391105, Рязанская обл., Рыбновский р-н, п/о Институт коневодства

В последнее десятилетие в области фундаментальной и прикладной генетики животных выделилось новое направление, которое получило название маркер-вспомогательная селекция. Открытие наследственного полиморфизма белков, ферментов и групп крови у разных видов сельскохозяйственных животных явилось мощным стимулом для изучения генетических особенностей пород и возможностей использования маркерных генов в практической селекции. К настоящему времени благодаря быстрому внедрению ДНК-технологий общее число определяемых у лошадей маркерных генов уже достигло нескольких десятков, что позволяет надежно контролировать значительную часть ее генома.

Генетические маркеры оказались незаменимым материалом для выявления диапазона популяционной и видовой изменчивости, изучения филогенеза, степени генетического сходства и последующей микроэволюции пород животных. Данные ФАО по оценке сохранности пород сельскохозяйственных животных свидетельствуют, что задача рационального использования и сохранения генетических ресурсов, ведения систематического генетического мониторинга особенно актуальна в коневодстве.

Важнейшей проблемой повышения эффективности совершенствования пород является изучение генетических детерминант формирования высокой продуктивности и использования генетического мониторинга при управлении селекционным процессом. Многовековая практика ведения животноводства выработала различные методы создания и улучшения пород, суть которых сводится к выявлению и интенсивному использованию животных с желательными признаками. Такой подход достаточно долго обеспечивал эффективность селекционного процесса, и многие селекционные программы по совершенствованию пород, типов и линий животных разработаны на данной основе. Однако становится все более очевидным, что одни лишь традиционные методы разведения не могут обеспечить ощутимого селекционного прогресса в породах, более того, остро встает вопрос о снижении воспроизводительных качеств, жизнеспособности и устойчивости к заболеваниям.

Селекционерам хорошо известно, что чем выше продуктивность животных, тем труднее достичь селекционных сдвигов. Это происходит потому, что интенсивная селекции приводит, с одной стороны, к повышению продуктивности, с другой, – к снижению генетического разнообразия и накоплению сопряженного генетического груза. Уменьшение резерва генетической изменчивости может привести к потере адаптивных качеств животных и застою в селекции.

Современные генетические подходы к совершенствованию пород основаны на более полной оценке генотипа животных и генетического разнообразия популяций с помощью маркерных технологий, таких как маркер-вспомогательная селекция (Marker-assisted selection), контроль происхождения и интрогрессия (межвидовой перенос генов). Использование маркерных генов для генетической экспертизы происхождения лошадей уже вошло в практику коннозаводства многих стран и стало обязательным элементом племенной работы с заводскими породами лошадей, в том числе и в нашей стране. На сегодня наиболее актуальной задачей является изучение возможностей использования маркер-вспомогательной селекции в коневодстве и внедрения результатов научных исследований в практику племенной работы.

Многочисленные исследования полиморфизма белков ферментов и систем крови лошадей у нас в стране (Дубровская Р.М., Стародумов И.М., 1976, 1986, 1992; Храброва Л.А., 1980; Шемарыкин Е.И., 1981; Глазко В.И. и др., 1996, 1999; Тихонов В.Н., 1998 и др.) и за рубежом (Stormont e. a., 1965; Sandberg, 1968, 1973; Scott, 1970; Glasnak e.a., 1973; Podliachouk e.a., 1975; Nozawa e.a., 1976; Bowling, Clarк, 1985; и др.) доказали существование выраженного внутривидового разнообразия по целому ряду локусов структурных генов (AlB, Ca, Cat, Cp, Es, 6-PGD, Pi, Tf) и семи системам эритроцитарных антигенов (A, C, D, K, P, Q, U). Более низкий уровень полиморфности у лошадей был отмечен в локусах ферментов - кислой фосфатазы (AP), НАДФ-диафоразы (DIA), глюкозофосфат изомеразы (GPI) и фосфоглюкомутазы (PGM).

Самый низкий уровень полиморфности по всем изученным локусам был зарегистрирован у лошадей чистокровной верховой породы (Дубровская и др.. 1992; Kaminski e.a., 1976; Bowling, Clark, 1985; Niemczewski, Zurkowski, 2000). При этом популяции чистокровных верховых лошадей разных стран очень незначительно различались по частотам полиморфных систем крови (табл. 1). Очевидно, что закрытая система студбука и длительная селекция по резвости способствовали высокой степени консолидации генофонда этой породы.

