Реферат: Типы устойчивости, используемые в селекции растений - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Типы устойчивости, используемые в селекции растений

Банк рефератов / Сельское хозяйство и землепользование

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 371 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Типы устойчивости, используемы е в селекции растений. Анализ характера наследования при скрещивании между с обой сортов растений, обладающих разной степенью устойчивости к патоге ну позволяет выделить основные три типа наследственной устойчивости: м оногенная, которая обычно расоспецифична и часто недолговременная; оли гогенная, контролируемая небольшим числом генов, каждый из которых може т контролировать один или несколько механизмов устойчивости; полигенн ая, контролируемая многими генами, которая по Ван дер Планку определяет длительную устойчивость; цитоплазматическая, обусловленная генами цит оплазмы. Селекционеру для разработки программы селекции наиболее важно знать: я вляется ли устойчивость доминантной или рецессивной, каким числом гено в контролируется устойчивость — одним, несколькими или многими генами, имеются ли цитоплазматические факторы, определяющие материнский тип н аследования устойчивости . Если устойчивость к патогену контролируетс я многими генами, то будет наблюдаться непрерывная изменчивость по усто йчивости в расщепляющихся поколениях, если она определяется одним или н есколькими олигогенами, то классы по устойчивости будут хорошо различи мы. Во многих случаях гены устойчивости хозяина входят в один тесно сцеплен ный блок с генами, контролирующими другие полезные, а чаще нежелательные для селекции признаки и свойства, которые в отдельных случаях можно раз бить с помощью кроссинговера или индуцированного мутагенеза. Устойчивость к возбудителю болезни и толерантность к выделяемому пара зитом токсину контролируются разными генами. Следовательно, отбор след ует вести на устойчивость к возбудителю и на выносливость к патогену. Физиологическая раса патогенного гриба может состоять из нескольких г енотипов, отличающихся по морфологии, физиологии и вирулентности по отн ошению к другим растениям-хозяинам, имеющим другие гены устойчивости. Новые расы паразита возникают чет ырьмя основными путями: · мутации в соматически х клетках; · рекомбинации ядерных генов в ходе полового процесса; · перераспределение или обмен генетическим материалом в соматических клетках; · мутации внехромосомны х цитоплазматических генов. Генетическая природа расоспецифической устойчивост и была обоснована Х.Х. Флором в его теории „ген-на-ген“, получившей широкое признание. Теория доказывает существование генов вирулентности у пато гена, комплементарных генам устойчивости хозяина, т.е. каждому гену усто йчивости хозяина противостоит ген вирулентности паразита, способный е го подавить. Различные расы и биотипы патогена обладают разными неаллел ьными друг другу генами вирулентности, что и определяет расоспецифичес кую устойчивость. Однако установлено, что не все расы дифференциально ре агируют с сортами растения-хозяина; некоторые из них не обнаруживают диф ференциальной реакции. Кроме того, Ван дер Планк доказывает, что не всегд а наиболее вирулентные расы бывают самыми приспособленными и конкурен тоспособными, а излишняя вирулентность снижает жизнеспособность. Это о бстоятельство можно использовать для предупреждения обильного размно жения высоковирулентных рас. В отличие от расоспецифической (вертикальной) горизонтальная устойчив ость, как считают, контролируется многими полимерными генами и сильно за висит от внешних условий и инфекционной нагрузки. Горизонтальная устой чивость может сохраняться длительное время на одном уровне. Напротив, ве ртикальная устойчивость, как правило, преходяща, недолговечна. Стоит сор ту, обладающему геном устойчивости к доминирующей в данный момент в попу ляции паразита расе занять большие площади, как происходит накопление д ругой расы, поражающей этот сорт. В небольшом количестве вирулентная рас а всегда присутствует в популяции или новая раса может возникать в резул ьтате мутационного или полового процесса. Расоспецифическая устойчиво сть сокращает объем первоначального инокулюма и оттягивает начало эпи фитотии; горизонтальная устойчивость обеспечивает неполную, но длител ьную защиту от патогена. В последующие годы было показано, что и горизонтальная устойчивость в от дельных случаях может контролироваться олигогенами и нет уверенности, что патоген в конце концов не сможет её