Оценка племенных качеств животных на примере кинологии

ВВЕДЕНИЕ

Селекция животных основывается на биологических законах функционирования организма, продуцирование основного вида продукта высокого качества и генетических закономерностях формирования популяций животных, пригодных к использованию в условиях современных технологий при минимальных затратах энергии, кормов и труда обслуживающего персонала.
Анализ мировой зоотехнической литературы свидетельствует, что за последние десятилетия количество признаков в кинологии, которые включают в процесс селекции, значительно увеличилось. Это обусловило переход на индексную систему оценки и отбора животных.
Метод селекционных индексов дал впечатляющие результаты в Израиле, США, Канаде, Германии, Голландии и других странах в процессе создания и совершенствования пород.
В РФ над этой проблемой работают лишь отдельные ученые и пока не создано единой методологии и компьютерных программ системной селекции согласно основных требований международных стандартов. Поэтому поиски методов ускорения темпов селекции важной задачей ученых и практиков нашей страны .
С теоретических позиций в начале 80-х годов ХХ столетия разработаны и систематизированы методы оценки племенной ценности животных, используемых в селекционной практике. Возможно именно поэтому большое нагромождение и разработка различных селекционных индексов в последнее время требует их разграничения на селекционные индексы для оценки общей племенной ценности с учетом экономической значимости каждого из признаков и оценочные селекционные индексы для ранжирования животных по комплексу признаков в каждом конкретном случае.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ПЛЕМЕННЫХ КАЧЕСТВ ЖИВОТНЫХ

Селекция как наука и практика имеет свои методы. В селекционной работе самым главным является оценка племенной ценности животных, то есть определенный генотип животных, который при взаимодействии с окружающей средой способен формировать определенный фенотип высокую производительность.
Общую племенную ценность образуют за счет аддитивного действия генов, если у животных хорошая племенная ценность, то отмечают высокую общую комбинационную способность.
Общая комбинационная способность - это способность отдельных животных давать высокопродуктивных потомков при сочетании с различными генотипами. Общая комбинационная способность оценивается отклонением производительности потомков от средней производительности по популяции
Специфическая племенная ценность устанавливается по результатам отдельных сочетаний и обусловленная аддитивной действием генов и определяется как опытным путем, так и математическими расчетами.
Для селекционных целей наиболее интересным представлен аддитивный эффект, который является основным для племенного подбора. В практике селекции сельскохозяйственных животных отбор направлялся на улучшение общей племенной ценности, а не только одного признака. Трудности селекции по комплексу признаков заключается в том, что основные признаки имеют полигенный характер наследования и низкий коэффициент наследования, а также и потому, что между признаками существует обратная корреляция.
Оценка племенных качеств животных основывается на законах генетики, согласно которым производительность любой особи (фенотип) определяется его генотипом и влиянием факторов окружающей среды.
Племенная ценность - это комплекс признаков, полученный от родителей и предков и который закодирован в генах. Он передается потомкам от поколения к поколению и при определенных условиях проявляется в индивидуальных особенностях каждого животного (экстерьер и конституция, уровень продуктивности, работоспособность, поведение и т. д.). Как отмечает А. Шпринг (2004) само понятие "племенная ценность" и методика ее определения сложились в скотоводстве Швейцарии и способствовали значительному росту молочной продуктивности коров за последние 40 лет.
Впоследствии эта система начисления положительных баллов за качество родителей и предков быка или коровы была перенесена в коннозаводство.
С использованием этой системы участились случаи, когда молодым жеребцам отказывали в лицензировании, а они, не смотря на это, достигали мировых вершин в конном спорте. Поэтому для эффективной селекционной работы очень важно как можно раньше оценить молодых жеребцов по качеству потомков и принять решение о целесообразности их дальнейшего использования.
В системе селекционной работе основную роль имеет оценка племенной ценности животных, среди которых будет проведен отбор производителей и самок для воспроизводства следующих поколений. Племенную ценность определяют на основе фенотипа предков, собственных показателей, производительности боковых родственников (сибсов, полусибсов) и потомков, экстерьеру и конституции, уровеню производительности и т. д.
В течение XX века методы оценки племенной ценности животных постоянно совершенствовались.
