Перспективы использования ДНК технологий в селекции сельскохозяйственных животных

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФГБОУ ВПО КОСТРОМСКАЯ ГСХА

 

 

 

ФАКУЛЬТЕТ ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

 

КАФЕДРА ЧАСТНОЙ ЗООТЕХНИИ, РАЗВЕДЕНИЯ И ГЕНЕТИКИ

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 по дисциплине

  «генетика в животноводстве»

 

«Перспективы использования ДНК технологий в селекции сельскохозяйственных животных »

 

 

 

 

 

 

                                                Выполнила:    студентка 6 курса

                                                                               заочного обучения

                                                                                     специальность «Зоотехния»                                                                               

                                                                        шифр   80510

                                                                                    Смирнова И.Ю.

 

                                                            Проверил: к.с.-х.н., доцент кафедры

                                                                                  частной зоотехнии,

                                                                                     разведения и генетики  

                                                                                

 

Кострома

2013 г

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………. 2

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДНК

   ТЕХНОЛОГИЙ В СЕЛЕКЦИИ  СЕЛЬСКО-

   ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ……………………5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………….18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………..20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 Комплексной программой развития биотехнологий на территории РФ до 2020 года в качестве приоритетов в области животноводства определены разработка и внедрение геномных и постгеномных методов создания форм животных, а также методов геномной паспортизации. Все это отличные способы повышения эффективности селекционно-племенной работы.

Существенный прогресс в области селекции сельскохозяйственных животных в последние десятилетия в мире связан с разработкой и внедрением технологии генной и геномной селекции. Последние имеют высокий инновационный потенциал, однако их последующее внедрение в России требует разработки собственных систем или вхождения международные системы оценки племенной ценности. Технологии генной селекции, которые не потеряли сегодня своей актуальности в мире, разрабатываются и внедряются сегодня институтами Россельхозакадемии практически на всех основных видах основных сельскохозяйственных животных. Наибольшие успехи достигнуты в области свиноводства, где предложено к внедрению 15 генов, влияющих на все основные экономически значимые признаки свиней, отмечает Н.А. Зиновьева [2].

 Генетическое совершенствование  пород сельскохозяйственных животных  предусматривает международный  обмен генофондом с целью использования  лучших мировых селекционных  достижений. Однако ввоз племенного  материала из-за рубежа сопряжен  с неконтролируемым проявлением  и распространением наследственных  аномалий, способных нанести существенный  вред развитию животноводства  и поставить под угрозу биологическую  безопасность страны, отмечает Е.А. Гладырь [1].

Наиболее крупная на сегодняшний день база данных, содержащая информацию о наследственных дефектах 186 видов животных, ОМIA Университета Сиднея. Она содержит фенотипическое описание 398 наследственных аномалий крупного рогатого скота и 214 аномалий свиней. Для элиминации рецессивных наследственных аномалий в популяции сельскохозяйственных животных необходима разработка и освоение системы ДНК-идентификации животных – носителей мутантных аллелей, отмечает Н.А. Зиновьева [4].

Потенциал российских пород и системы крупномасштабной селекции еще не использован полностью, аборигенные породы совершенствуются и развиваются, и в ближайшей перспективе именно они составят основу новых направлений селекционной работы с сельскохозяйственными видами животных. До настоящего времени большинство экспериментов по получению трансгенных животных выполнено на лабораторных видахживотных. Решение этой проблемы для сельскохозяйственных животных требует сложных и трудоемких исследований, тем не менее, использование биотехнологий в селекции достаточно успешно развиваются. В России ведущим научно-исследовательским учреждением, в котором под руководством академика Н.А. Зиновьевой ( до 2012 года институт возглавлял академик Л.К. Эрнст)  проводятся работы по получению трансгенных животных, является Всероссийский институт животноводства РАСХН.

