Генетичний моніторинг генофонду тварин

Викладено результати обгрунтування ефективного генетичного моніторингу, методів збереження та оцінки генофонду тварин у системі розробки цілісної методології збереження біорізноманітності вітчизняного тваринництва. Генетичний моніторинг генофонду тварин розгдядається як система фенотипової і генотипової інформації про спадкове різноманіття на популяційному, індивідуальному рівнях, у відповідності до сучасних молекулярно-генетичних методів тестування: феногенетичного, цитогенетичного, генетико-біохімічного, імуногенетичного аналізів і ДНК-діагностики.

Ключові слова: генна діагностика, генетичний моніторинг, генофонд, маркер, мінливість, поліморфізм.

 

Підтримання біорізноманітності видів і порід тварин потребує системного підходу, який передбачає одержання об’єктивної інформації щодо підконтрольних популяцій тварин і створення бази даних для аналізу їх структури, дослід­ження генетичних процесів і вирішення комплексу питань в системі збереження генетичних ресурсів. Генетичним тестуванням передбачається здійснення контролю поход­ження за генетичними маркерами; аналіз генетичної структури генофондових стад за поліморфними системами крові, молока, ДНК-маркерами; оцінку резистентності, стресостійкості, інших конституційних особливостей за гематологічними, біохімічними, фізіологічними, цитологічними тестами; каріотипування і цитогенетичний контроль плідників; виявлення рецесивних генів на основі ДНК-технологій; аналіз родоводів, виявлення дефектів та їх генетичної зумовленості. Системну інвентаризацію генофонду різних видів тварин в Україні запо­чатковано державною науково-технічною програмою «Збереження генофонду сільськогосподарських тварин», яка передбачає, зокрема, експедиційне обстеження племінних ресурсів [1-4, 6-9, 11, 14, 17].

При обстеженні племінних ресурсів сільськогосподарських тварин і реалізації програм збереження генофонду порід набувають важливого значення методи генетичних досліджень. Їх послідовне застосування в генофондових популяціях створює систему генетичного моніторингу, який покликаний вирішувати широке коло завдань. Основу генетичного моніторингу в конярстві, скотарстві, свинарстві, вівчарстві та птахівництві України створює генетична експертиза походження та аномалій племінних тварин, яка є невід’ємною частиною племінної справи у тваринництві. При аналізі популяцій вирішуються завдання визначення їхнього алело­фонду; їх генетичної структури, збалансованості, мінливості, схожості; оцінки ступеня консолідації і диференціації порівнюваних груп тварин [1-2, 5, 7-9, 11,14].

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Порів­няльний аналіз генетичної структури споріднених порід дає змогу оцінити ступінь їхньої дивергенції, дійсні відмінності генофондів. Теоретичним обґрунтуванням такого аналізу генофонду порід є положення, що за розподілом алелів поліморфних систем можна скласти уявлення про особливості розподілу інших генів [11].

За результатами імуногенетичного та біохімічного тестування тварин різних порід, перш за все, визначають їх специфіку, враховуючи кількість алелів, їх оригінальність. Генетичний моніторинг, окрім контролю за генетичною ситуацією в генофондових стадах, дає наукову інформацію про розподіл і рух спадкового матеріалу в поколіннях, інші генетичні закономірності [7, 8, 9, 11, 12, 14].

Генетичний моніторинг, окрім контролю за генетичною ситуацією в генофондових стадах, дає наукову інформацію про розподіл і рух спадкового матеріалу в поколіннях, інші генетичні закономірності. Таку інформацію доцільно розглядати, як один з видів генофондової продукції, що є однією з підстав для запровадження в генофондових популяціях системи генетичного моніторингу з використанням широкого спектру генетичних тестів. Генетичне маркірування генофонду порід дає додаткову інформацію щодо їх реальної генетичної спільності або диференціації. Порівняльна характеристика популяцій за частотами імуногенетичних і біохімічних маркерів дозволяє прогнозувати комбінаційну здатність ліній і порід [11].

Метою роботибуло обгрунтування ефективного генетичного моніторингу, методів збереження та оцінки генофонду тварин у системі розробки цілісної методології збереження біорізноманітності вітчизняного тваринництва.

Методи та матеріали. При обгрунтуванні ефективної системи генетичного моніторингу генофонду тварин різних видів використовували як загальні методичні підходи спеціалістів країн-членів ФАО, методичні основи сучасного молекулярно-генетичного аналізу [11, 12 ].

Результати досліджень та їх обговорення. Раціональне використання і збереження генофонду сільськогосподарських тварин характеризується застосуванням широкого спектру генетичних методів для оцінки генетичних ресурсів на індивідуальному та популяційному рівнях. Генетичні методи покликані вирішувати головне завдання – розшифрувати зміст генетичної інформації в генотипі тварин і визначити її місце в структурі популяції, що зберігається або селекціонується. При обстеженні племінних ресурсів сільськогосподарських тварин і реалізації програм збереження генофонду порід набувають важливого значення методи генетичних досліджень. Їх послідовне застосування в генофондових популяціях створює систему генетичного моніторингу, який покликаний вирішувати широке коло завдань [11, 12].

