Биохимический полиморфизм

В течение эволюции в результате мутаций изменяются гены, поэтому в популяции они встречаются не в одной, а в двух и более формах (множественные аллели). Полиморфизм — одновременное присутствие двух или более генетических форм одного вида в таком численном отношении, что их нельзя отнести к повторным мутациям. Поэтому термин «генетический (биохимический) полиморфизм» применяется в тех случаях, когда локус хромосомы в популяции имеет два и более аллелей с частотой больше 0,01. Ген, представленный более чем одним аллелем, называют поли­морфным геном. Доля полиморфных локусов точно неизвестна, но полагают, что в популяциях многих видов она достигает 25—50 %. Так, у человека из 50 тыс. или более структурных локусов по крайней мере 30 % могут быть полиморфными.

Основными методами изучения полиморфизма белков и фер­ментов являются электрофорез в крахмальном или акриламид-ном геле и иммуноэлектрофорез. Белки (в том числе ферменты) находятся в растворе в виде частиц, несущих определенный электрический заряд, которые под действием электрического тока перемещаются к катоду или аноду.

Сейчас у сельскохозяйственных животных изучено более 150 полиморфных локусов белков (в том числе ферментов) крови, молока, тканей (табл. 34), расположенных в аутосомах. Установ­лено сцепление трех локусов казеина молока ocSi-Cn, J3-Cn и к-Cn (каппа-казеин).

34. Некоторые биохимические полиморфные системы

Система	Символ локуса	Число аллелей
Крупный рогатый скот	Свиньи	Овцы	Лошади	Куры
Гемоглобин Альбумин Трансферрин	нь Alb Tf	10 9 12	- 5 3 7 ' 5 13	2 3 10	2 3 4

Продолжение

Система	Символ локуса	Число аллелей
Крупный рогатый скот	Свиньи	Овцы	Лошади	Куры
Церулоплазмин	Ср		2 __ _
Эстераза	Es		2 3 6 3
р-Лактоглобулин	P-U		_ _ _ _
ctsi-Казеин	asj-Cn
р-Казеин	P-Cn
к-Казеин	к-Cn
у-Казеин	T-Cn

Аллели гемоглобинового локуса обозначаются так: Hb^A, Hb^B и т. д., а генотип — НЬ^АНЬ^А, НЬ^ВНЬ^В и т. д. В связи с кододоми-нантным наследованием большинства биохимических систем фе­нотип животного соответствует его генотипу, поэтому фенотип можно записать НЬАА или НЬА, НЬВВ или НЬВ.

Замещение аминокислот в белке может вызвать функциональ­ные различия полиморфных форм. Например, у человека кроме нормального гемоглобина НЬ* известно более 50 патологических вариантов S, С, G и т. д., которые вызывают различные гемогло­бинопатии (серповидно-клеточная анемия S, талассемия С). Одним из первых был открыт гемоглобин серповидных эритроци­тов, который от нормального отличается заменой в шестом поло­жении глутаминовой аминокислоты на валин. В районах распро­странения тропической малярии лица, гомозиготные по Hb^sHb^s, погибают в раннем возрасте от серповидно-клеточной анемии. Гетерозиготы Hl^Hb⁸ устойчивы к малярии, а люди с нормаль­ным генотипом Hty^HtA предрасположены к заболеванию.

Это неоспоримый пример сбалансированного полиморфизма, когда приспособленность гетерозигот выше, чем гомозигот, а оба аллеля сохраняются в популяции с промежуточной частотой. Это доказывает существование однолокусного гетерозиса по устойчи­вости к болезни. В. П. Эфроимсон (1968) выдвинул гипотезу о том, что иммунитет к малярии имеет адаптивное значение и обусловлен изменением молекулы гемоглобина НЬ, что препят­ствует его использованию малярийным плазмодием.

Гемоглобин выполняет важную для организма функцию пере­носа кислорода из органов дыхания к тканям и переноса угле­кислого газа от тканей в органы дыхания. У крупного рогатого скота открыто 10 типов гемоглобина, но у скота швицкой, ко­стромской, джерсейской и других пород в основном встречаются аллели НЬ^ и НЬ^В. У животных черно-пестрой, айрширской, герефордской и других пород имеется только один тип А.

