 2016; Z.P. Bulman с соавт., 2017), цефалоспоринов и гликопептидов (D. Maura с соавт., 2017) и различных ингибиторов кворум сенсинга.
Бесплатно
Статья обзорная
Появление резистентных к химическим гербицидам популяций сорных растений приводит к повсеместному снижению эффективности использования таких препаратов. Несмотря на то, что в Соединенных Штатах Америки, Канаде, Китае и Южной Африке на рынке средств борьбы с сорной растительностью внедряются биологические и биорациональные гербициды (БГБ), в Российской Федерации к настоящему моменту не зарегистрировано ни одного подобного препарата. В то же время развитие исследований по разработке экологически безопасных средств борьбы с сорными растениями позволяет рассчитывать на изменение существующей ситуации (А.О. Берестецкий, 2017; M. Triolet с соавт., 2020). Цель настоящего обзора - анализ современного ассортимента химических гербицидов, разрешенных для применения в России, для выявления рыночных ниш, которые могут занять биологические и биорациональные гербициды в ближайшем будущем. Для оценки перспектив использования БГБ в первую очередь учитывали спектр их действия, обусловленный видовой специфичностью фитопатогенов, который значительно уже спектра гербицидов химического синтеза (A. Berestetskiy с соавт., 2018; A. Berestetskiy, 2021). В основу анализа был положен перечень особо опасных для продукции растительного происхождения вредных организмов, подготовленный Всероссийским НИИ защиты растений (2013), в котором указаны следующие виды сорных растений: осот полевой ( Sonchus arvensis L.), бодяк щетинистый ( Cirsium setosum (Willd.) Bess.), вьюнок полевой ( Convolvulus arvensis L.), пырей ползучий ( Elytrigia repens (L.) Nevski) и овсюг обыкновенный ( Avena fatua L.). Перечень был дополнен двумя карантинными сорняками, ограниченно распространенными на территории Российской Федерации, но проблемными для ряда регионов, - амброзией полыннолистной ( Ambrosia artemisiifolia L.) и горчаком ползучим ( Acroptilon repens DC.). Указанные виды сорных растений обладают неодинаковой степенью вредоносности на разных культурах (А.М. Шпанев, 2011). В анализе были задействованы наиболее значимые с точки зрения структуры посевных площадей Российской Федерации сельскохозяйственные культуры. Наиболее перспективно применение БГБ в садах и виноградниках, где, в связи с исключением препаратов на основе глифосата, разрешено использовать лишь глюфосинат аммония (А.С. Голубев с соавт., 2018; А.С. Голубев с соавт., 2019). Кроме того, БГБ, применяемые совместно с этим гербицидом, позволили бы увеличить эффективность обработок и продолжительность защитного эффекта. Риски использования БГБ в садах и виноградниках не выглядят значимыми из-за относительной замкнутости этих агроэкосистем. Кормовые культуры и овощи закрытого грунта не имеют существенного потенциала в качестве ниш для применения БГБ: кормовые культуры - из-за низкой экономической отдачи, а овощи закрытого грунта - ввиду особенностей технологии их выращивания. Перспективным выглядит использование БГБ на полях, предназначенных под посев сельскохозяйственных культур, в осенний период и на паровых полях. В условиях севооборотов БГБ могут использоваться против многолетних корнеотпрысковых сорняков и горчака ползучего в период вегетации сои, подсолнечника и картофеля. На двух последних культурах БГБ могут применяться против амброзии полыннолистной. Занять нишу, связанную с уничтожением злаковых сорных растений (таких как пырей ползучий или овсюг), в условиях сложившегося ассортимента химических гербицидов, будет возможно только для подавления резистентных популяций сорняков.
Бесплатно
Перспективы использования метода zona-free при клонировании сельскохозяйственных животных
Статья обзорная
В современной биотехнологии широко дискутируется тема создания клонов млекопитающих. В представленном обзоре на основании данных литературы и результатов собственных исследований рассмотрены успехи и проблемы трансплантации ядер соматических клеток (somatic cell nuclear transfer, SCNT), используемой для этих целей, проведен сравнительный анализ традиционной процедуры SCNT и метода zona-free nuclear transfer (zona-free NT). Основные области применения SCNT - терапевтическое и репродуктивное клонирование, получение трансгенных животных, сохранение редких и исчезающих видов, фундаментальные исследования. Так, клонирование элитных быков-производителей позволяло бы воссоздавать их уникальный генетический материал, что невозможно при естественном воспроизводстве. Однако пока что клонирование животных не получило широкого распространения. Одна из причин - низкий выход здорового молодняка, который у крупного рогатого скота, например, составляет в среднем около 9 % от числа трансплантированных клонированных эмбрионов. Считается, что отклонения в развитии плода обусловлены нарушениями, имевшимися в процессе репрограммирования ядра соматической клетки. Хотя в настоящее время предложено несколько практических подходов, позволяющих повысить эффективность метода SCNT, проблема репрограммирования ядра как фундаментальный вопрос биологии развития требует дальнейшего глубокого изучения. Кроме того, проблемой, сдерживающей практическое применение метода SCNT, остается сложность исполнения манипуляций, предусмотренных традиционной технологией, которая была предложена около 30 лет назад S.M. Willadsen (1986) и используется до настоящего времени практически в неизмененном виде. Вместе с тем существенный прогресс был достигнут при клонировании млекопитающих по так называемому zona-free NT методу, когда ооциты перед энуклеацией освобождают от блестящей оболочки. Впервые этот прием был успешно применен T.T. Peura с соавт. (1998), донорами ядер бластомеров в их работе служили эмбрионы крупного рогатого скота. Метод оказался эффективен и при использовании соматических клеток для получения клонированных эмбрионов свиньи (P.J. Booth, 2001), овцы (T.T. Peura, 2003), крупного рогатого скота (P.J. Booth с соавт., 2001), лошади (C. Galli с соавт., 2003). Zona-free NT метод был усовершенствован нами при получении клонированных эмбрионов крупного рогатого скота (Г.П. Маленко с соавт., 2006). В доступных источниках мы не встречали сообщений об использовании zona-free NT другими исследователями в России, хотя в мировой литературе признается, что по сравнению с традиционными приемами он более производителен, проще в исполнении и дает воспроизводимые результаты (I. Lagutina с соавт., 2007; B. Oback с соавт., 2007). При подготовке цитопластов энуклеация ооцитов без блестящей оболочки может проводиться без применения ядерных флуоресцентных красителей при эффективности 95-100 % и сохранении 96-97 % объема ооплазмы (M.I. Prokofiev с соавт., 2007). Частота электрослияния цитопластов без блестящей оболочки с соматическими клетками составляет 95-100 % (I. Lagutina с соавт., 2007; G.P. Malenko с соавт., 2007) по сравнению с 60-70 % при традиционном методе (I. Lagutina с соавт., 2007). Выход бластоцист оказывается равен или превышает этот показатель по сравнению с традиционным методом, результаты трасплантации также сопоставимы. Технология zona-free NT благодаря простоте исполнения и высокой результативности основных этапов рассматривается как эффективный протокол при создании клонированных эмбрионов сельскохозяйственных животных с целью получения жизнеспособного молодняка.
