Формообразование и микроэволюция: породообразование, метаболомика, субгеном / New form appearing and microevolution: breed creation, metabolomics, subgenomics


Автор (ы):  В.И. Глазко, д.с.-х.н., профессор, академик РАСХН / V. Glazko
Организация(и):  Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева / Russian state agrarian University – Moscow agricultural Academy named after K.A. Timiryazev

УДК 636.3.034

Аннотация

В представленных исследованиях рассматриваются ключевые вопросы эволюционной, популяционной и экологической генетики, генетических основ формообразования домашних и диких видов, а также коэволюции генофондов человека и доместицированных видов. Обсуждается значение геномных и пост-геномных технологий в развитии экологической генетики и агробиотехнологий. Научно-практическая зна­чимость исследований объясняется системным и результативным использованием потенциала генетики, биотехнологии и экологии.

Summary

In the present researches the key issues of evolutionary, population and environmental penetics, penetic bases of formation of domestic and wild species, and co-evolution of pene pools of humans and domesticated species were analyzed. The implications of penomic and post-penomic technologies in the development of ecolopical penetics and apricultural biotechnolopy were discussed. Scientific-practical importance of the results of researches was explained by the systematic and effective use of the potential of penetics, biotechnolopy and ecolopy.

Поиск механизмов формообразовательных процессов является одной из классических проблем генетики и селекции. Согласно Ч. Дарвину, формообразование – основной механизм понимания видообразования. Отсутствие информации о закономерностях формообразовательных процессов при искусственном отборе, как и во времена Ч. Дарвина, обуславливает трудоемкость, длительность и непрогнозируемость селекционной работы. Неразработанными остаются вопросы наличия универсальных и уникальных компонентов различных вариантов формообразовательных процессов у доместицированных и диких видов. Очевидно, что поиски механизмов формообразовательных процессов и, соответственно, признаков, объективно их отражающих, традиционно являются актуальными в популяционной и эволюционной генетике, в практической селекции. О появлении новой формы обычно судят по изменению проявления морфологических – хозяйственно-полезных признаков. Однако эти признаки, как правило, полигенны, находятся в сложных взаимоотношениях друг с другом, чувствительны к воздействиям внешней среды, и их участие в возникновении новой формы является итогом длительного процесса.

Таким образом, анализ динамики морфологических признаков еще недостаточен для адекватного описания формообразовательного процесса. Наряду с этим изучение динамики генетической структуры может реально отражать последовательные события формирования нового сочетания признаков. Именно динамические процессы изменений генофондов популяций, пород и внутрипородных групп под влиянием различных факторов отбора являются центральным направлением исследований. Мы, одни из немногих, которые предложили использовать методы оценки генетического сходства, разработанные генетиками СССР в 30 годы ХХ века для оценки формообразовательных процессов на фенотипическом и геном уровнях.

Как модель мы использовали создание новой породной группы овец, начатое в Сибири проф., д.б.н. Галиной Андреевной Стакан, путем сложного многопородного воспроизводительного скрещивания [2, 9]. На этой модели выполнены разработки методов выявления генетически детерминированного полиморфизма различных генетико-биохимических систем, семейный анализ наследования аллельных вариантов генетико-биохимических маркеров у овец. Некоторые методы были разработаны впервые в мире и вошли в арсенал генетических исследований у овец: в частности, оценка полиморфизма локуса лактатдегидрогеназы, описана новая регуляторная генетическая система в эритроцитах крови. Обнаружен полиморфизм, затрагивающий фенотипическое выражение гена А ЛДГ. Выявлено три типа ЛДГ, различающихся по относительной активности второго и третьего изоферментов ЛДГ. Показано, что они наследуются не доминантно, а кодоминантно. С помощью семейного анализа показано, что высокий уровень активности ЛДГ-2 и ЛДГ-3 определяется аутосомным геном Ldr-1b, а низкий уро­вень контролируется его аллельным геном Ldr-1b.

Оценен набор эстераз плазмы у овец. Описан полиморфизм по субстратной специфичности арилэстеразы, характеризующейся тем, что разные типы арилиэстеразы имеют различное сродство к бета-изомерам карбоновых эфиров нафтола; показано, что арилэстераза наследуется не доминантно, а кодоминантно. С помощью генетического анализа показано, что два аутосомных аллельных гена, обозначенных Es-1a и Es-1b, контролируют субстратную специфичность арилэстеразы у овец. Рассмотрены вопросы экспрессии генов Es-1a и Es-1b у гетерозигот в связи с явлениями доминирования. Введены в практику исследований овец более 20 биохимических систем, часть этих систем описана впервые.

На этой модели впервые были выявлены корреляционные взаимоотношения между дистанциями Серебровского, рассчитанными по фенотипическим характеристикам, по которым велся отбор и подбор животных для получения желательного морфо-физиологического типа у овец, и по аллельным частотам белков и ферментов, контролирующим фундаментальные звенья общего метаболизма у пород и внутрипородных групп животных сельскохозяйственных видов. Выявленные корреляционные взаимоотношения позволили, в частности, успешно сократить время селекционного процесса по выведению новой группы мясошерстных овец, хорошо приспособленной к условиям Западной Сибири, путем многопородного скрещивания, планировать гетерозисные эффекты, закладку по линиям и т.д.

На основании выполненных исследований в реальной селекционной работе удалось сократить количество промежуточных вариантов скрещиваний путем удаления из схемы скрещиваний вариантов, наиболее удаленных по генетическим и морфо-физиологическим расстояниям, рассчитанным по молекулярно-генетическим маркерам и характеристикам желательного морфотипа. Таким образом, впервые был использован анализ генетических и морфо-физиологических характеристик групп животных для оценок сходства между ними в целях контроля и коррекции породообразовательного процесса. Впервые была выявлена прямая связь между изменчивостью количественных признаков и динамикой аллельных сочетаний по генам, кодирующим белки и ферменты ключевых звеньев общего метаболизма. Эти разработки были внедрены в практику при выведении новой кроссбредной породной группы мясошерстных овец, приспособленных к условиям Западной Сибири, в результате чего было вдвое сокращено время создания породы. В дальнейшем, породы, созданные при использовании таких подходов, прошли го­сударственные испытания и утверждены как сибирская, а также закарпатская украинская мясошерстные породы овец.

Накоплен банк данных о генетически обусловленном полиморфизме различных генетико-биохимических систем у домашних и диких животных, в исследования вовлекаются новые виды – в частности, мелкие грызуны, домашние и дикие виды северного оленя. Одновременно изучаются возможности использования генетико-биохимических маркеров в практической селекции; выявлено наличие породоспецифических особенностей распределения аллельных частот по ряду молекулярно-генетических маркеров, впервые показана эффективность использования генетико-биохимических маркеров для контроля направленности селекционного процесса и способы оценки внутригрупповой консолидации. Выявлена статистически достоверная корреляция между уровнем генетической изменчивости у различных групп овец и жизнеспособностью. Установлена корреляция между величиной генетической дистанции между родительскими породами и гетерозиготностью их потомства.

