Биохимический полиморфизм. Значение биохимического полиморфизма

Содержание

 

 

1. Биохимический полиморфизм. Значение биохимического полиморфизма

 

1. Биохимический полиморфизм

 

В течение эволюции в результате мутаций изменяются гены, поэтому в популяции они встречаются не в одной, а в двух и более формах (множественные аллели). Полиморфизм — одновременное присутствие двух или более генетических форм одного вида в таком численном отношении, что их нельзя отнести к повторным мутациям. Поэтому термин «генетический (биохимический) полиморфизм» применяется в тех случаях, когда локус хромосомы в популяции имеет два и более аллелей с частотой больше 0,01. Ген, представленный более чем одним аллелем, называют полиморфным геном. Доля полиморфных локусов точно неизвестна, но полагают, что в популяциях многих видов она достигает 25—50 %. Так, у человека из 50 тыс. или более структурных локусов по крайней мере 30 % могут быть полиморфными.

Основными методами изучения полиморфизма белков и ферментов являются электрофорез в крахмальном или акриламид-ном геле и иммуноэлектрофорез. Белки (в том числе ферменты) находятся в растворе в виде частиц, несущих определенный электрический заряд, которые под действием электрического тока перемещаются к катоду или аноду.

Сейчас у сельскохозяйственных животных изучено более 150 полиморфных локусов белков (в том числе ферментов) крови, молока, тканей, расположенных в аутосомах. Установлено сцепление трех локусов казеина молока ocSi-Cn, J3-Cn и к-Cn (каппа-казеин).

Аллели гемоглобинового локуса обозначаются так: HbA, HbB и т. д., а генотип — НbАНbА, НbВНbВ и т. д. В связи с кододоми-нантным наследованием большинства биохимических систем фенотип животного соответствует его генотипу, поэтому фенотип можно записать НbAA или НbA, НbВВ или НbВ.

Замещение аминокислот в белке может вызвать функциональные различия полиморфных форм. Например, у человека кроме нормального гемоглобина НЬ* известно более 50 патологических вариантов S, С, G и т. д., которые вызывают различные гемоглобинопатии (серповидно-клеточная анемия S, талассемия С). Одним из первых был открыт гемоглобин серповидных эритроцитов, который от нормального отличается заменой в шестом положении глутаминовой аминокислоты на валин. В районах распространения тропической малярии лица, гомозиготные по HbsHbs, погибают в раннем возрасте от серповидно-клеточной анемии. Гетерозиготы Hl^Hb8 устойчивы к малярии, а люди с нормальным генотипом Hty^HtA предрасположены к заболеванию.

Это неоспоримый пример сбалансированного полиморфизма, когда приспособленность гетерозигот выше, чем гомозигот, а оба аллеля сохраняются в популяции с промежуточной частотой. Это доказывает существование однолокусного гетерозиса по устойчивости к болезни. В. П. Эфроимсон (1968) выдвинул гипотезу о том, что иммунитет к малярии имеет адаптивное значение и обусловлен изменением молекулы гемоглобина НЬ, что препятствует его использованию малярийным плазмодием.

Гемоглобин выполняет важную для организма функцию переноса кислорода из органов дыхания к тканям и переноса углекислого газа от тканей в органы дыхания. У крупного рогатого скота открыто 10 типов гемоглобина, но у скота швицкой, костромской, джерсейской и других пород в основном встречаются аллели НЬ^ и НЬВ. У животных черно-пестрой, айрширской, герефордской и других пород имеется только один тип А.

Хорошо изучен полиморфизм трансферрина (Tf), который переводит железо плазмы в диионизированную форму и переносит его в костный мозг, где оно используется вновь для кроветворения. Трансферрин также подавляет размножение вирусов в организме. У человека недостаточность трансферрина может быть следствием некоторых перенесенных заболеваний, в частности наследственного гемохроматоза. Количество Tf снижается при циррозе печени, инфекционных болезнях. На рис. 1 представлена схема расшифровки электрофореграммы типов трансферрина. Известно 12 аллелей Tf, но среди европейских пород наиболее часто встречаются аллели A, Di, D2 и Е.

Белок церулоплазмин (Ср) играет центральную роль в обмене меди в организме, являясь основным переносчиком ее в ткани. Нарушение функции церулоплазмина или снижение его содержания в плазме крови ведет, например у человека, к возникновению генетического заболевания нервной системы с некротическими изменениями в печени.

