Учет врожденных аномалий и болезней. Методы генетического анализа

УСТОЙЧИВОСТИ ЖИВОТНЫХ К БОЛЕЗНЯМ

И ПОВЫШЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННОЙ

ГЕНЕТИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ

МЕТОДЫ ПРОФИЛАКТИКИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Глава 17

Лекция-28

В основе профилактики аномалий или болезней лежит устранение причин, их обусловливающих. Причинами гене­тических аномалий являются мутации главных генов (оли-гогенов). Следовательно, для профилактики генетических ано­малий необходимо предотвращать возникновение вредных мутаций в популяциях животных. Снижение частоты инду­цированных мутаций можно обеспечить путем жесткого кон­троля за состоянием окружающей среды, устранения контактов животных и их гамет с мутагенами. Эффективность таких мероприятий зависит, с одной стороны, от согласованной деятельности специалистов сельского хозяйства, контролиру­ющих использование пестицидов, удобрений, других ядохи­микатов, лекарственных и биологических препаратов; с другой стороны, от защиты окружающей среды от попадания в нее вредных отходов промышленного производства, что на­ходится в компетенции руководителей и специалистов заводов, фабрик и государств в целом.

Наряду с индуцированными возникают и спонтанные мутации. За тысячелетия существования животных у них накоплен определенный груз мутаций, который, находясь в скрытом гетерозиготном состоянии, передается от предыдущего в последующие поколения. Часть этого груза теряется благодаря тому, что не все гетерозиготы остаются для воспроизводства. Часть потерь восстанавливается за счет новых мутаций. Такое состояние как бы сбалансированного полиморфизма по вредным рецессивным мутациям может быть нарушено при определенной системе разведения животных, когда вместо незначительного процента выщепления аномальных гомозигот в популяции регистрируют массовые случаи рождения де­фектного потомства или наблюдают заметное снижение ус­тойчивости животных к болезням.

Для того чтобы этого не произошло, требуется постоянный контроль (мониторинг) за генетической структурой популяции. Необходимы фиксация в племенных документах (родословных животных) каждого случая врожденной аномалии в приплоде, регистрация болезней.

Ветеринарный врач должен обследовать весь приплод на на­личие аномалий и регистрировать в журнале каждое дефектное животное с подробным описанием характера аномалии, пола индивидуума, даты его рождения, особенностей эмбрионального развития. Особенно тщательно следует проверить происхождение этого животного: правильно ли записана мать, соответствует ли записям отец. Аномальные особи и их родители должны быть подвергнуты анализу на предмет зараженности вирусами и бак­териями и по другим параметрам внешней среды, которые могут быть потенциальной причиной аномалии.

Учет аномального приплода и регистрация его в племенных карточках родителей служат предпосылкой для проведения гене­тического анализа с целью выявления роли наследственности в этиологии аномалий.

Генетический анализ при этом осуществляют в следующей последовательности:

1) определить происхождение аномальных животных по пле­
менным карточкам;.

2) определить достоверность происхождения по группам
крови и полиморфным системам белков и ферментов;

3) составить родословные на аномальных особей для опреде­
ления типа спаривания родителей (инбридинг, аутбридинг) и
родства между аномальными особями (поиск общих предков);

4) определить тип наследования аномалий (моногенный,
полигенный, аутосомный, сцепленный с полом, доминантный,
рецессивный);

5) изучить кариотип у аномальных особей и их родителей с
целью обнаружения хромосомных и геномных мутаций как при­
чины аномалий;

6) сделать анализ генотипов по аллелям групп крови, моно-
морфным системам ферментов и белков для поиска маркеров
мутации;

7) изучить уровень ферментов и их структуры у аномальных и
нормальных животных для обнаружения фенотипического про­
явления мутантного гена.

В перспективе для выявления носителей мутаций у животных широко могут использоваться современные методы молекуляр­ной генетики, генной инженерии и биотехнологии.

На практике наиболее простой и достаточно точный метод изучения роли наследственности в этиологии аномалий — анализ родословных, или генеалогии, животных. Наличие общего пред­ка с одной (доминантность) или с обеих сторон родословной (рецессивность) указывает на наследственный характер анома­лии.

Генеалогический анализ необходимо подкреплять генетико-статистическими расчетами случайности или редкости появления аномалии и т. д. на основе закономерностей популяционной генетики и биометрии.