преодолеть. В рамках олигогенной системы установлены случаи одно-, двух- и трехгенно го контроля устойчивости. Отмечены также все случаи внутри- и межаллельн ого взаимодействия генов устойчивости. Доминантность и рецессивность зависит от происхождения донора гена устойчивости и соответствующей р асы патогена. Скорее всего, гены устойчивости из центров происхождения, сформировавшиеся на заре древнего земледелия имеют доминантную природ у, а мутантные гены, возникшие в более позднее время в силу дивергенции хо зяина и паразита, а также полученные в процессе индуцированного мутаген еза, имеют рецессивную природу. Доминирование устойчивости растения-хо зяина и рецессивность вирулентности паразита — следствие их совместн ой эволюции, в которой хозяин был ведущим партнером: поэтому гены устойч ивости чаще доминантны. Очень часто разные сорта являются носителями генов устойчивости домин антной или рецессивной природы к одному и тому же виду патогена. Устойчи вость к фузариозу (F. oxysporum) у сортов люпина желтого Borluta, Refusa nova, Neuzucht st. 1332/64, Aga, Trebarch, Cyt контрол ируется 1— 2 рецессивными генами, а у сортов Afas, LL-17543/71, LL-17237/70 — доминантными. Ана логичные примеры имеются на горохе, фасоли, сое и других зерновых бобовы х культурах. У сои из 27 идентифицированных генов, контролирующих моно-или дигенную ус тойчивость к различным болезням 20 имеют доминантную и 7 рецессивную прир оду. В последние годы, в связи с получением новой экспериментальной информац ии во многом пересматриваются и подвергаются сомнению концепции Ван де р Планка о горизонтальной и вертикальной устойчивости и соответствующ ее деление генов на второстепенные (полигены) и главные (олигогены). Выдви нута новая концепция генетической природы горизонтальной устойчивост и. Некоторые гены вертикальной устойчивости при взаимодействии с вирул ентной расой гриба сохраняют слабый, далее не преодолеваемый количеств енно проявляющийся остаточный эффект. Кумулятивное действие остаточны х эффектов многих олигогенов приводит к эффекту горизонтальной устойч ивости (Clifford, 1975, Nelson, 1978, Luig, 1983, ). Нельсон считает, что оба типа устойчивости контролируют одни и те же ген ы. В зависимости от генетической и внешней среды они могут играть роль ли бо главных, либо малых генов и в совокупности образуют континуум, взаимо действующий с аналогичным континуумом генов, определяющих вирулентнос ть у паразита. Основой сохраняющейся устойчивости Нельсон считает оста точный эффект олигогенов. И.Г. Одинцова полагает, что остаточный эффект является продолжением этог о континуума и имеет не большее отношение к длительности, чем все другие формы проявления устойчивости. Она рассматривает малые гены, олигогены и их остаточное действие как разные точки на кривой эволюции паразита и хозяина. По-видимому, первым шагом эволюции является мутация у хозяина, п риводящая к появлению малого гена устойчивости, а соответствующая мута ция патогенности у паразита направлена на восстановление совместимост и. В случае задержки ответных мутаций у паразита эволюция малого гена ус тойчивости может привести к усилению экспрессивности до уровня главно го гена за счет подбора модификаторов, мутационного появления более экс прессивного аллеля того же локуса или тандемной дупликации. Порогом для преобразования малого гена устойчивости в главный являетс я его проявление в форме реакции сверхчувствительности. Далее экспресс ивность главного гена устойчивости может эволюционировать от относите льно высоких типов реакции к самому низкому. Параллельно происходящая эволюция у паразита приводит к усилению эксп рессивности соответствующей мутации патогенности и в итоге — появлен ию главного гена вирулентности. После появления вирулентной расы паразита ген устойчивости вновь стан овится малым, т.к. реакция хозяина на внедрение паразита становится совм естимой. При неполной экспрессивности соответствующего гена вирулентн ости развитие паразита на бывшем устойчивом хозяине ослаблено и главны й ген сохраняет эффект, т.