Таблица 1.

Частоты встречаемости аллелей трансферрина

у лошадей заводских пород

Порода	Кол-во голов	Tf D	Tf F	Tf H	Tf O	Tf R	Авторы
1	2	3	4	5	6	7	8
Ахалтекинская	1489	0,186	0,504	0,050	0,108	0,152	Р.М.Дубровская, И.М.Стародумов, 1986
Арабская в т.ч.
Россия	402	0,231	0,492	0,098	0,179	0,0	Р.М.Дубровская, И.М.Стародумов, 1987
Польша	496	0,319	0549	0,093	0.039	0,0	M.Smugala et. al., 1999
Франция	193	0,365	0,557	0,041	0,036	0,0	L.Podliachouk et. al., 1975
США	100	0,320	0455	0,135	0,120	0,0	T.Bjwing, S.Clark, 1985
Чистокровная верховая, в т.ч.
Россия	1664	0,316	0,467	0,014	0,132	0,071	Р.М.Дубровская, И.М.Стародумов, 1987
Франция	1000	0,313	0,465	0,041	0,102	0,078	M.Kaminski et. al., 1976
Япония	94	0,287	0,495	0,011	0,101	0,106	K.Nozawa et.al., 1976
Буденновская	1562	0,209	0,449	0,037	0,249	0,056	Р.М.Дубровская, И.М.Стародумов, 1987
Донская	1510	0,220	0,473	0,071	0,150	0,056	-----------,//----------
Терская	530	0,448	0,336	0,075	0,103	0,033	-----------//----------
Тракененская	1359	0,264	0,525	0,007	0,151	0,053	-----------//----------
Американская стандартбредная	30	0,267	0,667	0,000	0,033	0,033	Л.А.Храброва, 1980
Орловская рысистая	998	0,099	0,357	0,213	0,035	0,296	Р.М.Дубровская, И.М.Стародумов, 1986
Русская рысистая	843	0,298	0,381	0,077	0,063	0,181	------------//---------
Русская тяжеловозная	1250	0,.328	0,279	0,111	0,013	0,269	Р.М.Дубровская, И.М.Стародумов, 1987
Советская тяжеловозная	250	0,030	0,482	0,298	0,068	0,122	--------------//-------

Вторая чистокровная порода лошадей мирового разведения – арабская – также устойчиво сохраняет оригинальный генетический профиль, несмотря на специфику разведения арабских лошадей в разных странах. В отличие от других верховых, а также рысистых и тяжелоупряжных пород у арабских лошадей отсутствует аллель Tf R и ряд аллелей D-системы групп крови, характерных для полукровных, упряжных и локальных пород.

Наша отечественная призовая порода лошадей - орловский рысак – по своей генетической структуре заметно отличается от всех других рысистых пород, и особенно существенно от американского рысака. Характерной особенностью орловского рысака является сравнительно высокая частота встречаемости аллелей Tf^H, Tf^R, а также Es^G. Анализ аллелофонда орловской рысистой породы по изученным локусам свидетельствует о ее более тесных связях с европейскими упряжными лошадьми. По-видимому, сложившиеся характерные особенности породы поддерживаются стабилизирующим отбором, что подтверждает постоянство генетической структуры популяции на протяжении последних двух десятилетий (Храброва Л.А.. 1980; Масасина Е.В. и др., 2000). В отличие от других призовых пород для орловского рысака характерны высокий уровень полиморфности и гетерозиготности исследованных локусов и, соответственно, большой резерв генетической изменчивости, а также хорошие адаптивные качества. Недавно проведенное генетическое тестирование всего племенного ядра этой породы (п=1254) показало, что все обследованные заводские популяции имеют типичные для породы аллели, но различаются по частоте встречаемости типов и генов отдельных локусов. Наиболее существенные различия были выявлены между орловскими рысаками разных заводских типов (Масасина Е.В. и др., 2000).