Хорошо изучен полиморфизм трансферрина (Tf), кото­рый переводит железо плазмы в диионизированную форму и переносит его в костный мозг, где оно используется вновь для кроветворения. Трансферрин также подавляет размножение ви­русов в организме. У человека недостаточность трансферрина может быть следствием некоторых перенесенных заболеваний, в частности наследственного гемохроматоза. Количество Tf снижа­ется при циррозе печени, инфекционных болезнях. На рисунке 47 представлена схема расшифровки электрофореграммы типов трансферрина. Известно 12 аллелей Tf, но среди европейских пород наиболее часто встречаются аллели A, Di, D2 и Е.

Белок церулоплазмин (Ср) играет центральную роль в обмене меди в организме, являясь основным переносчиком ее в ткани. Нарушение функции церулоплазмина или снижение его содержания в плазме крови ведет, например у человека, к воз­никновению генетического заболевания нервной системы с не­кротическими изменениями в печени.

Все больше появляется работ по иммуногенетическому анализу белковых систем. Генетически детерминируемые анти-генные^арианты сывороточных белков, по которым различают особей одного вида, называют аллотипами. О. К. Баранов (1981) у американской норки выявил 8 аллотипов липопротеина (Lpm), обозначенных цифрами от 1 до 8. Липопротеины транспортируют липиды. Предполагают, что аллотипы Lpm-системы кодируются комплексом тесно сцепленных гомоло­гичных генов. Аллотипы в основном наследуются аллогруппами,

Рис. 47. Расшифровка электрофореграммы различных типов сывороточных трансферринов крупного рогатого скота

например Lpm⁶>⁸, Lpm⁴'⁶> ⁸, Lpm³'⁴>⁶>⁸ и т. д. Аллогруппа — совокупность аллотипов, наследуемых как одна группа. Со­вокупность сцепленных генов одной хромосомы, контроли­рующих аллогруппу, называют гаплотипом.

У свиней идентифицированные аллотипы липопротеина де­терминируются генами пяти локусов, временно обозначенных р, г, s, t, u. Закрытая система Lpb включает 8 аллелей, Lpr и Lpu — по два аллеля, а открытые системы Lps и Lpt — один аллель. Все аллотипы определяются аутосомными кодоминантными генами. Локусы и, р, t тесно сцеплены, а г и s локализованы в разных хромосомах. Имеются данные о связи некоторых типов Lpb с артериосклерозом у свиней.

ЗНАЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА

Биохимические полиморфные системы белков используются для следующих целей:

1) изучения причин и динамики генотипической изменчивос­
ти, составляющей основу эволюционной генетики;

2) уточнения происхождения отдельных животных;

3) описания межпородной и внутрипородной дифференциа­
ции, изучения филогенеза и аллелофонда пород, линий и се­
мейств, а также генетических процессов, происходящих в попу­
ляциях животных, и изменения их генетической структуры в
процессе селекции;

4) определения моно- и дизиготных двоен;

5) построения генетических карт хромосом;

6) подбора гетерозисной сочетаемости;

7) выявления связи с резистентностью к заболеваниям, про­
дуктивностью;

8) использования биохимических систем в качестве генетичес­
ких маркеров в селекции животных.

Изучение 9 полиморфных систем белков у 10 главных групп скота позволило подтвердить вывод о том, что зебувидный скот Индии значительно отличается от европейских пород и принад­лежит к другому виду (Bos indicus). Санга (тип африканского горбатого скота) занимает промежуточное положение между ин­дийским зебу и европейскими породами, но в то же время имеет свои уникальные признаки. Часть из них — следствие обмена генов в результате миграции зебувидного скота Индии в Африку. Использование генных частот позволяет вычислить генетические дистанции между породами и определить их эволюционную вза­имосвязь. На рисунке 48 в качестве примера показаны эволюци­онные взаимосвязи между 14 породами скота.