Теоретической основой современной методологии оценки генетической ценности животных является количественная генетика, которая описывает закономерности наследования количественных признаков с использованием методов математической статистики. Впервые методы математической статистики при изучении законов наследственности начал применять английский ученый Ф.Гальтон. Он сформулировал так называемый закон наследования от предков: каждый из предков вносит в наследственность потомка определенную долю своей наследственности, равную 0,5 п, где п - номер ряда родословной, к которому принадлежит предок. К. Пирсон ввел такие показатели, как дисперсия, коэффициент изменчивости, коэффициент корреляции.
В 1909 году В.Иогансен показал, что изменчивость количественных признаков обусловлена как генетическими, так и средовыми факторами. Американский ученый Сьюал Райт обосновал связь между фенотипами и генотипами родителей и потомков. С. Райт ввел такие величины, как коэффициент сродства между животными и коэффициент инбридинга, которые стали одним из основных элементов племенной работы. Позже введена С. Райтом матрица родства получила новое применение при оценке генетической ценности животных.
Дж.Лаш разработал формулу предсказания генетической ценности животных на основе комбинирования данных собственной производительности и производительности ближайших родственников для одного признака. Этот метод оценки нашел развитие в работах Л.Н.Хэйзеля, который разработал линейную функцию - селекционный индекс, включающий значения нескольких признаков животного и его родственников\
В 1935 г. Альтшулер и Суханов предлагали оценивать быков по качеству потомства методом сравнения с сверстниками и рассчитывать комбинированную племенную ценность (с учетом племенной ценности родственников). Однако ценные в методическом отношении разработки не привели к созданию единой методики, которая могла 6 найти широкое практическое применение.
В 50-х годах в Англии Робертсон и Рендель метод «сравнения с ровесниками». В США Хендерсон предложил метод «сравнения с одностадницами». Оба метода обеспечивали несмещенную оценку только тогда, когда:
а) средняя генетическая ценность отцов сверстниц (одностадниць) была одинакова для всех дочерей оцениваемых быков;
6) все оцениваемые быки с одной закрытой популяции;
в) в популяции не было генетического тренда.
В СССР, благодаря энтузиазму профессора Басовского, метод «сравнение со сверстницами» стал официальным для оценки быков молочных пород по качеству потомства.
В 1972 году Чарльз Хендерсон предложил процедуру наилучшего линейного несмещенного прогноза (Best Linear Unbiased Prediction, BLUP) по статистическим моделям смешанного типа. Модели BLUP учитывали влияние различных паратипических факторов и включали эффект аддитивной генетической ценности отца животные.
Начиная с 80-х годов, в разных странах «оттачивалась» технология прогноза генотипа животных по BLUP, которая включает аддитивную генетическую ценность животного - так называемую «Animal Model» (BLUP AM). Идеология BLUP AM в оценке одновременно самцов и самок, пробанда, предков и потомков, с учетом всех родственных отношений между животными в стаде, по всем экономически важным признакам, что повышает точность прогноза. Многие страны ввели BLUP AM в свои национальные системы генетической оценки (Genetic Evaluation System, GES).

2. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В СОБАКОВОДСТВЕ
2.1 Общие подходы к оценке племенных качеств в собаководстве

По оценкам кинологов сейчас в мире насчитывают до 500 пород собак. Разведением занимаются во всех странах; преимущественно собаководство ведется кинологическими союзами и клубами. Законодательной организацией в кинологии является Международная кинологическая федерация (FCI -Federation Cynologique Internationale), созданная с целью развития и защиты чистопородного собаководства. Под ее руководством проводят международные выставки и соревнования собак. Большинство европейских стран и США являются членами FCI.
В кинологических союзах, клубах и питомниках РФ успешно решаются теоретические и практические вопросы разведения, содержания, кормления, ветеринарного защиты животных. Однако изучению генетических основ и механизмов, на которых основывается разведение племенных собак, чистопордность и достоверность их происхождения, причины и механизмы появления аномалий и генетических болезней уделяется мало внимания. В литературе вопрос целостности кариотипа и строения хромосом собак отражены лишь в отдельных исследованиях [2, 3,4]. Недостаточно исследована хромосомная изменчивость собак как источник появления генетических болезней и аномалий.
Изучению ДНК собаки положено начало в 2003 году Институте Броуда в Кембридже (США) проведением секвенирования генома собаки, то есть прочтением нуклеотидной последовательности. В 2004 году опубликован результат полного сиквенсf генома (примерно 2,5 млрд. пар нуклеотидов) самки боксера по кличке Таша (CanFam1.0) [10].