Показано, что молекулярно-генетические маркеры структурных генов являются наиболее адекватным инструментом для решения всего многообразия генетических задач в селекции животных, таких как типирование пород, изучение их генеалогии и взаимосвязей, разработки методов их улучшения путем целенаправленного использования собственного генетического потенциала и интродукции генетического материала как от близкородственных форм, так и от удаленных видов.

Молекулярно-генетические маркеры позволяют успешно вести поиск генетико-биохимических систем, непосредственно связанных с селекционно-ценными признаками, а также вычленять полилокусные сочетания, имеющие связь либо непосредственно с характеристиками продуктивности, либо со степенью инбредированности популяций.

Наблюдаемая генетическая изменчивость, как стало ясно, является следствием сложного полифакторного отбора. Как правило, отбор ведется не по отдельному гену, а по определенному сочетанию состояний ряда полигенных систем – возможно, по определенному биохимическому статусу целого организма. В таком случае, полиморфизм конкретного белка не только отражает состояние соответствующего структурного гена, но и маркирует взаимосвязанную изменчивость ряда полигенных систем, прямо контролируемых отбором (то есть, биохимический маркер – маркер не только структурного гена, но и определенной полигенной комбинации, маркер определенного метаболического статуса). Рисунок изменчивости набора структурных генов с известной биохимической функцией в отдельных популяциях животных, вероятно, отражает специфичные условия отбора, в которых находится данная популяция. Поиск принципиальных различий между действием искусственного и естественного отбора на генофонды популяций, видимо, следует искать в отличиях между биохимическими маркерами – маркерами сложных полигенных комбинаций, вовлекаемых в закономерную изменчивость у диких и домашних видов.

Таким образом, сформулировано представление о наличии разных генетических мишеней действия естественного и искусственного отборов, что впоследствии получило название «Роспись доместикации» («Domestication Signature»).

Анализ белкового полиморфизма у сельскохозяйственных видов позволил сделать следующие заключения:

1. Несмотря на то, что домашние и дикие виды существенно отличаются по внутривидовой изменчивости морфо-физиологических признаков, уровень генетической изменчивости в этих группах видов, оцениваемый по доле полиморфных локусов, средней гетерозиготности, сопоставим.

2. Каждая порода имеет свои особенности полиморфизма структурных генов, что может быть использовано для разработки дополнительных породных характеристик.

3. Широко распространенные «заводские» породы, как правило, отличаются большим единообразием аллельных частот биохимических маркеров от аборигенных пород.

4. Так же как и по морфологическим признакам, доместицированные животные имеют ряд универсальных черт полиморфизма белков и ферментов, отличающих их от близкородственных диких видов, что может быть обозначено как «генофондные признаки доместикации».

5. В условиях искусственного и естественного отборов уровень средней гетерозиготности по биохимическим маркерам часто оказывается связанным с такими селективно значимыми характеристиками как стабильность онтогенеза и скорость роста.

6. При сопоставлении генетических расстояний, рассчитанных по методу Нея, между некоторыми породами сельскохозяйственных животных одного вида обнаружено, что получаемые значения лежат в пределах величин генетических расстояний, характерных для природных географически изолированных популяций.

7. Впервые, исходя из значений дистанции Нея, рассчитанных между исходными породами, промежуточными вариантами скрещиваний, конечной группой животных в реальном породообразовательном процессе, оценено приблизительное количество генов, вовлекаемых в формообразовательные процессы (700 генов).

8. Впервые обнаружено, что время расхождения генофондов пород животных, оцененное на основании значений дистанции Нея в связи с предположением о селективной нейтральности белкового полиморфизма, не соответствуют реальному известному времени расхождения между ними [2].

В это же время развиты и усовершенствованы методы микроэлектрофореза белков. Впервые удалось получить индивидуальный белковый спектр и выявить полиморфизм генетико-биохимических систем в отдельных яйцеклетках морского ежа, показать органоспецифичную изменчивость изоферментного спектра у насекомых (Chironomus tummi).

Другое важное направление: комплекс работ – результаты исследований эффективности использования биохимических маркеров структурных генов для анализа динамических процессов в генетической структуре внутри и между различными породами, сортами ряда сельскохозяйственных видов животных и растений. Представлен анализ сходства и различий изменчивости функциональных групп био-химических маркеров в условиях естественного и искусственного отбора. В результате установлено, что, как правило, изменение аллельных частот биохимических маркеров является универсальным ответом популяции живых организмов на воздействие отбора, однако изменчивость различных функциональных групп биохимических маркеров существенно отличается друг от друга в условиях различных формообразовательных процессов. Из этого следует, что поиск генетических систем, связанных с морфофизиологической изменчивостью и, следовательно, лежащих в основе планируемого формообразования в селекционном процессе, реально возможен на основании изучения полиморфизма отдельных белковых систем с определенными биохимическими функциями. Кроме того, поскольку, как известно, размах изменчивости по морфо-физиологическим признакам у сельскохозяйственных видов животных и растений существенно больше, чем у диких, отличия в генетически детерминированной изменчивости различных функциональных групп белков в условиях искусственного и естественного отборов позволяет предполагать наличие «субгенома», объединяющего структурные гены, изменчивость которого тесно связана с механизмами формообразования у доместицированных видов.

В результате выполненных исследований показано, что имеется связь между уровнем генетико-биохимической изменчивости, типичной для данного доместицированного вида, и активностью в нем формообразовательных процессов. Выявлено сходство такой связи у доместицированных и диких видов: связь между высоким уровнем генетико-биохимической изменчивости и активностью внутривидового формообразования (количества пород, сортов) у доместицированных видов соответствует выявленной у диких видов, для которых также описана повышенная активность формообразования (видообразования) в родах с высоким уровнем генетико-биохимической изменчивости, типичной для каждого отдельного рода.

Обнаружено, что внутривидовая пластичность (размах фенотипической изменчивости) сопровождается вовлечением в изменчивость генетико-биохимических систем, которые имеют различную биохимическую функцию. Так, у доместицированных видов наблюдается, в основном, более высокий полиморфизм ферментов метаболизма экзогенных субстратов, но более низкий – по ферментам внутриклеточного энергетического метаболизма, чем у диких видов. То есть, при одинаковом размахе генетико-биохимической изменчивости доместицированные виды отличаются повышенной изменчивостью белков-регуляторов звеньев общего метаболизма, определяющим связь между биохимическими процессами во внешней и внутренней среде, и большей стабильностью генетических систем, контролирующих внутриклеточные процессы превращения энергии (гликолиз, цикл Кребса). Можно ожидать, что именно системы, участвующие в метаболизме экзогенных субстратов, кодируются генами «субгенома», изменчивость которого связана с фенотипической пластичностью, определяет возможность вовлечения вида в доместикацию. Предполагается также, что процессы формообразования у доместицированных и диких видов имеют принципиальные различия: у доместицированных видов они обусловлены генетически детерминированной повышенной адаптивностью к гетерогенности субстратов, поступающих из внешней среды, а у диких – формообразование ассоциировано с разнообразием аллельных вариантов белков-регуляторов внутриклеточных процессов превращения энергии. В этот период исследований в генетико-биохимический анализ были включены виды культурных растений – в частности, пшеницы [10]. Начаты работы по экологической генетике, проведены экспедиционные исследования доместицированных и близкородственных видов в различных районах Украины и России совместно с Институтом общей генетики (Москва) и Институтом цитологии и генетики (Новосибирск). Расширен спектр доместицированных и диких видов, вовлекаемых в популяционно-генетические исследования. Разработаны новые подходы к сопоставлению макро- и микроэволюционной изменчивости.

