Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность использования различных систем крови в селекции молочного скота

ВАК РФ 06.02.01, Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора биологических наук, Захаров, Василий Михайлович, п. Лесные Поляны

Всероссийский научно-исследовательский институт племенного дела

(ВНИИплем)

На правах рукописи

ЗАХАРОВ ВАСИЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ КРОВИ В СЕЛЕКЦИИ МОЛОЧНОГО СКОТА

06.02.01 - Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН

ДУНИН И.М.

п. Лесные Поляны Московской области

1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11

1.1. Генетические основы совершенствования молочного скота 11

1.2. Исследование групп крови и их значение для племенной работы 19

1.3. Исследование микроэволюционных процессов и полиморфизма 30

1.4. О соответствии баланса «генотип-среда» и его влияние на генетическое разнообразие 34

1.5. Проблема сохранения генофонда крупного рогатого скота 36

1.6. Генетическая обусловленность ряда заболеваний у животных и исследование ассоциаций полиморфных систем крови с различными заболеваниями 40

1.7. Главный комплекс гистосовместимости и болезни 47

1.8. Заключение по обзору литературы 56

II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 59

2.1. Материал для исследований 5 9

2.2. Методики исследований 66

III. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 75

3.1. Изучение особенностей генетической структуры на примере отдельных популяций крупного рогатого скота и анализ ее зависимости от основных факторов 75

3.1.1. Особенности генетической структуры крупного рогатого скота

на примере айрширской породы 79

3.1.2. Изучение некоторых фенотипических показателей и их влияние

на генетическую структуру исследуемых популяций животных 82

3.1.3. Особенности генетической структуры крупного рогатого скота

на примере холмогорской породы 88

3.2. Изучение динамики фенотипических признаков животных 98 3.2.1. Исследование влияния естественного отбора на генетическую

структуру популяций и анализ взаимоотношений «генотип-среда» 98 3.2.2. Анализ структурного построения аллелофонда популяций живот-

ных в ГПЗ «Лесные Поляны» Московской области 104

3.2.3. Особенности генетических параметров В-локуса групп крови у исследуемых пород крупного рогатого скота 113

3.2.4. Обсуждение полученных результатов 116

4. Результаты исследований по использованию генетических параметров систем групп крови (ЕА) для получения гетерозисных эффектов 120

4.1. Зависимость некоторых показателей животных от уровня их гетерогенности и гетерозиготности по системам групп крови (ЕА) 121

4.1.2. Анализ эффективности индивидуальных подборов по системам групп крови (ЕА) 126

4.2. Изучение влияния гетерозисных эффектов, полученных при индивидуальном подборе с использованием систем (ЕА) на уровень молочной продуктивности 130

4.3 .Обсуждение полученных результатов исследований 134

5. Вопросы сохранения и рационального использования генофонда отечественных пород скота 138

5.1. Анализ исследования генетической ситуации в отечественных породах скота 140

5.2. Генетическая ситуация в бестужевской, ярославской и красной горбатовской породах крупного рогатого скота 141

5.2.1. Ярославская порода скота 141

5.2.2. Бестужевская порода скота 146

5.2.3. Красная горбатовская порода скота 148

5.3. Обсуждение полученных результатов исследований 151

6. Концепция генетического мониторинга устойчивости к болезням 157

6.1 .Исследование закономерностей возможных связей между полиморфными системами групп крови: антигенами ВоЬА-системы, системами (ЕА), белками сыворотки крови и болезнями 157

6.2. Генетическая структура симментальского скота исследуемой популяции по антигенам ВоЬА- А системы 159

6.3. Генетические особенности симментальского скота здорового и

больного туберкулезом по антигенам BoLA- системы 162

6.4.Анализ антигенов BoLA-системы в популяциях Т и В-лимфоцитов 167

6.5. Анализ зависимости антигенного состава по BoLA-системе от содержания иммуноглобулинов M и G у здоровых и больных туберкулезом животных 170