В нашей стране молекулярно-генетические исследования собак только начались.
Большинство исследователей выводят все разнообразие современных пород от волка, общего волкообразного предка и реже шакала [7]. Однако есть и другие гипотезы, требующие изучения. Материалом для анализа эволюционных событийявляется размах генетической изменчивости внутри пород и популяций и между ними и понимание, какая именно изменчивость способствует возникновению новых видов и пород животных. Сейчас мало известно аргументированных фактов относительно механизмов породообразования в собаководстве, однако доступна возможность оценить размах генетической изменчивости внутри пород и между породами на хромосомном и молекулярном уровнях.
Какие же практические задачи сейчас может решить и решает генетическая оценка собак?
Экспертиза происхождения племенных животных.
В собаководстве особенно актуальными являются вопросы чистопородности и контроля достоверности происхождения собак. Как инструмент контроля генофонда чистопородных племенных собак в других странах используют генетические методы, способные кардинально изменить племенную работу в собаководстве в целом.
Решение этой задачи невозможно без единой мировой системы разведения и единой унифицированной базы данных для генетической оценки собак. Одним из требований FCI (Международная кинологическая федерация, статья 18 Международных правил разведения, принята в новой редакции 2012 года) является проведение ДНК-тестирования собак как способа контроля генофонда чистопородных племенных животных согласно стандартов и методик Международного Общества по Изучению Генетики Животных (International Society of Animal Genetics ISAG).
Генетический контроль происхождения животных, их паспортизацию широко применяют в племенной работе с собаками в большинстве стран и практически стали обязательным элементом их учета. Контроль достоверности происхождения удостоверяет достоверность родословных племенных собак, что обеспечивает эффективность селекционной работы.
Генетической основой контроля происхождения животных считают наследственный полиморфизм, обусловленный наличием аллельных вариантов генов, размещенных на определенных участках гомологичных хромосом, которые используют как маркеры

. Согласно законам генетики потомок не может иметь гены, которые отсутствуют у его родителей (ведь половина хромосом передается от отца, половина от матери). Выявление у потомка генов, которых нет у его родителей, свидетельствует о несоответствии записи о происхождении.
Надежная и точная генетическая экспертиза по микросателлитными локусами ДНК. Микросателлиты имеют большую гетерозиготность, наличие большого количества аллелей, стабильное аутосомно- кодоминантное наследование по законам Менделя и как маркеры имеют высокую точность диагностирования.
ISAG предложены панели локусов микросателлитов для основных видов сельскохозяйственных, домашних и доместикованных животных, в которые включены наиболее информативные локусы, которые необходимо использовать при контроле вероятности происхождения.
Для собак рекомендуется систему генотипирования собак на основе полиморфизма длин десяти, которую сейчас и используют для контроля происхождения. [10].
Экспертиза генетических аномалий собак.
Генетические аномалии у собак возникают вследствие нарушения структурной целостности хромосом, их количества или изменения структуры или точечной мутацией изменением (заменой) одного нуклеотида в последовательности ДНК.
Количественные или структурные аберрации хромосом приводят к изменениям в функциях клеток и могут вызвать патологию. Для оценки и выбраковки из селекционного процесса животных, имеющих генетические аномалии представляет интерес анализ хромосомного набора собаки.
Диплоидный набор хромосом в соматических клетках собаки в норме состоит из 78 хромосом. Все аутосомы имеют акроцентрическое строение, которые уменьшаются по размеру от наибольшей первой пары гомологичных хромосом до наименьшей тридцать восьмой [2]. Цитогенетическими исследованиями выявлены числовые варьирования хромосом в кариотипе, морфологические аберрации и ассоциации отдельных хромосом.
Аномалии в виде поломок или разрывов плеч хромосом, а также через обмен участками между гомологичными хромосомами могут приводить к наследственным изменениям вследствие перестроек в молекулярной структуре ДНК, что в свою очередь приводит к новому состоянию гена, к его новой алельной форме. Имеющиеся в кариотипе собаки и описаны транслокации по робертсоновскому типу, то есть образованы в результате объединения двух акроцентрических хромосом в области центромер. Как указывают Визнер и Виллер [1] у собак с робертсоновской транслокацией связаны такие аномалии как хондродистрофия, расщепление верхней губы и пороки сердца.
