Сравнительный анализ информативности эритроцитарных антигенов и ДНК-микросателлитов как генетических маркеров в селекционно-племенной работе со свиньями канадской селекции

Грамотно сформированная линейная структура стада является одним из ключевых элементов эффективного ведения селекционноплеменной работы на свиноводческих предприятиях — племзаводах, племрепродукторах, в генофондных хозяйствах, селекционногибридных центрах. Практикуемая достаточно часто система ротации по поколениям при получении хряков и свиноматок приводит к тому, что генетические различия между линиями стираются. Поэтому эффект от межлинейных ротационных кроссов в поколениях снижается, что вызывает необходимость завоза генетически разнородного племенного материала из других предприятий России или из-за рубежа с целью «освежения крови».

Не отрицая периодическую необходимость подобных биотехнических мероприятий, следует отметить ряд преимуществ замкнутого разведения: возможность прогнозирования племенной ценности потомства, управление степенью инбридинга и консолидацией линий, снижение риска привнесения инфекционных заболеваний. Однако очевидно, что разведение животных в замкнутых популяциях предъявляет повышенные требования к системе селекционно-племенной работы.

В качестве инструмента контроля и управления структурой стада рассматривается использование генетических маркеров — эритроцитарных антигенов и ДНК-микросателлитов. Генетические маркеры позволяют судить о степени гетерозиготности животных, консолидации наследственных качеств пород, типов, линий, а также генетических расстояниях между ними (1, 2). Имеются многочисленные данные о связи полиморфных вариантов локусов групп крови (B, G, E, F, K, L) свиней с признаками продуктивности (3-5) . В ряде работ показано, что эти корреляции довольно сложные, а в большинстве случаев неоднозначные (6-10). Подавляющее большинство исследований посвящено выявлению связи отдельных аллелей ЭА с признаками продуктивности.

Целью настоящей работы было определение информативности двух систем анализа генетического полиморфизма — эритроцитарных антигенов (ЭА) и ДНК-микросателлитов (ДНК-МС) для характеристики структуры стад и оценки гетерогенности подбора родительских пар по признакам продуктивности у свиней трех пород канадской селекции.

Методика . Исследования проводили на трех группах свиней пород канадской селекции: ландрас ( n = 38), дюрок ( n = 55), йоркшир ( n = 73) (ООО «Троснянский бекон», Орловская обл.). При отборе проб крови использовали гепарин в качестве антикоагулянта, кожи (в случае длительной транспортировки) — 96 % этиловый спирт в качестве консерванта. Группы крови определяли по 20 ЭА 10 систем групп крови согласно инструкции (11), применяли иммуноспецифические сыворотки производства Всероссийского НИИ племенного дела.

ДНК выделяли в соответствии с методическими рекомендациями (12). Для анализа ДНК-МС профиля использовали методику, включающую проведение двух мультиплексных полимеразных цепных реакций (ПЦР), которая позволяет амплифицировать фрагменты 12 аутосомальных ДНК-МС маркеров. Набор ДНК-МС был выбран в соответствии с рекомендациями Международного общества генетиков (ISAG). Первичную обработку данных капиллярного электрофореза выполняли с помощью программного обеспечения MegaBACE. Данные об аллелях каждого животного суммировали в электронной таблице Microsoft Excel. Полученная таким образом матрица генотипов служила основой для статистической обработки результатов, которую осуществляли по Б. Вейру (13) с использованием программ MSA_WIN v 2.65, Phylip, TreeView. Расчет генетических расстояний и построение дендрограмм проводили по M. Nei (14).

Результаты. Число аллелей в локусах ЭА у исследуемых групп животных варьировало от 1 до 4 и в среднем составляло 2,50±0,22 при наибольшем — у свиней породы ландрас (2,85±0,24) и наименьшем — у свиней породы йоркшир (2,50±0,16). Число аллелей ДНК-МС в зависимости от локуса варьировало от 3 до 11 и в среднем составляло 5,91±0,42, что свидетельствует о более высоком уровне полиморфизма ДНК-МС. Как и по группам крови, по ДНК-МС наибольшим числом аллелей в локусе характеризовались свиньи породы ландрас (6,58±0,62), наименьшим — животные породы йоркшир (5,33±0,37). Таким образом, использование в качестве маркеров ЭА и ДНК-МС давало сходную картину относительных различий по среднему числу аллелей между исследуемыми группами свиней. При этом в абсолютном выражении среднее число аллелей на микросателлитный локус было в 2,4 раза выше, чем на локус систем групп крови, что свидетельствует о большей информативности ДНК-МС.