е. становится малым. Дальнейшая эволюция у параз ита может привести не только к нейтрализации остаточного эффекта, но и к тому, что на генотипах хозяина без генов устойчивости паразит будет разв иваться медленнее, чем в его присутствии. Длительное сохранение устойчивости при широком возделывании сорта мож ет быть обусловлено вредной для паразита мутацией вирулентности. Таким образом, по новой концепции, любые случаи устойчивости можно рассматрив ать, как отставание в эволюции паразита, а длительную устойчивость — ка к результат трудно преодолимых вредных последствий очередной мутации патогенности. В работе Педерсена обсуждается возможность использования пирамидиров ания (накопления нескольких генов в одной линии или сорте) главных генов устойчивости с целью создания длительно устойчивых генотипов. С точки з рения селекционера, пирамидирование нескольких генов с остаточным неб ольшим фенотипическим эффектом является трудной задачей даже в случае попытки создания сорта, устойчивого к одной болезни. Появление суперрас ы патогена, способной преодолеть остаточные эффекты, приведет к потере г оризонтальной устойчивости такого рода. По мнению автора, предположени е о влиянии преодоленных генов вертикальной устойчивости на устойчиво сть горизонтальную в настоящее время может рассматриваться только как гипотеза, нуждающаяся в дальнейшей проверке. В соответствии с Parlevliet устойчивость может быть или полной, которая означае т, что размножение патогена полностью прекращено, или неполной, при кото рой некоторая споруляция патогена может иметь место. Одной из форм неполной устойчивости является т.н. частичная устойчивост ь, при которой растение проявляет восприимчивость к инфекции, но развити е патогена замедленно или перед, или в процессе споруляции. Полная устой чивость обычно основана на качественной реакции, в то время как частична я устойчивость может быть оценена по количественной шкале. Частичная устойчивость свойственна взаимодействию гороха с темнопятн истым аскохитозом (М. pinodes), который приносит существенные потери урожая во всех частях света, где возделывается горох. Цикл развития гриба на хозяине проходит несколько этапов: заражение при контакте с хозяином: инфекционная фаза, при которой споры прорастают и п роникают через кутикулу, устьица или раны на тканях растения; развитие у гриба специализированных структур с целью споруляции, ведущей к образо ванию вторичного инокулюма, который будет распространяться и начинать следующий инфекционный цикл. Частичная устойчивость препятствует одно му или нескольким шагам цикла заражения, замедляя развитие и/или уменьша я размножение патогена. В этом случае рост патогена может быть оценен ко личественно или прямым наблюдением (глазомером) симптомов болезни и ее р азвития во времени. Компонентами частичной устойчив ости могут быть следующие: · устойчивость к инфекц ии, т. е. уменьшение прорастания, образования аппрессорий или внедрения; · задержка инкубационно го периода, заполняющего время между инокуляцией и появлением первых си мптомов болезни; · задержка латентного (с крытого) периода — время между инокуляцией и споруляцией; · сокращение инфекционн ого периода — время споруляции и ее окончание; · уменьшение интенсивно сти образования спор. Экспрессия частичной устойчивости сильно зависит от ф акторов окружающей среды — температуры, влажности и света. Давление ино кулюма является также ключевым фактором в оценке частичной устойчивос ти. Лучшие условия для оценки создаются при умеренном давлении инокулюм а — наиболее благоприятном для патогена. Слишком высокая его концентра ция делает оценку более трудной для выявления различий между сортами. Изложенные выше новые концепции, несомненно, основаны на теории „ген-на- ген“ Флора и теории сопряженной эволюции хозяина и паразита (8) и могут быт ь приложимы, на наш взгляд, только для внутривидовой микроэволюции хозяи на и паразита. Что касается генотипической природы взаимоотношений хоз яина и паразита, потерявших совместимость в процессе дивергентной эвол юции или в целом нехозяинной устойчивости (по Вавилову видовой иммуните т), то в этом случае складывается несколько другая картина. В работе Никса обосновывается генетическая природа нехозяинной устойч ивости растений к узкоспециализированным патогенам. Если хозяинная ус тойчивость детерминирована главными генами и обусловлена взаимодейст вием растения и патогена при их несовместимости, то при нехозяинной усто йчивости паразит не способен преодолеть неспецифические защитные реак ции хозяина, т.