Мутационные изменения в кариотипе сопровождаются изменением свойств соматических клеток или гамет, в результате чего нарушается их преемственность, что сопровождается появлением новых особенностей в клетке или организме. Так, если мутация происходит в соматических клетках, то это может привести к появлению опухоли этой ткани. Мутации в половых клетках родителей приводят к изменениям и появлению новых свойств у их потомства.
Мутационные изменения, обычно, является причиной аномалий, пороков, болезней и гибели потомства как на ранних этапах онтогенеза, так и в более поздние периоды. Однако следует иметь в виду, что мутации в то же время является источником изменчивости и творческий селекционер может использовать их для развития желательных признаков и в дальнейшем для создания новой породы. При определенных условиях отдельные хромосомные аберрации оказываются «полезными» способствуют повышению приспособленности к этим новым условиям и впоследствии закрепляются отбором в последующих поколениях.
По сути, все породоспецифические особенности у разных собак (коротконогость многих терьеров, жесткая или очень длинная шерсть, мопсообразное строение лицевой части черепа и т. д.) Это генные или хромосомные мутации, закрепленные в выведенных породах добором. Именно животные, у которых появились мутации желательные для селекционера стали родоначальниками каждой из пород и именно эти мутации отличали их от «дикого» типа, то есть от нормального фенотипа, свойственного их диким предкам.
Отклонение числа хромосом в кариотипе в половых хромосомах нарушает процессы сперматогенеза и эмбриогенеза собак. Так, при изменении нормального числа половых хромосом вместо нормы 76,XX и 76,XY образуются наборы 76,XXX, 76, Х0, 76,XXY 76, XYY 76,XXXY и тому подобное. Кобели с набором хромосом 76,XXY имеют недоразвитые семенники и соответственно стерильность. При наличии одной лишней аутосомы кобели имеют грубый массивный скелет, переразвитую мускулатуру и также бесплодны. У собак встречается также синдром Клайнфельтера, при котором животные имеют признаки мужского пола, однако имеют недоразвитые семенники и вследствие этого стерильные. Кобели с с кариотипом 76, XYY характеризуются повышенным уровнем агрессивного поведения и нестабильности психических реакций.
Самки с набором хромосом 76, ХХХ стерильные или имеют нарушение полового цикла. В случае их сочетания с нормальными кобелями рожают интерсексов с кариотипом с соотношением половых хромосом таких как 2Х:ЗА. Как правило, анеуплоидия по половым хромосомам приводит к нарушению половой функции собак. У сук с кариотипом 76, Х0 наблюдается инфантилизм и недоразвитость яичников.
Часто наследственная болезнь или аномалия вызывается точечной мутацией-изменением (заменой) одного нуклеотида в последовательности ДНК. При рецессивном типе наследования обнаружить такое животное по фенотипу невозможно. И такая мутация не только сохраняется в популяции, но и распространяется, вызывая вред потомкам. Для своевременного обнаружения и ограничения распространения таких аномалий необходимо проведение генетической экспертизы аномалий.
Проблема мониторинга генетических аномалий и болезней у собак весьма актуальна, особенно у служебных пород, которые выполняют важные функции для народного хозяйства страны. Успех работы кинологов в большой степени определяется состоянием генетического здоровья их собак.
В базе данных Online Mendelian Inheritance in Animals (OMIA), которую поддерживают исследователи университета М. Сидней, Австралия, описано более 600 генетических аномалий собак [12]. В России (Санкт-Петербург) исследовано и описано 186 аномалий и болезней собак, имеющих наследственную основу [5].
Анализ генетического разнообразия. Собака Canis familiaris как вид имеет уникальный набор генов генофонд. Генетический ресурс вида включает внутривидовое и внутрипородное многообразие и его сохранение, имеющее практическое значение. Первоочередным вопросом в сохранении генетического разнообразия в породах собак является мониторинг их племенных ресурсов для оценки которых, как и в других видах и породах сельскохозяйственных животных, применяют генетические методы.
Судя по литературным источникам, ныне в исследованиях полиморфизма ДНК собак, как и других биологических объектов, используют различные типы Днкмаркеров.
