STRUCTURAL ABERRATIONS OF CHROMOSOMES IN HOLSTEIN CALVES

СТРУКТУРНЫЕ АБЕРРАЦИИ ХРОМОСОМ У ТЕЛЯТ ГОЛШТИНСКОЙ ПОРОДЫ

Научная статья

Кровикова А.Н.^1, *, Бакай А.В.², Бакай Ф.Р.³

¹ ORCID: 0000-0003-0355-3156;

² ORCID: 0000-0002-8019-9974;

³ ORCID: 0000-0002-7417-4308;

Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К.И. Скрябина, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (anna.krovikova[at]mail.ru)

Аннотация

Селекционно-племенная работа предусматривает использование только таких животных, которые способны передавать своему потомству только полезные качества. Цитогенетика, вначале ставившая себе целью установление структуры нормального кариотипа, постепенно переносит свой основной интерес к изучению различных кариотипических аномалий, а также частоты их встречаемости. Именно цитогенетические методы, как отмечают многие исследователи, являются ведущими при изучении мутагенности различных факторов и практически единственными при изучении мутабильности в животноводстве. В этой связи ранняя цитогенетическая оценка молодняка крупного рогатого скота позволит выявлять животных с нежелательными изменениями в кариотипе.

Ключевые слова: селекция, цитогенетика, клетка, кариотип, хромосома, аберрации, крупный рогатый скот, чёрно-пёстрая порода.

STRUCTURAL ABERRATIONS OF CHROMOSOMES IN HOLSTEIN CALVES

Research article

Krovikova A.N.^1, *, Bakay A.V.², Bakay F.R.³

¹ ORCID: 0000-0003-0355-3156;

² ORCID: 0000-0002-8019-9974;

³ ORCID: 0000-0002-7417-4308;

K I. Skryabin Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology - MVA named after K.I. Skryabin, Moscow, Russia

* Corresponding author (anna.krovikova[at]mail.ru)

Abstract

Selective breeding involves the use of only those animals that are able of transferring only useful qualities to their offspring. With the initial goal of establishing the structure of a normal karyotype, Cytogenetics gradually transfers its main interest to the study of various karyotypic anomalies as well as the rate of their occurrence. According to a number of researchers, it is the cytogenetic methods that are leading in the study of mutagenicity of various factors and are almost the only methods utilized in the study of mutability in animal husbandry. In this regard, early cytogenetic assessment of young cattle will allow for identifying animals with unwanted changes in the karyotype.

Keywords: selective breeding, cytogenetics, cell, karyotype, chromosome, aberrations, cattle, the Russian black pied.

Введение

При изучении воспроизводительных качеств животных в условиях современного животноводства необходимо учитывать кариотипические особенности племенных быков производителей. О степени влияния производителя на качество потомства и распространение кариотипических нарушений сообщалось в исследованиях. Особенностью наследуемости хромосомных аномалий является то, что нарушения в виде поздней оплодотворяемости, ранней эмбриональной смертности, проявляются только у лактирующих дочерей, как правило, имеющих высокую молочную продуктивность.

Таким образом, кариотипические исследования являются наиболее ранней оценкой генотипа и особенно важно изучить показатели кариотипической нестабильности у телок с разным возрастом первого осеменения и выяснить на ранних этапах племенную ценность и потенциальные репродуктивные способности коров. Именно поэтому необходим качественный цитогенетический контроль племенного скота. К основным аномалиям хромосом, которые чаще встречаются у коров, относятся как числовые, так и структурные нарушения хромосом.

Спонтанный мутагенез, действие которого заметно усилилось в последнее время в результате антропогенного воздействия на природную среду, наносит ущерб здоровью человека и животных, заметно осложняет выполнение задач на увеличение продукции животноводства. Необходим строгий контроль и точный учет спонтанного мутагенеза в популяциях сельскохозяйственных животных.

Наиболее перспективным для этого является цитогенетический мониторинг, который имеет достаточно разработанные технические приемы и методические подходы для анализа кариотипа основных видов сельскохозяйственных животных. По сравнению с генными мутациями, геномные и хромосомные мутации, диагностируемые в виде кариотипичеких аномалий, встречаются на порядок чаще и могут быть выявлены с меньшей затратой времени, сил и средств. 