е. последняя обусловлена отсутствием взаимодействия по со вместимости. Сделано заключение, что в большинстве случаев нехозяинная устойчивост ь наследуется олигогенно с полным и неполным доминированием аллелей. Пр едложена гипотеза, согласно которой нехозяинная устойчивость обусловл ена главными генами, которые могут: 1) играть роль в общем механизме; 2) обуславливать реакции сверхчувствительности. Если гипотеза об олигогенной нехозяинной устойчивости верна, то перено с ее значительно более прост по сравнению со сложно наследуемыми систем ами общей защиты. Имеются сведения о том, что на разных этапах онтогенеза устойчивость кон тролируется одним или несколькими независимыми или взаимодействующим и генами. Чаще всего наблюдается смена генетического контроля по мере ро ста и развития растений . Кроме того, ген устойчивости может проявляться в одной фазе онтогенеза против одних клонов паразита, в другой фазе — пр отив других клонов. Типы устойчивости По отношению к любым патогенам в настоящее время разли чают целый ряд типов устойчивости. Устойчивость может быть абсолютной — в этом случае говорят об иммунитете, высокой, средней, слабой. Степень устойчивости определяется по величине и характеру поражений, а также по скорости развития болезни. В широком смысле устойчивость может быть обусловлена любым наследстве нным признаком растения-хозяина, ослабляющим влияние патогена, включая устойчивость к насекомому-переносчику, уход от болезни в силу несовпаде ния фаз развития растения-хозяина и паразита. Так, например, раннеспелые сорта люпина желтого (Академический 1 и др.) обладают повышенной устойчив остью к вирусному израстанию не в силу наличия у них генов устойчивости, а в результате несовпадения фазы цветения с отрождением и лётом тли — п ереносчика вирусов. Помимо устойчивости различают толерантность (выносливость), при наличи и которой растение заражено, но противостоит паразиту. Толерантность оп ределяют по степени воздействия на хозяйственно ценную часть урожая, на пример, зерна. Два сорта могут обладать одинаковой восприимчивостью к па тогену, но различаться по толерантности. Несмотря на многие отрицательн ые стороны селекции на толерантность к болезням (формы с ослабленными си мптомами поражения таят в себе потенциальную опасность как носители ск рытой инфекции) были получены большие экономические преимущества от ши рокого использования вирусовыносливых сортов более чем 20 культур. Также успешно была использована толерантность по отношению ко многим вредны м насекомым . Большинство растений успешно противостоит многочисленным патогенным организмам, таким, как грибы, бактерии, вирусы, микомицеты. В настоящее время принято выделять два типа иммунитета — конститутивн ый и индуцибельный, или, по Вавилову , соответственно морфологический (па ссивный) и физиологический (активный). К первому из них относят все случаи устойчивости, связанные с механическими особенностями в строении и раз витии органов растений, а также с синтезом компонентов вторичного метаб олизма, препятствующих проникновению в растение патогенов, например, то лстая кутикула, густое опушение, размер и форма устьиц, восковой налёт, эф ирные масла, предварительное образование антибиотических соединений, содержащихся в здоровых растениях и др. Так, наличие алкалоидов в растениях диких и ряда культурных видов люпина способствует их защите от ряда вредителей и болезней: антипитательные с оединения белковой и небелковой природы — лектины, танины, гликозиды и др., содержащиеся в семенах большинства зерновых бобовых культур, являют ся естественными барьерами для развития ряда болезней и вредителей. Индуцибельная устойчивость обусловлена реакцией хозяина в ответ на вн едрение патогена. Самым ярким проявлением активной устойчивости являе тся реакция сверхчувствительности (СВЧ) — быстрое отмирание зараженны х клеток, ограничивающее распространение возбудителей и последующую и х гибель. Реакция может быть очень быстрой, а микротическое пятно на пове рхности листа ничтожно малым. Механизм сверхчувствительности заключае тся в том, что в ответ на внедрение патогена в клетках образуются веществ а, токсичные и для возбудителей болезни и для клеток хозяина. Токсины, обр азуемые растением-хозяином представляют из себя низкомолекулярные вещ ества, получившие название фитоалексинов. Известны фитоалексины — пиз атин у гороха, фазеолин у фасоли и др. Активная устойчивость может быть об условлена быстрым отложением инкрустирующих веществ (каллеза, лигнина) на стенках клетки, в которую патоген пытается внедрится. Различают устойчивость качественную — при этом распределение частот устойчивых и восприимчивых растений в популяции дискретно и их нетрудн о идентифицировать, и количественную, при которой наблюдается непрерыв ная шкала переходов от устойчивости к восприимчивости и нет между ними ч етких переходов. Кроме сверхчувствительности к механизмам устойчивости относятся: уход от болезни, связанный с низкой всхожестью спор на поверхности листьев; с лабое обоснование гриба в растении-хозяине; медленный