REPRODUCTIVE QUALITIES OF RUSSIAN BLACK PIED CATTLE WITH DIFFERENT LEVELS OF KARYOTYPIC INSTABILITY

ВОСПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ КАЧЕСТВА КОРОВ ЧЕРНО-ПЕСТРОЙ ПОРОДЫ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ КАРИОТИПИЧЕСКОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ

Научная статья

Бакай А.В.¹, Бакай Ф.Р.², Мехтиева К.С.^3, *

¹ ORCID:0000-0002-8019-9974;

² ORCID: 0000-0002-7417-4308;

³ ORCID: 0000-0001-9672-4617;

^{1, 2, 3} Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К.И. Скрябина, Россия, Москва

* Корреспондирующий автор (karina.mextieva[at]mail.ru)

Аннотация

Необходимость выявления животных, имеющих аномалии кариотипа, в практической селекции обусловлена сниженной воспроизводительной функцией таких животных. В скотоводстве наиболее подходящими являются цитогенетические методы. Данная статья посвящена изучению цитогенетических показателей у коров с разными воспроизводительными качествами. Выявлена высокодостоверная разница по всем изученным признакам кариотипической нестабильности (Р˃0,999) между показателями у коров с нарушениями воспроизводства и животными, нарушений не имевшими. Таким образом, при обобщенной оценке индивидуальных особенностей коров по кариотипическому статусу установлено, что все признаки в группе коров с нарушениями воспроизводительных качеств имеют значение генетического риска. Высокие уровни кариотипических признаков связаны с повышенной вероятностью нарушения воспроизводительных качеств.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, воспроизводительные качества, кариотип, кариотипическая нестабильность, хромосомные аберрации, анеуплоидия, полиплоидия, ассоциации.

REPRODUCTIVE QUALITIES OF RUSSIAN BLACK PIED CATTLE WITH DIFFERENT LEVELS OF KARYOTYPIC INSTABILITY

Research article

Bakay A.V.¹, Bakay F.R.², Mekhtieva K.S.^3, *

¹ ORCID:0000-0002-8019-9974;

² ORCID: 0000-0002-7417-4308;

³ ORCID: 0000-0001-9672-4617;

^{1, 2, 3} K. I. Skryabin Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology, Moscow, Russia

* Corresponding author (karina.mextieva[at]mail.ru)

Abstract

The need to identify animals with karyotype anomalies in practical breeding can be ascribed to the reduced reproductive function of these animals. In cattle breeding, cytogenetic methods are the most suitable. This article studies the cytogenetic parameters in cows with different reproductive qualities. The study presents a highly reliable difference in all the studied signs of karyotypic instability (P>0,999) between the indicators in cows with reproductive disorders and animals with no disorders. The study finds that in the generalized assessment of individual characteristics of cows by karyotypic status, all signs have the value of genetic risk in the group of cows with reproductive disorders   while high levels of karyotypic features are associated with an increased likelihood of reproductive disorders.

Keywords: cattle, reproductive qualities, karyotype, karyotypic instability, chromosomal aberrations, aneuploidy, polyploidy, associations.

Введение

Применение цитогенетических методов для оценки крупного рогатого скота определяется высокой значимостью данного вида сельскохозяйственных животных. Необходимость выявления животных, имеющих аномалии кариотипа, в практической селекции обусловлена сниженной воспроизводительной функцией таких животных. [4, С.69], [9, С.167] Для использования в условиях высокоинтенсивной промышленной технологии животноводство предъявляет довольно жесткие требования к наследственной основе животных, особенно на фоне различных факторов, оказывающих мутагенное действие на организм животных. [10, С.35] Поэтому важно применять методы, дающие возможность контроля спонтанного (непреднамеренного) мутагенеза, и выявление у животных способности к передаче потомству наследственных дефектов. [5, С.25]

Направление селекции на повышение продуктивности коров, ведет к усилению интенсивности обменных процессов: организм животных работает на пределе своих физиологических возможностей, резервы гомеостатических механизмов, в том числе системы репарации, истощаются. В этих условиях животные становятся более подверженными мутагенезу. [1, С.84] [3, С.117]