6.6. Генетическая структура исследуемой популяции симментальского скота по системам групп крови ( ЕА ) 172

6.6.1. Характеристика симментальского скота по системам крови 172

6.6.2. Особенности распределения генотипов по группам крови у здоровых и больных туберкулезом коров 174

6.7. Характеристика животных по Tf HPTf-локусам 183

6.7.1. Различия по трансферриновому и посттрансферриновому

локусу между здоровыми и больными туберкулезом животными 184

6.8. Прогнозирование устойчивости крупного рогатого скота к туберкулезу с использованием метода статусметрии 189

6.9. Исследование ассоциаций систем BoLA и ЕА с устойчивостью айрширского скота к маститам и изучение влияния BoLA- антигенов на молочную продуктивность 194

6.10. Исследование ассоциаций систем BoLA и ЕА с устойчивостью холмогорского скота к эндометриту 206

6.11. Значение исследований по изучению комплекса BoLA в селекции на устойчивость к заболеваниям 214

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 224

ВЫВОДЫ 241

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 243

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 244

ПРИЛОЖЕНИЯ 285

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Повышение эффективности племенной работы в значительной мере зависит от комплексного анализа селекционных процессов, получения объективной информации о характере их действия в той или иной породе и методов оценки и контроля генетической ситуации. Измерение скрытой генетической изменчивости и механизм ее поддержания составляют центральную проблему эволюционной генетики. Многочисленные исследования, проведенные различными авторами позволяют убедиться, что полиморфные системы крови являются надежным инструментом при решении ряда практических вопросов и теоретического обоснования селекции (А.Р.Слепченко, 1970; Е.К.Меркурьева и др.,1977; А.М.Машуров, 1980; В.К.Чернушенко и др., 1986; Г.С.Лозовая и др.,1986; Н.С.Марзанов, 1991; В.И.Глазко, 1993; С.К.Охапкин, 1990; Н.А.Попов, 1993; Л.П.Шульга и др., 1996; С.В.Уханов и др.,1990; В.Ю. Лобков и др. 1994; В.Ф. Максименко,1994; Н.Г. Букаров, 1984, 1987, 1995).

Уже сегодня невозможно себе представить селекционно-племенную работу без точной оценки «скрытой» индивидуальной изменчивости, представляющей собой наследственную основу продуктивных качеств.

В настоящее время имеется целый ряд исследований о влиянии на генетическую структуру популяций таких факторов, как система племенной работы, состав производителей, различия в сочетаемости родительских пар, а также имеются исследования, подтверждающие целесообразность использования генетического маркирования хозяйственно-полезных признаков и устойчивости к наиболее распространенным заболеваниям. Однако широкое

внедрение этих разработок сдерживается из-за высокой специфичности генетических маркеров в каждой конкретной родственной группе животных.

В последнее время в животноводстве произошли существенные изменения генетической ситуации - интенсивное сокращение уровня генетической изменчивости с неизбежными последствиями обеднения генофонда даже тех пород, которые имели высокую численность поголовья.

Генетическое же разнообразие животных способствует созданию новых комбинаций, является основным материалом для селекционера и вызывает необходимость создания научно-обоснованной системы контроля и управления генетическими ресурсами.

Решение проблемы, связанной с реализацией селекционных программ и систем разведения молочного скота с учетом генетических особенностей животных вызывает необходимость теоретических и практических исследований, направленных на совершенствование и изыскание новых приемов в селекции.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось изыскание новых методов использования полиморфных генетических систем крови в комплексной оценке селекционных процессов, приемов генетического совершенствования молочных пород и разработки системы генетического мониторинга устойчивости к болезням крупного рогатого скота.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить изменение отдельных генетических и фенотипических показателей под влиянием естественного и искусственного отбора.

2.Теоретически и экспериментально обосновать совершенствование способов подбора молочного скота с учетом иммуногенетических особенностей.

3. Исследовать генетическую специфику различных пород скота по антигенам 1 класса ВоЬА-системы.