Бесплатно
Статья обзорная
В настоящее время по-прежнему актуален поиск новых эффективных способов и подходов, позволяющих контролировать рост, развитие и продуктивность растений, но при этом оказывающих минимальное негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. Одним из направлений, способствующих экологизации сельскохозяйственного производства, стало внедрение препаратов на основе фитогормонов, которые обладают выраженными протекторными функциями, таких как абсцизовая кислота, салициловая кислота и жасмонаты. Применение указанных фитогормонов может значительно повысить устойчивость растений к неблагоприятным факторам биотической и абиотической природы. В представленном обзоре суммирована актуальная информация о биологических функциях абсцизовой кислоты, жасмонатов и салицилатов, а также собраны примеры, демонстрирующие возможности применения препаратов на основе этих веществ на значимых сельскохозяйственных культурах, и обозначены перспективные направления использования таких препаратов в растениеводстве. Абсцизовая кислота участвует в регуляции роста и развития растения на протяжении всего онтогенеза, а также определяет устойчивость к абиотическим и биотическим стрессовым факторам (J. Li с соавт., 2017), играет важную роль в закрытии устьиц, регулируя потоки ионов в замыкающих клетках, вовлечена в регуляцию всех этапов созревания семян (К. Chen с соавт., 2020). Она может оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на устойчивость растений к патогенам (L. Lievens с соавт., 2017; K. Xie с соавт., 2018) и влиять на симбиотические взаимоотношения растений с грибами и бактериями (А. Цыганова с соавт., 2015). Салициловая кислота обеспечивает устойчивость растений к патогенам (A. Vlot с соавт., 2009; P. Ding с соавт., 2020), играет ключевую роль в развитии реакции сверхчувствительности, локальной гибели клеток вместе с патогеном (D. Klessig с соавт., 1994; M. Alvarez, 2000), а также формировании устойчивости в непораженных частях растения (системная приобретенная устойчивость) (M. Bürger с соавт., 2019). Салициловая кислота также может быть вовлечена в формирование устойчивости к солевому и низкотемпературному стрессам (E. Horvath с соавт., 2015; Ю. Колупаев с соавт., 2021; W. Wang с соавт., 2018) и поддержание микробиома в зоне корней (S. Lebeis с соавт., 2015). Регуляторные эффекты жасмонатов разнообразны, однако в первую очередь их функции связывают с регуляцией механизмов, определяющих устойчивость растений к некротрофным патогенам и насекомым, включая вредителей корней (C. Rohwer с соавт., 2008; S. Johnson с соавт., 2018). Жасмонаты также контролируют устойчивость к низкотемпературному стрессу, солевому стрессу, затоплению, засухе, озону, тяжелым металлам и ультрафиолетовому излучению (Т. Савченко с соавт., 2014; D. Pandita, 2022; T. Savchenko и соавт., 2019; K. Kazan, 2015; H. Kim с соавт., 2021). Высокая биологическая активность абсцизовой кислоты, салицилатов и жасмонатов определяет значительный потенциал их применения в различных областях сельского хозяйства для повышения стрессоустойчивости растений. Вместе с тем опосредованное этими фитогормонами повышение устойчивости зачастую сопровождается подавлением ростовых процессов, что может негативно сказаться на урожайности сельскохозяйственных культур и качестве получаемой продукции. Чтобы оценить перспективы практического использования препаратов на основе абсцизовой кислоты, жасмонатов и салициловой кислоты, необходим углубленный анализ доступных данных о физиологических эффектах, вызываемых этими веществами, поскольку их действие во многом определяется видовой и сортовой специфичностью, фазой развития растений, восприимчивостью ткани-мишени, концентрацией препарата, продолжительностью обработки и условиями применения.