Со снижением репродуктивной функции связаны как конституциональные, так и неконституциональные кариотипические аномалии, обнаруживаемые при изучении метафазных хромосом клеток разных тканей. Неконституциональные аномалии являются следствием прижизненного мутагенеза. Так повышение хромосомной нестабильности, т.е. частоты геномных (числовых) и хромосомных (структурных) мутаций отмечается при повышении температуры на 2-3º в течение 2-3 дней, при различных заболеваниях и лечении химическими препаратами и антибиотиками, при дефиците некоторых витаминов, при поступлении мутагенов и промутагенов с кормом, водой и воздухом и даже при стрессах. Однако имеется основание полагать, что образование мутаций зависит не только от внешних факторов, но и от внутренней среды организма, в том числе от наследственных факторов. Гетероплоидные аномалии, связанные с нарушением построения и функционирования веретена деления, также подчеркивает роль генов, контролирующих эти процессы нарушения плоидности. Поэтому можно говорить о большей или меньшей склонности к образованию мутаций – мутабельности, как о свойстве организма. Реальным объектом изучения в настоящее время может служить частная характеристика мутабильности – кариотипическая нестабильность. [6, С.27]

Все это требует организации контроля генетической полноценности сельскохозяйственных животных, особенно племенных. [7, С.2]

В настоящее время наиболее пригодными к использованию в животноводстве являются цитогенетические методы. Они позволяют установить наличие крупных кариотипических аномалий (генетический брак). Сейчас наиболее подходящими для массовых анализов являются исследования кариотипов клеток системы крови (лейкоцитов), что требует взятия от животных проб крови с последующим культивированием лейкоцитов.

Отдельное внимание стоит уделить ответу на возможное возражение по поводу того, что анализ, проводимый на соматических клетках, не дает полной картины кариотипической изменчивости в половых клетках, через которые генетическая патология может быть передана потомству. Цитогенетический анализ половых клеток технически не пригоден для массовых обследований сельскохозяйственных животных. При невозможности прямых свидетельств качества передаваемого потомству генетического материала можно использовать свидетельства косвенные, если они в достаточной степени могут дать представление о том, что является объектом поиска. Правильность таких косвенных свидетельств теоретически обоснована тем, что одни и те же средовые факторы воздействуют на стабильность наследственной информации как половых, так и не половых клеток, и даже если нет точного совпадения последствий таких воздействий, то весьма вероятно их определенное соответствие. Проводимые исследования опираются на четкое представление о том, что для целей селекционно-племенной работы необходимо получить именно общую и стабильную оценку кариотипического статуса животного в целом, а не отдельной его клетки (спермия, яйцеклетки). И решать вопрос о практическом значении такой оценки следует не с позиций детерминации отдельного акта воспроизводства, а исходя из большей или меньшей вероятности получения в течение длительного времени полноценного потомства в оптимальные сроки и в оптимальном количестве. [2, С.15] 

Методы и принципы исследования

Мы поставили перед собой цель – определить уровень кариотипической нестабильности (хромосомные аберрации, анеуплоидия, полиплоидия, ассоциации) у коров с разными воспроизводительными качествами.

Исследования проводились в АО ПЗ Повадино Московской области. Объектом исследований послужили коровы-сверстницы в возрасте третьей лактации. Для проведения исследований были сформированы две группы – в первую вошли животные без нарушений воспроизводительной функции (n=20), во вторую - с нарушением воспроизводительной функции (n=20). Воспроизводительную способность изучали по данным первичного зоотехнического учета. С нарушением воспроизводительной способности считали коров, у которых были тяжелые отелы, мертворождения, длительность сервис-периода более 100 суток, средний индекс осеменения более 2,5, средний возраст первого отела более 30 месяцев, коэффициент воспроизводительной способности (КВС) ниже, чем 0,9.

Для оценки цитогенетических показателей проводили забор проб крови с последующим культивированием лейкоцитов. Исследования взятых образцов крови проводились в лаборатории.