В процессе исследований генетической структуры различных сельскохозяйственных видов получены уникальные данные, имеющие непосредственное практическое значение. Разработаны способы выявления полиморфизма ряда белков, которые могут быть использованы для исследования генетической структуры любых групп овец, крупного рогатого скота. Описан полиморфизм, характер наследования, онтогенез и органоспецифичность экспрессии некоторых генетико-биохимических систем; получены сведения о распространении, временной стабильности, породной и групповой специфичности аллельных вариантов ряда белков среди чистопородных и помесных животных у овец, лошадей, крупного рогатого скота мясного и молочного направления продуктивности в различных эколого-географических условиях разведения, а также получены данные об уровне генетической изменчивости исследованных групп, оценены внутривидовые генетические расстояния. На основании изученных биохимических маркеров предложены оценка степени консолидированности и инбредированности групп организмов, контроль закладки линий по родительским генотипам, прогноз средней гетерозиготности гибридных популяций, корректировка схем скрещиваний в формообразовательных процессах, оценка степени родства используемых в них групп организмов и планирование вариантов скрещиваний.

Описанные специфические особенности генетической структуры ряда пород могут быть непосредственно использованы при анализе их участия в формировании помесных групп. Внутри генофондов отдельных пород описаны стабильные связи между изменчивостью ряда хозяйственно-ценных признаков и полиморфизмом генетико-биохимических марке­ров, которые могут быть использованы для выявления групп организмов (близкородственных исследованным) с повышенной вероятностью развития у них же­лательного комплекса признаков. Осуществлено сопоставление и подобраны наиболее эффективные методы математической обработки данных о частотах аллельных вариантов биохимических маркеров для оценки близости генетических структур групп животных (с использованием методов многомерного шкалирования). Кроме того, выделены группы белков, полиморфизм которых наиболее вероятен у отдельных сельскохозяйственных видов, что может быть использовано при вовлечении биохимических маркеров в работу с этими видами [10].

Выполнен анализ закономерностей внутри- и межвидовой изменчивости трех групп белков с различной биохимической функцией в системах общего метаболизма: транспортные белки, ферменты внутриклеточного энергетического метаболизма, фермен­ты метаболизма экзогенных субстратов. Найдено, что во внутри- и межвидовой дифференциации у крупного рогатого скота, овец, коз, лошадей и свиней участвуют, в основном, транспортные белки и ферменты метаболизма экзогенных субстратов при относительной консервативности ферментов внутриклеточного энергетического метаболизма. Описано своеобразие генетической дифференциации между различными породами овец, лошадей, группами крупного рогатого скота различного направления продуктивности по индивидуальным генетико-биохимическим системам. Отмечается высокая частота рекомбинаций у групп животных по биохимическим маркерам, локализованным в одной и той же группе сцепления (хромосома 1, трансферрин, церулоплазмин у крупного рогатого скота) [10].

В эти годы исследования развивались, в основном, по следующим направлениям.

Первое направление связано с изучением генетико-биохимических основ формообразования и появления новых форм у различных доместицированных и диких видов и экологической генетики. Анализ показал, что существует связь между генетико-биохимическим полиморфизмом ряда структурных генов и фенотипической изменчивостью (молочная продуктивность, живая масса при рождении и величины прироста живой массы у различных пород крупного рогатого скота, а также различные характеристики шерстной продуктивности и многоплодия у овец). Исследованы зависимости биохимических характеристик кожи и крови, связанных с общим белковым, углеводным и липидным обменом, от аллельного состава генетико-биохимических систем и дифференциации животных по типам шерстной продуктивности. Выполнялись также сравнительные исследования онтогенетических и тканеспецифических особенностей экс­прессии различных генетико-биохимических систем в тканях и органах доместицированных и диких видов. Показано, что органоспецифичный электрофоре-тический изоферментный набор некоторых ферментов, продуктов генов «домашнего хозяйства», сходен в сердечной мышце зубров, бизонов, крупного рогатого скота молочного направления продуктивности и отличается от аналогичного, выявленного у мясного скота. В двигательных мышцах изоферментный спектр, в частности, лактатдегидрогеназы, сходен у диких видов и мясного скота и отличен от наиболее типичного для молочных пород. Для крупного рогатого скота описаны межпородные различия в онтогенетической изменчивости электрофоретического спектра лактатдегидрогеназы, динамики исчезновения фетальных форм гемоглобина. В коже овец найдена новая система регуляции экспрессии лактатдегидрогеназы, показана монолокусность ее контроля. Обнаружено определенное сходство органоспецифичного изоферментного спектра по отдельным генетико-биохимическим системам «домашнего хозяйства» в зависимости от мезенхимного или эпителиального происхождения исследованных органов. Описаны видоспецифичные особенности ткане- и органоспецифичной экспрес­сии некоторых изоферментных спектров. Составлены сводки результатов исследований генетической структуры различных пород овец, лошадей, свиней, крупного рогатого скота по биохимическим маркерам. Отмечается выраженное породное своеобразие, воспроизводимость отдельных характеристик генетической структуры в разных регионах разведения, их стабильность во времени.

Сделан вывод о том, что каждый сельскохозяйственный вид имеет свой, характерный как для него в целом, так и для его пород, сортов (в случае культурных растений) размах генетической изменчивости. Сопоставление размаха генетической изменчивости помесного потомства с данными, типичными для родительских пород, анализ стабильности генетической структуры помесных животных во времени (в поколениях) позволяют получить информацию об идущих в данной группе животных генетических процессах. Так, была оценена средняя гетерозиготность и стабильность во времени новой породной группы карпатских мясошерстных овец. Полученные данные сви­детельствовали о воспроизводимости характеристик генетической структуры этой группы в ряду поколений и ее хорошей консолидированности.

Таким образом, благодаря переходу от формального использования молекулярно-генетических маркеров к их применению с учетом их функции удалось более целенаправленно маркировать такие сложные признаки как продуктивность, устойчивость к заболеваниям, оценивать и контролировать реальное состояние генетической структуры групп селекционируемых животных, планировать гетерозиготность и некоторые гетерозисные проявления у помесных животных, подбирать оптимальные варианты скрещиваний при выведении новых форм.

Второе направление – изучение влияния инбридинга на генетическую изменчивость при использовании различных моделей, изучение реальных локус- и видоспецифичных последствий инбридинга у доместицированных и диких видов.

На основании сопоставления генетической структуры диких и доместицированных видов получены данные о локус-специфичных эффектах близкородственных скрещиваний. Одним из гипотетических механизмов, объясняющих это явление, могло бы быть увеличение внутригенных рекомбинаций между активно работающими гомологичными локусами (гены «домашнего хозяйства») благодаря сближению гомо­логичных хромосом в половых клетках на предмейотических стадиях.

