УДК 636.4082

Влияние генетических факторов на оплодотворяемость коров.

В. С. Васильев, А. М. Хохлов, В. И. Герасимов.

ХГЗВА, г. Харьков, Украина.

Интерференцированный биологический микроскоп позволяет наблюдать живые, не окрашенные клетки с хорошим контрастом и проводить количественные измерения концентрации веществ, определять различные дефекты строения клеток, сухую массу, количество ДНК, белка в них [1]. В последнее время, в результате исследования генома человека рядом авторов было показано, что до 90% информации заключенной в ДНК не используется, то есть такая ДНК является хламом или junk-DNA [4]. В этой связи была поставлена задача оценить количество «мусорной» ДНК в спермиях быков методами интерференционной микроскопии.

Материалы и методы. Исследовали нативную и технологически обработанную (криоконсервация, лазерное облучение) сперму быков, хряков, баранов, других животных и птиц и, в сравнительном аспекте, сперму человека. Определяли традиционными методами объем, активность, концентрацию, цвет, биохимические и другие показатели, для спермы человека определяли число активно-подвижных, подвижных, местно-качающихся и неподвижных спермиев в каждом эякуляте [2,3].

С помощью интерференционной микроскопии определяли частоту различных дефектов в строении спермиев, измеряли размеры, сухую массу головок спермиев, количество ДНК и белков в них [1]. Учитывались возраст, порода животных, влияние генотипических и фенотипических факторов на качество спермы. Воспроизводительные способности племенных быков оценивали по результатам оплодотворения коров после первого осеменения. Опыты проводились с 1972 года по настоящее время в ХГЗВА, НИИ животноводства УААН, ХНТУСХ, Харьковской госплемстанции и др. предприятиях. Результаты измерений обрабатывали общепринятыми статистическими методами [5].

Результаты и обсуждения. Значение изучения количественных показателей клеток спермы животных и человека методами интерференционной микроскопии для определения плодовитости и состояния репродуктивной системы животных было показано в предыдущих работах [1,2,3]. Анализ взаимосвязи воспроизводительной способности животных с количественными показателями спермы, сухой массой головок спермиев, количеством ДНК и белков в них был проведен для 98 племенных быков. Из полученных данных следует, что наибольшей плодовитостью обладали быки, в спермиях которых содержалось от 2,7 до 2,9 пг ДНК. С уменьшением уровня ДНК в спермиях от 2,70 до 1,85 пг оплодотворяемость коров, такой спермой, существенно уменьшалась с 47% до 27% в среднем. А спермой быка Консул-5354, имеющего количество ДНК в спермиях равное 1, 85тпг, оплодотворено коров с первого осеменения только в 14, 7% случаев. Снижение среднего уровня оплодотворяемости вполне достоверно, поскольку t=2,36 и P<0,05.

Корреляционный анализ также показал, что при низких уровнях ДНК в спермиях (1,85 – 2,70 пг), оплодотворяющая способность быков растет с ростом количества ДНК (r=0,563 ±0?157). С дальнейшим ростом количества ДНК в головках спермиев, выше среднего уровня (2,94 пг), наблюдалось медленное снижение оплодотворяющей способности. Оплодотворяемость коров достоверно снижалась с 47% до 37%, в среднем, с ростом содержания ДНК в спермиях от 3,30 до 4,24 пг.

Характер зависимости оплодотворяемости от количества ДНК в головках спермиев быков подобен нормальному распределению, с явно выраженной ассиметрией в сторону больших значений ДНК. Если при снижении уровня ДНК в спермиях относительно среднего на 32% оплодотворяемость коров снижалась в 1,74 раза, то при содержании ДНК выше среднего на 41% оплодотворяемость коров уменьшилась всего лишь в 1,27 раза.

Анализируя полученные результаты с точки зрения гипотезы о «лишней» или junk-ДНК можно оценить верхний предел «ненужной» ДНК в спермиях быков. Очевидно то этот предел будет равен разности между наибольшим и наименьшим количеством ДНК в спермиях племенных быков. В нашем случае наименьшее количество ДНК в спермиях, обеспесивающее нормальную воспроизводительность быка, было равно 1,85 пг, а наибольшее – 4,24 пг. Таким образом, junk-ДНК в спермиях быков может быть около 2,39 пг или составлять 56,4% от общего содержания ДНК.

Могут ли некоторые наследственные признаки, например плодовитость животных, определяться нуклеотидными последователями в «лишней» ДНК? Сравнительно близкие родственники имеют широкие вариации как количества ДНК в головках спермиев, так и оплодотворяющие способности спермы.

Таким образом, половое размножение сопровождающееся рекомбинацией нуклеотидных последовательностей ДНК в хромосомах, приводит к разбросу индивидуальных показателей наследственного материала в широком диапазоне.

Быки, имеющие большую массу тела, имели, как правило, и большее количество ДНК в спермиях, поэтому живая масса животных, возможно, определяется некоторыми нуклеотидными последовательностями в «теневой» ДНК.