Бесплатно
Поведенческие реакции и благополучие сельскохозяйственной птицы (обзор)
Статья обзорная
Обеспечение благополучия птицы и производство высококачественной продукции остаются актуальными проблемами как в мировом птицеводстве, так и в России в связи с необходимостью повышения конкурентоспособности отрасли (Welfare Quality® Assessment for poultry, 2009; I.J.H. Duncan, 1981; J.A. Mench, 1992). Особое внимание при улучшении благополучия животных придается соответствию между их биологическими особенностями и технологиями животноводства (D.A. Orlov c соавт., 2016). На благополучие сельскохозяйственной птицы влияют болезни, стрессы, питание, условия содержания (D.C. Jr Lay c соавт., 2011). Цель настоящего обзора - анализ нарушений поведения птицы в связи с ее неблагополучием, а также рассмотрение поведенческих предпочтений в качестве условий обеспечения благополучия. Птица в определенных пределах способна адаптироваться к различным условиям окружающей среды (M. Brantsæter c соавт., 2018). Неспособность к адаптации выражается в изменениях физиологического статуса, а также в нарушениях поведения, которые могут нанести вред и животным, и обслуживающему персоналу. Сильные проявления страха, такие как паника или резкие попытки побега, повышают энергозатраты и могут привести к повреждениям или даже смерти (S. Waiblinger c соавт., 2006). Страх как нежелательное эмоциональное состояние снижает общую активность животных. Регулярные отрицательные раздражители тормозят социальные взаимодействия (J.A. Mench, 2004; B. Forkman c соавт., 2007). Боязнь человека влияет на благополучие и продуктивность (T. Kutzer c соавт., 2015; M.A. Sutherland c соавт., 2012; F. Barone c соавт., 2018). Отношения человека и животного включают в себя визуальное, тактильное, обонятельное и групповое восприятие (S. Waiblinger c соавт., 2006). Птица чувствительна к визуальному контакту с человеком, но некоторые взаимодействия, такие как перемещение человеком руки на боковую часть клетки или приближение на короткое время, могут снизить ее пугливость (J.A. Mench, 2004). Оценка реакции животных позволяет сделать выводы о том, как они воспринимают всех людей или конкретного человека. Это зависит от вида животного и системы содержания, от характера его взаимодействий с человеком (позитивные, нейтральные или негативные), от качества ухода (S. Waiblin-ger c соавт., 2006). Понимание поведения - важный аспект концепции благополучия птицы (В.Н. Тихонов c соавт., 2008). С точки зрения обеспечения благополучия животных особо выделяют возможность проявлять природное поведение и наличие элементов в обстановке, приближающих ее к природной среде (Animal Welfare Issues Compendium; D. Fraser, 2008). Домашние куры сохранили значительную часть свойственных диким формам поведенческих потребностей (M.S. Dawkins, 1988). Главные из них - гнездование, пищевое и питьевое поведение, двигательная и комфортная активность, социальные взаимодействия (I.J.H. Duncan, 1998; T. Shimmura c соавт., 2018). Ограничение естественного поведения ведет к ухудшению благополучия птицы. Факторы окружающей среды, такие как высокая интенсивность света и скученность, также c высокой вероятностью провоцируют проявления нарушений поведения (M.C. Appleby c соавт., 2004). У животных, которые содержатся в неволе, могут проявляться так называемые стереотипии - повторяющиеся фиксированные циклы, выполняемые без видимого назначения, агрессивное поведение, расклевы яиц (G.J. Mason, 1991; M.C. Appleby c соавт., 2004; I.J.H. Duncan, 1998). Птица, содержащаяся в традиционных клеточных батареях (на 4-5 гол.), подвержена меньшему риску проблем с агрессивным поведением по сравнению с напольным содержанием из-за меньшего числа особей в группе (H. Lukanov c соавт., 2013). В то же время в бесклеточных системах размер группы может превышать 1000 гол., что расширяет возможности исследовательского поведения птицы, но повышает риск расклевов и каннибализма (D.C. Jr Lay c соавт., 2011). Именно поведенческие предпочтения животных служат основой для дизайна технологий, обеспечивающих их благополучие (M.S. Dawkins, 1988).
Бесплатно
Повышение адаптивности в селекции зерновых культур
Статья обзорная
Важнейшее требование, которому должны соответствовать перспективные сорта, -адаптивность, то есть способность противостоять действию факторов среды, снижающих продуктивность и урожай. Проблема адаптации в системе «растение-среда» и использование механизмов саморегуляции продуктивного и средообразующего процессов занимает центральное место в эволюционной теории и селекции (З.В. Андреева с соавт., 2014). В этой системе следует обратить особое внимание на потенциал растения. В обзоре обсуждаются основные понятия, особенности и направления селекции на адаптивность. Цель такой селекции - выведение сортов с высокой устойчивостью к неблагоприятным условиям. Рассмотрены представления о стабильности, пластичности, гомеостатичности и устойчивости изучаемого генотипа к стрессорам. Взаимодействие «генотип-среда» (ВГС) в широком смысле отражает реакцию растения на любые изменения среды. В узком смысле это понятие применяется для описания смены рангов продуктивности у набора генотипов в разных средах. ВГС играет главную роль в повышении урожаев сельскохозяйственных растений. Взаимодействия и взаимосвязи генотипа и среды разнообразны и сложны по характеру и степени проявления, они зависят от генотипа и того, какой фактор рассматривают в роли среды или условий (В.А. Зыкин с соавт., 2005). Невысокое различие между генотипическими возможностями и их фенотипическим проявлением свидетельствует о меньшей реакции конкретного генотипа на факторы среды. Рассматривается использование различных методик выявления потенциальной продуктивности и адаптивности сортов. Применение методов оценки стабильности и пластичности позволяет установить достоверность различий и получить дополнительную информацию для отбора ценного исходного материала при селекции на адаптивность. Создание сортов и гибридов с высокой адаптивностью предполагает использование специальных методов селекции в зависимости от условий внешней среды и фазы онтогенеза растений (А.П. Головоченко, 2001).
Бесплатно
Полимерные гидрогели в сельском хозяйстве (обзор)
Статья обзорная