Основные результаты

Мы поставили перед собой цель исследовать частоту хромосомных аберраций хромосом в соматических клетках у телят голштинской породы разного возраста. Мы исследовали кариотипическую нестабильность в метафазных клетках культуры лейкоцитов периферической крови у телок чёрно-пёстрой породы принадлежащих ФГУП «Троицкое» Троицкого района Челябинской области.

Нами, по принципу аналогов, было отобрано 30 телок двухмесячного возраста голштинской породы. Кровь для исследований брали в 2,6,9,12 и 18 месяцев

Известны два подхода приготовления препаратов хромосом с помощью прямых и непрямых методов. В первом случае препараты хромосом получают непосредственно сразу после взятия биологического материала, кратковременной инкубации его с последующей обработкой гипотоническим раствором и стандартной фиксацией клеток. При этих методах чаще всего используются клетки костного мозга и эмбриональные фибробласты.

Во втором случае для обработки клеток необходимо продолжительное культивирование их (72 часа) в заданных температурных режимах с использованием питательных сред. Наиболее широко используются при этом методе лейкоциты периферической крови. Именно этот метод мы и использовали в своей работе.

Нередко в кариотипе животных обнаруживаются такие аномалии, как хроматидные и изохроматидные пробелы, разрывы, делеции и образующиеся в результате этого различные фрагменты генетического материала.

Как показывают многие проведенные исследования, пока еще не найден тот уровень наличия спонтанных структурных изменений хромосом, который можно было бы считать своего рода нормой.

У исследованных нами животных клеток со структурными аберрациями хромосом было мало - менее 1%, причем с возрастом их доля проявляет тенденцию к снижению (таблица 1). Различия между возрастными группами статистически не подтверждаются, но все же максимальный уровень спонтанного мутагенеза следует отнести к 2-месячному возрасту. Можно сделать вывод, что по мере взросления телят мутабильность по отношению к факторам внешнего мутагенеза несколько снижается.

 

Таблица 1 – Уровень спонтанных аберраций хромосом

Возраст, мес.	Число животных	Число метафаз	Из них с аберрациями клеток, %		Число аберраций	На 1 клетку с аберрацией	На 100 метафаз
			от общей суммы метафаз	средний показатель
2	30	2354	19	0,81±0,18	41	2,16	1,74
6	28	2086	12	0,58±0,17	22	1,83	1,05
9	27	2208	17	0,77±0,19	33	1,94	1,49
12	27	2125	13	0,61±0,14	20	1,54	0,94
18	27	2190	16	0,73±0,18	26	1,63	1,19

 

Что касается различных типов хромосомных перестроек, то мы вели поиск транслокаций (центрические слияний), фрагментов и делеций, а также одиночных и парных разрывов (таблица 2).

 

Таблица 2 – Типы структурных аберраций хромосом

Возраст, мес.	Число аберраций	Фрагменты	Делеции	Монохроматидные разрывы	Изохроматидные разрывы	Всего хроматидных разрывов
2	41	12(29,3)	5 (12,2)	14 (34,1)	10 (24,4)	24 (58,5)
6	22	5(22,7)	3 (13,6)	7 (31,8)	7 (31,8)	14 (63,5)
9	33	8(24,2)	3 (9,1)	10 (30,3)	12 (36,4)	22 (66,7)
12	20	6(30,0)	4 (20,0)	6 (30,0)	4 (20,0)	10 (50,0)
18	26	7(26,9)	3 (11,5)	10 (38,5)	6 (23,1)	16 (61,5)

Примечание: в скобках указаны процентные соотношения типов аберраций.  

В нашем исследовании мы не обнаружили конституциональных перестроек в кариотипе, в том числе и транслокаций робертсоновского типа. Наблюдались только структурные аберрации хромосом.

Фрагменты составляют более четвертой части от всех обнаруженных аберраций, их доля примерно одинакова у новорожденных и годовалых телочек (до 30%). В остальные возрастные периоды она ниже (22-26%). Делеции встречаются (могут быть замечены, если они достаточно велики) реже (9-20%). Доля хромосом с разрывами в начале (до 9 месяцев) возрастает (58,3-66,7%), затем снижается.