По данным С. А. Петрушки (1970), частота аллеля p-Lg^A была в 2 раза выше у животных голландской и симментальской пород (0,514 и 0,436) в сравнении с бурой латвийской (0,210). Многие

Рис. 48. Эволюционные взаимосвязи между 14 городами скота, вычисленные на основании генетического расстояния но 14 локусам. Филогенетическое древо изо­бражено в полярных координатах; расстояние оценивалось способом наименьших квадратов радиальной длины каждого сегмента (по Kidd п др., 1980)

европейские породы имеют очень низкую частоту типов транс-феррина ТР и TF.

Использование полиморфных систем белков вместе с группа­ми крови повышает точность определения происхождения жи­вотных. Так, по группам крови отцовство можно установить в 81 % случаев, а дополнительные анализы только типов транс-феррина повышают точность до 90 %.

По данным В. В. Пилько, Ю. О. Шапиро и А. С. Гурьяновой (1970), в четырех хозяйствах Белоруссии у коров бурой латвий­ской и костромской пород с TfDD удой был выше на 256— 270 кг, чем у животных с другими генотипами. Л. С. Жеброский и др. (1979) на большом материале показали, что ген к-Сп^А во всех стадах связан с повышенной молочностью. Таким же эф­фектом обладает аллель p-Lg^A, но в то же время он снижал содержание жира в молоке коров черно-пестрой породы.

Данные по красной датской породе свидетельствуют о том, что только 3 % генетической изменчивости в содержании жира и 5 % в молочности обусловлены различиями по группам крови. Видимо, есть большая вероятность установления более тесной корреляции генетических полиморфных систем с резистентное -тью к некоторым заболеваниям вследствие менее сложной их генетической детерминации, чем признаков продуктивности.

Анализ полиморфизма яичного белка овоглобулинового локу-са G3 показал, что куры с типом АВ более устойчивы к пуллоро-зу—тифу. Восприимчивость к этому заболеванию кур породы леггорн была связана с аллелем G^S, а породы корниш — с алле-лем G^B3.

В Австралии, а потом в Кении у породы овец ромни-марш с типом гемоглобина НЬА найдена более высокая резистентность к гемонхозу (заболевание, вызываемое нематодами, паразитирую­щими в сычуге), чем у животных с гемоглобином типов НЬВ и НЬАВ. Однако имеются сведения и об отсутствии связи типов гемоглобина у местных флоридских овец с невосприимчивостью к гемонхозу.

Устойчивость овец к лептоспирозу связана с гетерозиготнос-тью по гемоглобиновому локусу (НЬАВ), тогда как особи с типом А или В более восприимчивы. Эта инфекционная болезнь проявляется у животных кратковременной лихорадкой, желту­хой, гемоглобинурией, абортами и другими признаками. У сви­ней найдена ассоциация лептоспироза с аллелем амилазы Ат^А. Уровень антител к лептоспирозу увеличивался у животных с этим аллелем, а с аллелем Am" — уменьшался.

У свиней установлена связь типов фермента фосфогексоизо-мераза (PHI) с синдромом злокачественной гипертермии (MHS). Коэффициент корреляции между чувствительностью к MHS и генотипом РН1^В/РН1^В равен 0,19, а относительный риск возник­новения MHS у особей этого генотипа по отношению к имею­щим его животным был 18,8.

Изучение новых биохимических полиморфных систем позво­лит глубже понять динамику генотипической изменчивости в популяциях и механизмы поддержания этой изменчивости, изме­нение генетической структуры популяций при селекции, плани­рование и контроль с их помощью селекционного процесса. Можно рассчитывать на выявление более однозначных связей отдельных аллелей или их совокупности с резистентностью к болезням, признакам продуктивности и использовать полиморф­ные системы как генетические маркеры в селекции.

Контрольные вопросы. 1. Что такое генетическая система групп крови, тип крови, феногруппа? 2. В чем заключаются особенности наследования групп Крови? 3. Как определяются группы крови у животных? 4. Какие теоретические предпосылки лежат в основе связи групп крови с продуктивностью и устойчивос­тью к болезням? 5. Какое значение группы крови имеют для практики? 6. Почему возникает гемолитическая болезнь новорожденных? Какие методы профилактики этой болезни вы знаете? 7. Что лежит в основе генетического полиморфизма? 8. Какое значение для практики имеет биохимический полиморфизм?