Хохлов А.М., Барановский Д.И., Герасимов В.И., Коваль В.А.

Слобожанский государственный аграрный университет

ДОМЕСТИКАЦИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕНОМНОЙ СЕЛЕКЦИИ В СВИНОВОДСТВЕ

Применение в селекционном процессе генетических основ, базирующихся на основополагающих принципах популяционной генетики, иммуногенетики, биохимического полиморфизма и ДНК- технологий (маркер -зависимой селекции) позволяет прогнозировать и моделировать селекционный процесс и оказывать определяющее влияние на процесс породообразования и его конечный результат [4].

Материалы и методы. При изучении микроэволюции свиней непосредственным объектом наших исследований был европейский дикий кабан (Sus scrofa ferus), а так же крупная белая порода свиней – как модель доместикации и породообразовательного процесса в Европе. При этом провели следующие исследования: археологические (изучение скелетов диких и одомашненных животных), морфологические (изучение строение черепа, костей, внутренних органов, мышц), иммуногенетические (определение групп крови, полиморфизма белков), биохимические (фракции белков, фагоцитоз, бактерицидность и лизоцимная активность сыворотки крови ), цитогенетические (кариотипы домашних и диких свиней) и другие.

Результаты и обсуждения. В эволюции свиньи можно выделить три основных периода: «доисторический» или преддоместикационный, продолжительностью около 37 млн. лет, « неолитический» или «доместикационный» - 10-12 тыс. лет и «породообразовательный» - 350 - 400 лет [7].

Современная домашняя свинья Sus domesticus (тип Chordatа, класс Mammalia, отряд Artiodactyla, семейство Suidae) является продуктом многовековой эволюции; в результате естественного отбора, а с неолитического периода в результате процесса доместикации прошла сложный путь генетических и морфологических изменений [2].

У домашних свиней в соматических клетках 38 хромосом (19 пар), а европейская дикая свинья имеет 36 хромосом, очевидно в процессе эволюции свиньи число генов изменялось, изменялись и сами гены.

Наши расчеты показывают, что этот вид (Sus scrofa) на первом этапе микроэволюции имел 12,3 млн. поколений, когда животные сохраняли полную свободу обитания в естественном биоценозе, практически не испытывая со стороны человека ни прямых, ни косвенных воздействий [7].

Второй этап «неолитический» - этап доместикации или период, собственно, одомашнивания животных. Биологическая скорость эволюции этого периода исчисляется около 4 тысяч поколений. Этот этап характеризуется тем, что животные получают свое определенное название Sus scrofa domestica (домашние животные), но самое главное происходят существенные морфофункциональные изменения в фенотипе свиней.

В период одомашнивания наряду с доминантными генами в селекционный процесс вовлекаются рецессивные гены, которые в природных популяциях находились в гетерозиготной форме. Скорость эволюции отдельного гена зависела от его фенотипического проявления, от его частоты в популяции и интенсивности отбора. Еще быстрее этот процесс происходит у домашних животных, которые вовлечены в миграцию племен и целых этносов, когда посредствам гибридизации объединяются морфотипы домашних животных из разных географических зон.

Для изучения процесса доместикации использовали метод иммуногенетического анализа эритроцитарных антигенов, основанный на определении молекулярно - генетических маркеров у представителей современных пород, исходных пород и далеких диких предковых форм. Такие маркеры надежно прослеживаются в виде антигенов, детерминируемых генетическими аллелями в генотипах разной молекулярно генетической сложности.

Изменение частот аллелей и генотипов возможно не только вследствии отбора, но и в результате мутаций, миграции особей, случайного дрейфа генов, изоляции, а так же избирательного или ассортативного, скрещивания.

Первые два из генетических факторов – мутационный процесс и дрейф генов – сортируют эту изменчивость и дают начало микроэволюции в популяции[1]. Таким образом, отбор не сможет действовать, если мутационный процесс не будет поставлять ему новые генетические варианты. У кабана значительную долю новых мутаций составляют рецессивные мутации, которые открылись в популяциях при доместикационных процессах, а гены дикого типа доминируют. Объективность этого вывода подтверждается нами при изучении геногеографии некоторых биохимических маркеров в популяциях диких и домашних свиней.