Предполагается, что инбридинг приводит к увеличению сближенности гомологичных хромосом в генеративных клетках на предмейотических стадиях, что облегчает процессы внутригенной рекомбинации активно транскрибируемых локусов, кодирующих ферменты внутриклеточного метаболизма субстратов, связывающих внутреннюю и внешнюю среду. Очевидно, что результаты такого явления могут быть разными: в одном случае при появлении неблагоприятных вариантов будет наблюдаться снижение жизнеспособности – «инбредная депрессия», в альтернативном случае это явление может сопровождаться приобретением новых адаптационных потенций и способности к активной колонизации новых ниш обитания.

Третье направление – изучение особенностей генофондов скота, овец и лошадей. В 1990-1995 гг. в результате экспериментальных работ исследованая генетическая структура у около 20 пород и породных групп крупного рогатого скота (в частности, абердин-ангусы, лимузины, герефорды, шароле, салерсы, серая украинская, красная степная, красно-пестрые голштины, симменталы, черная уэльская; около 15 пород и внутрипородных групп овец: романовская, тексель, кембриджская, уэльская горная, украинская горнокарпатская; лошади: гуцульская, русский и орловские рысаки, русская верховая). Впервые предложено и обосновано использование данных о межлокусных ассоциациях как о принципиально новой популяционно-генетической характеристике, позволяющей объективно описывать своеобразие генофондов различных пород. Предполагается, что именно межлокусные ассоциации могут быть наиболее тесно связаны с комплексными фенотипическими различиями между породами сельскохозяйственных видов.

Были получены данные о чувствительности генетической структуры овец к отбору по признакам продуктивности. Показано, что генетические расстояния между потомством и родительскими группами не соответствуют представлениям о доле кровности и су­щественно меньше между потомством и той родительской группой, в сторону сходства с которой велся отбор по признакам продуктивности. Генетические расстояния, рассчитанные по биохимическим маркерам между родительскими группами, позволяют планировать уровень гетерозиготности потомства и в исследованных нами случаях связанный с ним определенный гетерозисный эффект – увеличение числа доживающих до года ягнят. Генетические расстояния позволяют отличать друг от друга группы помесных животных, неотличимые по средним значениям признаков продуктивности.

Описана породоспецифичная структура романовской, цигайской, восточно-казахстанской, ост-фризской пород, помесей от скрещивания ост-фризской и цигайской пород. Описана генетическая структура породы прекос закарпатский и ее динамика в процессе получения новой породной группы – прекос улучшенный (с участием алтайской и асканийской пород). Показано, что: генетическая структура баранов-производителей уже, чем генетическая структура овцематок; генетическая структура животных, полученных от межпородного скрещивания, гетерогенна и позволяет проводить отбор животных по генетической структуре, близких к желательному родительскому типу; распределение аллельных частот в потомстве от межпородных и внутрипородных скрещиваний локус-специфично, для некоторых молекулярно-генетических маркеров в потомстве воспроизводится отцовский тип генетической структуры, для других – материнский; в дифференциацию генетической структуры между прекосом закарпатским и прекосом улучшенным основной вклад вносят трансферрин, малик-энзим и диафораза. При оценке неравновесия по сцеплению оказалось, что у исследованных групп овец неслучайно (Р = 0,05) распределяются аллельные варианты малик-энзима и трансферрина (ассоциированы друг с другом). Описана дифференциация генетической структуры в двух поколениях потомства от скрещиваний цигаев и остфризов в зависимости от характеристики животных по шерстным и мясным качествам. Выделены по этим ка­чествам желательный и нежелательный типы. Оказалось, что в обоих поколениях желательные типы близки между собой и отличаются от нежелательных типов по системам гемоглобина, диафоразы, пуриннуклеозид-фосфорилазы. Таких отличий не наблюдалось по малик-энзиму, трансферрину и эстеразам. В результате показано, что отдельные биохимические системы вовлекаются в отбор по признакам продуктивности; у овец неравновесное сцепление между двумя локусами (малик-энзим и трансферрин) сохраняется вне зависимости от вовлечения этих систем в отбор.

При анализе динамики генетической структуры крупного рогатого скота, овец, лошадей обнаружено, что молекулярно-генетические маркеры можно подразделить на вовлекаемые и не вовлекаемые в отбор, в ряде случаев наблюдается формирование аллельных межлокусных ассоциаций вне зависимости от генетического сцепления кодирующих их генов.

Накопленные в этом направлении данные позволяют прийти к следующим теоретическим положениям.

1. Представления о доле кровности не соответствуют реальной комбинаторике аллельных вариантов генетических систем. Помесное потомство гетерогенно по генетической структуре и в нем возможен отбор в сторону желательного родительского типа.

2. Каждая порода имеет свою породоспецифическую структуру по отдельным молекулярно-генетическим маркерам. Морфо-физиологическое своеобразие пород в своей основе имеет генетико-биохимические особенности.

3. Обнаружены различия в скорости эволюции у видов домашних животных электрофоретических характеристик генетико-биохимических систем в связи с биохимической функцией их продуктов. Белки внутриклеточного энергетического метаболизма эволюционируют с меньшей скоростью, чем транспортные и ферменты метаболизма экзогенных субстратов. Две последние группы белков отличаются от первой также повышенным внутривидовым полиморфизмом. Описаны отличия межвидовой изменчивости по электро-форетическим характеристикам ферментов и их субстратной специфичности.

Четвертое направление – экологическая генетика и последствия антропогенного загрязнения. Исследованы закономерности внутрипородной генетической дифференциации в связи с различными экогеогра-фическими условиями разведения у крупного рогатого скота: бурой карпатской, пинцгау и швицкой (высокогорные, горные и равнинные хозяйства Карпат), красной степной (в зонах Степи и Лесостепи) и в связи с инфицированностью вирусом бычьего лейкоза (идентифицируемой по собственной разработанной ДНК методике оценки наличия провирусной ДНК в геноме коров), черно-пестрого скота в условиях экологического стресса (хозяйства 10-30 километровой зоны Чернобыльской АЭС); у цигайских овец в связи с разведением в равнинных зонах Кишиневской (Республика Молдова) и Ивано-Франковской областей. В результате на разных моделях действия биотических (интеграция провирусной ДНК) и абиотических факторов экологического стресса у сельскохозяйственных видов продемонстрировано наличие универсальных популяционно-генетических изменений, связанных со сдвигом генетических структур в поколениях, испытывающих влияние таких факторов, в сторону внутривидовых более древних, менее специализированных форм. Обнаружено, что успешная селекция (отбор) на высокую продуктивность животных возможна только в благоприятных для животных экологических условиях.