Полимерные гидрогели (ПГГ) формируются при набухании трехмерно сшитых гидрофильных полимеров и характеризуются, как правило, высокой влагоудерживающей способностью (K. Rop с соавт., 2019; N. Singh с соавт., 2021; A. Sikder с соавт., 2021). Влагоемкость и возможность пролонгированного высвобождения удобрений, пестицидов и биопрепаратов делает их перспективными для использования в сельском хозяйстве (P. Rychter с соавт., 2016; A. Sikder с соавт., 2021). ПГГ снижают необходимость частой ирригации, увеличивают скорость прорастания семян, рост растений, приживаемость рассады, усиливают рост корней, предотвращают эрозию почвы, передозировку пестицидов и удобрений (N. Singh с соавт., 2021). По происхождению ПГГ делятся на синтетические и природные; синтетические гидрогели, главным образом полимеры и сополимеры акриламида и акриловой кислоты, обладают значительной влагоудерживающей способностью и прочностью, однако слабо подвергаются деградации в почвах (А.В. Смагин с соавт., 2014; B. Wilske с соавт., 2014). Известно, что микроорганизмы способны использовать ПГГ на основе акриловых полимеров в качестве источника азота и/или углерода для роста (H. Matsuoka с соавт., 2002; M. Bao с соавт., 2010; F. Yu с соавт., 2015) за счет наличия амидазной активности (F. Yu с соавт., 2015; A. Nyyssölä с соавт., 2019), обеспечивая их постепенное разложение в почве. Природные гидрогели, среди которых преобладают ПГГ на основе целлюлозы, обладают меньшей прочностью, но при этом подвержены биоразложению и экологически безопасны (R. Kundu с соавт., 2022). Кроме целлюлозы, в качестве влагоудерживающих сильнонабухающих агентов природного происхождения используют коллаген (Z.-Y. Hu с соавт., 2021), альгинаты (B. Tomadoni с соавт., 2020), хитозаны (A. Zinchenko с соавт., 2022), другие полисахариды. Перспективное направление - применение гидрогелей как носителей для пролонгированного высвобождения удобрений, главным образом мочевины (P. Rychter с соавт., 2016; W. Tanan с соавт., 2021), пестицидов (C. Xu с соавт., 2021; C. Bai с соавт., 2015; F.E. Baloch с соавт., 2021; D. Zheng с соавт., 2022), для внесения в почву микробных препаратов, в том числе фосфатмобилизующих и азотфиксирующих бактерий (C.S. Wu, 2008; А.В. Коврижников с соавт., 2021). Для более активного внедрения ПГГ в практику следует снижать их себестоимость, главным образом за счет создания композиционных материалов на основе отходов сельского хозяйства и биотехнологических производств. Необходимо сочетать положительные качества синтетических и натуральных ПГГ, синтезируя полусинтетические гидрогели, которые подвержены биодеградации и не загрязняют окружающую среду, обладают оптимальной механической прочностью и водопоглощающей способностью. Как влагоудерживающие и антиэрозионные агенты более перспективны гидрогели на основе полимеров и сополимеров акрил-амида и акриловой кислоты (I.G. Panova с соавт., 2021; Н.Б. Садовникова с соавт., 2014; А.В. Смагин с соавт., 2014), как носители удобрений и пестицидов - натуральные и «полусинтетические» ПГГ (P. Jungsinyatam с соавт., 2022; A. Di Martino с соавт., 2021). В настоящем обзоре обобщены современные сведения о применении ПГГ различного состава в сельском хозяйстве, приведены данные о положительном влиянии ПГГ на водный баланс почв, урожайность, рост, выживаемость различных сельскохозяйственных культур, прорастание семян и товарные качества корнеплодов, а также обозначены перспективы развития этого направления в сельском хозяйстве.
Бесплатно
Статья обзорная
Медоносные пчелы ( Apis mellifera L.) жизненно важны для существования многих сельскохозяйственных культур (рапс, подсолнечник, бобовые), а также для сохранения естественного биоразнообразия растений. Актуальность всестороннего изучения биологии медоносной пчелы возрастает с каждым годом. В первую очередь это вызвано намечающимися во всем мире (включая Российскую Федерацию) негативными процессами в популяциях медоносных пчел. Исторически на территории Европы и Африки обитал только один представитель рода Apis - медоносная пчела Apis mellifera , образовавший в процессе эволюции значительное число рас (подвидов), способных свободно скрещиваться друг с другом. В дальнейшем вид Apis mellifera был расселен человечеством по всему миру. В настоящее время наиболее опасна потеря уникальных генофондов аборигенных подвидов пчел и их чистопородности вследствие бесконтрольной гибридизации (P. de la Rúa с соавт., 2009). При этом важное значение в сохранении естественного генетического разнообразия отечественных пород медоносной пчелы приобретает изучение генетической структуры и эволюционных взаимосвязей популяций A. mellifera на территории Российской Федерации, определение чистопородности имеющегося и импортируемого в страну племенного поголовья пчел, генетическая паспортизация пчел, выявление геномных ассоциаций с хозяйственно полезными признаками (яйценоскость маток, летная деятельность пчел, медовая и восковая продуктивность, устойчивость к паразитам, зимостойкость, компоненты маточного молочка, пчелиного яда), а также разработка методов оценки племенной ценности медоносных пчел. Необходимым условием сохранения и поддержания полиморфизма как компонента устойчивости популяции становится определение параметров групповых характеристик популяций и линий (Н.И. Кривцов с соавт., 2011). Также особую значимость при оценке состояния генофонда пород пчел и оптимизации подбора исходного материла для селекции приобретает изучение генетической структуры популяций племенных хозяйств и выяснение эволюционных отношений между географически изолированными популяциями. В представленном обзоре рассматриваются общие вопросы структурной организации микросателлитных маркеров (STR, short tandem repeats), основные модели их эволюции (H. Fan с соавт., 2007), а также возможные механизмы возникновения микросателлитных последовательностей в геномах эукариот (А.В. Омельченко, 2013). Микросателлиты представлены короткими тандемными повторами (размер мономерного звена от 2 до 6 п.н.), дисперсно расположенными по всей ядерной ДНК (W.S. Sheppard с соавт., 2000). Они могут быть локализованы как в некодирующих участках (в том числе в регуляторных областях), так и в кодирующих областях генома (I. López-Flores с соавт., 2012). Считается, что одним из ключевых процессов, приводящих к возникновению и способствующих экспансии микросателлитов, является образование разнообразных неканонических структур ДНК, благоприятствующих проскальзыванию вилок репликации (R.D. Wells, 1996). Микросателлитные локусы представляют собой очень удобный инструмент для анализа генетической структуры популяций, оценки степени инбридинга и гетерозиготности, вычисления коэффициентов генетического родства и определения степени интрогрессии. В обзоре описано применение STR маркеров для выявления эволюционной истории медоносной пчелы. Обобщены основные работы по изучению генетической структуры популяций Apis mellifera различных подвидов, встречающихся на территории Европы, Азии, Америки и Африки. Отдельно уделено внимание изучению популяций отечественных пород и породных типов медоносных пчел. STR маркеры продолжают оставаться чрезвычайно мощным средством геномного картирования, определения достоверности происхождения, популяционно-генетических и эволюционных исследований благодаря значительному числу характерных аллелей, высокой частоте происходящих мутационных событий и кодоминантному типу наследования.
