МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ПРЕДМЕТ, МЕТОДЫ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ.
ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ ПРАКТИКИ.
НАСЛЕДСТВЕННЫЕ АНОМАЛИИ И БОЛЕЗНИ С НАСЛЕДСТВЕННОЙ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬЮ. СЕЛЕКЦИЯЖИВОТНЫХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ЗАБОЛЕВАНИЯМ
Генетические аномалии у сельскохозяйственных животных. В результате мутаций у животных и человека возникают различные наследственные аномалии. При составлении родословных фараона Тутанхамона, династии Габсбургов, королевы Виктории были выявлены семейные заболевания. Еще в прошлом веке Маупертиус описал доминантное наследование полидактилии. Нассе установил наследственный характер гемофилии, а английский врач Гаррод доказал рецессивный характер наследования алкаптонурии у человека. В настоящее время у человека известно более 2500 наследственных аномалий. У сельскохозяйственных животных наследственные аномалии изучены еще недостаточно. Наука располагает сведениями лишь о нескольких десятках генетических аномалий.
Генетическая аномалия – наследственно обусловленное, нежелательное с точки зрения здоровья популяции и племенного использования, отклонение от нормы. Стойкие отклонения организма и его частей от нормального анатомического строения, возникающие в процессе развития, называются уродством. Наука, изучающая уродства, называется тератологией. Причинами аномалий могут быть наследственные нарушения и влияние среды. В зависимости от этого различают три группы, аномалий: наследственные или генетические, наследственно-средовые и средовые или экзогенные. Причинами первой группы аномалий являются нарушения в генотипе (генные и хромосомные мутации). К этой группе аномалий относятся синдром Дауна и гемофилия у человека, укорочение нижней челюсти, мозговая грыжа и другие - у крупного рогатого скота. Причинами наследственно-средовых аномалий являются как наследственные дефекты, так и влияние среды. Это самая многочисленная группа заболеваний. К ним относятся: туберкулез, лейкоз, болезни сердца и т. д. Средовые болезни, обусловлены исключительно факторами среды, например травмы, ожоги, авитаминозы, обморожения и др.
По числу генных локусов, влияющих на проявление аномалий, различают моногенные и полигенные болезни. Полигенное наследование характерно для болезней с наследственной предрасположенностью.
Типы наследования аномалий. Определение типа наследования аномалий, имеет важное значение в целях разработки селекционных методов для их профилактики у приплода. Тип наследования аномалий обычно определяется на основании анализа родословных, в которых должны быть записаны сведения о характере аномалий. Различают три типа наследования аномалий: аутосомно-рецессивный, аутосомно-доминантный и сцепленный с полом.
При аутосомно-рецессивном типе наследования аномалия определяется рецессивным геном локализованным в аутосомах. Это наиболее часто встречаемый тип наследования, который проявляется в одинаковой степени у самцов и самок. При аутосомно-рецессивном типе наследования аномальное потомство появляется обычно у здоровых родителей. Когда же мы начинаем анализировать родословную, то выявляется, что подобная аномалия встречалась когда-то у потомков обоих родителей или их общего предка. Ниже приводится родословная животного Х с аномалией «мозговая грыжа».
Х (аа) − мозговая грыжа
| Д (Аа) | К (Аа) | ||||||
| В (Аа) | Р | С | Т (Аа) | ||||
| М (аа) | О | Е | Л | Б | Ф | Ж | Ч (аа) |
При аутосомно-доминантном типе наследования аномалия обусловлена доминантным геном, локализованным в аутосоме. Признаки, обусловленные доминантными генами, как правило, проявляются в гомо- и гетерозиготном состоянии, при доминантном типе наследования пропуска поколений не бывает; каждый аномальный потомок имеет аномального родителя. Причём при таком типе наследования аномалия обычно встречается в одной половине родословной.
При сцепленным с полом типе наследования аномалия проявляется, как правило, у особей одного пола. Это связано с локализацией мутантного гена в Х-хромосоме. Примером сцепленного с полом наследования может служить заболевание гемофилией и дальтонизм у человека.