рост гриба в расте нии-хозяине вследствие наличия антибиотических веществ или отсутствия питательных веществ для патогена в клетках хозяина; устойчивость к спор уляции, вызывающая ее задержку; выносливость, при которой у зараженных р астений отмечается лишь незначительное замедление роста или деформаци и листьев. К насекомым у растений различают три основных типа устойчивости: отсутс твие предпочтения — насекомые менее охотно заселяют одни генотипы, чем другие; антибиоз — замедление роста отдельных вредных насекомых и сниж ение скорости их размножения; выносливость — противостояние последей ствиям нашествия насекомых . При описании различных фенотипов и генотипов возбудителей болезней и в редителей в данной работе мы будем придерживаться, в основном, терминов, используемых Расселом (1982) в его обширной монографии „Селекция растений и устойчивость к вредителям и болезням“ . Физиологическая раса — негомогенный организм и может включать широко различающиеся особи, единственный общий признак которых — унаследова нная способность поражать конкретные генотипы растения-хозяина. Иногд а расы имеют и морфологические отличия. Для выделения физиологических р ас у паразитических грибов создаются специальные наборы сортов — дифф еренциаторов, несущих различные гены устойчивости к определенным раса м. Если при введении новых сортов — дифференциаторов окажется, что раса патогена неоднородна, т.е. часть ее инокулюма способна заразить данный с орт, а часть неспособна, то расу разбивают на биотипы (патотипы). Термин би отип также применяется для вредных насекомых, штамм — для бактерий и ви русов. Вирулентная физиологическая раса грибного возбудителя — это раса, нес ущая гены, которые преодолевают устойчивость конкретного генотипа хоз яина, превращая его в восприимчивый; авирулентная раса неспособна пораж ать данный генотип. Вирулентные штаммы бактерий и вирусов обуславливают более сильные при знаки болезни, чем авирулентные. Агрессивная или сильная раса гриба во многом эквивалентна вирулентном у штамму вируса, вызывая сильное поражение всех генотипов хозяина, котор ые она способна поражать и не связана с расо-специфической устойчивость ю. Ван дер Планк ввел понятие о двух типах устойчивости к патогенам: горизо нтальная или нерасоспецифическая устойчивость, эффективная против все х генетических вариантов конкретного паразита; вертикальная или расос пецифическая устойчивость, эффективная только против определенных физ иологических рас, биотипов. Этими терминами нужно пользоваться осторожно, так как иногда не удается испытать сорт или селекционный материал против всех вариантов патоген а. В литературе также широко применяются термины: полевая устойчивость, эф фективная в естественных условиях и чаще трудно воспроизводимая в иску сственных; долговременная устойчивость — предложенная Джонсом и Лоу (ц ит. Рассел, вместо термина горизонтальная и переходящая устойчивость (б лизкая расоспецифической), защищающая от паразита в течении короткого в ремени, вследствии возникновения или размножения рас патогена, преодол евающих устойчивость, неполная или частичная устойчивость. Эволюционно-генетические осно вы интродукции устойчивого исходного материала Основатель учения об иммунитете растений к инфекционн ым заболеваниям Н.И. Вавилов в 1940 году сформулировал основные его законом ерности, имеющие прямое отношение к проблеме поиска, интродукции и созда ния устойчивых форм культурных растений. Первой и основной закономерностью, определяющей существование видов и сортов растений, иммунных к тому или другому патогену является специали зация паразитов. В эволюции паразита явление специализации представля ется основным. Приступая к селекции на иммунитет надо знать биологию пар азита и, прежде всего, его специализацию. Чем уже специализация паразита по родам и видам растений, тем больше шансов на нахождение среди отдельн ых видов иммунных форм. Отсутствие иммунных видов и сортов связано со сл або выраженной специализацией паразитов. Вторым основным законом, определяющим вероятность нахождения иммунных сортов и видов является наличие или отсутствие резкой генетической див ергенции или расчленения данного вида, рода на конкретные, генетически о бособленные категории. Наиболее контрастные различия по иммунитету вы являют растения, генетически резко дифференцированные на различные ви ды. Третий основной закон естественного иммунитета заключается в соответс твии реакции иммунитета к паразитическим заболеваниям с экологическим типом растений. Сущность экологических