Создаются принципиально новые линии и породы скота с повышенной устойчивостью к опасным болезням и высокой продуктивностью на основе получения генных конструкций, связанных с механизмом регулирования обмена веществ и развития животных, формирования важнейших хозяйственно полезных признаков (удой, рост, шерстность, яйценоскость и др.). Уже накоплен определенный объем научной информации по трансгенным конструкциям, включающим гены соматотропинового цикла. Что позволяет получить трансгенных животных с усиленным синтезом белка, Л.К. Эрнст [7].

 

 

 

 

 

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ДНК ТЕХНОЛОГИЙ В СЕЛЕКЦИИ  СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

 

 Современный  этап развития биотехнологий  основан на широком использовании  ДНК-технологий. Большому прогрессу ДНК-технологий способствовало то, что была осознанна их важность и перспективность в решении многих проблем человека в области экологии, медицины, промышленности и сельского хозяйства. ДНК-технологии -новый раздел молекулярной генетике, основная цель которого – исследование и изменение наследственного материала на разных уровнях его организации: геномной, генной, хромосомной, пишет Ю.Н. Козлов [6].

На сегодняшний день приоритетные направления ДНК- технологий это оценка генофонда сельскохозяйственных животных, ДНК-паспортизация сельскохозяйственных животных , маркирование признаков продуктивности, диагностика наследственных заболеваний  и диагностика инфекций.

Оценка генофонда сельскохозяйственных животных.

Разработка методов генетического маркирования животных по повторяющимся последовательностям ДНК является важной задачей в связи с реализацией программ по сохранению и использованию генетических ресурсов. Для оценки генетического сходства и разнообразия животных можно использовать свойство гипервариабельности часто повторяющихся последовательностей ДНК. Частые повторы ДНК (сателлиты, мини- и микросателлиты) обладают более высокой степенью изменчивости, чем структурные гены. Методы рестрикционного анализа позволяют достаточно простым и быстрым способом выявить в геноме повторяющиеся элементы, различающиеся на уровне популяций, видов и более высоких таксономических групп, пишет Л.А. Калашникова [5].

Принцип метода заключается в том, что специальные ферменты - рестриктазы узнают короткие последовательности (сайты узнавания) и делают разрезы в ДНК. Рестриктаза разрезает исследуемую ДНК на определенное количество фрагментов фиксированной длины. Эти фрагменты разделяются электрофорезом.

Если в структуре ДНК произошли изменения, например, замена одного основания на другое вследствие точковой мутации, то при этом исчезает или возникает сайт узнавания. Изменяется картина распределения фрагментов - полос на геле. Различия описываются как полиморфизм длин рестриктных фрагментов (ПДРФ). Варианты ПДРФ рассматриваются как локус- специфические генетические маркеры.

Метод прямого рестрикционного анализа часто повторяющейся фракции ДНК даёт информацию о множестве локусов генома и открывает хорошую возможность для изучения генетической дивергенции. Использование целого ряда рестриктаз для анализа ядерного генома позволяет получить воспроизводимую картину распределения семейств повторяющихся последовательностей ДНК.

Метод чрезвычайно прост в исполнении, надёжен и не требует больших материальных и временных затрат. Полиморфизм повторяющейся фракции генома животных может быть выявлен прямым способом без использования молекулярной гибридизации и радиоактивного мечения, отмечает Л.А. Калашникова [5].

С помощью метода ПДРФ может быть выявлено сколь угодно большое количество отличительных признаков, позволяющих с высокой степенью достоверности определять видовую принадлежность тканей, а также мяса и мясных продуктов при ветсанэкспертизе. Модификации метода рестрикционного анализа повторяющейся фракции ДНК позволят решать не только конкретные проблемы систематики, но могут принести пользу в исследованиях микроэволюционных процессов формирования видов, комбинации внесённых в популяцию структурных генов с аборигенными повторяющимися последовательностями, обеспечивающими регуляторные функции генома, и т.д.