Бесплатно
Пренатальное питание домашней птицы и его постнатальные эффекты (обзор)
Статья обзорная
У современных пород и кроссов кур мясного направления продуктивности быстрый рост сопровождается возникновением метаболических нарушений из-за несоответствия между скоростью эмбрионального и постэмбрионального развития. У птиц в пренатальный период происходят резкие физиологические и метаболические изменения, и любые нарушения в этот период влияют на эффективность вылупления и последующую продуктивность (E.T. Moran, 2007; V.L. Christensen с соавт., 2004). Поддержать эмбриональное развитие птицы и лучше подготовить цыплят к интенсивному росту можно, используя технологию кормления in ovo естественными питательными веществами - аминокислотами, углеводами, витаминами, а также стимуляторами роста и гормонами (P.R. Ferket, 2016). Согласно современным представлениям нутригеномики, питательные и биологически активные вещества способны влиять на экспрессию генов (В.И. Фисинин с соавт., 2006; L. Bordoni с соавт., 2019). Эксперименты с использованием технологии кормления in ovo показали, что инъекции питательных веществ влияют на физиологическое состояние эмбрионов бройлеров и цыплят после вылупления. Так, инъекции углеводов in ovo повышают количество доступной энергии для зародыша и уменьшают катаболизм белков и липидов во время выводного периода. В результате увеличивается масса цыплят на выводе, повышается скорость роста, что обусловлено лучшим развитием органов желудочно-кишечного тракта (R. Kornasio с соавт., 2011; R. Jha с соавт., 2019). Во время развития эмбриону необходимы все аминокислоты; отсутствие любой из них нарушает у него синтез протеинов и гомеостаз, что негативно сказывается на росте и развитии вылупившихся цыплят. Многочисленные исследования показали положительное влияние инъекций in ovo как индивидуальных аминокислот, так и их сочетаний на показатели роста и развития цыплят (Y. Ohta с соавт., 2001; T.M. Shafey с соавт., 2014; L.L. Yu с соавт., 2018). Около 94 % общей метаболической энергии эмбриона в период развития генерируется в результате окисления жирных кислот. Окислительные процессы сопровождаются образованием большого количества свободных радикалов, которые вызывают повреждение клеток (П. Cурай с соавт., 2013; A. Yigit с соавт., 2014). Витамины С и Е с антиоксидантными свойствами, применяемые в эмбриональный период, положительно влияли на развитие иммунной системы птенцов во время выращивания (S.A. Selim с соавт., 2012; S. Nowaczewski с соавт., 2012), L-карнитин усиливал утилизации глюкозы в анаэробных условиях в выводной период и увеличивал скорость роста цыплят (T.M. Shafey с соавт., 2010; А.М. Долгорукова, 2017). Таким образом, кормление в яйце (in ovo) может быть инструментом для значительного повышения выводимости и жизнеспособности цыплят, что, в свою очередь, даст положительный экономический эффект (E.D. Peebles, 2018). Следует, однако, отметить, то эта технология пока не нашла широкого применения в промышленном птицеводстве, и для понимания стимулирующего влияния различных нутриентов на развитие эмбриона птиц требуется продолжение исследований.
Бесплатно
Статья обзорная
Основные требования к современным вакцинным препаратам - эффективность, надежность и отсутствие побочных действий (безвредность). Повышение требований к безопасности и чистоте препаратов стимулировало как развитие традиционных препаратов, так и создание искусственных вакцин нового поколения - субъединичных, рекомбинантных, антиидиотипических, ДНК-вакцин и др. Технология получения рекомбинантных белков доказала свое преимущество при разработке широкого спектра терапевтических и лечебных препаратов против инфекционных болезней человека и животных (S. Khan с соавт., 2016). В 2011 году создано шесть лекарственных препаратов на основе технологии Fc-фьюжирования белков. Большинство этих Fc-химерных протенинов влияют на рецептор-лигандные взаимодействия как антагонисты, либо блокирующие связывание рецептора, например ЭнбрелÒ (этанерцепт; «Amgen», США), ЗалтрапÒ (афлиберцепт; «Sanofi», Франция), АркалистÒ (рилонацепт; «Regeneron», США), либо прямо стимулирующие рецепторную функцию, вызывающие снижение (АмевивÒ - алефацепт; «Astellas», США) или повышение (ЭнплейтÒ - ромиплостим; «Amgen», США) активности иммунного ответа...
Бесплатно
Проблема безопасного использования подсолнечника (Helianthus annuus L.) для пищевых и кормовых целей
Статья обзорная
Риски, связанные с контаминацией агропродукции микотоксинами, были и остаются в центре пристального внимания мировой науки. В последние десятилетия особая обеспокоенность была связана с состоянием урожая зерна, предназначенного для продовольственных и кормовых целей. В настоящее время в большинстве зернопроизводящих стран достигнут значительный прогресс в идентификации основных токсинообразующих микромицетов и оценке опасности, обусловленной распространением микотоксинов (T.Yu. Gagkaeva с соавт.,2004; Г.П. Кононенко с соавт., 2008, 2009; P.M. Scottс соавт., 2012). Для второй по значимости группы сельскохозяйственных растений - масличных культур (подсолнечник, соя, арахис, рапс, хлопчатник) в подобных исследованиях наблюдается значительное отставание.Подсолнечник возделывается практически во всех регионах мира, пригодных для земледелия.Ареал его промышленного выращивания также чрезвычайно широк. В группу мировых лидеров по производству семян подсолнечника входят Российская Федерация, Украина, Аргентина, Индия, Китай...
Бесплатно
Продуктивное долголетие животных, способы его прогнозирования и продления
Статья обзорная
Удлинение сроков продуктивного использования животных - важнейшая проблема в разведении молочного и молочно-мясного скота, свиноводстве и других отраслях животноводства. Целью настоящей работы стал обзор влияния различных генотипических и паратипических факторов на продолжительность жизни, продуктивное долголетие поголовья, а также анализ способов их прогнозирования и продления. Показано, что с увеличением удоя за лактацию с 2500-3000 до 10000 кг продолжительность продуктивного использования коров снижается с 7-9 до 2-3 лактаций, что повышает себестоимость производства молока (И.И. Клименок с соавт., 2001; J.R. Wright с соавт., 2016 и др.). Увеличение молочной продуктивности сопровождается снижением воспроизводительной функции: удлиняется сервис-период, снижается оплодотворяемость, что вызвано стрессом в результате активации лактационной доминанты (А.И. Абилов с соавт., 2013; Y.С. Schuermann соавт., 2016). Для улучшения воспроизводительной функции и продолжительности использования рекомендуется применять специальные минерально-витаминные добавки (Л.В...