Генные аномалии у животных. У сельскохозяйственных животных изучено около сотни наследственных болезней, которые наследуются в соответствии с законами Менделя. Частота наследственных аномалий может быть различной в разных породах и стадах. Среди них такие, как укорочение нижней челюсти, волчья пасть и заячья губа, мозговая грыжа, водянка головного мозга, бульдогообразная карликовость и другие. Относительная частота отдельных аномалий в каждой породе или популяции может быть различной. В костромской породе наиболее часто встречается аномалия головы - укорочение челюсти, в ярославской породе - синдактилия, в холмогорской - контрактура мышц, в черно-пестрой - пупочные грыжи. У крупного рогатого скота в Германии значительный удельный вес среди наследственных дефектов приходится на центральную нервную систему (21%). Второе место по частоте регистрации (14%) занимает комплексная аномалия - сочетание пупочных грыж с расщеплением брюха и плода в целом. В среднем в популяциях частота животных с дефектами составляет около 1%. Однако этот показатель зависит от полноты и точности регистрации аномалий. Кроме этого, не все аномалии можно установить визуально. Многие из них связаны с мутациями, вызывающими нарушение синтеза различных веществ, выявление которых возможно только специальными методами.
Особую роль в распространении генетических аномалий, как у крупного рогатого скота, так и у животных других видов могут сыграть производители. От каждого производителя при искусственном осеменении можно за год получить сотни и тысячи потомков. Если такой производитель окажется носителем мутации, то она быстро распространиться в породе.
Так, в результате интенсивного использования быка Принца Адольфа в Швеции и последующего инбридинга на него частота бесшерстности в отдельных стадах повысилась до 5%. В потомстве отдельных быков черно-пестрой породы и шароле в США регистрировали случаи рождения карликовых телят с частотой 23%.
Много наследственных аномалий зарегистрировано и у свиней. В Дании при паталогоанатомическом исследовании 6,6 тысяч павших поросят у 25,6% были обнаружены недоразвитие клапанов и другие дефекты сердца, у 23,1% поросят найдены различные нарушения двигательной системы, у 5,9% поросят- аномалии нервной системы. Довольно часто у свиней регистрируются такие наследственные заболевания, как крипторхизм и кратерность сосков. Согласно закону гомологических рядов наследственной изменчивости эти же наследственные дефекты встречаются и у других видов сельскохозяйственных животных.
Болезни с наследственной предрасположенностью. Наиболее важное значение для животноводства и ветеринарии имеет огромная группа болезней, в развитии которых наследственность играет большую или меньшую роль. Это болезни с наследственной предрасположенностью или наследственно-средовые болезни. Удельный вес этой группы составляет около 92%. К наследственно-средовым болезням относят: мастит, туберкулез, бруцеллез, злокачественные новообразования и др.
Ученым и практикам-животноводам давно известны факты устойчивости и восприимчивости некоторых видов, пород, родственных групп и отдельных животных к тем или иным болезням.
Генетическая природа болезней с наследственной предрасположенностью мало изучена. Для этой группы болезней характерны: полигенное контролирование устойчивости и восприимчивости, непрерывный переход от выраженных форм болезни до нормы, незначительные различия между популяциями. По фенотипу животных в отношении болезней с наследственной предрасположенностью можно разделить на два класса - здоровые и больные. Заболевают животные при достижении соответствующего порога действия активных аллелей и определенного уровня условий среды. Следует помнить, что наследственно восприимчивые животные не заболевают, если нет возбудителя болезни.
Устойчивость или восприимчивость к болезням иногда зависит от одного или немногих генов, но чаще определяется множеством локусов.
Методы изучения наследственной резистентности. Существует несколько основных подходов к изучению генетической обусловленной устойчивости и восприимчивости животных к болезням. Это близнецовый анализ, выявление породных, межлинейных и межсемейных различий, селекционный эксперимент, анализ связи заболеваний с маркерными генами, популяционно-статистический анализ и др.