Основные результаты

Средняя продолжительность сервис-периода (см. рисунок 1) у коров I группы составила 98 суток, против 147 суток у коров II группы (Р˃0,999). При этом обращает на себя внимание тот факт, что по продолжительности индифференс-периода достоверных различий не выявлено, продолжительность от отела до первого осеменения у коров I и II групп составила 64 и 68 суток соответственно. Из-за удлиненного сервис-периода у коров второй группы межотельный период был более продолжительным, чем у коров первой группы (Р˃0,999).

Рис. 1 – Воспроизводительные качества коров черно-пестрой породы

Коэффициент воспроизводительной способности (см. рисунок 2) у коров первой группы, не имеющих нарушений воспроизводительной функции составил 0,97, тогда как у коров с нарушениями воспроизводительных качеств – 0,85 (Р˃0,999).

Рис. 2 – Коэффициент воспроизводительной способности коров черно-пестрой породы

 

Цитогенетические показатели (см. таблицу1) у коров с нарушениями воспроизводства отличаются существенным превосходством их уровня по сравнению с животными, нарушений не имевшими, причем разница по всем параметрам высоко достоверна (Р˃0,999).

 

Таблица 1 – Цитогенетические показатели у коров с разными воспроизводительными качествами, ±S

Показатели	Группы
	I (n=30)	II(n=30)
Анеуплоидия, %	10,31±0,82	14,78 ±0,71
Полиплоидия, %	0,54±0,01	0,63±0,01
Ассоциации, %	57,13±0,03	70,21±0,05
Аберрации, всего %	5,31±0,11	9,73±0,14
В том числе:	2,71±0,07	4,32±0,10
Разрывы хроматидные, %
Пробелы хромосомные, %	2,60±0,09	5,41±0,05

Примечание: достоверно при Р˃0,999.  

У коров, не имевших проблем с воспроизводительной способностью, уровень анеуплоидии составил 10,21% против 14,78% у коров с зафиксированными трудными отелами, мертворождениями, удлиненным сервис-периодом и прочими нарушениями репродуктивной функции.

Полиплоидные клетки проявляются с очень низкой частотой, и группа коров с нарушениями воспроизводительных качеств отличается повышенной частотой полиплоидных клеток: между животными первой (0,54 %) и второй группой (0,63%) установлена достоверная разница по уровню полиплоидных клеток (Р>0,999).

В ядре клетки в период интерфазы и метафазы существует определенный порядок расположения хромосом. Одним из факторов, препятствующим дезориентации хромосом, является их способность вступать в ассоциации. Известно, что гетерохроматические районы ассоциирующих хромосом формируют ядрышко и способствуют интенсивному синтезу РНК. Вероятно, повышенная частота ассоциаций хромосом может быть связана с повышенной молочной продуктивностью, а та, в свою очередь, связана с ухудшением воспроизводства. Это подтверждается результатами наших исследований: в группе коров с нарушениями воспроизводительных качеств доля клеток, несущих ассоциации, составляла 70,21%, в группе животных без нарушений показателей воспроизводства доля клеток, несущих ассоциации составила 57,13%, разница высокодостоверна и составила 13,08%.

Результаты кариологического анализа лейкоцитов крови коров показали, что ассоциативная способность хромосом проявлялась формированием лучистых фигур, которые были образованы сближением хромосом в области центромер. Формирование отдельных фигур конкретными аутосомами и половыми хромосомами не установлено.

Для характеристики таких феноменов как структурные нарушения хромосом, мы учитывали хромосомные аберрации и, в частности, разрывы и пробелы. В наших исследованиях наиболее высокая доля клеток с аберрациями хромосом выявлена у коров второй группы –9,73%, в которой отмечены случаи абортов, мертворождений, трудных отелов и прочих нарушений. Уровень структурных нарушений хромосом достоверно превышает показатели коров первой группы по разрывам и пробелам на 1,61% и на 2,81% соответственно.

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что цитогенетические показатели у коров с нарушениями воспроизводства отличаются существенным превосходством их уровня по сравнению с животными, нарушений не имевшими, причем разница по всем параметрам высоко достоверна (Р˃0,999).