Бесплатно
Производство функциональных яиц. Сообщение III. Роль каротиноидов
Статья обзорная
Изучение роли каротиноидов, особенно ксантофиллов, в профилактике и диетотерапии ряда онкологических, сердечно-сосудистых и глазных болезней человека (E. Bakan с соавт., 2014) привело к тому, что сейчас эти соединения стали рассматриваться не только как средство улучшения окраски и товарного вида желтка яиц, но и как целевые вещества при производстве диетических, дизайнерских и функциональных яиц (V.P. Singh с соавт., 2012). Высокая биодоступность каротиноидов из пищевых яиц (благодаря солюбилизации в липидах желтка) делает их удобным средством обогащения рациона человека (H.-Y. Chung с соавт., 2004). В настоящем обзоре рассматриваются вопросы, связанные с практическим производством яиц, функциональных по каротиноидам: источники каротиноидов в рационах птицы и их сравнительная эффективность, метаболизм ксантофиллов в организме кур и его связь с метаболизмом липидов, влияние различных источников ксантофиллов на здоровье и продуктивность несушек, основные показатели качества яиц, интенсивность окрашивания желтка и содержание в нем ксантофиллов...
Бесплатно
Статья обзорная
Химический метод до сих пор остается наиболее эффективным способом защиты урожая экономически значимых сельскохозяйственных культур и обеспечения его качества. В мировом сельском хозяйстве сейчас используется не менее 150 фунгицидных соединений с различными механизмами действия, а число разработанных на их основе и зарегистрированных продуктов в несколько раз больше. Триазолы и стробилурины относятся к тем фунгицидам, применение которых в 1980-1990-х годах обеспечило прорыв в борьбе с возбудителями наиболее вредоносных болезней (D. Fernández-Ortuño с соавт., 2008). Однако для надежной защиты растений от поражающих их грибов и оомицетов зачастую необходимы многократные обработки фунгицидами, повторяющиеся в течение каждого нового вегетационного сезона, что ухудшает экологическую ситуацию и повышает риск развития резистентности этих фитопатогенов к фунгицидам. Резистентность - наиболее трудно преодолимое последствие фунгицидных обработок (J.A. Lucas с соавт., 2015), которое делает их во многих случаях малоэффективными и экономически неоправданными (K.J. Brent с соавт., 2007; R.P. Oliver, 2014). Попытки борьбы с резистентными формами фитопатогенных грибов и оомицетов посредством увеличения дозировок фунгицидов и кратности обработок бесперспективны, так как вызывают распространение все более и более устойчивых популяций этих патогенов. Доминирующими в современном сельском хозяйстве тенденциями, направленными на его экологизацию, считают сокращение дозировок фунгицидов без снижения эффективности их защитного действия и преодоление резистентности фитопатогенов. В то же время отказ от современных фунгицидов из группы высокого и среднего риска резистентности, в том числе стробилуринов и триазолов, не представляется удачным с практической точки зрения, поскольку они обеспечивают высокоэффективный контроль широкого спектра заболеваний и имеют ряд других преимуществ (А.В. Филиппов с соавт., 2016). Одной из стратегий, способствующих преодолению многих из вышеуказанных противоречий, могла бы стать хемосенсибилизация фитопатогенов, то есть повышение их чувствительности к фунгицидам. Хемосенсибилизация может быть достигнута при сочетании коммерческого фунгицида с нефунгицидным или обладающим незначительной фунгитоксичностью природным соединением (B.C. Campbell с соавт., 2012; V.G. Dzhavakhiya с соавт., 2012). При этом используются концентрации, которые недостаточны для подавления патогена при раздельной обработке агентами, но при их совместном применении достигается синергетический фунгицидный эффект, в том числе значительно превышающий таковой при дозировках фунгицида, к которым нечувствительны резистентные штаммы. Вещества-хемосенсибилизаторы атакуют биохимические и структурные мишени, отличные от тех, на которых нацелено действие фунгицидов, и поэтому не способствуют отбору резистентных форм. В настоящем обзоре перспективность хемосенсибилизации как антирезистентной стратегии усиления защитного эффекта фунгицидов продемонстрирована на примере нескольких экономически значимых фитопатогенных грибов, чувствительность которых к стробилуринам и триазолам может быть многократно усилена при их совместном применении с метаболитами растений и микроорганизмов или с их аналогами. Кроме того, кратко обсуждается проблема развития резистентности фитопатогенных грибов и приемы, препятствующие ее распространению, приведены сведения о типах и основных механизмах резистентности, в частности о тех, которые ответственны за устойчивость к триазолам и стробилуринам, а также представлена информация о механизмах действия некоторых хемосенсибилизаторов.
Бесплатно
Статья научная
Зерно твердой пшеницы, которое используется в макаронной и крупяной промышленности, должно обладать высокими показателями качества клейковины, которое зависит от многих факторов, в том числе от аллельного состояния генов высокомолекулярных глютенинов, кодирующих субъединицы запасных белков пшеницы (HMW-GS). В настоящей работе впервые показана структура обширной коллекции сортов и селекционных линий-двуручек твердой пшеницы по сочетанию аллельных вариантов генов локуса Glu-1 . Цель работы состояла в идентификации аллельного состояния генов высокомолекулярных глютенинов Glu-A1 и Glu-B1 с применением методов SDS-PAGE и KASP-анализа в коллекции, включающей сорта и перспективные селекционные линии двуручек твердой пшеницы, и оценке их влияния на индекс глютена. Материалом для исследований служила коллекция из 198 селекционных линий и сортов-двуручек твердой пшеницы, собранная в НЦЗ им. П.П. Лукьяненко. Аллельное состояние HMW-GS оценивали методом SDS-PAGE. Величину индекса глютена измеряли с помощью системы Perten Glutomatic® 2100 System («PerkinElmer», США). Для выявления аллельных вариантов генов HMW-GS также применяли KASP-маркеры: Glu-Ax1/x2*_SNP для Glu-A1 и BX7OE_866_SNP для идентификации не отличимых с помощью SDS-PAGE аллелей Glu-B1b (Bx7 + By8) и Glu-B1al (Bx7OE + By8). Маркер BX7OE_866_SNP основан на SNP в промоторной области: вариант С ассоциирован с аллелем Glu-B1al , несущим двойную копию Bx7 в результате дупликации локуса, вариант G - с отсутствием двойной копии Bx7. Вывод об аллельном состоянии генов HMW-GS Glu-A1 и Glu-B1 делали на основании сравнения данных, полученных с помощью KASP-анализа и SDS-PAGE. По результатам исследований было выявлено три аллеля в локусе Glu-A1 и восемь - в локусе Glu-B1 . В подавляющем большинстве изученных образцов присутствовал аллель Glu-A1c (98 %), а на долю образцов с Glu-A1a и Glu-A1b приходилось соответственно 0,5 и 1,5 %. По локусу Glu-B1 наблюдалось численное превосходство образцов с аллелем Glu-B1al (60 %) над образцами, несущими Glu-B1d (17 %) и Glu-B1e (12 %). На долю образцов с субъединицами Bx7 + By8 ( Glu-B1b ) пришлось 3 % исследованных образцов. Мы также выявили редкие аллели Glu-B1h (1 %), Glu-B1i (1 %), а также Glu-B1z (1 %) и Glu-B1z* (5 %). Два последних различались однонуклеотидным полиморфизмом в промоторной области гена, кодирующего Bx7 субъединицу. Прослеживалась тенденция к распространению и закреплению в сортах твердой пшеницы аллеля Glu-B1z* . Также было отмечено положительное влияние Glu-B1d на индекс глютена и негативный эффект Glu-B1e на его величину.