Пятое направление – развитие ДНК-технологий. Исследуются теоретические и прикладные аспекты ДНК-технологий в увеличении эффективности селекционной работы. Внедрены методы идентификации генотипов крупного рогатого скота по каппа-казеинуи BLAD-мутации с применением полимеразной цепной реакции. Впервые в СНГ разработан метод диагностики инфицирования крупного рогатого скота вирусом бычьего лейкоза (по выявлению в геноме двух структурных генов провируса). На основании этих работ внедрены и широко используются методы обнаружения полиморфизма генов белков молока (каппа-казеин, бета-лактоглобулин), генов эндокринной системы, кодирующих соматотропный гормон, лептин, фактор регуляции транскрипции соматотропного гормона, а также миостатина у пород крупного рогатого скота. Создан банк данных о распределении хозяйственно ценных аллельных вариантов по изученным генам у ряда исследованных пород крупного рогатого скота Украины, России, Польши, Англии. Получены данные о распределении хозяйственно-ценных аллельных вариантов по изученным генам у ряда исследованных пород крупного рогатого скота Украины, России, Польши, Англии. Наиболее высока частота встречаемости генов, ассоциированных с жирномолочностью и сыропригодностью молока, выявлена у серой украинской и бурой карпатской пород. Мутации по гену миостатина, ассоциированные с мясной продуктивностью, обнаружены у красной польской породы, шароле и герефордов. Анализ скоростей эволюции по секвенированным последовательностям гена каппа-казеина у представителей подсемейства бычьих показал, что у доместицированных видов наблюдается резкое увеличение полиморфизма по этому селекционно-значимому гену в сравнении с дикими близкородственными видами [6, 7, 11, 17, 19]. Отработаны методы по выявлению точечных мутаций генов, сопряженных с хозяйственно полезными при­знаками. В частности, ряд локальных пород крупного рогатого скота протестирован по локусу гена каппа-казеина, аллельный вариант В которого ассоциирован с признаками сыропригодности молока. Проведен генетический мониторинг группы пород скота различного направления продуктивности с целью сравнения частоты встречаемости мутаций гена миостатина, обусловливающих эффект «двойной мускулатуры» у крупного рогатого скота. Количество найденных мутаций гена миостатина свидетельствует о том, что этот ген высоковариабелен, и его мутации довольно часто встречаются у различных пород скота в гетерозиготном состоянии, не проявляясь фенотипически.

Впервые в СНГ не только разработан и внедрен метод выявления у крупного рогатого скота носителей мутации иммунодепрессии BLAD, но и исследованы закономерности ее распространения, а также показано, что распространение этой рецессивной мутации ассоциировано с отбором на повышенную гетерозиготность при воспроизводстве импортного скота в новых условиях разведения импортируемых животных [10].

Продолжаются исследования генетических основ доместикации и формообразования у сельскохозяйственных видов благодаря накоплению экспериментальных данных о вовлечении генетико-биохимических систем в эти процессы, продолжена разработка гипотез и их экспериментального обоснования о механизмах такого вовлечения (наличие «субгенома» – мишени доместикации; пре- и постзиготический отбор, связанный с дестабилизацией хромосомного аппарата в ответ на влияния экологических стрессов).

Продолжается сбор банка данных о генетических структурах крупного рогатого скота, лошадей, овец и диких близкородственных видов (на материале представителей видов млекопитающих, разводимых в биосферном заповеднике Аскания-Нова).

Выполненный анализ генетической структуры родительских и помесных групп животных, с которыми ведется селекционная работа по выведению нового специализированного типа молочного скота, показал, что преобразование генофонда симменталов при их скрещивании с красно-пестрыми голштинами имеет выраженные локус-специфические черты. Генетические взаимоотношения между родительскими и помесными группами животных по полиморфным генетико-биохимическим системам не соответствуют представлениям о «доле кровности». Отличия животных по таким характеристикам молочности, как общий удой за 305 дней третьей лактации и содержание жира в молоке, сопровождаются неодинаковой дифференциацией их генетических структур по разным генетико-биохимическим системам. При различиях по удою наиболее выраженные изменения наблюдаются по локусу трансферрина; при анализе групп животных, отличающихся по проценту жира в молоке, – по локусу амилазы-1 . Это позволяет предполагать, что в основе известных случаев отрицательных корреляций между данными признаками могут лежать специфические межлокусные взаимодействия между различными генетико-биохимическими системами. Развитие подобных исследований может привести к выявлению определенных генотипов по комплексу генетико-биохимических систем, наиболее тесно связанных с желательным сочетанием хозяйственно ценных признаков.

Внутрипородная генетическая изменчивость может совпадать с влиянием целого ряда факторов, связанных с действием искусственного и естественного отборов. Обнаружено неодинаковое вовлечение генетико-биохимических систем в дифференциацию генетической структуры украинской мясной породы крупного рогатого скота, совпадающее с действием разных факторов искусственного и естественного отборов. Так, половая дифференциация генетической структуры по генетико-биохимическим системам в основном связана с локусом трансферрина, возрастная – с локусом амилазы, по живой массе новорожденных – с локусом трансферрина, а по абсолютному приросту живой массы за первые 6 месяцев жизни – с локусом пуриннуклеозид фосфорилазы. Участие в дифференциации животных по двум последним фенотипическим признакам, связанным с живой массой, разных генетико-биохимических систем, свидетельствует об отличиях в их генетической детерминации и возможностях их раздельной селекции.

Опубликован цикл работ, в которых активно развиваются исследования в области использования ДНК-технологий для решения частных и общих проблем генетики доместицированных и диких видов.

Выявлены различия в полиморфизме структурных генов, анонимных районов ДНК, специфичность полиморфизма в зависимости от типа маркера, вида, породы, сорта и т.д. Для поиска породо- и сорт-специфических маркеров доместицированных и диких видов животных и растений использованы ПЦР-амплификация (полимеразная цепная реакция) со случайными праймерами, модификации RAPD-PCR. Впервые с помощью маркеров ДНК выполнено сравнение генофондов доместицированных и диких видов и показано сходство межвидовой дифференциации по структурным генам и отдельным анонимным последовательностям ДНК, фланкированным инвертированными повторами; впервые выявлены универсальные черты популяционно-генетического ответа на действие биотических и абиотических факторов экологического стресса, сформулирована гипотеза и получены предварительные данные о межлокусных ассоциациях как мишени действия отбора [1, 13, 14].

Приемы использования ДНК-технологий углублены и оптимизированы в нескольких следующих направлениях.

1. Выявление генов и их ассоциаций, контролирующих хозяйственно-ценные признаки (не только признаки продуктивности, но и устойчивости к болезням, к различным факторам экологического стресса). В частности, разработаны методы ДНК-диагностики у крупного рогатого скота генов белков молока, важных для производства сыров, гормона роста, а также ассоциированных с некоторыми характеристиками молочной продуктивности и роста. Эти методы позволяют подбирать племенных быков для получения дочерей с желательными характеристиками молочной продуктивности. С использованием ДНК-технологий исследуются генетические связи между генофондами некоторых локальных пород и диких близкородственных видов, разрабатываются методы создания «генетического паспорта» пород в целях дальнейшей идентификации принадлежности к ним отдельных животных.

2. Методы сертификации пород на присутствие генетического материала возбудителей инфекционных заболеваний (провируса бычьего лейкоза у крупного рогатого скота).

3. Разработка методов диагностики различных скрытых генетических заболеваний и предупреждения их распространения у сельскохозяйственных видов. Впервые для стран СНГ разработана оригинальная, простая система диагностики наследуемого дефекта иммунной системы (бычий дефицит адгезивности лейкоцитов – ВЦШ).