Близнецовый метод дает возможность определить роль наследственности и среды в этиологии болезни. Для этого определяют конкордантность и дискордантностъ. Конкордантность - это сходство по проявлению болезни у обоих близнецов, а дискордантностъ - это явление, при котором данный признак имеется лишь у одного близнеца. Сходство между однояйцовыми близнецами при различных болезнях выше, чем между двухяйцовыми. У человека конкордантность однояйцовых близнецов по туберкулезу равна 74%, рахиту – 88%, сахарному диабету 84%. Близнецовый метод позволяет получить доказательство генетической детерминации устойчивости к болезни.
Межпородные и межлинейные различия по устойчивости к болезням свидетельствуют о роли генетических факторов в детерминации этого признака. Из практики животноводства известно, что местный якутский скот более устойчив к туберкулезу, чем животные черно-пестрой и симментальской пород. Установлено также, что у быков, у которых отмечен высокий процент дочерей, больных лейкозом в данном хозяйстве, эти особенности проявлялись и в других хозяйствах. Таким образом, для повышения устойчивости животных к заболеваниям нужно вести селекционную работу с устойчивыми группами животных.
При селекционном эксперименте группу животных подвергают заражению тем или другим возбудителем. Животных, которые не заболели при искусственном заражении, считают устойчивыми, и с ними ведут работу по созданию устойчивых групп. Однако этот метод связан с нанесением экономического ущерба хозяйству и возможностью распространения инфекций, поэтому в практической работе он имеет ограниченное применение.
При использовании популяционно-статистического метода вычисляют такие генетические параметры, как коэффициенты наследуемости и генетической корреляции, а также коэффициент повторяемости и частоты генов. Так, коэффициенты наследуемости устойчивости составляют: к лейкозу 0,3, бруцеллезу - 0,2, туберкулезу - 0,1. маститу - 0.1, болезням конечностей - 0.13.
Мастит - воспаление молочной железы. Причинами заболевания могут быть биологические (стафилококки, стрептококки и др.), плохие условия кормления и содержания, нарушения технологии доения и др. Заболеваемость коров маститом во многих странах достигает 50%. Анализ заболеваемости более 19 тысяч коров показал, что мастит чаще встречается у черно-пестрого, красного степного и симментальского скота (26, 23 и 20% соответственно). У бурого скота это заболевание обнаружено у 15% животных, а у буйволиц - всего лишь у 0,5%.
Между заболеваемостью матерей и дочерей маститом существует положительная корреляция. В некоторых стадах заболеваемость дочерей, происходящих от мастных матерей, в 1.5-2 раза выше, чем от здоровых матерей. Влияние быков на резистентность дочерей к маститу составляет 14-19% .
Исследования, проведенные в одном из племзаводов по разведению красного степного скота, выявили различия по устойчивости к маститу коров разных линий. Более существенные различия были у дочерей разных быков:
Клички быков % устойчивых дочерей
Каркас 56,6
Хейземер 33,3
Ландыш 12,5
Чобот 41,5
Ликер 20,0
Уран 11,5
Все это указывает на возможность борьбы с маститом методами целенаправленной селекционной работы.
Туберкулез - инфекционная болезнь человека и животных. Это заболевание до сих пор представляет мировую проблему для здравохранения и животноводства. Исследованиями обнаружены межпородные различия устойчивости к этому заболеванию. Выявлены различия и в устойчивости потомков разных быков (9,1 - 51,7%). Коэффициент наследуемости устойчивости скота к туберкулезу колеблется в разных стадах от 0,1 до 0,3. Конкордантность у однояйцовых близнецов составляет 60%. Установлено, что устойчивость к туберкулезу наследуется полигенно.
Бруцеллез - хроническая инфекционная болезнь животных и человека, вызываемая бактериями группы Brucella. У многих животных проявляется абортом, задержанием последа и расстройством плодовитости. Бруцеллезом редко болеют лошади, а крупный рогатый скот и свиньи более чувствительны к нему. Частота заболевания потомства разных быков от 9 до 52%. Различия в семействах по устойчивости к бруцеллезу составляют 0-61%. Коэффициент наследуемости устойчивости 0,19, конкордантность у близнецов - 64%.