4. Изучить ассоциации антигенов 1 класса ВоЬА-системы с устойчивостью и восприимчивостью к наиболее распространенным заболеваниям.

5. Исследовать возможность генетического маркирования на уровне механизмов иммунного ответа.

6. Определить степень влияния лимфоцитарных антигенов на некоторые иммунологические и хозяйственно-полезные признаки животных.

7. Изучить и практически обосновать возможность сохранения и рационального использования генофонда редких и малочисленных пород.

8.Разработать основные положения генетического мониторинга устойчивости животных к наиболее распространенным заболеваниям.

Научная новизна и теоретическая значимость. В результате проведенных исследований показана эффективность индивидуальных подборов с использованием иммуногенетических параметров при разных методах разведения и на различных породах.

Получены новые данные о влиянии быков-производителей голштино-фризской породы на аллелофонд отечественных пород животных.

Впервые проведены комплексные исследования генетической структуры антигенов 1 класса ВоЬА-системы и их ассоциаций с различными заболеваниями в симментальской, айрширской и холмогорской породах. Выявлены генетические маркеры устойчивости и восприимчивости к туберкулезу, маститу и эндометриту, имеющие определенный спектр ВоЬА-антигенов, позволяющих на раннем этапе постнатального онтогенеза выявить восприимчивых к заболеваниям животных.

Определена зависимость отдельных антигенов и аллелей различных сис тем крови от формы туберкулезного процесса и показана эффективность ста-тусметрического анализа в оценке устойчивости животных к заболеваниям.

Предложена концепция генетического мониторинга крупного рогатого скота на устойчивость к наиболее распространенным заболеваниям.

Научная новизна исследований различных полиморфных систем крови подтверждена 3 патентами.

Практическая значимость работы.

Результаты проведенных исследований позволили предложить новые методические подходы при разработке программ селекции по использованию генетических маркеров групп крови для сохранения и рационального использования генофонда отечественных пород молочного скота.

Разработаны способы прогнозирования устойчивости животных к болезням с использованием в качестве маркеров комплексных генотипов разных полигенных систем.

Проведены широкие производственные испытания эффективности индивидуальных подборов с использованием иммуногенетических параметров систем (ЕА) в ведущих хозяйствах Мурманской области и Республике Коми.

Подготовлены и изданы методические рекомендации по использованию антигенов BoLA-системы в селекции на устойчивость к заболеваниям; методические рекомендации по использованию групп крови для индивидуального подбора крупного рогатого скота.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на III Всесоюзном совещании по проблемам повышения резистентности сельскохозяйственных животных (г.Кострома, сентябрь, 1988г.), конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей ВНИИплем (март, 1989 г), межлабораторных конференциях МВА ( 1990 г.) и ВНИИплем (1988-1990 гг.), координационном совещании по бруцеллезу и туберкулезу(г.Новочеркасск, июль 1989г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре « Интенсивное использование маточного поголовья с целью увеличения производства молока и говядины» (г.Рязань, 1990 г.), на XII Международной конференции групп крови животных и биохимического полиморфизма (Италия, 1990 г.), Международной конференции «Селекция с.-х. животных на устойчивость к болезням, повышение

резистентности и продуктивного долголетия» (г.Сумы, 1992 г), Международной конференции по частной генетике с.х. животных (Аскания-Нова, 1993 г.), производственных совещаниях специалистов и руководителей ведущих племенных хозяйств Республики Коми (г.Сыктывкар, 1995, 1996 гг.), конференции в Международном сельскохозяйственном центре (г.Каир, 1996 г.), 2 ои Международной конференции по молекулярно-генетическим маркерам у животных ( г.Киев, 1996 г.), на ХХУ-й Международной конференции по генетике животных Международного Общества Генетики Животных (Тур, Франция, 1996), на 47-м, 48-м, 49-м Ежегодных Симпозиумах Европейской Ассоциации Животноводства ( Лиллехамер,1996, Вена, 1997, Варшава, 1998), экспонировались на ВВЦ, где были награждены золотой и серебряной медалью, заседаниях Ученого совета ВНИИплем ( 1991-1998 гг.).