1. Фактическая (Het ф _акт . ) и ожидаемая

(Het_meop) степень гетерозиготности в группах свиней разных пород, рассчитанная на основании генетического полиморфизма эритроцитарных антигенов (ЭА) и ДНК-микросателитов (ДНК-МС)

Порода ( n )	Показатель	ЭА	ДНК-МС
Дюрок	Het факт.	0,411±0,132	0,486±0,194
( n = 55)	Het теор.	0,326±0,078	0,623±0,133

*

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 06-04-08196.

Het факт. -Het теор.

Ландрас        Het факт.

( n = 38)          Het теор.

Het факт. -Het теор.

Йоркшир       Het факт.

( n = 73)          Het_теор.

Het факт. -Het теор.

+8,48 0,413±0,132 0,315±0,091

+9,84 0,569±0,119 0,420±0,059 +14,91

–13,66 0,552±0,201 0,721±0,071

–16,93 0,622±0,093 0,735±0,075

–11,30

Из сравнения фактической и ожидаемой степени гетерозиготности в группах (табл. 1) следует, что показатели, рассчитанные с использованием двух систем анализа, одинаково отражали характер распределения исследуемых групп по неоднородности: наиболее гетерогенными оказались свиньи породы йоркшир, наименее — породы дюрок. Однако абсолютная величина показателей при использовании двух аналитических систем существенно различалась: при оценке по ЭА фактический уровень гетерозиготности по группам варьировал от 41,1 (порода дюрок) до 56,9 % (порода йоркшир), по ДНК-МС — соответственно от 48,6 до 62,2 %.

Сравнение фактической и теоретически ожидаемой степени гетерозиготности выявило противоположные тенденции. Так, во всех исследованных группах по ЭМ-маркерам наблюдалось превышение уровня гетерозиготности над теоретически ожидаемым (от 8,5 до 14,9 % соответственно в группах свиней пород дюрок и йоркшир).

При использовании в качестве критерия оценки ДНК-МС у всех животных отмечался дефицит гетерозигот: от 11,3 (порода йоркшир) до 16,9 % (порода ландрас). Такие различия объясняются неодинаковой полиморфностью используемых аналитических систем. Учитывая, что в исследованиях использовались линейные свиньи, полученные с применением умеренного инбридинга, выявленный дефицит гетерозигот более объективен с точки зрения селекции.

При оценке генетических различий между генеалогическими группами внутри пород на основании генетических расстояний для группы животных породы йоркшир следует отметить некоторые различия в формирующейся кластерной структуре генеалогического дерева, построенного с использованием двух систем анализа: по ЭА наибольшим генетическим родством характеризовались генеалогические группы Спартак и Фауна, наименьшим — Сателлит и Спикер, Спикер и Флора; по ДНК-МС более тесные родственные связи отмечались между семействами Флора и Фауна и линиями Сателлит и Спартак (рис., А).

---------Спикер

Сателлит

Спартак

— Флора Фауна

б

Фасоль

Дендрограмма генеалогических групп свиней породы йоркшир (А) , ландрас (Б) и дюрок (В) при оценке генетических расстояний на основании полиморфизма по локусам эритроцитарных антигенов (а) и ДНК-микросателитам (б) .

Проявилась также консолидированность семейств свиноматок и линий хряков. Кластерная структура генеалогического дерева свиней породы йоркшир, построенного на основании анализа ДНК-МС, полностью согласуется с данными о происхождении животных в соответствии со сведениями по племенному учету, а также с используемой системой подбора на племпредприятии. Кроме того, диапазон числовых значений генетических различий, полученный на основе анализа ДНК-МС, более информативен.

Расчет генетических дистанций на основании результатов анализа ЭА у свиней породы ландрас (см. рис., Б) выявил минимальные различия, которые не позволили сделать вывод о характере генеалогических связей между линиями и семействами. Анализ, проведенный на основе данных ДНК-МС, показал, что наибольшей удаленностью характеризовались животные линии Ливня и семейства Ласки, более близким генеалогическим родством — генеалогические группы Лора—Легенда, Ландыш—Легенда. Кластерная структура генеалогического дерева в группе свиней породы ландрас, построенного на основании результатов анализа ДНК-МС, полностью соответствует данным племенного учета на предприятии.

У животных породы дюрок (см. рис., В) обнаружены некоторые различия в характере связей между линиями и семействами в зависимости от используемой системы анализа. Кластерная структура дендрограммы, построенной на основании анализа ДНК-МС (семейства Акулы и Акации, с одной стороны, и линии Аниса и Апельсина, — с другой, попарно формируют два кластера), полностью согласуется с данными о происхождении животных.

Таким образом, информативность ДНК-МС для характеристики генеалогической структуры групп свиней пород йоркшир, ландрас и дюрок канадской селекции выше. Меньшая маркерная информативность ЭА и, как следствие, более низкая чувствительность к небольшим различиям между группами в некоторой степени искажают генеалогические связи между внутрипородными структурами (линиями и семействами) исследуемых пород.