К числу заболеваний крупного рогатого скота, наследственная устойчивость к которым давно уже доказана, относится пироплазмоз. Известно, что зебу очень редко заболевает пироплазмозом, а при заболевании переносят его легко, тогда как крупный рогатый скот поражается часто, и в результате заболевания наблюдается большой отход животных. Помеси зебу наследуют устойчивость к пироплазмозу, что и позволило создать стада устойчивых животных.
Селекция животных на устойчивость к заболеваниям. В опытах на мышах и крысах многократно доказана возможность селекции на резистентность к различным болезням. Выведены линии мышей, устойчивых к лейкозу, сальмонеллам и другим возбудителям. Важен тот факт, что достигнутая в результате отбора резистентность может длительно сохраняться.
Убедительные результаты при селекции на устойчивость к болезням получены в птицеводстве. Большой экономический ущерб здесь приносит пуллороз (тиф). Эта инфекционная болезнь куриных, вызываемая бактериями рода Salmonella, характеризуется поражением кишечника, паренхиматозных органов и яичников.
Робертс и Кард в течение четырех лет проводили селекцию на резистентность к пуллорозу путем искусственного заражения кур породы белый леггорн. В результате этой работы выживаемость кур после заражения стандартной дозой возбудителя была 70% против 28% в контроле. Хатт с сотрудниками показал эффективность непрямой селекции кур на устойчивость к пуллорозу. В качестве признака устойчивости он использовал быстрое повышение температуры тела, что, по-видимому, связано со скоростью образования антител.
Примером успешной селекции крупного рогатого скота на устойчивость к клещам является выведение в течение 25-летней работы породы австралийский молочный зебу. Новая порода получена путем скрещивания зебу с европейскими породами и несет около 20-40% крови зебу. Она с успехом разводится в зоне тропического климата, имеет достаточно высокую продуктивность и не поражается клещами.
Непрямая селекция на резистентность. Заражение животных возбудителями болезни с целью выявления устойчивых и восприимчивых особей в большинстве случаев неприемлемо. Поэтому изучается возможность непрямой селекции по генетическим или биохимическим маркерам. Маркерные признаки должны иметь достаточно тесную корреляции с резистентностью к болезни, высокую наследуемость и повторяемость и раннее проявление. Наиболее перспективны для этих целей группы крови и полиморфные системы белков.
Одним из индикаторов устойчивости к раку глаз и глазных век у скота герефордской породы является пигментация вокруг глаз. В условиях интенсивной солнечной радиации животные с пигментированными веками меньше болеют раком глаз.
Маркерами резистентности к бактериальным болезням могут быть: интенсивность продукции антител, титр иммуноглобулинов, количество В-лимфоцитов и др.
Однако, несмотря на некоторые успехи и теоретические работы, показывающие возможность проведения успешной селекции на резистентность у нас в стране и за рубежом, в настоящее время не созданы породы и группы животных, устойчивых к тем или иным заболеваниям. Эта работа затрудняется целым рядом факторов. К этим факторам относятся: сложная природа наследуемости устойчивости, невозможность широкого искусственного заражения для выявления резистентных животных, отсутствие надежных маркеров устойчивости, быстрая изменчивость патогенов и др.
Установлено, что генетическая устойчивость к одному виду патогенов не сопровождается резистентностью к другим видам. Поэтому нельзя создать породу, устойчивую к различным заболеваниям одновременно. Для повышения устойчивости животных к болезням селекционер должен выполнить следующие мероприятия:
- организовать диагностику болезней и учет их в племенных каточках;
- проводить генеалогический анализ стада и выявлять семейства и линии устойчивые и восприимчивые к болезням;
- отбирать молодняк на племя от матерей отличающихся устойчивостью к болезням;
- постоянно оценивать производителей по устойчивости и восприимчивости потомства к болезням и признакам продуктивности.
Для осуществления всех мероприятий по селекции животных на устойчивость к болезням необходимо творческое сотрудничество зоотехников-селекционеров, ветеринарных врачей и генетиков.
Лекция 15