4. Контроль генетических последствий использования биотехнологий для размножения желательных организмов: выполнены совместные исследования с Институтом животноводства Польской академии наук на трансгенных кроликах по исследованию влияния встройки трансгена (lac Z) на экспрессию ряда структурных генов, продукты которых контролируют внутриклеточные биохимические процессы.

Разработка биотестов (на основе оценки мутационных спектров и популяционно-генетических характеристик) экологической токсичности конкретных агроэкологических условий разведения сельскохозяйственных видов [4, 5, 15, 18, 20].

Получены данные, свидетельствующие о том, что распространение рецессивных мутаций с неблагопритными фенотипическими эффектами, в частности, мутации BLAD у крупного рогатого скота голштинской породы, связано с преимущественным воспроизводством гетерозигот по разным локусам при интродукции сельскохозяйственных видов в новые условия воспроизводства. Быстрое распространение мутации обусловлено популяционно-генетическими механизмами адаптации к новым условиям разведения, способствующим преимущественному воспроизводству гетерозигот, в частности, по локусам пуриннуклеозидфосфорилазы, рецептора к витамину Д, повышение гетерозиготности которых отмечается также и при процессах адаптации групп крупного рогатого скота к действию различных факторов экологического стресса, таких как техногенное загрязнение (голштины, Чернобыль), при интродукции серой украинской породы в условиях Сибири [1,8,13,14].

Подобраны генетические маркеры, сочетание которых может быть использовано как дополнительные породо-, видо- и родовые характеристики; отработано использование нового типа генетических маркеров (RAPD-PCR), которые позволяют уточнять генетические взаимоотношения между различными группами организмов; выявлены общие популяционно-генетические механизмы устойчивости пород крупного рогатого скота к некоторым факторам биотического и абиотического стресса; предложена модель оценки дифференциального вовлечения в отбор различных генетических систем, участков ДНК по оценке неравновесия по сцеплению между генетическими маркерами, отличающимися по синтении.

Исследуется проблема сохранения генетического разнообразия биосферы и разрабатываются методологии развития аграрного сектора с учетом необходимости сохранения и рационального использования агробиоразнообразия [1].

Продолжены исследования особенностей генетической структуры различных пород сельскохозяйственных видов и их диких родственников с использованием различных типов молекулярно-генетических маркеров. Исследования механизмов появления спе­цифических характеристик генофондов являются на сегодняшний день особенно актуальными, поскольку позволяют подойти не только к решению задач общей и частной популяционной генетики, но и к разработке методов управления генетической изменчивостью, коррекцией структуры генофонда в желательном направлении.

Изучены особенности генетической структуры белоголовой украинской, лебединской пород крупного рогатого скота, кулундинской, сокольской, черноголовой асканийской пород овец. Установлено, что эти породы являются носителями уникальных аллельных вариантов по различным локусам, которые маркируют генные комплексы, связывающие их с предковым исходным генофондом. Каждая порода является носителем породоспецифических соединений таких маркеров, что позволяет дифференцировать эти породы. В частности, для пород серой украинской и белоголовой украинской характерно присутствие аллельного варианта F по локусу трансферрина, что типично для всех пород, связанных с предковым подолянским скотом (Bos taurus podolicus). В то же время у белоголового украинского скота выявлен редкий вариант гена лептина.

Отработано использование нового типа генетических маркеров – маркеров ISSR-PCR (Inter-Simple Sequence Repeat), которые способствуют формированию «генетического портрета» уникальных исчезающих видов, это позволяет уточнять генетические взаимоотношения между представителями различных таксонов. С применением данных маркеров были дифференцированы 19 видов полорогих – представителей отрядов парнокопытных и непарнокопытных, а также разные виды и сорта дикой и культурной сои.

Оценки межвидовой генетической дифференциации с помощью ISSR-PCR маркеров существенно варьируют в зависимости от используемого праймера. Наблюдается определенная связь между длиной элементарного повтора в праймере и полиморфизмом продуктов амплификации фрагментов ДНК, фланкированных его инвертным повтором. Так, внутривидовая изменчивость по спектрам ампликонов чаще обнаруживалась при использовании тринуклеотидных микросателлитных повторов в качестве праймеров, чем при использовании в этих же целях динуклеотидных повторов. Таким образом, маркеры анонимной ДНК, в связи со своей полилокусностью, оказываются удобными высокополиморфными маркерами. Их использование в дальнейшем, по-видимому, поз­волит получить сведения о структурно-функциональных особенностях тандемных повторов, маркирующих участки генома, которые эволюционируют с разной скоростью.

Однако «анонимность» продуктов амплификации при использовании RAPD, ISSR-PCR маркеров, высокий уровень их полиморфизма, качественно разные оценки межвидовых взаимоотношений, получаемые при использовании разных праймеров не позволяют ожидать, что применение в генетико-таксономических исследованиях маркеров ДНК, основанных на повторенных нуклеотидных последовательностях, позволит решить традиционные вопросы о межвидовых взаимоотношениях, скоростях эволюции и т.д. более успешно, чем при анализе белкового полиморфизма. По-видимому, в случае ДНК-маркеров, так же как и генетико-биохимических систем, необходима индивидуальная оценка информативности и эффективности использования отдельных маркеров для решения конкретных задач [4, 5, 15, 20].

Выполнены также исследования изменений экспрессии тканеспецифичных изоферментных спектров у кроликов, несущих в геномах интегрированные встройки двух разных неэкспрессирующихся конструкций, по сравнению с их сибсами без трансгенных конструкций. Обнаружены изменения экспрессии, причем основными органами-мишенями таких изменений под влиянием трансгена являлись почки, легкие и сердце, а основными системами, экспрессия которых изменяется под влиянием интеграции трансгена, были ферменты цикла Кребса и ферменты метаболизма экзогенных субстратов. Полученные данные о сходстве изменений экспрессии различных генетико-биохимических систем под влиянием ионизирующего излучения и интеграции чужеродного генетического материала совпадают с данными литературы об увеличении у трансгенных кроликов в клетках крови частот встречаемости классических «лучевых» маркеров, таких как дицентрики (Кленовицкий и др., 2001), которые широко используются для реконструкции полученных доз ионизирующего облучения у ликвидаторов (Пилинская, 1999). Такое сходство позволяет предполагать, что оба феномена могут быть обусловлены энергетическими затратами внутриклеточного мета­болизма, направленными на компенсацию общей дестабилизации, в частности, генетического материала, индуцируемой как интеграцией в геном чужеродной трансгенной конструкции, так и ионизирующим излучением [12, 18].

В ряде случаев обнаружено, что длина фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными повторами микросателлитных локусов, высококонсервативна и сохраняется между видами, принадлежащими к разным семействам. Из этого следует, что, несмотря на высокий уровень полиморфизма микросателлитных локусов, существует определенное постоянство позиционирования их инвертированных повторов, которое сохраняется в геномах таксономически удаленных видов.