закономерностей заключается в том, что иммунитет вырабатывается под влиянием естественного отбора то лько в тех условиях, которые содействуют инфекции. Наиболее контрастные различия по иммунитету выявляются как раз в наиболее контрастных услов иях среды. По четвертому закону у видов и эколого-географических групп местных и се лекционных сортов наблюдается часто комплексный или групповой иммунит ет по отношению к различным инфекционным заболеваниям. Виды, иммунные к одному заболеванию, нередко устойчивы и ко многим другим, и наоборот. По пятому закону распределение иммунных и восприимчивых сортов не явля ется случайностью. Зная эволюцию данного культурного растения, расчлен ение его на определенные генетические и эколого-географические группы, можно предвидеть местонахождение интересующих селекционера устойчив ых форм. Согласно шестому закону эколого-географические правильности иммуните та являются сравнительно общими, присущими различным растениям, относя щимся к разным родам и даже семействам. Формирование иммунных или воспри имчивых конституций охватывает не только отдельные виды или культуры, н о целые группы их, связанные в своей эволюции с одной и той же территорией . Несмотря на то, что от времени публикации этих работ Вавилова прошло бол ее 60 лет, сущность сделанных им открытий в области иммунитета и его законы по-прежнему лежат в основе современных концепций. Наибольшее количество найденных генов комплексного и группового иммун итета к наиболее вредоносным паразитам для различных эколого-географи ческих зон бывшего СССР локализовано в аборигенных популяциях и сортах растений Северной и Южной Америки, Африки, Восточной Азии, Австралии, Нов ой Зеландии, а также изолированных островов и полуостровов, примыкающих к данным континентам в Европе. Интродуцированные из вавиловских центров происхождения многие формы р астений имеют долговременную устойчивость или выносливость, а также ко мплексный иммунитет. Например, в центрах можно отобрать для района интро дукции комплексно иммунные формы, несмотря на их поражаемость у себя на родине. Как правило, среди местных аборигенных сортов не обнаруживается каких-л ибо преимуществ перед современными интенсивными сортами по устойчивос ти к патогенам. При разработке и реализации программ интродукции растен ий-источников и доноров устойчивости к распространенным в зоне селекце нтра болезням поиск форм, в первую очередь, следует осуществить в первич ных и вторичных центрах происхождения культурных растений, где наблюда ется их наибольшее генетическое разнообразие, в т. ч. по устойчивости к па тогенам. Они должны быть географически достаточно удалены от региона, гд е интродуцированный материал будет использован в селекции. Как показал многолетний опыт интродукции ВИР им. Н.И. Вавилова культурных растений и их диких сородичей, этот путь поиска источников устойчивости более или м енее эффективен, хотя и не всегда приводит к долговременной устойчивост и. Формирование такого типа устойчивости, очевидно, обусловлено, в основ ном, генетической изменчивостью патогена, скорость которой во много раз выше, чем изменчивость растения-хозяина. Чем длительнее период после гео графической изоляции друг от друга интродуцируемых и аборигенных форм и сортов растений даже в пределах одного и того же вида, и чем контрастнее почвенно-климатические условия, тем глубже дивергентные различия межд у популяциями паразитов, обитающих на растениях на родине интродуцируе мых и аборигенных форм. На основании накопленных знаний о взаимодействии „растение-патоген“ и гомологии генов устойчивости выдвигаются различные гипотезы о происхо ждении и эволюции систем защиты растений и вирулентности патогенов. Воз можно, что гены устойчивости происходят от генов, контролирующих эндоге нный перенос сигналов и / или клеточную адгезию. Исходные функции генов, к онтролирующих морфогенез, и генов устойчивости одинаковы и обеспечива ют передачу сигнала от клетки к клетке. Продукты R-генов и другие белки, взаимодействующие с патогенами, также им еют много общего. Об общем эволюционном происхождении R-генов и генов имм унитета млекопитающих свидетельствует структурная гомология между R-б елками класса NBS/LRRs активатором транскрипции главного комплекса гистосов местимости человека (МНС) и RP105-белком мыши, участвующим в пролиферации В-кл еток и отвечающим за регуляцию их апоптоза. Считается, что эволюция R-гено в направлена не только на узнавание продукта avr-гена, но и против узнавани я эндогенных белков. Гены устойчивости у растений и