Все больше появляется работ по иммуногенетическому анализу белковых систем. Генетически детерминируемые анти-генные^арианты сывороточных белков, по которым различают особей одного вида, называют аллотипами. О. К. Баранов (1981) у американской норки выявил 8 аллотипов липопротеина (Lpm), обозначенных цифрами от 1 до 8. Липопротеины транспортируют липиды. Предполагают, что аллотипы Lpm-системы кодируются комплексом тесно сцепленных гомологичных генов. Аллотипы в основном наследуются аллогруппамию.

Рис. 1. Расшифровка электрофореграммы различных типов сывороточных трансферринов крупного рогатого скота.

Например Lpm6>8, Lpm4'6> 8, Lpm3'4>6>8 и т. д. Аллогруппа — совокупность аллотипов, наследуемых как одна группа. Совокупность сцепленных генов одной хромосомы, контролирующих аллогруппу, называют гаплотипом.

У свиней идентифицированные аллотипы липопротеина детерминируются генами пяти локусов, временно обозначенных р, г, s, t, u. Закрытая система Lpb включает 8 аллелей, Lpr и Lpu — по два аллеля, а открытые системы Lps и Lpt — один аллель. Все аллотипы определяются аутосомными кодоминантными генами. Локусы и, р, t тесно сцеплены, а г и s локализованы в разных хромосомах. Имеются данные о связи некоторых типов Lpb с артериосклерозом у свиней.

 

1.2 Значение биохимического  полиморфизма

 

Биохимические полиморфные системы белков используются для следующих целей:

1. Изучения причин и динамики генотипической изменчивости, составляющей основу эволюционной генетики;
2. Уточнения происхождения отдельных животных;
3. Описания межпородной и внутрипородной дифференциации, изучения филогенеза и аллелофонда пород, линий и семейств, а также генетических процессов, происходящих в популяциях животных, и изменения их генетической структуры в процессе селекции;
4. Определения моно- и дизиготных двоен;
5. Построения генетических карт хромосом;
6. Подбора гетерозисной сочетаемости;
7. Выявления связи с резистентностью к заболеваниям, продуктивностью;
8. Использования биохимических систем в качестве генетических маркеров в селекции животных.

Изучение 9 полиморфных систем белков у 10 главных групп скота позволило подтвердить вывод о том, что зебувидный скот Индии значительно отличается от европейских пород и принадлежит к другому виду (Bos indicus). Санга (тип африканского горбатого скота) занимает промежуточное положение между индийским зебу и европейскими породами, но в то же время имеет свои уникальные признаки. Часть из них — следствие обмена генов в результате миграции зебувидного скота Индии в Африку. Использование генных частот позволяет вычислить генетические дистанции между породами и определить их эволюционную взаимосвязь. На рис. 2 в качестве примера показаны эволюционные взаимосвязи между 14 породами скота.

По данным С. А. Петрушки (1970), частота аллеля p-LgA была в 2 раза выше у животных голландской и симментальской пород (0,514 и 0,436) в сравнении с бурой латвийской (0,210). Многие

Рис. 2. Эволюционные взаимосвязи между 14 городами скота, вычисленные на основании генетического расстояния но 14 локусам. Филогенетическое древо изображено в полярных координатах; расстояние оценивалось способом наименьших квадратов радиальной длины каждого сегмента (по Kidd п др., 1980)

 

Европейские породы имеют очень низкую частоту типов транс-феррина ТР и TF.

Использование полиморфных систем белков вместе с группами крови повышает точность определения происхождения животных. Так, по группам крови отцовство можно установить в 81 % случаев, а дополнительные анализы только типов транс-феррина повышают точность до 90 %.

По данным В. В. Пилько, Ю. О. Шапиро и А. С. Гурьяновой (1970), в четырех хозяйствах Белоруссии у коров бурой латвийской и костромской пород с TfDD удой был выше на 256— 270 кг, чем у животных с другими генотипами. Л. С. Жеброский и др. (1979) на большом материале показали, что ген к-СпА во всех стадах связан с повышенной молочностью. Таким же эффектом обладает аллель p-LgA, но в то же время он снижал содержание жира в молоке коров черно-пестрой породы.

Данные по красной датской породе свидетельствуют о том, что только 3 % генетической изменчивости в содержании жира и 5 % в молочности обусловлены различиями по группам крови. Видимо, есть большая вероятность установления более тесной корреляции генетических полиморфных систем с резистентностью к некоторым заболеваниям вследствие менее сложной их генетической детерминации, чем признаков продуктивности.

Анализ полиморфизма яичного белка овоглобулинового локуса G3 показал, что куры с типом АВ более устойчивы к пуллорозу—тифу. Восприимчивость к этому заболеванию кур породы леггорн была связана с аллелем G^S, а породы корниш — с аллелем GB3.