Миграции особей, или поток генов, представляют собой обмен генами между популяциями. Роль дрейфа генов в естественных популяциях до конца не выяснена. Однако признано, что в маленьких популяциях частоты аллелей в значительной степени регулируются дрейфом генов [1].

Кроме рецессивности, в природных популяциях дикого кабана существовали другие генетические механизмы, позволяющие нивелировать проявление вредных в данных условиях существования мутаций: эпистаз, плейотропия, влияние генов-модификторов, а также неполная пенетрантность.

В период неолита в Украине физико-географические, климатические и экологические условия способствовали распространению и выживанию дикого кабана (Sus scrofa), который служил объектом охоты, а впоследствии и объектом одомашнивания.

Необходимо отметить, что на этом этапе доместикации животные в какой-то мере связаны с естественным биоценозом. Но и эта связь до крайности определена человеком. В благоприятные сезоны года кабан контактирует с экосистемой предопределенной эволюцией. В основном, одомашненные животные содержаться в помещениях и загонах. Увеличение продуктивности животных регулируется изменением состава рациона, для более успешной доместикации животных ведется отбор, скрещивание животных.

Главными достижениями этого периода одомашнивания свиней – это преодоление сезонности размножения, высокая скороспелость, многоплодие и направленное развитие мясо-жировой ткани. Можно предположить, что филогенез свиньи шел таким путем: дикий европейский кабан (Sus scrofa ferus) – приручение – примитивная домашняя свинья – аборигенная, хорошо приспособленная до местных условий; достаточно продуктивная свинья – порода крупных размеров сального типа – узкоспециализированные породы (Sus scrofa domestica).

На этом этапе доместикации изначально важную роль играл дестабилизирующий отбор. Между геном, который изменяется, и фенотипом, который оценивается отбором, находятся процессы развития с их регуляторными взаимодействиями. Если популяция подвергается давлению дестабилизирующего отбора по признакам, затрагивающим нейроэндокринные механизмы онтогенеза, то происходит разрушение систем стабилизации развития, сформированных в ходе предшествующей микроэволюции, и выявление скрытого запаса наследственной изменчивости.

Породообразование – это прежде всего микроэволюция, главнейшими составляющими которой являются гибридизация и отбор. Именно эти процессы и в природных, и в породных популяциях ведут к обогащению генофонда и активации генома за счет гетерозиготности , гетерозиса по биологическим и продуктивным признакам. Систематический, направленный к достижению определенной цели отбор и подбор (при соответствующих условиях кормления и содержания) постепенно через ряд поколений привели к накоплению ценных свойств у групп животных, по которым они стали различаться между собой [7].

Мониторинг этих процессов можно постоянно осуществлять посредством молекулярно-генетического анализа динамики частоты антигенов групп крови, сывороточных белков, расшифровки ДНК или секвенирования генома свиньи определенных пород. Породообразовательный процесс происходит на протяжении 350 - 400 лет, можно предположить, что биологическая скорость микроэволюции, в процессе породообразования имеет протяженность 140 - 160 поколений.

В разных странах мира в результате микроэволюции политипического вида Sus scrofa в настоящее время образовалось большое число подвидовых популяций свиней Sus scrofa domestica, которых насчитывается в зависимости от используемых классификаций от 201 до 400 пород. Имеются данные, что на территории современного Китая за многовековую историю созданы и сейчас разводятся около 100 консолидированных пород, в Великобритании – 60, в Украине – 15. Большинство из этих пород и породных групп достаточно четко различаются по морфофизиологическим признакам: масти, форме головы, постановке ушей, телосложению, половой и мясной скороспелости, соотношению мяса и сала в туше при убое в разном возрасте, многоплодию и другим свойствам, связанным с экстерьером и интерьером, определяющие генетическую приспособленность к эколого-географическим условиям существования и хозяйственному использованию [7].

За прогнозами ученых биологический потенциал продуктивности свиней должен быть таким (табл. 1).