Соотношение монохроматидных и изохроматиных (хромасомных) разрывов составляет 1:1 только в 9-месячном возрасте. Доля изохроматидных разрывов наиболее низка в 2,12 и 18 месяцев (37,5-41,7%), а максимальная – в 9 месяцев.

Более половины мутантных клеток несут одну аберрацию, треть – две или три, и каждая десятая клетка несет много структурных перестроек (табл.3). Заметно, что клеток с большим числом аберраций с возрастом становится несколько меньше. Возможно, это связано с укреплением в ходе онтогенеза системы репарации, что сдерживает «размножение мутаций».

 

Таблица 3 – Распределение клеток по типу аберраций хромосом

Возраст, мес.	Число абер. клеток	Число хромосомных аберраций в клетке
		1	2	3	4	5 и более
2	19	10	3	3	1	2
6	12	8	1	1	1	1
9	17	9	3	3	1	1
12	13	8	4	-	1	-
18	16	9	4	3	-	-

 

Таким образом, доля клеток со структурными аберрациями хромосом максимальна в 2 мес. (0,8%), после чего снижается до 0,6 – 0,7%. Более 50% аберраций составляют разрывы хромосом, доля которых среди аберраций всех типов максимальна в 9 мес. (66,7%). 

Заключение

В результате проведенного цитогенетического анализа структурных аберраций хромосом у телят голштинской породы мы установили, что доля клеток со структурными аберрациями хромосом максимальна в 2 мес. (0,8%), после чего снижается до 0,6 – 0,7%. Более 50% аберраций составляют разрывы хромосом, доля которых среди аберраций всех типов максимальна в 9 мес. (66,7%). Таким образом, использование цитогенетических методов в селекции позволяет гово­рить о практической возможности массового и всестороннего контроля кариотипической стабильности, которая, будучи характеристикой генетической полноценности племенных животных, сама в то же время находится под генетическим контролем.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Бакай, А.В. Кариотипическая нестабильность у коров разных генотипов / Бакай А.В., Бакай Ф.Р. // Актуальные проблемы зоотехнии: Сборник научных трудов. – М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ, 2009. С. 55-59.
2. Бакай, А.И. Воспроизводительные качества голштинизированных коров с разным уровнем кариотипической нестабильности: Дис. кандидата биологических наук: 06.02.01 / А.И. Бакай; ФГОУ ВПО Московская Государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина.- Москва, 2009.-112.
3. Бич, А.И. Генетические основы создания высокопродуктивного молочного скота черно-пестрой породы путем использования голштинских производителей / А.И. Бич, Е.И. Сакса // Бюл. ВНИИРГЖ. Л., 1987. С. 15-21.
4. Бочков, Н.П. Классификация и методы учета хромосомных аберраций в соматических клетках / Н.П. Бочков, Ю.С. Демин, Н.В. Лучник // Генетика. - № 5. - С. 133 - 141.
5. Будевич, И.И. Спонтанная изменчивость хромосом крупного рогатого скота / И.И. Будевич // Повышение эффективности методов генетики и селекции. Байсагола, 1978. — С. 30 - 31.
6. Жигачёв, А.И. Причины распространения транслокации 1/29хромосом у палево-пестрого и ее редкой встречаемости у черно-пестрого скота // Докл. ВАСХНИЛ.-- № 9.- С.30-31.
7. Зиновьева, Н.А. Генетическая оценка в племенном животноводстве / Н.А. Зиновьева // Современные методы генетики и селекции в животноводстве: материалы междунар. науч. конф., ВНИИГРЖ, 26–28 июня 2007 г. – СПб., 2007. – С. 34–35.
8. Костомахин, Н.М. Воспроизводство стада и выращивание ремонтного молодняка в скотоводстве / Н.М. Костомахин. – М.: КолосС, 2009. – 109с.
9. Мехтиев, С.М. Воспроизводительные качества коров с разной продолжительностью внутриутробного развития / Бакай Ф.Р., Мехтиев С.М., Мехтиева К.С. // Вестник НГАУ. – 2013. - №2 (27) - С.49-52.