Данные о полиморфизме митохондриальной ДНК (мт ДНК) можно использовать для филогенетического анализа, маркирования породных и внутрипородных особенностей животных, выявления связей с хозяйственно-полезными признаками и наследственных дефектов. В митохондриальном геноме находится 37 генов, включённых в центральный метаболизм. Мутационная изменчивость мтДНК в среднем в 5-10 раз выше, чем уникальных последовательностей ядерного генома. Материнский характер наследования в сочетании с наличием высокополиморфных участков дают уникальное преимущество использования маркирующих характеристик мтДНК для генетической идентификации особей в рамках семейств на основе сходства митотипа любых родственников по материнской линии, отмечает Л.А. Калашникова [5].

При исследовании различных пород крупного рогатого скота обнаружены две различные митохондриальные линии и множество уникальных гаплотипов. Ни один из митотипов, найденных в азиатской группе пород, не был выявлен в афро- европейской группе, и наоборот.

Вариации в структуре мтДНК могут влиять на уровень энергетического метаболизма, коррелирующий с продуктивностью животных и их воспроизводительной способностью. Материнский цитоплазматический эффект оказывает влияние на молочную продуктивность, содержание жира и белка в молоке.

Митохондриальная генетическая вариабельность вносит вклад не только в дивергенцию пород, но и в результаты их скрещивания. Энергетический метаболизм - один из наиболее важных механизмов гетерозиса. Цитоплазматическая наследственность является причиной различной продуктивности животных при реципрокных скрещиваниях.

Предполагается, что митохондрнальные гены вовлечены в механизм репродуктивной изоляции. Успех или неуспех отдалённых скрещиваний может быть обусловлен тем, представитель какого вида является женским партнёром.

Применяя метод ПЦР, можно избежать длительной и трудоёмкой процедуры выделения мтДНК и использовать для анализа препараты тотальной ДНК, пишет Л.А. Калашникова [5].

 Одним из вариантов анонимных маркеров является RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). Высокополиморфные анонимные последовательности RAPD амплифицируют с помощью ПЦР с использованием одного короткого произвольного праймера. Для рандомной амплификации фрагментов ДНК используют случайные декануклеотиды - короткие праймеры длиной в 10 нуклеотидных оснований. К настоящему моменту синтезирован и протестирован на полиморфизм достаточно большой объем подобныхпраймеров. Секвенирование ряда ампликонов показало, что они могут быть представлены участками часто повторяющейся и умеренно повторяющейся ДНК, а также входить в состав структурных генов.

RAPD - в большей степени доминантные, чем кодоминантные маркеры: полиморфизм последовательности сводится к присутствию или отсутствию данного маркера, а не изменению длины. В настоящее время RAPD - технология широко используется в изучении генома (конструирование генетических карт, анализ генетической структуры популяций, генотипирование, маркирование признаков). Метод RAPD - анализа имеет ряд достоинств - это быстрота, простота детектирования и необходимость малого количества ДНК для анализа (5-25 нг), отмечает Л.А. Калашникова [5].

ДНК-паспортизация животных.

Исследования в области ДНК-паспортизации животных проводятся, начиная с конца 90-х годов прошлого века. С этой целью в институтах отделения зоотехнии созданы и постоянно пополняются ДНК-банки основных видов и пород сельскохозяйственных животных и птицы. Решение задачи создания генетических паспортов пород сельскохозяйственных животных, поставленных в программе, требует разработки методов и тест-систем, позволяющих с высокой точностью проводить генетическую дифференциацию пород, типов и линий животных.

Проводимые в течение ряда лет исследования, показали, что наиболее эффективным типом маркеров в этой связи являются микросателлиты. И сегодня предлагаются мультилокусные системы анализа этих маркеров для всех основных видов животных, позволяющие с высокой точностью дифференцировать популяции и породы внутри видов.

 Инновационный потенциал предложенных систем ДНК-паспортизации заключается в их использовании в контроле происхождения и чистопородности племенного материала. Последнее имеет особую актуальность  в области свиноводства и птицеводства, базирующихся, как известно, на системе гибридизации, эффективность которой во многом определяется чистопородностью исходных форм и линейностью кроссов. 
Следует отметить  всероссийский масштаб восстребованности технологии ДНК-паспортизации КРС и свиней, внедрение которых осуществляется более чем в 30 субъектах РФ.