На следующем этапе исследований при оценке влияния степени гетерогенности при подборе пар, рассчитанной по результатам анализа полиморфизма ЭА и ДНК-МС, на признаки продуктивности свиней выявили ряд достоверных корреляций (табл. 2).

Следует отметить, что корреляции в группах свиней материнских пород (йоркшир и ландрас) носили одинаковый и отличный от выявленных у свиней отцовской породы дюрок характер. Так, у свиней материнских пород высокие достоверные положительные корреляции (P > 0,9999) наблюдались между гетерогенностью подбора и средней массой поросенка в 21-суточном возрасте и при отъеме, причем при использовании в качестве критерия оценки гетерогенности ДНК-МС сила корреляций была выше, ЭА — ниже. Отрицательные корреляции отмечены по количественным показателям плодовитости — общему числу поросят при рождении и числу живых поросят при рождении.

У свиней породы дюрок выявлено значительно больше достоверных корреляционных зависимостей, однако в основном они были противоположными таковым у животных материнских пород. Сильные положительные корреляции наблюдались между степенью гетерогенности, рассчитанной по ЭА и ДНК-МС, и числом поросят при рождении (в том числе живых), сильные отрицательные — по средней массе поросенка в возрасте 21 сут. По показателям массы гнезда при рождении и числа голов через 21 сут корреляции, рассчитанные с использованием ЭА и ДНК-МС, носили противоположный характер.

Выявление влияния гетерогенности группового подбора на продуктивность имеет важное практическое значение. Вместе с тем более четкие выводы о роли генетических различий родителей в проявлении признаков продуктивности могут быть сделаны при проведении индивидуальных подборов пар. При проведении таких подборов отмечали больше корреляционных зависимостей между степенью гетерогенности и признаками продуктивности (см. табл. 2).

2. Корреляции между генетическими дистанциями и признаками продуктивности у свиней пород йоркшир, ландрас и дюрок при разных способах подбора по гетерогенности

Признак	Йоркшир	Ландрас	Дюрок
	ЭА      ДНК-МС	ДНК-МС	ЭА        ДНК-МС

		П о д б о р л и н и я	х с е м е й с т в о
Родилось поросят:
всего	–0,25±0,099*	–0,37±0,091	–0,36±0,167***	0,71±0,079	0,93±0,021
живых		–0,23±0,100**	–0,36±0,167*	0,66±0,090	0,98±0,005
Число поросят:
в 21-суточном
возрасте				0,39±0,135*	–0,28±0,147***
при отъеме				0,35±0,135*
Крупноплодность				0,37±0,138*	0,41±0,133*
Живая масса поросенка:
в 21-суточном воз-
расте	0,60±0,067	0,96±0,007	0,61±0,121	–0,91±0,027	–0,61±0,101
при отъеме	–0,32±0,095	0,72±0,051	0,63±0,114	–0,46±0,126
Масса гнезда:
при рождении по-
росят		–0,21±0,101***		0,95±0,013	–0,46±0,125
в 21-суточном воз-
расте	0,31±0,096*		–0,31±0,173****		–0,60±0,102
при отъеме	–0,17±0,102****		–0,37±0,165***		0,25±0,150****
		П о д б о р х р я к х	с в и н о м а т к а
Родилось поросят:
всего	–0,27±0,098*	–0,30±0,108*	0,98±0,005	–0,51±0,097	0,94±0,015
живых	–0,99±0,000	–0,99±0,001	0,36±0,184****		–0,37±0,139*
Число поросят:
в 21-суточном воз-
расте	–0,83±0,031	–0,85±0,032			–0,90±0,030
при отъеме	–0,83±0,031	–0,85±0,032		–0,51±0,097	–0,96±0,011
Крупноплодность	0,83±0,031	0,85±0,032	0,86±0,053	–0,98±0,004	–0,96±0,011
Живая масса поросенка:
в 21-суточном воз-
расте	0,68±0,056	0,85±0,033	–0,59±0,137		–0,43±0,131*
при отъеме	0,90±0,018	0,63±0,071		–0,48±0,100	–0,99±0,001
Масса гнезда:
при рождении по-
росят	0,78±0,040	0,77±0,048	0,42±0,174***	–0,94±0,014	–0,79±0,060
в 21-суточном воз-
расте	0,99±0,002	0,98±0,003	0,36±0,184****		–0,73±0,075
при отъеме	–0,20±0,102***	–0,98±0,003	–0,99±0,001	–0,87±0,030	–0,99±0,001

П р и м е ч а н и е. Для расчета генетических расстояний использовали маркерные системы эритроцитарных антигенов

(ЭА) и ДНК-микросателлитов (ДНК-МС), Р >  0,999.