10. Семенов, А.С. Цитогенетический скрининг в различных популяциях голштинизированного скора диссертация ... доктора сельскохозяйственных наук : 06.02.07 / Семенов Анатолий Сергеевич; [Место защиты: Новосибир. гос. аграр. ун-т]. - Пермь, 2009. - 232 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Bakai, A. V. Kariotipicheskaja nestabil'nost' u korov raznyh genotipov [Karyotypic instability in cows of different genoty-stand] / Buckeye V. A., Bakay, R. F. // Aktual'nye problemy zootehnii: Sbornik nauchnyh trudov [Actual problems of animal husbandry: Collection of scientific works]. – Moscow: FGOU VPO Mgavmib, 2009. P. 55-59. [in Russian]
2. Bakai, A. I. Vosproizvoditel'nye kachestva golshtinizirovannyh korov s raznym urovnem kariotipicheskoj nestabil'nosti [Reproductive qualities of holsteinized cows with different levels of karyotypic instability]: Dis. candidate of biological Sciences: 06.02.01 / A. I. Bakay; FGOU VPO Moscow State Academy of veterinary medicine and biotechnology named after K. I. Skryabin.- Moscow, 2009. -112. [in Russian]
3. Beach, A. I. Geneticheskie osnovy sozdanija vysokoproduktivnogo molochnogo skota cherno-pestroj porody putem ispol'zovanija golshtinskih proizvoditelej [Genetic bases of creation of highly productive dairy cattle of black-and-white breed by using Holstein producers] / A. I. Beach, E. I. Saks // Byul. VNIIRGZH. L., 1987. P. 15-21. [in Russian]
4. Bochkov, N. P. Klassifikacija i metody ucheta hromosomnyh aberracij v somaticheskih kletkah [Classification and methods of accounting for chromosomal aberrations in somatic cells] / N. P. Bochkov, Yu. s. Demin, N. V. Luchnik // Genetika [Genetics]. 1972. - No. 5. - Pp. 133-141. [in Russian]
5. Budevich, I. I. Spontannaja izmenchivost' hromosom krupnogo rogatogo skota [Spontaneous variability of chromosomes of cattle] / I. I. Budevich // Povyshenie jeffektivnosti metodov genetiki i selekcii [Improving the efficiency of genetics and breeding methods. Baisogala], 1978. P. 30 — 31. [in Russian]
6. Zhigachev, A. I. Prichiny rasprostranenija translokacii 1/29hromosom u palevo-pestrogo i ee redkoj vstrechaemosti u cherno-pestrogo skota [Reasons for the spread of translocation 1 / 29chromosomes in pale-mottled and its rare occurrence in black-mottled cattle] // Dokl. VASHNIL. - 1986. - no. 9. - P. 30-31. [in Russian]
7. Zinovieva, N. A. GENETIChESKAYa otsenoka v plemennom Zhivotnovodstve [Genetic assessment in livestock breeding] / N. A. Zinovieva // Sovremennyemetody genetikiiselekciivzhivotnovodstve: materialymezhdunar. nauch. konf., VNIIGRZh [Modern methods of genetics and selectionin animal husbandry: materials from the world. scientific Conf., VNIIGRZH], June 26-28, 2007-SPb., 2007. - Pp. 34-35. [in Russian]
8. Kostomakhin, N. M. Vosproizvodstvo stada i vyrashhivanie remontnogo molodnjaka v skotovodstve [Reproduction of the herd and re-breeding of young animals in cattle breeding] / N. M. Kostomakhin. - M.: Koloss, 2009 – - 109 p. [in Russian]
9. Mehdiyev, S. M. Vosproizvoditel'nye kachestva korov s raznoj prodolzhitel'nost'ju vnutriutrobnogo razvitija [Reproductive qualities of cows with different duration of intrauterine development] / Buckeye F. R., S. M. Mehdiyev, Mehdiyev, K. S. // Vestnik NGAU [Bulletin of Novosibirsk state agrarian University]. – 2013. - №2 (27) - p. 49-52. [in Russian]
10. Semenov, A. S. Citogeneticheskij skrining v razlichnyh populjacijah golshtinizirovannogo skora dissertacija [Cytogenetic screening in different populations holsteinized soon dissertation] ... doctor of agricultural Sciences: 06.02.07 / Anatoly Sergeevich Semenov; [Place of defense: Novosibirsk state University. agrarian. UN-t]. - Perm, 2009. - 232 p. [in Russian]