В условиях крупномасштабной селекции животных, основным содержанием которой прежде всего является интенсивное ис­пользование отдельных производителей благодаря методу искус­ственного осеменения, накоплению миллионов доз семени и возможности длительного хранения его в замороженном состоя­нии, необходима проверка генотипа каждого из производителей не только по продуктивным признакам, но и на гетерозиготное носительство вредных рецессивных генов. Это можно осущест­вить следующими методами:

1) спариванием проверяемого производителя с аномальными
самками (анализирующее скрещивание);

2) спариванием проверяемого производителя с самками, о
которых известно, что они являются гетерозиготными носителя­
ми мутантнотЬ гена;

3) спариванием проверяемого производителя с собственными
дочерями (инцест-тест);

4) спариванием с дочерями известных гетерозиготных произ­
водителей;

5) спариванием производителя с самками неизвестного гено­
типа.

В условиях производства использование первых четырех мето­дов целесообразно лишь в определенных ситуациях. Например, анализирующее скрещивание можно допустить для проверки хряков на носительство рецессивного гена кратерности сосков.

В большинстве случаев гомозиготные носители мутантных генов — это нежизнеспособные аномальные особи. Экономичес­ки невыгодно и трудно формировать гетерозиготное маточное поголовье. Делать это имеет смысл в условиях широкого распро­странения в породе той или иной аномалии. Тогда гетерозигот­ные самки будут тем ситом, через которое просеиваются нор­мальные производители, а остаются в нем, т. е. выявляются как гетерозиготные, остальные производители.

Третий метод позволяет проверять производителей сразу на все возможные мутации, поскольку сходство между генотипами прямых родственников более полное, чем с остальной частью популяции.

Применяют инцест-тест, исходя из нескольких предпосылок, которые снижают практическое значение получаемых результа­тов: проверяют на аномалии с моногенным аутосомным рецес­сивным типом наследования и пренебрегают при этом анома­лиями со сложным характером наследования, неполной пенет-рантностью и экспрессивностью, а также фенокопиями. Для получения достоверных результатов при спаривании отец — дочь необходимо получить не менее 35 потомков, а при проверке на известных гетерозиготных или гомозиготных носительницах число животных меньше (табл. 77).

77. Количество нормального потомства при разных типах спаривания, необходимое для проверки гетерозиготного носительства у животных

одноплодных видов

Тип спаривания	Число нормального на	потомства, необходимое уровне достоверности	для проверки
	95%		99% |	99,9 %
Дочери Гетерозиготные самки Гомозиготные самки	22 10 5		35 16 7	52 24 10

Принято считать, что каждая гамета обладает 3—5 летальными эквивалентами на каждую зиготу. Летальный эквивалент — это один мутант, со 100%-ной вероятностью ведущий к смерти, и т. д. Следуя этой предпосылке, полагают, что при инцест-тесте трудно найти производителя, от спаривания с которым не на­блюдали бы аномальных потомков. Однако Лесли приводит при­мер, опровергающий это положение. Спермой быка Сэма 951 (порода шароле) осеменено более 200 дочерей. В приплоде не было обнаружено каких-либо рецессивных дефектов. Сотрудни­ки ВИЖа осуществили проверку на гетерозиготное носительство вредных рецессивных генов одного из лидеров голштинской по­роды, быка Мастера 0001 путем спаривания его с собственными дочерями. Весь приплод был нормальным.

Четвертый метод проверки аналогичен второму, с тем лишь различием, что частота гетерозигот здесь при прочих равных условиях наполовину ниже и что для достоверной проверки по­требуется соответственно вдвое большее количество самок.

Все четыре рассмотренных метода проверки в широкой прак­тике не применяют, так как это связано с определенными эко­номическими затратами, потерей продуктивности, а при инцест-тесте и с возможной инбредной депрессией у потомства.

Однако в некоторых случаях, например при использовании импортных производителей из тех стран, где в данной породе распространена та или иная аномалия, желательно проверить их генотип в родственных спариваниях.

Применение инбридинга в племенных хозяйствах для получе­ния производителей и маток с консолидированной наследствен­ностью — более высокой гомозиготностью по нормальным доми­нантным генам — позволяет, как отмечалось раньше, выявлять и гетерозиготных носителей вредных рецессивных генов.

Если в приплоде производителя, полученном от инбридинга, будет зарегистрировано рождение хотя бы одного аномального потомка, такого производителя необходимо взять на учет и целесообразно проверить, является ли данная аномалия экзогенной природы или генетической. Для этого можно воспользоваться одним из четырех рассмотренных выше методов.-Выявление про­изводителей — гетерозиготных носителей рецессивных генных мутаций позволяет избежать распространения аномалий в товар­ных стадах при интенсивном использовании их посредством ис­кусственного осеменения.