Таким образом, при обобщенной оценке индивидуальных особенностей коров по кариотипическому статусу установлено, что все признаки в группе коров с нарушениями воспроизводительных качеств имеют значение генетического риска. Высокие уровни кариотипической нестабильности связаны с повышенной вероятностью нарушения воспроизводительных качеств.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Абдурахимова, А.Н. Воспроизводительные функции коров черно-пестрой породы / А.Н. Абдурахимова, О.К. Гогаев // Вестник научных трудов молодых учёных, аспирантов и магистрантов ФГБОУ ВО «Горский государственный аграрный университет»: сб. ст. / Горский государственный аграрный университет (Владикавказ) - Владикавказ, 2016. – С.84-88.
2. Бакай А.В. Кариологические нарушения у коров и их роль в воспроизводстве / Бакай А.В., Лепёхина Т.В., Бакай Ф.Р. // В сборнике: EurasiaScience. Сборник статей XXVIII международной научно-практической конференции. Москва. - 2020. - С. 15-23.
3. Быданцева, Е.Н. Воспроизводительная способность коров с учетом па-ратипических факторов / Е.Н. Быданцева // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 3. - С. 117-119.
4. Влияние быков-производителей на качественные признаки потомства Мкртчян Г.В., Кровикова А.Н. Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков. - 2016. - № 17. - С. 69-75.
5. Жигачёв, А.И. Основные итоги цитогенетических исследований в популяциях крупного рогатого скота 14 пород / А.И. Жигачёв, Н.А. Курчанов, В.В. Черкасов // Цитогенет. и биотехнол.: Материалы 2 Всес. Конф. по цитогенет. с.-х. животных. Ленинград – Пушкин. -1988. - С. 25 - 26.
6. Жигачёв, А.И. Распространение аберраций хромосом в отдельных родственных группах симментальского скота / А.И. Жигачёв, Т.В. Богачева, В.Г. Марусяк // Цитогенет. и биотехнол.: Материалы 2 Всес. Конф. по цитогенет. с.-х. животных. Ленинград - Пушкин,1988. Л. - 1988. - С. 27 - 29.
7. Лабинов В.В. Модернизация черно-пестрой породы крупного рогатого скота в России на основе использования генофонда голштинов / В.В. Лабинов, П.Н. Прохоренко // Молочное и мясное скотоводство. – 2015. – № 1. – С. 2 – 7.
8. Лепёхина Т.В. Высокопродуктивное племенное стадо голштинской породы / Т.В. Лепёхина, А.В. Бакай, Ф.Р. Бакай // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2020. - №4. - С.54-58.
9. Мкртчян Г.В. Корреляция признаков молочной продуктивности у потомков племенных быков разных линий / Г.В. Мкртчян, А.В. Бакай, А.Н. Кровикова // Приоритетные научные направления: от теории к практике. - 2015. - №20-1.- С.167-170.
10. Свяженина, М. А. Влияние голштинизации на селекционно-генетические показатели крупного рогатого скота черно-пестрой породы /М.А. Свяженина // АГРОЭКОИНФО. - Немчиновка-1, 2018. - №4(34). – С.35.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Abdurakhimova, A.N. Vosproizvoditel'nye funkcii korov cherno-pestrojj porody [Reproductive Functions of Russian Black Pied Cattle] / A.N. Abdurakhimova, O.K. Gogaev // Vestnik nauchnykh trudov molodykh uchjonykh, aspirantov i magistrantov FGBOU VO «Gorskijj gosudarstvennyjj agrarnyjj universitet»: sb. st. [Bulletin of Scientific Works of Young Scientists, Postgraduates and Undergraduates of the Gorsky State Agrarian University: Collection of Articles] / Gorskijj gosudarstvennyjj agrarnyjj universitet (Vladikavkaz) [Gorsky State Agrarian University (Vladikavkaz)] - Vladikavkaz, 2016. – pp. 84-88 [in Russian]