Анализ многочисленных литературных данных свидетельствует, что генные частоты могут служить характеристикой не столько отдельных пород, сколько хозяйственных типов лошадей (Роdliachouk e.a., 1975). Действительно, по распределению большинства аллелей полиморфных систем крови рысаки занимают промежуточное положение между лошадьми верховых и тяжелоупряжных пород.

Известно, что на первых этапах в создании породы, как правило, участвует ограниченное число животных, генотипы которых в значительной степени определяют генофонд породы в целом. Сохранению и поддержанию стабильной генетической структуры во многом способствует чистопородное и тем более чистокровное разведение животных, при этом периодическое прилитие свежей крови является вполне достаточным условием для поддержания внутрипородного генетического сходства особей.

Изучение аллельных частот маркерных генов позволяет определить генетические различия и степень генетического сходства пород, на которые влияют не только время раздельной эволюции, но и направление отбора (Храброва Л.А., 1980; Гурьев И.П., 1990; Дубровская Р.М. и др., 1992; Sandberg, 1974; Nozawa e.a., 1976; Muller-Eckert e.a., 1999). Можно ожидать, что различия в генетической структуре скрещиваемых пород будут способствовать получению эффекта гетерозиса.

Изучение генетических особенностей лошадей заводских и локальных пород лошадей является основой для разработки методов генетического мониторинга в коневодстве. В нашей стране разводится целый ряд уникальных местных пород, практически неизвестных за рубежом – вятская, кузнецкая, мезенская, якутская и другие, многие из которых отнесены к породам с ограниченным генофондом. Лаборатория иммуногенетики института коневодства уже приступила к изучению генетической изменчивости местных пород лошадей с целью разработки методических рекомендаций по изучению и сохранению генофонда отечественных пород лошадей.

Основным методом совершенствования пород лошадей является разведение по линиям. Изучение генетической структуры основных заводских пород лошадей показало наличие четко выраженных межлинейных различий по наличию и частоте встречаемости отдельных аллелей исследуемых локусов (Стародумов И.М., 1974. 1996; Храброва Л.А, 1980; Понамарева Т.А., 1981, Лукаш Н.С., 1983; Шингалов В.А., 1984; Купцова Н.А. и др., 1999). Даже в наиболее тщательно отселекционированной породе с низким уровнем генетической изменчивости – чистокровной верховой – жеребцы-производители разных линий достоверно различались между собой по аллелям полиморфных систем крови (Храброва Л.А., Карелова А.Д., 2000). Это указывает, что традиционно высокий уровень племенной работы в коневодстве с индивидуальным подходом к вопросам подбора и отбора лошадей способствует созданию и поддержанию генеалогически и генетически разнородной, но в то же время консолидированной внутрипородной линейной структуры, являющейся основой для дальнейшего прогрессивного развития породы. Необходимо отметить, что разведение по линиям пока еще сводится к разведению по родословным. Как указывал Д.А. Кисловский (1965), большее или меньшее насыщение родословной кличками определенных животных не всегда соответствует их фактическому влиянию на пробанда, то есть обязательно необходимо принимать во внимание вероятностный характер коэффициентов, характеризующих степень генетического сходства на основании степени родства. Это подтверждает перспективность использования полиморфных систем крови и нуклеотидных повторов ДНК для маркирования генотипов выдающихся производителей и маток, что позволит не только контролировать процесс передачи генов родоначальника потомкам в ряде поколений, определять фактический индекс генетического сходства, но и прогнозировать эффективность подбора и отбора. По данным И.М. Стародумова (1996), анализировавшего передачу маркерных генов в двух линиях чистокровной верховой породы, потомки, унаследовавшие аллели родоначальника, имеют более высокую сумму выигрыша при испытаниях в гладких скачках.

Генетические маркеры также могут быть использованы для оценки результатов родственного разведения и контроля за уровнем гомозиготности у инбредных животных. На примере орловских и русских рысаков было показано, что увеличение степени инбридинга не всегда сопровождается увеличением гомозиготности инбредных лошадей (Храброва Л.А., 1980). Тенденция нарастания гомозиготности была отмечена только при близкородственном спаривании при коэффициенте инбридинга 4,0 и выше на границе проявления инбредной депрессии (Рождественская Г.А., 1977). Контроль за уровнем гомозиготности и полиморфности особенно важен при разведении малочисленных локальных пород лошадей в маленьких замкнутых популяциях.