Таблица 1

Биологический лимит продуктивности свиней

Признаки	Биологический потенциал
Количество зрелых яйцеклеток, штук	35
Количество новорожденных поросят, голов	20-25
Живая масса поросят при рождении, кг	1,5-2,0
Количество выращенных поросят на опорос, голов	20
Живая масса поросят у 2 мес. возрасте, кг	25-28
Среднесуточный прирост на откорме, г	1400-1450
Возраст молодняка при достижении 100 кг, дней	107-110
Затраты корма, кг (стандарт. комбикорма)	2,0-2,2
Площадь « мышечного глазка», см^2	46-48,4

В 2013 году исполняется 162 года, когда была селекционерами Великобритании создана крупная белая порода свиней, которая произошла от дикого европейского кабана (Sus scrofa ferus) и её можно рассматривать как модель доместикации и породообразовательного процесса. Доля свиней крупной белой породы в племенном поголовье в России – 90 %, Украине - 84%, в Канаде – 65 %, в Англии – 55 %, в Швеции – 25 % и в США – 18 %.

Среди древних базовых пород развития мирового свиноводства можно назвать высокопродуктивные специализированные породы: беркшир, крупная белая, крупная черная, ландрас, дюрок, гемпшир, пьетрен и др.

На пути реализации биологического потенциала продуктивности свиней, например, в США при оценке хряков породы ландрас, дюрок, йоркширской и гемпширской было получено у потомства среднесуточный прирост 997 - 1064 г, толщина шпига на спине 17,2-19,0 мм, возраст достижения живой массы 104 кг (стандарт страны) - 145-154 дня и площадь «мышечного глазка» 32,9-37,4 см².

Выделяют пять основных положений, которые определяют эффективность селекции: генетическую обусловленность изменчивости признака, точность оценки наследственных качеств, то есть генотипа; отбор; подбор, частоту смены поколений. Для быстрого повышения генетического потенциала отечественных пород свиней по мясо - откормочным качествам и получения конкурентоспособной свинины необходимо применять совместно с методами классической селекции маркерную, учитывающую полиморфизм генов – маркеров продуктивных качеств. В этой связи возникла научная и практическая потребность в разработке и широком применении методов ДНК–технологий в селекции в комплексе с классическими методами [3-5,8,9].Так, односторонняя селекция на увеличение мясности и одновременное снижение содержания жира в туше свиней привела к значительному ухудшению качества мяса. Свиньи чувствительны к синдрому стресса (PSS), часто имеют бледное, мягкое, экссудативное мясо (PSE) или темное, жесткое, сухое мясо (DFD) и синдром злокачественной гипертермии (MHS). Установлено, что доминирующей причиной проявления пороков мяса является генетический дефект, связанный с рецептором рианодина-RYRJ. Выявление мутаций в гене RYRJ позволяет исключить из популяции свиней «генетический груз» уже на ранних стадиях селекционного процесса. В этих целях необходим мониторинг как отдельных животных, так и популяции свиней по генетическим маркерам. Используя метод ДНК-технологий исследователями выявлен полиморфизм по генетическим маркерам, которые могут быть использованы при селекции животных (табл. 2).

Таблица 2

Генетические маркеры используемые в свиноводстве

Признаки	Генетические маркеры
Стрессоустойчивость	RYRJ, HAL
Цвет кожи (домин. белый АА)	c KIT
Цвет кожи (красный/черный)	MCJR
Репродуктивные качества	ESR, PRLR, H450, FSHR
Откормочные качества	MC4R
Сохранность поросят	FUTJ
Мясные качества	MSTN, MYOD, LEP, LEPR, JGF2
Качество мяса	CYP2EI, CAST
Внутримышечный жир	HFABP, AFABP
Диарея	K88AB, ECRF18

Таким образом, для некоторых селекционируемых признаков определены сопутствующие гены: для репродуктивных показателей (локус рецептора эстрогена (ESR), пролактина (PRLR) и др.; откормочных (локус гена MC4R и др.), а также мясных качеств (локус миостатина MSTN, инсулиноподобного фактора роста JGF2) и другие. Влияние гена стрессоустойчивости у свиней RYRI, а также возможности определять происхождение животных с достоверностью до 99%, позволяют контролировать и управлять селекционным процессом как в племенных, так и товарных стадах [3,4,6,9].

Величайшим достижением ХХI века можно считать изучение и расшифровку генома свиньи [9].