Сухая масса головок спермиев пропорциональна количеству ДНК и, по нашим данным, коэффициент корреляции для этих показателей равен 0,690. Для определения плодовитости животных, в некоторых случаях, достаточно, по-видимому, измерение количества сухого вещества в головках спермиев. Сухая масса головок спермиев, измеренная методом интерференционного однородного пола с большим раздвоением [1], для 129 исследованных быков в среднем равнялась 8,67 пг с рассеянием (дисперсией) от 7,61 до 9,93 пг; для 26 хряков – 8,78 пг (7,1-9,3 пг); для 12 баранов – 8,39 пг (7,4-8,9 пг); для 15 кобелей – 6,24 пг (5,3-7,2 пг); для5 петухов – 2,59 пг (1,9-3,4 пг); для 6 индюков – 3,7 пг (2,4-4,6 пг); для 87 мужчин – 7,26 пг (5,8-8,7 пг). Средние показатели количества ДНК и сухой массы головок спермиев для каждого вида исследованных животных и мужчин, по нашему мнению, являются наиболее оптимальными величинами характеризующими высокую плодовитость самцов и оплодотворяющую способность спермы.

Вариабильность сухой массы головок спермиев также может характеризовать качество спермы. Результаты экспериментов показали, что для исследованных эякулятов быков коэффициенты вариации сухой массы головок спермиев были в пределах от 2,6% до 18,3% и зависит от качества эякулята и частоты дефектов спермиев. Аналогичные закономерности наблюдались и для спермы других видов животных и человека.

При получении проб спермы электромагнитными волнами подвижность спермиев повышалась в тех случаях, когда начальная активность спермы была пониженной по сравнению с нормой. Облучение спермы до замораживания не улучшало ни подвижности спермиев, ни их оплодотворяющей способности [2,3]. Реабилитирующее действие лазерного и микроволнового излучений проявлялось при воздействии на размороженную сперму – эффект был более выражен для проб с низким качеством спермы. Морфология спермиев после облучения не изменялась.

Выводы:

1. Методы интерференционной микроскопии позволяют изучать разно-качественность спермиев с хорошим разрешением и оценивать качество спермы и состояние репродуктиной системы животных и человека.

2. Высокой плодовитостью обладали быки, в спермиях которых содержалось от 2,6 до 3,2 пг ДНК.

3. В спермиях быков может содержаться до 56% и выше «мусорной» или junk-ДНК.

Литература

1. Васильев В.С. Совершенствование методов интерференционной микроскопии для изучения спермы в зависимости от породы, возраста и плодовитости быков: Автореф. Дисс….канд.биол.наук: 03.00.13 / НИИЖ Лесостепи и Полесья УССР.-Харьков, -1978. -24 с.

2. Васильев В.С. Интерференционная микроскопия облученной спермы.
/В.С. Васильев, Л.И. Васильева, Н.Л. Лисиченко, М.Й. Крамар, Г.Г. Юрченко//Повышение продуктивности вельскохозяйственных животных: Сб. науч. Тр. 15 / ХНАУ; ХГЗВА.,-2005.- С. 157-160.

3. Васильев В.С. Эффективность селекции подвижных спермиев из эякулята человека в зависимости от их морфометрических показателей до и после воздействия гипотермии и криоконсервации при разных состояниях сперматогенеза/ В.С. Васильев, Г.Г. Юрченко, М.Й. Крамар, Н.Н. Чуб, Л.И. Луцкая.// Повышение продуктивности вельскохозяйственных животных: Сб. науч. Тр. / ХНАУ; ХГЗВА.,-2009. С.131-139.

4. Попадьин К.Ю. Только 10 процентов информации в геноме используется.
Вести .ru: «Наука 2.0». 6.11.2010.

5. Урбах В.Ю. Биометрические методы . М. 1964. 416 с.

Количественные показатели спермиев животных и человека изучали методами интерференционной микроскопии. Количество ДНК в головках спермиев исследованных быков варьировало в пределах от 1,85 до 4,24 пг. Наивысшей плодовитостью обладали те быки, у которых в спермиях содержалось от 2,7 до 2,9 пг. Junk-ДНК может составлять до 56% от всего количества ДНК.

Morphological and functional indices of animals and human spermatozoa with the help of interference microscopy have been studied. The quantity of DNA in oxen spermatozoa varied from 1,85 to 4,24 pg. The most reproductive were those oxen whose spermatozoa contained from 2,7 to 2,9 pg. Junk-DNA can contain to 56 per cent out of the whole quantity.

Досліджено морфофункціональні показники сперміїв тварин і людини методами інтерференційної мікроскопії. Кількість ДНК у головках сперміїв досліджених бугаїв варіювала у межах від 1,85 до 4,24 пг. Найвищу плодючість мали ті бугаї, в яких у сперміях містилось від 2,7 до 2,9 пг. Junk-ДНК, можливо, становить до 56% від всієї кількості ДНК.