Поиски возможных связей аллелей и типов полиморфных систем крови с хозяйственно-полезными признаками были предприняты с самого начала исследований биохимического полиморфизма лошадей. Связь между аллельными генами и селекционируемыми признаками животных теоретически возможна через ряд генетических механизмов. Ген, контролирующий образование белка или фермента, в силу своего плейотропного действия может одновременно влиять и на формирование хозяйственно-полезного признака. Плейотропное действие гена может проявляться и как результат вторичного влияния выработанного под его контролем белка на отдельные биохимические и физиологические процессы в организме животного. Ввиду постоянства такой связи прейотропный эффект представляет большую ценность для практической селекции. Маркерные гены могут находиться в одной группе сцепления с генами, определяющими хозяйственно-ценные признаки. Возможно также, что гетерозиготное состояние большинства полиморфных локусов, прямо или косвенно влияя на продуктивные качества животных, будет приводить к гетерозису.

В результате проведенных исследований, И.М. Стародумов (1974) и А.С. Котов (1977) установили, что работоспособность лошадей чистокровной верховой породы зависит от имеющихся у них типов трансферрина и альбумина. К такому же выводу пришел В.А. Шингалов (1984) при изучении резвостных качеств русских рысаков. Но Н.С. Лукаш (1983) не подтвердила связей полиморфных белков крови с уровнем работоспособности скаковых лошадей. В исследованиях, проведенных Л.А.Храбровой (1980), была отмечена тенденция повышения резвости при увеличении частоты аллелей Tf^F и Es^F у орловских рысаков и Tf^D, Tf^F, Es^F и Ca^I у русских рысаков, но различия по группам лошадей были недостоверными. При изучении связи молочной продуктивности с иммуногеннетическими показателями крови кумысных кобыл было установлено (Новоселова К.С., 1997), что типы трансферрина, альбумина, эстеразы и системы эритроцитарных антигенов оказывают влияние на удой и содержание казеина в молоке и белковых фракций в сыворотке крови. Но разнотипный характер таких связей у кобыл разных пород, скорее всего, свидетельствует о «ложном сцеплении» маркерных генов с другими количественными признаками и временном характере таких связей. Такие корреляции могут быть постоянными в ряде поколений, если они поддерживаются отбором, подбором и закрепляются инбридингом. В любом случае даже временные связи маркерных генов с хозяйственно-полезными признаками могут быть использованы в племенной работе с конкретными популяциями животных.

Теоретическое положение о лучшей приспособленности гетерозиготных организмов получило убедительное подтверждение в работах многих исследователей. На разных породах лошадей было убедительно доказано, что увеличение степени гетерозиготности маток и потомства сопровождается повышением показателей воспроизводства кобыл (Дубровская Р.М. и др., 1976, 1978, 1986; Храброва Л.А., 1980; Лукаш Н.С., 1983; Стародумов И.М., 1996). В.С. Кирпичников (1968) указывает, что внутрипопуляционный гетерозис всегда коррелирует с повышенной воспроизводимостью гетерозигот.

В современных условиях в связи с появлением большого числа частных коневладельцев, высокой стоимостью племенных животных, увеличением экспорта и импорта, а также внедрением биотехнологических методов необходимость надежной системы идентификации и контроля происхождения лошадей становится особенно актуальной. В соответствии с положениями о государственных племенных книгах обязательному тестированию подлежит все племенное поголовье лошадей чистокровной верховой, арабской, ахалтекинской, ганноверской, тракененской, орловской и русской рысистых пород. Общее число ежегодно типируемых по крови лошадей в нашей стране составляет 4-5 тысяч голов, во всем мире – 250 тысяч голов.

Лаборатория иммуногенетики была организована в 1979 году с целью изучения генетических особенностей пород, идентификации и контроля происхождения лошадей. С 1983 года ВНИИ коневодства является членом Международного общества по изучению генетики животных (ISAG). За истекший период работы лабораторией иммуногенетики было протестировано свыше 80 тысяч лошадей заводских и местных пород. Систематическое тестирование всего поголовья лошадей основных заводских пород создает реальную основу для внедрения генетического мониторинга и других методов маркер-вспомогательной селекции в практику коневодства (табл. 2).