Імуногенетичні дослідження переважно полягають у тестуванні тварин за групами крові, в результаті якого встановлюють наявність або відсутність еритроцитарних антигенів, спектр яких визначається наявністю відповідних реагентів в лабораторії, що здійснює тестування. За результатами аналізу імуногенетичної інформації визначають алелі і встановлюють генотипи окремих тварин. Дослідження хромосомного апарату тварин, проведення цитогенетичного контролю через каріотипування і відповідний аналіз соматичних і мейотичних клітин. ДНК – технології стають одним з ключових факторів, що забезпечують не тільки генетичну експертизу походження, а й реалізацію комплексу завдань в системі збереження генетичного різноманіття тварин щодо аналізу структури порід, виявлення їх генетичного потенціалу, визначення специфіки різних генофондових об’єктів та генофондового статусу суб’єктів племінної справи у тваринництві [11, 12].

Тестуванням тварин за високополіморфними локусами ДНК визначають їх генотипи за окремими генами з метою виявлення тварин із спадковими вадами розвитку, бажаними генотипами за окремими локусами якісних і кількісних ознак та контролю походження [17].

Використання в якості маркерних систем поліморфних ділянок ДНК дозволяє тестувати генетичний поліморфізм на рівні генів, тобто генотипу. Такі ДНК-маркери дозволяють вирішити проблему насичення генома маркерами і маркірувати практично будь-який фрагмент ДНК, в тому числі і некодуючий [13,15 ], що необхідно для складання генетичних карт і для вирішення зав­дань селекції за допомогою маркерів (MAS) [15,16].

До першого типу ядерних ДНК-маркерів відносяться всі ті, які базуються на ПЛР – полімеразній ланцюговій реакції, а саме: ПДРФ (поліморфізм довжин рестрикційних фрагментів) – генетичні маркери для аналізу поліморфізму індивідуальних локусів (генів); маркери до експресуючих послідов­ностей геному (EST-маркери) та ті, які мають послідовності, що межують із сайтами пізнання рестриктази NotI (5´GCGGCCGC3´) (NotI-STS-маркери); а також окремий клас мультилокусних ДНК-маркерів, котрі базуються на застосуванні праймерів із множинною локалізацією в геномі, таких як: із довільною випадковою послідовністю – RAPD-маркери, разом із схожими технологіями аналізу – фінгерпринтингу ампліфікованої ДНК (DAF), ПЛР з універсальними праймерами (AP-PCR) і довільною ПЛР (RPCR); домінантні діалельні AFLP-маркери (поліморфізм довжин ампліфікованих фрагментів – за ПЛР-технологією фінгерпринтингу) та за використання праймерів, комплементарних мікросателітним повторам (4-12 одиниць повтору) і які несуть на одному 5´ чи 3´-кінці (1-4) якірних нуклеотиди - ISSR-маркери (міжмікросателітний поліморфізм) [11,12, 22].

На міжнародному рівні щодо генетичного моніторингу, Глобальна програма захисту навколишнього середовища (Global Environment Facility – GEF) підтримує проект, що розпочався у 2005 році, зі збереження трипанотолерантних порід великої рогатої худоби, овець і кіз у чотирьох країнах Західної Африки. Міжнародного агентства з атомної енергії, МАГАТЕ (International Atomic Energy Agency, IAEA) складає карти генетичної різноманітності порід овець і кіз в Азії. Потім дані з генетичного різноманіття будуть об’єднані з фенотиповими характеристиками для ідентифікації порід, у яких сформувались різні механізми резистентності до однієї і тієї ж хвороби. Після цього будуть схрещувати ці породи і використовувати молекулярні маркери для картування генів, контролюючих резистентність, використання в майбутніх програмах генетичного покращення [11, 19].

Розміщення молекулярно-генетичної інформації в Географічній інформаційній системі (GIS) дозволяє виконувати просторовий аналіз генетичної інформації. GIS може бути використана для вивчення просторових структур, розподілу і віддаленості генетичних даних, для моделювання міграцій популяцій тварин у ландшафтах; для візуалізації і аналізу географічної структури популяцій; для визначення зон різноманіття; для визначення областей генетичної диференціації і для досліджень взаємодії між середовищем і генетичними варіантами [18 ].

Розробленою і здійснюваною під егідою ФАО Міжнародною програмою 2010 року із збереження біорізноманіття генетичних ресурсів тварин і рослин, передбачалось для дослід­жень за генетичними маркерами на рівні окремих видів відбирати зразки, виходячи з кількості порід. За наявності у виді більше 200 порід пропонувалось дослідити не менше 50 з них, а дослідженням 20 порід можна було обмежитись, якщо їхня кількість не перевищувала 80. У межах кожної породи рекомендувалось дослідити щонайменше 50 неспоріднених особин, а для виявлення мінли­вості породи за мікросателітами не менше 25 [11]. Молекулярно-генетичні маркери можуть бути використані для оцінки еф­ективного розміру популяції (Ne) не тільки в даний час [20], але і для більш ранніх поколінь [18].