2. Bakajj A.V. Kariologicheskie narushenija u korov i ikh rol' v vosproizvodstve [Karyological Disor-ders in Cows and Their Role in Reproduction] / Bakajj A.V., Lepjokhina T.V., Bakajj F.R. // V sbornike: Eura-siaScience. Sbornik statejj XXVIII mezhdunarodnojj nauchno-prakticheskojj konferencii [EurasiaScience: Proceedings of the XXVIII International Scientific and Practical Conference]. Moscow. - 2020. - pp. 15-23 [in Russian]
3. Bydanceva, E.N. Vosproizvoditel'naja sposobnost' korov s uchetom pa-ratipicheskikh faktorov [Re-productive Capacity of Cows Taking Into Account Paratypical Factors] / E.N. Bydanceva // Izvestija Oren-burgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State Agrarian University]. - 2014. - № 3. - pp. 117-119 [in Russian]
4. Vlijanie bykov-proizvoditelejj na kachestvennye priznaki potomstva [Influence of Bulls-Producers on Qualitative Signs of Posterity] Mkrtchjan G.V., Krovikova A.N. Sel'skokhozjajjstvennye nauki i ag-ropromyshlennyjj kompleks na rubezhe vekov [Agricultural Sciences and Agro-Industrial Complex at the Turn of the Century]. - 2016. - № 17. - pp. 69-75 [in Russian]
5. Zhigachjov, A.I. Osnovnye itogi citogeneticheskikh issledovanijj v populjacijakh krupnogo rogatogo skota 14 porod [Main Results of Cytogenetic Studies in Populations of Cattle of 14 Breeds] / A.I. Zhigachjov, N.A. Kurchanov, V.V. Cherkasov // Citogenet. i biotekhnol. [Cytogenetics and Biotechnology]: Proceedings of 2nd All-Union Conference on Cytogenetics of Farm Animals. Leningrad – Pushkin. -1988. - pp. 25-26 [in Russian]
6. Zhigachjov, A.I. Rasprostranenie aberracijj khromosom v otdel'nykh rodstvennykh gruppakh sim-mental'skogo skota [Distribution of Chromosome Aberrations in Separate Related Groups of Simmental Cat-tle] / A.I. Zhigachjov, T.V. Bogacheva, V.G. Marusjak // Citogenet. i biotekhnol. [Cytogenetics and Biotech-nology]: Proceedings of 2nd All-Union Conference on Cytogenetics of Farm Animals. Leningrad - Pushkin, 1988. L. - 1988. - pp. 27-29 [in Russian]
7. Labinov V.V. Modernizacija cherno-pestrojj porody krupnogo rogatogo skota v Rossii na osnove ispol'zovanija genofonda golshtinov [Modernization of the Black-and-White Breed of Cattle in Russia Based on the Use of the Holstein Gene Pool] / V.V. Labinov, P.N. Prokhorenko // Molochnoe i mjasnoe skotovodstvo [Dairy and Meat Cattle Breeding]. – 2015. – № 1. – pp. 2–7 [in Russian]
8. Lepjokhina T.V. Vysokoproduktivnoe plemennoe stado golshtinskojj porody [Highly Productive Breeding Herd of Holstein Breed] / T.V. Lepjokhina, A.V. Bakajj, F.R. Bakajj // Vestnik Kurskojj gosudar-stvennojj sel'skokhozjajjstvennojj akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy]. - 2020. - №4. - pp. 54-58 [in Russian]
9. Mkrtchjan G.V. Korreljacija priznakov molochnojj produktivnosti u potomkov plemennykh bykov raznykh linijj [Correlation of Signs of Milk Productivity in Descendants of Breeding Bulls of Different Lines] / G.V. Mkrtchjan, A.V. Bakajj, A.N. Krovikova // Prioritetnye nauchnye napravlenija: ot teorii k praktike [Pri-ority Scientific Directions: From Theory to Practice]. - 2015. - №20-1.- pp. 167-170 [in Russian]
10. Svjazhenina, M. A. Vlijanie golshtinizacii na selekcionno-geneticheskie pokazateli krupnogo rogato-go skota cherno-pestrojj porody [Influence of Holsteinische on Breeding and Genetic Parameters of Cattle Black-Motley Breed] / M.A. Svjazhenina // AGROEhKOINFO. - Nemchinovka-1, 2018. - №4(34). – p. 35 [in Russian]