Таблица 2

Стратегия использования маркер-вспомогательной

селекции в коневодстве

Основные направления	Прикладное значение
1. Изучение генетической структуры пород и популяций лошадей. Генетический мони-торинг пород и заводских популяций.	Оценка аллелофонда и генетического разнообразия популяций. Определение генетического сходства пород и внутрипородных субпопуляций, характеристика заводских типов. Контроль за изменением генофонда пород (генетический мониторинг).
2. Совершенствование метода разведения по линиям	Генетическая характеристика внутрипородной линейной структуры. Определение генетического сходства (различий) лошадей разных линий. Определение фактического генетического сходства с родоначальником.
3. Применение инбридинга	Контроль за нарастанием гомозиготности. Прогнозирование и оценка результативности инбридинга.
4. Создание новых пород	Выбор исходных пород, отбор и подбор по генотипу с учетом поставленных задач.
5. Селекция по количественным признакам (QTL)	Повышение показателей воспроизводства кобыл и выхода жеребят.
6. Диагностика заболеваний лошадей с помощью ДНК-технологий	Диагностика инфекционных заболеваний. Диагностика скрытых наследственных заболеваний (SСID, HYPP).

В настоящее время по требованию Международного общества по изучению генетики животных (ISAG) большинство иммуногенетических лабораторий переходит на типирование ДНК. При контроле происхождения лошадей в качестве ДНК-маркеров, как правило, используют повторы динуклеотидных блоков (микросателлиты). При типировании микросателлитов ДНК применяют метод полимеразной цепной реакции, в основе которого лежит многократное увеличение копий детектируемого участка генома. Эффективность контроля происхождения лошадей при использовании 10-12 микросателлитов достигает 99,99%, что дает надежную гарантию решения спорных вопросов, связанных с происхождением лошадей. Генотипирование на уровне ДНК может быть использовано при диагностике наследственных заболеваний лошадей, таких как комбинированный иммунодефицит (SCID, severe combined immunodeficiencу disease), периодический паралич (HYPP, hyperkaliemic periodic paralysis) и некоторые другие. Комбинированный иммунодефицит вызывается дефектом гена, координирующего взаимодействие лимфоцитарных антигенов. Гомозиготные по гену SCID жеребята гибнут в первые месяцы жизни. Скрытыми носителями этого гена являются 4-8% арабских лошадей, которых можно выявить только с использованием ДНК-технологий.

Важным аспектом практического использования иммуногенетического тестирования лошадей является профилактика гемолитической болезни жеребят, которая возникает в результате возникновения несовместимости между матерью и плодом по антигенам пяти систем крови: Aa, Ca, Da, Pa и Qa (подобно резус-фактору у человека). Вырабатываемые матерью антитела в норме не проникают через працентарный барьер и не причиняют вреда плоду. Жеребенок рождается вполне здоровым, но получаемые с молозивом матери антитела вызывают лизис эритроцитов и клинические признаки гемолитической болезни. Если не принять срочных мер, развитие заболевания приводит к гибели жеребенка в первые дни после рождения. На основании результатов тестирования родительских пар по группам крови можно прогнозировать вероятность появления гемолитической болезни у ожидаемого приплода и проводить профилактическую корректировку будущих подборов.

В последнее время генетики и селекционеры все большее внимание уделяют картированию хромосом сельскохозяйственных животных. В 1995 году была начата разработка проекта по изучению генома лошади, и в течение нескольких последующих лет были получены впечатляющие результаты. В соответствии с намеченной стратегией исследований коллективами 14 лабораторий было проведено комплексное тестирование специально отобранной группы лошадей (гетерозиготных производителей и их потомков) по 162 маркерным генам, включая 145 микросателлитов ДНК, 10 полиморфных систем белков и ферментов крови и 7 систем эритроцитарных антигенов (Guerin e.a., 1998, 1999). Программный анализ выявил существенную связь между 124 локусами, которые образовали 29 групп сцепления. Идентифицированные синтенные группы были локализованы в 26 аутосомах лошади из 31, определяющих ее генотип. Определена общая длина генома лошади, составляющая 936 единиц рекомбинации. Можно ожидать, что начатая работа по изучению генома успешно завершится созданием генной карты хромосом лошади.