Важное значение в деле профилактики генетических анома­лий будет иметь разработка методов выявления гетерозиготных животных в самом раннем возрасте по определенным тестам или маркерам. Маркерами мутаций могут быть определенные типы белков и ферментов. Как известно, для последних характерно многообразие вариантов, полиморфизм, обусловленный мута­циями. Однако имеется и группа ферментов, которые при электрофорезе обычно не разделяются на фракции, т. е. являют­ся мономорфными. Ученые (Н. П. Дубинин, Ю. П. Алтухов и др.) считают, что мутации, возникающие у животных, можно выявить^ этой системе ферментов.

В результате исследований, например, обнаружена связь между частотой редких вариантов эстераз и аномалиями развития.

У животных, в частности у крупного рогатого скота, гетерози­готных носителей таких наследственных дефектов обмена веществ, как маннозидоз, паракератоз, порфирия, выявляют путем опреде­ления уровня активности соответственно фермента маннозидазы, цинка в сыворотке крови и пропорфирина в эритроцитах. Гетеро­зиготные животные (Аа) по этим показателям занимают промежу­точное положение между нормальными (АА) и аномальными (аа).

Важное значение для профилактики распространения генети­ческих аномалий имеет цитогенетический анализ. Он позволяет выявлять как числовые, так и структурные мутации кариотипа, снижающие жизнеспособность, плодовитость, продуктивность и племенную ценность животных.

Эффективная профилактика вредных последствий хромосом­ных и геномных мутаций может быть обеспечена отбором на станциях по искусственному осеменению производителей без на­рушений в кариотипе. Впервые такая работа в нашей стране начата в Ленинградской области кафедрой животноводства и проблемной лабораторией ветеринарной генетики Ленинградско­го ветеринарного института.

В результате наших исследований обнаружено распростране­ние транслокации 1/29 хромосом у быков на племпредприятиях Нечерноземной зоны России. Выбраковка этих производителей или их спермы — способ'профилактики дальнейшего увеличения частоты транслокаций в породе, метод повышения выхода телят, производства мяса и молока в хозяйствах.

Цитогенетическая аттестация производителей и маток — мате­рей ремонтных животных необходима и у других видов, где используют искусственное осеменение. Например, в свиноводст­ве установлено распространение разных вариантов транслока­ций, резко понижающих плодовитость свиней.

Интенсификация животноводства, внедрение в практику крупномасштабной селекции, главным звеном которой является возрастание нагрузки на каждого производителя, используемого в воспроизводстве, а также потенциальная опасность увеличения давления на генетический аппарат животных мутагенных факто­ров ставят в ряд актуальных проблем организацию службы гене­тического мониторинга — контроля за частотой вредных мутаций в популяциях и породах.

Основные принципы такого контроля рассмотрены в начале настоящей главы. Это учет и правильная классификация анома­лий, определение роли наследственности в их этиологии, исполь­зование цитогенетических и биохимических маркеров. Создание специальных карточек аномальных животных — носителей хро­мосомных мутаций в зоне деятельности районных и областных ветеринарных станций, племпредприятий, селекционных цент­ров — исходные данные для контроля за частотой вредных мута­ций, на основании которых можно проводить эффективный отбор — селекцию, направленную на снижение частоты рождения аномальных особей, повышение уровня воспроизводительной функции, жизнеспособности и продуктивности животных.

Селекция на снижение частоты аномалий в популяциях живот­ных может быть весьма эффективной. Так, шведские фермеры стали проводить жесткий отбор коров и быков по признаку гипоплазии гонад. В результате частота этой аномалии снизилась с 28,1 % в 1937 г. до 7 % в конце 60-х годов. В наших исследованиях показано, что выбраковка быка Красавчика 4874 красной горбатовской поро­ды и быка Жетона 3501 костромской породы позволила избежать дальнейшего распространения в первом случае врожденной слепоты и во втором — мопсовидности. По данным И. Густавссона, выбра­ковка быков — носителей транслокации 1/29 хромосом в красно-пе­строй шведской породе позволила за 2,5 года повысить выход телят на пять голов в расчете на 100 коров.

В ряде стран проводится анализ кариотипов хряков на реци-' прокные транслокации. Носителей аберраций выбраковывают.

Интересная практическая реализация проблемы преодоления признака летальности у серых каракульских овец предложена монгольским ученым Думаажавом Баатаром (1982). Автор экспе­риментально доказал, что при скрещивании серых каракульских овец с серыми аборигенными монгольскими потомство не забо­левает хроническим тимпанитом и обладает хорошими жизне­способностью и плодовитостью. Таким образом, становится пер­спективной разработка генетического метода получения гомози­готных серых баранов с целью повышения производства серых смушек на товарных фермах.