В Австралии, а потом в Кении у породы овец ромни-марш с типом гемоглобина НЬА найдена более высокая резистентность к гемонхозу (заболевание, вызываемое нематодами, паразитирующими в сычуге), чем у животных с гемоглобином типов НЬВ и НЬАВ. Однако имеются сведения и об отсутствии связи типов гемоглобина у местных флоридских овец с невосприимчивостью к гемонхозу.

Устойчивость овец к лептоспирозу связана с гетерозиготностью по гемоглобиновому локусу (НbАВ), тогда как особи с типом А или В более восприимчивы. Эта инфекционная болезнь проявляется у животных кратковременной лихорадкой, желтухой, гемоглобинурией, абортами и другими признаками. У свиней найдена ассоциация лептоспироза с аллелем амилазы АтА. Уровень антител к лептоспирозу увеличивался у животных с этим аллелем, а с аллелем Am" — уменьшался.

У свиней установлена связь типов фермента фосфогексоизо-мераза (PHI) с синдромом злокачественной гипертермии (MHS). Коэффициент корреляции между чувствительностью к MHS и генотипом РН1В/РН1В равен 0,19, а относительный риск возникновения MHS у особей этого генотипа по отношению к имеющим его животным был 18,8.

Изучение новых биохимических полиморфных систем позволит глубже понять динамику генотипической изменчивости в популяциях и механизмы поддержания этой изменчивости, изменение генетической структуры популяций при селекции, планирование и контроль с их помощью селекционного процесса. Можно рассчитывать на выявление более однозначных связей отдельных аллелей или их совокупности с резистентностью к болезням, признакам продуктивности и использовать полиморфные системы как генетические маркеры в селекции.

 

 

2. Генетическая устойчивость и восприимчивость к гельминтозам.

 

Гельминтозы — болезни, вызываемые паразитическими червями. В некоторых комплексах по производству молока может быть выявлено до 22 % коров, инвазированных фасциолами, 15 — парамфистомидами и 39 % — стронгилятами. В комплексах по откорму, животные могут быть инвазированы стронгилятами (57 %), фасциолами (6 %), парамфистомидами (6 %) и трихоце-фалюсами (5 %). В некоторых свиноводческих хозяйствах около 9 % поросят в возрасте 2 мес заражены аскаридами (И. Жариков и др., 1981).

Фасциолезы — гельминтозы животных и человека, вызываемые трематодами рода Fasciola, паразитирующими в печени. В некоторых странах Африки в отдельные годы инвазия достигает 27-47 %.

Генетически контролируемая изменчивость инвазии фасциолами в основном изучена на лабораторных животных. Так, у крыс линии PVG наблюдалось более быстрое освобождение от гельминтов, и они были устойчивы к повторному заражению, а крысы линии SD медленно освобождались от гельминтов.

Иммунитет к F. hepatica — тимусзависимый и может включать действие антипаразитарных антител. У черно-пестрого датского скота с дефицитом клеточного иммунитета обнаружена восприимчивость к фасциолезу (F. hepatica). В иммунном ответе преобладает IgGi.

В Нигерии у скота породы белый фулани обнаружена связь типов гемоглобина с резистентностью. У зараженных телят с типом гемоглобина НЬАА не обнаружено особей, имеющих более 100 фасциол, тогда как 14,3—16,6 % животных с НbВВ и НbАВ имели более 100 гельминтов. У 80 % телят с НbАА была слабая инвазия (до 50 фасциол), тогда как среди животных с другими генотипами таких особей было только 50—44 %. Существует отрицательная связь между концентрацией натрия в крови и количеством фасциол (г = —0,37).

Нематодозы. Гельминтозы, вызываемые нематодами, встречаются повсеместно у всех видов животных. Основная масса нематод паразитирует в пищеварительном тракте.

У зебувидного скота фулани существует внутрипородная изменчивость по устойчивости к Strongyloidae. Потомство резистентных быков имеет меньшее количество яиц гельминтов в 1 г фекалий (147 яиц), большую живую массу, чем дочери восприимчивых производителей (300 яиц). Число яиц служит показателем устойчивости или восприимчивости к гельминтам.

У гибридов британских пород (герефордская х шортгорнская) в 1 г фекалий было 410 яиц гельминтов, а у резистентных гибридов от скрещивания британского скота с африкандер — 180 яиц. Внутри пород существуют большие различия между быками по устойчивости и восприимчивости потомства к гельминтам (103— 727 яиц).

Влияние породы быков, условий содержания в течение года составляет 28 % общей изменчивости числа яиц гельминтов. Коэффициент наследуемости среднего количества яиц гельминтов — 0,10—0,78, а коэффициент повторяемости — 0,31.