С использованием методов эколого-генетического мониторинга – анализа распространения аллельных вариантов структурных генов и анонимных фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными повторами, показано, что их распределение отража­ет особенности пространственно-временной дифференциации пород и сортов, процессы популяционно-генетической адаптации к эколого-географическим условиям их разведения. Обосновано использование при оценке генетической дифференциации внут­ривидовых групп анализа полиморфизма анонимных последовательностей ДНК, поскольку рассчитанные по ним значения генетических дистанций (Nei,1972) почти в 10 раз больше, чем величины дистанций, рассчитываемые на основании оценок полиморфизма структурных генов у тех же групп.

Выявленные различия в величинах оценок – в частности, межпородной дифференциации при оценках полиморфизма маркеров ISSR-PCR и структурных генов, могут быть непосредственно использованы при подборе молекулярно-генетических маркеров для решения популяционно-генетических задач экологического мониторинга и в селекционной работе с исследованными породами (выявление породоспецифичных сочетаний молекулярно-генетических маркеров в качестве дополнительных породных ха­рактеристик; оценки генеалогических связей между породами и внутрипородными группами; сравнительный анализ генетической консолидированности пород и внутрипородных групп).

Выполнен сравнительный анализ доли полиморфных локусов между культурными сортами сои и популяциями дикой уссурийской сои, пятью другими видами дикой сои. При анализе полиморфизма различных ферментных систем обнаружен мономорфизм по 21 локусу (из 42-х) у всех исследованных групп растений. Генетико-биохимические системы, так же как у животных, разделили на две группы: на ферменты, участвующие во внутриклеточных процессах наработки АТФ (гликолиз, цикл Кребса – условно их обоз­начают как ферменты, участвующие в метаболизме глюкозы – G), и все остальные, не участвующие в метаболизме глюкозы, NG. В общем в анализ включены две группы локусов – 21 G и 21 NG. 7 полиморфных локусов популяций диких видов включали в себя только один локус NG (ESTD-1) и 6 локусов G. Суммарно у сортов культурной сои выявлен полиморфизм по 19 локусов, из них по 11 локусам G и по 8 локусам NG. У дикой сои полиморфизм наблюдался преимущественно по локусам, продукты которых кон­тролируют процессы внутриклеточного энергетического метаболизма (86% от всех полиморфных локусов), а у культурных сортов сои среди полиморфных локусов существенно меньшая часть представлена такими локусами (58%), и в три раза большая, чем у диких видов, представлена локусами, не участвующими в метаболизме глюкозы (42%). То есть, так же как и у животных, у доместицированного вида сои в полиморфизм преимущественно вовлекались ферменты, не участвующие в метаболизме глюкозы. Полученные данные растений также свидетельствуют в пользу предположения о наличии «субгенома», маркируемого локусами, продукты которых участвуют в регуляции связей между внутренней и внешней биохимической средой (ферменты метаболизма экзогенных субстратов, транспортные белки), повышенная изменчивость которого является обязательным условием доместикации и у животных и у растений. Кроме того, оказалось, что размах генетической изменчивости внутри вида G.max больше, чем у G.soja. Так, доля полиморфных локусов Р: G.max составляет 45%; G.soja – 17%, то есть доместицированный вид оказался более полиморфен, чем близкородственный дикий вид. Было выполнено также сравнение внутривидовых генетических расстояний (DN): у G.max величины расстояний колебались от 0,059 до 0,129; у G.soja – от 0,038 до 0,264. Из этого следует, что внутривидовая генетическая дифференциация (судя по размаху значений DN-генетических расстояний) у культурных сортов растений сопоставима с внутривидовой дифференциацией популяций близкородственного дикого вида, между разными видами дикой сои. Полученные данные свидетельствуют в пользу предположения о наличии у растений «субгенома», маркируемого локусами, продукты которых участвуют в регуляции связей между внутренней и внешней биохимическими средами. Обязательным условием доместикации является повышенная изменчивость подобного «субгенома». Выявленные различия в оценках межвидовой дифференциации при исследовании полиморфизма ДНК маркеров могут быть непосредственно использованы для решения популяционно-генетических задач экологического мониторинга и в селекционной работе с изученными сортами. Результаты этих исследований внедрены в селекционный процесс по созданию новых сортов сои (в соавторстве с д.б.н., профессором В.В. Шерепитко и др.).

Сравнение генетических взаимоотношений, рассчитанных на основании дистанции М. Нея, полученных при генотипировании сортов сои и диких популяций по генетико-биохимическим системам и ISSR-PCR маркерам, свидетельствует о локус-специфичности и выраженной зависимости оценки генетических взаимоотношений от исследуемой группы растений в большей степени, чем от типа молекулярно-генетического маркера (белки или ДНК маркеры). Например, по обоим типам маркеров популяции дикого вида оказываются по генетическим расстояниям существенно ближе друг к другу, чем каждая из них к культурным сортам. Таким образом, сходные отличия между доместицированными и близкородственными дикими видами и животных, и растений по вкладу в общий полиморфизм (доля полиморфных локусов, средняя гетерозиготность) разных функциональных групп белков свидетельствуют в пользу предположения о том, что искусственный отбор, проводимый человеком, тесно связан с генетико-биохи-мической адаптацией к разнообразию потока экзогенных субстратов.

Кроме этого, был проведен сравнительный анализ полиморфизма структурных генов и анонимной ДНК у представителей семейства Delphinidae и двух отрядов копытных: парнокопытных (Artiodactyla) и непарнокопытных (Perissodactyla). Анализ проводили с использованием традиционных методов оценки полиморфизма электрофоретических вариантов различных генетико-биохимических систем, а также продуктов амплификации фрагментов ДНК, с использованием в полимеразной цепной реакции (PCR) в качестве праймеров 12 тринуклеотидных фрагментов микроса-теллитных локусов.

Полученные данные по полиморфизму и электро-форетической подвижности рассмотренных транспортных белков и ферментов у представителей дельфинов и копытных соответствует предположению об их эволюционной близости. Причем по некоторым системам дельфины оказываются сходными с непарнокопытными, по другим – с парнокопытными. По факту полиморфизма ряда систем, таких как трансферрин, пост-трансферрин, рецептор к витамину Д и некоторых других, дельфины оказываются более сходными с доместицированными видами копытных (крупный рогатый скот, лошади, свиньи), чем с исследованными дикими видами копытных. На основании полученных данных можно предположить, что вид Черноморская афалина отличается от близкородственных диких видов по полиморфизму тех же систем, что и другие доместицированные виды копытных от своих генеалогически близких диких видов. Сходства и различия по включенным в анализ системам дельфинов с парно- и непарнокопытными могут указывать на возможное более раннее расхождение Cetacea и Ungulata еще до того момента, как последние разделились на Perissodactyla и Artiodactyla.

Выполнен сравнительный анализ спектров продуктов амплификации участков геномной ДНК, фланкированных нуклеотидными последовательностями, у представителей рода Bos (крупный рогатый скот, зубр, бизон) и рода Ovis (породы домашней овцы, снежный баран). Получены данные о присутствии в геномах исследованных видов участков ДНК, высококонсервативных по своей длине не только в пределах видов одного рода, но и между представителями Bos и Ovis.