Бесплатно
Растительная клеточная стенка в симбиотических взаимодействиях. Пектины
Статья обзорная
Поскольку растительные клетки, в отличие от животных, неподвижны и ограничены жесткими клеточными стенками, часто свойства растительного внеклеточного матрикса играют решающую роль в развитии растения. Внеклеточный матрикс, в частности клеточные стенки, вовлечены в молекулярный диалог между партнерами во время взаимодействия растений и микроорганизмов при формировании бобово-ризобиального симбиоза (N.J. Brewin, 2004; M.K. Rich с соавт., 2014). Бобово-ризобиальный симбиоз служит удобной моделью для изучения изменений в составе растительной клеточной стенки, вызванных взаимодействием с бактериями. Колонизация клеток хозяина клубеньковыми бактериями - ризобиями включает последовательную перестройку растительно-микробного интерфейса. К бактериальным компонентам симбиотического интерфейса относятся различные поверхностные полисахариды (А.В. Цыганова с соавт., 2012), к растительным - клеточная стенка, межклеточный матрикс и плазматическая мембрана. В представляемом обзоре мы обобщили данные, демонстрирующие участие в бобово-ризобиальном симбиозе пектинов - полисахаридов матрикса клеточных стенок (K.H...
Бесплатно
Статья обзорная
В последние десятилетия во многих регионах мира наблюдается расширение ареалов и повышение вредоносности различных видов клопов-щитников (Heteroptera: Pentatomidae) (A.R. Paniz-zi, 2015; J.E. McPherson, 2018). Ключевую роль в этих процессах, вероятно, играют изменение климата и непреднамеренная интродукция фитофагов в результате интенсификации перевозок различных грузов и развития туризма на фоне присущих многим щитникам полифагии и высокого миграционного потенциала (Д.Л. Мусолин с соавт., 2012; A.M. Walner с соавт., 2014; T. Haye с соавт., 2015; T.C. Leskey с соавт., 2018). На юге России с начала XXI века фиксируют подъемы численности и высокую вредоносность на сое, ряде овощных, плодовых и ягодных культур щитника Nezara viridula (L.), прежде ограниченно распространенного в этом регионе (М.В. Пушня с соавт., 2017; А.С. Замотайлов с соавт., 2018). В Краснодарском крае и республиках Адыгея и Крым потери урожая томата, фасоли, капусты, винограда, малины и других культур от этого клопа в 2017-2019 годах местами достигали 70-90 %. На Черноморском побережье Кавказа (Россия, Абхазия, Грузия) серьезный ущерб сельскохозяйственным и декоративным культурам причиняет завезенный менее 10 лет назад инвазионный клоп Halyomorpha halys (Stål) (И.М. Митюшев, 2016; D.L. Musolin с соавт., 2018). В различных частях вторичного ареала этот полифаг демонстрирует тенденции к расширению трофических связей (D. Lupi с соавт., 2017; M.-A. Aghaee с соавт., 2018; S. Francati с соавт., 2021; V. Zakharchenko с соавт., 2020). При этом на Кавказе основными резерватами N. viridula и H. halys стали разнообразные растения природной и рудеральной флоры по окраинам лесных массивов и вдоль старовозрастных лесополос, что сильно усложняет борьбу с ними (Б.А. Борисов с соавт., 2020). Аборигенный полосатый щитник Graphosoma lineatum (L.) в лесостепной зоне Белгородской области на рубеже XX и XXI веков стал нередко развиваться в двух поколениях за сезон, хотя прежде это наблюдалось только в годы с температурой выше среднемноголетних значений (D.L. Musolin с соавт., 2001). В настоящее время в странах Европы и в России происходит всплеск численности таких щитников, как зеленый древесный щитник Palomena prasina (L.), ягодный клоп Dolycoris baccarum (L.), разукрашенный клоп Eurydema ornata (L.), красноногий щитник Pentatoma rufipes (L.) и пёстрый щитник Rhaphigaster nebulosa (Poda), что сопровождается усилением их вредоносности в отношении культурных и дикорастущих видов растений. В Центральной Америке щитника Antiteuchus innocens Engleman et Rolston прежде не считали серьезным вредителем, однако в последние годы в Мексике отмечают повышенную численность этого вида, что приводит к ослаблению сосновых лесов (F. Holguín-Meléndez с соавт., 2019). Росту численности клопов-щитников и усилению их негативного влияния на растениеводство также способствует отсутствие или запаздывание в разработке защитных мер в отношении инвазионных видов фитофагов.