В частности, RAPD DNA-маркеры случайно амплифицированные фрагменты ДНК. В собаководстве первое сообщение о применении в RAPD анализе генетического разнообразия собак опубликовано в 1994 году [17].
Технологии RAPD используют для определения генетических расстояний между различными видами семейства Canidae, для дифференциации пород, генетического анализа популяций собак, как генетические маркеры при генетическом изучении болезней собак.
С помощью RAPD-маркеров проведена оценка диагностической ценности этих маркеров в семейном анализе на примере нескольких родословных отечественных пород борзых, определен уровень генетического разнообразия российских борзых сравнению с европейскими борзыми и не борзыми породами собак С Семеновой.К. и др. [6]. Выявлено, что по индексам внутригруппового сходства группа "неборзых" собак оказалась менее однородной, чем группа борзых.
AFLP маркеры полиморфизм длины амплифицированных фрагментов (Amplified sequence length polymorphisms AFLP) базируется на сочетании двух молекулярно-генетических методов, однако имеет ряд преимуществ. Для его использования не нужно знать нуклеотидную последовательность праймеров. Метод AFLP позволяет исследовать большое количество локусов и дает возможность получить большее количество полиморфных ДНК-маркеров, чем любой другой на основе ПЦР Технология ALFP успешно используется для исследования генома животных, в частности, и собак AFLP-PCR технология является техникой генетического фингерпринтинга, которая объединяет оба классических: гибридизацию и полимеразную цепную реакцию.
Сравнивая последовательность единичной копии, гены, скопированные из генома с помощью генетического фингерпринтинга являются более информативными. Недавно были изобретены различные системы маркеров, которые являются репрезентативными для целого генома.
STR маркеры (Short Tandem Repeat) микросателлитные маркеры диспергированные тандемные повторяющиеся последовательности, комплементарные к конечному участку микросателлитных повторов и несут на одном из концов последовательность из двух—четырех произвольных нуклеотидов. Полиморфизм STR очень высок и его определяет различная копийность мономерных единиц в кластере, что обуславливает наличие множественных аллельных вариантов [11].
И, хотя к использованию гипервариабельных микросателлитных участков ДНК для этой цели иногда относятся скептически, все же они остаются лучшим инструментом и универсальной системой генетических маркеров как для установления достоверности происхождения животных, так и для исследования генетической структуры популяций.
ISSR-маркеры праймеры комплементарные к конечной участка микросателлитных повторов (4-12 единиц повтора) и несущие на одном из концов последовательность из двух-четырех произвольных нуклеотидов («якорь»). Такие праймеры помогают идентифицировать большое число фрагментов ДНК, которые размещены между двумя близко расположенными микросателлитными последовательностями, которые представлены на электрофореграмме дискретными полосами (ISSR-фінгерпрінтінг). Полученные на электрофореграмме ISSR-паттерны являются породоспецифическими.
В генетических исследованиях собак используются ISSR-маркеры для изучения породной генетического разнообразия
Оценка генетического разнообразия собак способна существенно дополнить и улучшить программу их разведения. К тому же актуальной является проблема инбридинга в собаководстве. Известно, что негативным следствием инбридинга является инбрендная депрессия, когда с повышением гомозиготности происходит концентрация нежелательных аллелей, что нередко приводит к снижению способности к воспроизводству, усилению восприятия заболеваний и смертности.
В кинологии известно много примеров, когда инбридинг не приводил к нежелательным последствиям. Например, в случае с дисплазией суставов инбридинг с предками, которые не имеют ее и дают здоровых потомков, может привести к исчезновению симптомов заболевания благодаря повышению концентрации генов, которые отвечают за правильное формирование суставов.
Поэтому в связи с неоднозначностью оценок влияния тесного инбридинга на гетерозиготность значительный интерес представляет изучение уровня генетической изменчивости среди инбредных особей с помощью высоко полиморфных микросателлитных ДНКмаркеров. Проведенные исследования показали, что уровень инбридинга, который часто используют в селекционных программах, характеризует лишь вероятность перехода части генома в гомозиготний состояние. Поэтому этот показатель часто не соответствует фактической гомозиготности животных, которая может быть определена за использование микросателлитов.
Общепринятым является мнение, что нарушение случайного скрещивания приводят к отклонению в частотах генотипов от ожидаемого равновесия Харди-Вайнберга и в результате инбридинга частоты генотипов должны меняться в сторону преобладания гомозигот