* P >  0,99; ** P >  0,98; *** P >  0,95; **** P >  0,90.

Так, у свиней породы йоркшир наблюдали достоверные отрицательные связи с количественными показателями плодовитости: числом поросят при рождении (в том числе живых), числом поросят через 21 сут и при отъеме. Характер зависимостей, выявленных с использованием в качестве критериев оценки гетерогенности ЭА и ДНК-МС, был одинаковым.

У свиней породы ландрас имела место сильная достоверная положительная корреляция с общим числом поросят при рождении; корреляция с числом живых поросят при рождении также была положительной, но менее выраженной. У животных породы дюрок количественные показатели плодовитости (число живых поросят при рождении, в возрасте 21 сут и при отъеме) отрицательно коррелировали с гетерогенностью подбора.

Итак, ЭА и ДНК-МС могут служить инструментами для характеристики структуры стад свиней трех изученных пород канадской селекции, однако при небольших генетических различиях между внутрипородными генеалогическими структурами ДНК-МС как маркеры более информативны. Выявлен ряд достоверных корреляционных зависимостей между степенью гетерогенности подбора родительских пар

(групповых — линия х семейство и индивидуальных — хряк % свиноматка), оцененной по ЭА и ДНК-МС, и признаками продуктивности свиней. В большинстве случаев корреляции носят одинаковый характер независимо от используемой системы анализа. Показано влияние породной принадлежности животных на силу и направленность корреляций. Наиболее четкие зависимости установлены в группе свиней породы йоркшир. Увеличение степени гетерогенности подбора приводит к достоверному снижению количественных показателей продуктивности и повышению показателей массы. В группе свиней породы ландрас выявленные корреляции зачастую носили противоположный характер. В группе свиней породы дюрок прослеживается зависимость снижения показателей массы с увеличением степени гетерогенности при подборе пар. На основании выявленных нами закономерностей могут разрабатываться системы генетического контроля структуры стад и управления процессом селекционно-племенной работы в свиноводстве.

Л И Т Е Р А Т У Р А

• 1.    Н о в и к о в А.А., Р о м а н е н к о Н.И. Создание новой линии свиней с использованием генетических маркеров. В сб.: Селекция, кормление, содержание сельскохозяйственных животных и технология производства продуктов животноводства. Лесные Поляны, 1999, 7: 56-60.

• 2.   З и н о в ь е в а Н.А., Э р н с т Л.К. Проблемы биотехнологии и селекции сельскохозяйственных животных. Изд. 2-е, доп. Дубровицы, 2006.

• 3.   Т и х о н о в В.Н., Н и к и т и н С.В. Связь системы B групп крови с многоплодием и жизнеспособностью свиней. В сб. науч. тр. Новосибирского СХИ. Новоси

  бирск, 1984: 110.

• 4.    Н о в и к о в А.А., К о з и н И.Е., Р о м а н е н к о Н.И. Дифференциация крупной белой породы свиней по генетической структуре групп крови в связи с хозяйственно полезными признаками. В сб. науч. тр. ВНИИплем. Лесные Поляны, 2000, вып. 10: 87-91.

• 5.   С е р д ю к Г.Н. Иммуногенетика свиней: теория и практика. СПб, 2002.

• 6.   Б е з е н к о С.П. О направлениях иммуногенетики в селекции свиней. Свиноводство, 1982, 5: 25-26.

• 7.   Б е з е н к о С.П., М и л ь ч е в с к а я Р.И., А л ь к е й с и Т.В. Методическое пособие по определению генетических и иммунологических характеристик свиней для

  использования в селекции. Дубровицы, 2006: 36-40.

• 8.    Т о л п е к о Г.А. Формирование иммуногенетической структуры популяции свиней в связи с методами разведения и отбором по продуктивности. Автореф. докт. дис. Новосибирск, 1985.

• 9.    С о л д а т е н к о в Н.К. Использование иммуногенетических тестов для повышения эффективности селекционно-племенной работы в промышленных комплексах. Автореф. канд. дис. СПб, 1992.

• 10.    Г а р а й В.В., Е п и ш и н В.А., Н и к о л а е в а И.В. Количественная оценка показателей продуктивности племенных стад. В сб.: Современные проблемы развития свиноводства. Жодино, 2000: 40-42.

• 11.    Сыворотки иммуноспецифические для определения групп крови свиней. Технические условия, наставление и инструкция по изготовлению, контролю и применению. Дубровицы, 2001.

• 12.    З и н о в ь е в а Н.А., П о п о в А.Н., Э р н с т Л.К. и др. Методические рекомендации по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве. Дубровицы, 1998.

• 13.    В е й р Б. Анализ генетических данных. М., 1995.

• 14.    N e i M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics, 1978, 89: 583-590.

ООО «Агрофест-Орел»,