Основные положения, выносимые на защиту :

- методы совершенствования селекционной работы в скотоводстве с использованием систем групп крови (ЕА);

- исследования различных факторов в формировании генетической структуры популяций;

- методические подходы по разработке программ селекции с использованием групп крови (ЕА) для сохранения генофонда и рационального его использования;

- характеристика популяций животных симментальской, айрширской и холмогорской пород по серологически определяемым антигенам 1 класса ВоЬА-системы, целесообразность использования комплекса различных полиморфных систем крови для отбора устойчивых животных, показатели степени риска исследуемых заболеваний (туберкулез, мастит, эндометрит);

- концепция генетического мониторинга устойчивости к заболеваниям.

Материалом диссертации послужили исследования, выполненные в лаборатории отечественного и мирового генофонда животных ВНИИплем в со-

ответствии с планами по решению научно-исследовательских работ по отраслевой программе О.СХ. 42 01.02.42 № гос. регистрации 01.86.0110622; 01.9.10.047179; 01.9.10.047180; 01.9.70.004163; 01.9.70.004162; 01.9.70.004159 и исследований № гос. регистрации - 069.05. МГАВМиБ.

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 52 работы в материалах Международных конференций, журналах «Зоотехния», «Доклады ВАСХНИЛ» , книгах и сборниках научных трудов ВНИИплем и МГАВМиБ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 303 страницах, содержит 7 6 таблиц, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, обсуждения полученных данных, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений. Список литературы содержит 420 источника, в том числе 117 на иностранных языках.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Генетические основы совершенствования молочного скота.

В практической деятельности человек обычно нарушает эволюционно сложившиеся регуляторные механизмы популяций и, прежде всего, те из них, которые обеспечивают сохранение и поддержание их генетического разнообразия и внутренней организационной структуры. Широкое распространение индустриальных методов ведения хозяйства приводит к тому, что среда обитания сельскохозяйственных животных становится все более напряженной, в то время как их генетическое разнообразие в процессе селекции неуклонно сокращается. Такой результат неизбежен, так как по причине существования отрицательных корреляций в системе целостного онтогенеза, специализация в процессе направленного отбора одних признаков и свойств сопряжена с ослаблением и ухудшением других (Д.К.Беляев, 1974; О.Ве1уаеу, 1980).

Решение проблемы оптимизации селекционного процесса требует, чтобы популяции состояли из достаточно однотипных особей, обладающих высокой продуктивностью и широкой неспецифической устойчивостью. Из изложенного выше очевидно, что направленный отбор не всегда позволяет решить эту задачу. Имеется, однако, много доказательств, что наиболее устойчивыми к разнообразным флуктуациям как внешней, так и внутренней среды оказываются особи, близкие к популяционной средней по совокупности количественных признаков ( Н.П.Дубинин, 1948; М.Кагп, Ь.РепгоБе, 1951). Эту

закономерность можно интерпретировать как проявление эффектов стабилизирующего отбора на ранних онтогенетических стадиях (С.\¥а<Зс1т^оп, 1957; И.И.Шмальгаузен, 1968).

С точки зрения популяционной генетики стабилизация фенотипа основывается на исторически сложившейся полигенной системе, важную роль в которой играет гетерозиготность и коадаптация генов (Н.П.Дубинин, 1948.). Можно полагать, что сформированные стабилизирующим отбором коадапти-рованные генные комплексы оказываются связанными именно с оптимальным «средним» фенотипом (адаптивная норма), а «крайние», отклоняющиеся от оптимума фенотипы, имеют иные генетические характеристики, сопряженные с пониженной приспособленностью (Ю.П.Алтухов, 1983).

В ряде разработок М.Д.Дедова (1991), В.М.Кузнецова (1997), Ю.Н.Григорьева (1990), Ю.Н.Григорьева, В.А.Погребняка и др. (1997) и других приво