Обнаруженные различия по вкладу в общий полиморфизм разных функциональных групп белков у диких и доместицированных видов растений и животных свидетельствуют в пользу высказанного им ранее предположения о том, что видообразование связано с реорганизацией механизмов энергообеспечения клетки, а доместикация – с адаптацией к новым источникам субстратов для систем общего метаболизма из окружающей среды. То есть, естественный отбор способствует формированию новых видов, поддерживая полиморфизм ферментов внутриклеточного энергетического метаболизма, а искусственный – благоприятствует появлению форм, высоко адаптированных к изменчивому потоку экзогенных субстратов. Возможно, что широкий размах фенотипической изменчивости у доместицированных видов связан с разнообразием скоростей метаболизма экзогенных субстратов. Последнее, по нашему мнению, позволяет также предполагать наличие «субгенома» (в мета-боломике), изменчивость которого существенна для широкого фенотипического разнообразия , характерного для домашних животных, что хорошо согласуется с «балансовой теорией» поддержания полиморфизма. Очевидно, что изменчивость такого «субгенома» может являться необходимым условием для проведения направленной селекции, и это объясняет, почему из 8,5 млн живых организмов только около сотни вовлечены в процесс доместикации.

Накопленные данные свидетельствуют о том, что доместицированные виды отличаются от близкородственных диких более высокой частотой встречаемости коротких фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными повторами. Повышенная частота встречаемости таких фрагментов ДНК согласуется с предположениями о том, что в доместикации видов активное участие могли принимать процессы, связанные с событиями горизонтального обмена генетической информацией, тесным взаимодействием между генофондами человека, доместицируемых видов, а также той части микробиоты, которая являлась их симбионтами-патогенами.

Таким образом, выполненный сравнительный анализ генетических структур групп доместицированных и близкородственных диких видов животных, сортов и видов растений с использованием оценок полиморфизма электрофоретических вариантов бел­ков, ДНК фрагментов в диапазоне длин от 200 до 2000 пар нуклеотидов, фланкированных инвертированными повторами декануклеотидов и микросателлитов (RAPD-PCR, ISSR-PCR маркеры), подтвердил, что доместицированные виды отличаются от диких повы­шенным полиморфизмом по ферментам метаболизма экзогенных субстратов, пониженным – по ферментам метаболизма глюкозы, а также повышенной частотой встречаемости коротких фрагментов ДНК в спектрах продуктов амплификации RAPD-PCR и ISSR-PCR маркеров, что можно рассматривать как «генофондные признаки доместикации».

Для объяснения популяционно-генетической дифференциации между группами доместицированных и диких видов предложенная в средине 80-х гг. XX века гипотеза «субгенома» доместикации получила экспериментальное подтверждение. Эта гипотеза позволяет объяснить отличия между формообразовательным процессом и видообразованием, эффектами искусственного и естественного отборов, в том числе и ограниченности видов, успешно вовлекшихся в доместикацию и обеспечивших развитие аграрной цивилизации.

Литература

1. Агроэкологический аспект биосферы: проблема генетического разнообразия / В.И. Глазко – Киев: Нора-принт, 1998. – 208 с.

2. Биохимическая генетика овец / В.И. Глазко; Отв. ред. О.К. Баранов – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1985. – 167 с.

3. Біотехнологія і сталий розвиток агроекосистем / В.П. Патика, Н.А. Макаренко, Т.Т. Глазко, В.І. Глазко та ін. – К.: УААН. Ін-т агроекології та біотехнології, 2003. – 40 с.

4. Введение в ДНК-технологии / В.И. Глазко, И.М. Дунин, Г.В. Глазко, Л.А. Калашникова – М.: Росинформагротех, 2001. – 436 с.

5. Введение в ДНК-технологию и биоинформатику / В.И. Глазко, Г.В. Глазко – Киев: Нора-принт, 2001. – 450 с.

6. Введение в генетику: биоинформатика, ДНК-технология, генная терапия, ДНК-экология, протеомика, метаболика / В.И. Глазко, Г.В. Глазко– Киев: КВИЦ, 2003. – 640 с.

7. Выявление полулетальных рецессивных мутаций и предупреждение их негативных эффектов у крупного рогатого скота. Методические рекомендации / В.И. Глазко, А.Э. Мариуца – Киев: УААН. Ин-т агроэкологии и биотехнологии, 2005. – 24 с.

8. Вплив радіаційних чинників на генетичну систему великої рогатої худоби, що утримується в чорнобильській зоні відчуження / В.И. Глазко, М.П. Архіпов, В.В. Лябік, І.В. Чижевський, Т.Т. Глазко – Чорнобиль, 1999. – 48 с. – Препринт.

9. Генетика изоферментов сельскохозяйственных животных / В.И. Глазко – М.: ВИНИТИ, 1988. – 212 с.

10. Генетика изоферментов сельскохозяйственных животных и растений / В.И. Глазко, И.А. Cозинов; Под ред. А.А. Созинова – Киев: Урожай, 1993. – 528 с.

11. Генетическая компонента биоразнообразия крупного рогатого скота / В.И. Глазко, А.В. Кушнир, С.И. Тарасюк, Т.Т. Глазко – Киев, 2005. – 200 с.

12. Генетически модифицированные организмы: от бактерий до человека / В.И. Глазко; – Киев: КВИЦ, 2002. – 210 с.

13. ДНК-технологии животных / В.И. Глазко; Под ред. А.А. Созинова – Киев: Нора-принт, 1997.– 173 с.

14. ДНК-технологии оценки сельскохозяйственных животных / Л.А. Калашникова, И.М. Дунин, В.И. Глазко, Н.В. Рыжова, Е.П. Голубина – М.: Всерос. науч.-исслед. ин-т плем. хоз-ва, 1999. – 150 с.

15. ДНК-технологии и биоинформатика в решении проблем биотехнологий млекопитающих / В.И. Глазко, Е.В. Шульга, Т.Н. Дымань, Г.В. Глазко; Под ред. В.И. Глазко – Белая Церковь: Белоцерк. аграр. ун-т., 2001. – 488 с.

16. Перспективи використання, збереження та відтворення агробіорізноманіття в Україні / В.П. Патика В.А. Соломаха, Р.І. Бурда, А.Л. Бойко, В.І. Глазко та ін. – Київ: Хімджест, 2003. – 256 с.

17. Полімеразна ланцюгова реакція / Т.М. Димань, В.І. Глазко – Біла Церква, 2004. – 61 с.

18. Популяционно-генетические последствия экологических катастроф на примере Чернобыльской аварии / Т.Т. Глазко, Н.П. Архипов, В.И. Глазко – М: ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева, 2008. – 556 с.

19. Рекомендации по использованию в популяционно-генетическом мониторинге крупного рогатого скота молекулярно-генетических маркеров / В.И. Глазко, К.В. Копылов – Киев: УААН. Ин-т агроэкологии и биотехнологии, 2005. – 22 с.

20. Селекция XXI века: использование ДНК-технологий / Л.А. Калашникова, И.М. Дунин, В.И. Глазко – М.: Всерос. науч.-исслед. ин-т по плем делу, 2000. – 31 с.


Назад в раздел