Геном – это хромосомный набор, совокупность генов, локализованных в одиночном наборе хромосом данного организма. В расшифровке генома домашней свиньи приняли участие ученые из одиннадцати стран мира, работающие в центрах исследования генома на протяжении 20 лет. Объектом исследований был хряк американской породы дюрок, у которого было расшифровано 98 % генома. Руководители исследованиями профессор Лоуренс Счук и Джон Бивер из Иллинойского университета (США). На протяжении 20 лет вся информация собиралась в Британском институте Сенгера. Стоимость работы 24,5 млн. долларов.

Как и геном других млекопитающих, в том числе человека и коровы, геном свиньи состоит приблизительно из трех миллиардов основных пар

(А-Т, Т-А). Эти три миллиарда пар разделены на 19 различных хромосом свиньи, и содержат информацию примерно 20000 различных генов. Эти гены присутствуют в каждом организме и, хотя они примерно на 99,9 процентов идентичны, для каждой особи существует небольшое изменение в 0,1 процента, определяющее некоторую генетическую особенность многочисленных пород или индивидуальные варианты в пределах породы. Эти особенности лежат в основе геномных фенотипических различий, в том числе и в предрасположенности к определенным заболеваниям.

Изучение генетических возможностей пород свиней привело к созданию ДНК-чипа, способного определять более чем 60000 молекулярно-генетических маркеров (SNP-однонуклеотидный полиморфизм, который используется в качестве молекулярно-генетических маркеров) [3].

В настоящее время число выявленных геномных маркеров продолжает увеличиваться, они выделены у всех основных видов скота (свиньи, овцы, коровы). Эти генетические инструменты и сама геномная информация представляют высочайшие возможности при изучении вида, пород, линий, семейств и дальнейшего понимания эволюционных и селекционных процессов.

Выводы

1. Секвенирование (расшифровка) генома свиньи позволяет не только установить карту генов видового генома животных, но и определить в генотипе отдельных особей молекулярно-генетические маркеры, позволяющие в селекционном процессе контролировать проявление важнейших хозяйственно-полезных и биологических признаков: воспроизводство, качество мяса, стрессоустойчивость, показатели естественного иммунитета и другие физиологические и генетические изменения в организме животных.

2. Расшифровка генома свиньи создает возможности по-новому оценить микроэволюционные процессы в популяциях, в том числе объективно оценить процессы доместикации или одомашнивания животных, более глубоко с генетической точки зрения подойти к селекционному процессу создания новых линий, типов и пород с получением у потомства высокой продуктивности или эффекта гетерозиса.

3. Изучение генома свиньи позволило выявить генетические и фенотипические различия между породами свиней, установить генетическую предрасположенность к наследственным заболеваниям, разработать систему профилактических мер, упреждающих появление генетических заболеваний, сохранить редкие и исчезающие популяции домашних и диких свиней.

Литература

1. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях: научное издательство. – М.: Наука, 1989. – 328 с.

2. Банников А.Г., Флинт В.Е. Отряд парнокопытных // Жизнь животных. – Т. 7., М.: Просвещение, 1989. – С. 426-434.

3. Епишко Т.И., Дойлидов В.А. и др. Достижения и перспективы использования ДНК-технологий в свиноводстве: Монография – Витебск: ВГАВМ, 2012. – 260 с.

4. Лобан Н.А., Шейко И.П. Способ маркерной селекции для повышения мясо - откормочных качеств свиней на основе скрининга гена JGF-2. // Проблеми зооінженерії та ветеринарної медицини. – Вип.21.Частина 1.- Харків, 2010.- С.179-185.

5. Машуров А.М. Генетические маркеры в селекции животных. – М.: Наука, 1980. – 318 с.

6. Трофименко О.Л., Гиль М.І. Генетика популяцій. – Миколаїв.: МДАУ, 2003. – С. 160-170.

7. Хохлов А.М. Генетичний моніторинг доместикації свиней. – Харків.: Еспада, 2004. – 126 с.

8. Шейко И.П., Епишко Т.И. ДНК – технологии в селекции сельскохозяйственных животных // Актуальные проблемы интенсификации производства продукции животноводства. - Жодино, 2005.- с. 79-81.

9. Animprinted QTL with major effect on muscle mass and fat deposition maps to the JGF2 locus in pigs (C. Neser, L. Moreau, B. Brouwers [ect].) – Nat. Genet., 1999. – v. 21. - P. 155-156.