Бесплатно
Статья обзорная
В настоящее время достигнут значительный прогресс в области генетической модификации сельскохозяйственной птицы. Разработаны методы и методические подходы по введению рекомбинантных генов в клетки птиц. Их эффективность варьирует в зависимости от объекта исследований, клеток-мишеней, выбранных для введения рекомбинантной ДНК, и способа их трансформации. В качестве клеток-мишеней для внесения направленных модификаций рассматриваются клетки бластодермы, примордиальные зародышевые клетки, сперматогонии, спермии, клетки яйцевода. Генетическую трансформацию клеток-мишеней можно осуществить посредством ретровирусных, лентивирусных и аденовирусных векторов, электропорации, липофекции. Выделяют три основные стратегии создания генетически модифицированной птицы: введение генетических конструкций непосредственно в эмбрион (J. Love с соавт., 1994; Z. Zhang с соавт., 2012) или в отдельные органы и ткани взрослых особей (Д.В. Белоглазов с соавт., 2015; S. Min с соавт., 2011); трансфекция клеток-мишеней в культуре in vitro и их последующая трансплантация в эмбрион или органы-мишени (M.-C. van de Lavoir с соавт., 2006; B. Benesova с соавт., 2014); трансформация спермиев in vitro и осеменение самок трансформированной спермой (E. Harel-Markowitz с соавт., 2009). Эти подходы применялись при разработке методов редактирования генома клеток птиц. Изучена возможность модификации клеток птиц посредством различных систем редактирования, в частности ZFN (zinc finger nuclease), TALEN (transcription activator-like effector nucleases) и CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced palindromic repeats). К перспективным направлениям использования этой технологии в птицеводстве относятся изучение функций генов (N. Véron с соавт., 2015), получение рекомбинантных протеинов в составе яичного белка (I. Oishi с соавт., 2018), улучшение хозяйственно ценных и продуктивных качеств (J. Ahn с соавт., 2017), повышение устойчивости к инфекционным заболеваниям (A. Koslová с соавт., 2020; R. Hellmich с соавт., 2020). С помощью технологии редактирования генома получены куры с нокаутом генов тяжелой цепи иммуноглобулина (B. Schusser с соавт., 2013; L. Dimitrov с соавт., 2016), овомуцина (I. Oishi с соавт., 2016), миостатина (G.-D. Kim с соавт., 2020), а также с интегрированным геном бета-интерферона человека (I. Oishi с соавт., 2018). Выведены перепела с нокаутом генов миостатина (J. Lee с соавт., 2020) и меланофилина (J. Lee с соавт., 2019). В ряде исследований показана простота, безопасность и доступность системы редактирования CRISPR/Cas9 для модификации генома сельскохозяйственной птицы, что позволяет рассматривать эту систему как эффективный инструмент для создания и коммерческого использования пород и линий птиц с улучшенными качествами в рамках реализации крупномасштабных селекционных программ по повышению качества птицеводческой продукции. В настоящем обзоре рассмотрены основные методы и методические подходы по генетической модификации сельскохозяйственной птицы, в том числе с привлечением различных систем редактирования генома, а также основные направления и перспективы применения этой технологии в птицеводстве.
Бесплатно
Репродуктивная функция коров (Bos taurus) под влиянием различных кисспептинов (обзор)
Статья обзорная
Кисспептины (КП), представляющие собой семейство пептидов различной длины, и их рецептор (KISS1R) совместно с гонадотропин-рилизинг-гормоном (Гн-РГ), гонадотропинами (лютеинизирующий и фолликулостимулирующий гормоны) и половыми стероидами, - важные регуляторы репродукции у животных (S. Ohkura с соавт., 2009; K.-L. Hu с соавт., 2018). Активное изучение КП началось в 2003 году, однако в настоящее время собрано недостаточно сведений о возможностях целенаправленно и эффективно управлять половым циклом коров Bos taurus (особенно молочного направления) с помощью КП (B.R. Alves и соавт., 2015; T. Songphasuk и соавт., 2021). КП продуцируются главным образом в нейронах различных ядер гипоталамуса (V. Prashar с соавт., 2023). Расположение таких нейронов видоспецифично, поэтому подходы к управлению с их помощью репродуктивной функцией могут различаться (A. Gunn и соавт., 2020). КП - это продукты гидролиза гидрофобного прогормона, кодируемого геном kiss1 . Сначала КП гидролизуется до КП-53, который в дальнейшем распадается до более коротких пептидов (КП-14, КП-13 и КП-10), обладающих различной биологической активностью (A.E. Oakley и соавт., 2009; J. Tomikawa и соавт., 2010). Нейроны, продуцирующие КП, также коэкспрессируют пептидные нейротрансмиттеры - нейрокинин B (NKB) и динорфин, что определило название этой популяции нервных клеток (KNDy-нейроны, кисспептин/нейрокинин B/динорфин) (R.L. Goodman и соавт., 2013; Q. Xie и соавт., 2022). У крупного рогатого скота (КРС) KNDy-нейроны в основном присутствуют в аркуатном ядре гипоталамуса, которое считается важным как для положительной, так и для отрицательной обратной регуляции синтеза Гн-РГ половыми стероидами (A. Hassaneen и соавт., 2016; Y. Uenoyama и соавт., 2021). С использованием гистохимического метода продемонстрировано, что активация KNDy-нейронов у КРС зависит от фазы полового цикла (A. Hassaneen с соавт., 2016). Кисспептин-, нейрокинин В-, и динорфин-иммунореактивные клеточные тела и волокна обнаружены по всему аркуатному ядру гипоталамуса во всех фазах. В отличие от аркуатного ядра, многочисленные кисспептин-иммунореактивные клеточные тела обнаружены в преоптической области гипоталамуса в фолликулярную фазу цикла, тогда как в лютеиновую фазу зафиксировано лишь несколько иммунореактивных клеточных тел. Что касается нейрокинина В, то в преоптической области обнаружено небольшое количество нейрокинин В-иммунореактивных клеточных тел и волокон как в фолликулярную, так и в лютеиновую фазы. При этом динорфин-иммунореактивных клеточных тел и волокон в фолликулярную фазу было больше, чем в лютеиновую. В этом отношении КРС ближе к овцам и приматам, включая человека (V.M. Tanco с соавт., 2016). С первоначальной идентификации KND-нейронов, продуцирующих КП, остается большое число нерешенных вопросов, касающихся функции различных популяций этих нервных клеток в зависимости от локализации, а также о возможностях новых технологий для их изучения, в том числе применительно к Bos taurus . Существует необходимость изучения различных концентраций кисспептинов и их влияния на возможность овуляции у коров. В настоящем обзоре рассмотрены основные сведения о локализации и структурно-функциональной характеристике КП Bos taurus , о распределении и функции нейронов КП в головном мозге, о содержании КП в крови и их влиянии на органы репродуктивной системы. Отдельно освещены вопросы экзогенной регуляции КП функционирования репродуктивной системы у Bos taurus . Основное внимание уделено исследованиям, где главным объектом были животные вида Bos taurus.
Бесплатно