животных имеют не только подобные структ уры, но и функции. У млекопитающих врождённый иммунитет характеризуется быстрой индукцией экспрессии генов после микробиальной инфекции; то же самое происходит у растений с генами, кодирующими реакцию сверхчувстви тельности и системную приобретенную устойчивость. В иммунном ответе мл екопитающих свободные радикалы и салициловая кислота индуцируют экспр ессию генов, кодирующих транскрипционные факторы NF-rB и AP-1 У растений эти ве щества также регулируют R-ген-зависимый защитный ответ. Для каждого вида растений характерно наличие большого числа различных R- генов, каждый из которых имеет множество аллелей, определяющих устойчив ость к различным расам одного патогена. В R-локусе часто можно наблюдать п овышенную частоту рекомбинаций в мейозе, неравного кроссинговера и мут аций типа сдвига рамки считывания. Наличие большого числа аллелей R-гено в, а также их повышенная мутабильность имеют огромное эволюционное знач ение для приспособления к вирулентным расам патогена. Аналогичные проц ессы характерны и для генов авирулентности, у которых могут происходить как точечные мутации, так и крупные генные перестановки, инсерции трансп озонов, хромосомные делеции или потери плазмид. Таким образом, коэволюция растений и патогенов заключается в появлении новых вирулентных рас за счёт мутаций avr-генов и устойчивых к этим расам г енотипов растений, несущих измененные R-гены, при этом наблюдается высок ая степень гомологии генов устойчивости у отдалённых видов растений. Наследование устойчивости к вр едителям У зерновых бобовых культур, в основном, отмечена пассив ная устойчивость к насекомым-вредителям. В этом случае устойчивость свя зана с отсутствием предпочтения, когда насекомые заселяют одни генотип ы охотнее, чем другие или на пути его стоят механические или физиологиче ские барьеры. Так, устойчивость гороха к гороховой зерновке связана со с коростью и временем образования пергаментного слоя в бобах , а также со с пособностью растения образовывать бородавчатые выросты в месте погрыз ов на створках бобов, что приводит к гибели откладываемых яиц. На вигне дл я яйцекладки зерновки (Callosobruchus maculates) имеет значение фактура поверхности семян. В этом же смысле им еет значение не только густота, но и морфология трихом, в частности, число крючковатых трихом (Pillemer, Fingey, 1978,). В работе на голубином горохе выявлено, что с ущественное влияние на развитие зерновки имеет толщина семенной кожур ы у различных генотипов и не оказывают влияния размер, цвет, объем и конси стенция зерна. Для сравнительного анализа 20 генотипов нута по устойчивости к зерновке (С. chinensis) в сосуд с 10 г зерна подсаживали 4 пары взрослых особей. Чере з определенный промежуток времени учитывали число отложенных яиц, числ о взрослых особей и процент убыли зерна. Выявлено, что зерновка откладыв ает яйца в равной степени на зерно всех генотипов, однако у высокоустойч ивой линии Н-83-17 конечный процент взрослых особей и процент убыли массы зе рна были значительно ниже, чем у неустойчивых генотипов. Степень устойчивости может определятся генотипическими различиями, н апример, по проницаемости стенки боба для долгоносика (Chaleodermus aeneus) у вигны или различиями по длине бо ба — повреждение зерна сортов с длинными бобами акациевой огневкой был о выше (Ramalha е.а., 1978). Устойчивость к вредителям может быть связана с содержанием определенн ых веществ — пинитола в сое, как фактора устойчивости к Heliothis zea алкалоидов в люпине, как фактора уст ойчивости к тле, наличием неактивированных гликозидов, как фактора усто йчивости к нематодам. Устойчивость сои к цистообразующей нематоде, которая наносит огромный ущерб урожаю в условиях Дальнего Востока, контролируется тремя рецесси вными rhg1, rhg2, rhg3 и одним доминантным геном Rhg4. Для повышения устойчивости растений к патогенам или травоядным (членис тоногие и позвоночные) важная роль отводится созданию растениями химич еского барьера. Особое значение при этом имеют вещества вторичного прои схождения (терпены, полиацетилены, флавоноиды, амины и др.), способные защи тить растения от многих патогенов (вирусы, бактерии, грибы), а также от тра воядных. Снижение устойчивости у культурных растений по сравнению с их д икими предками связывается с утратой растениями вторичных метаболитов . Примером могут служить селекционные сорта люпина, утратившие хинолино вые алкалоиды, которые защищали их от повреждения травоядными. Вторичные метаболиты и устойчи вость растений Растения, продуцирующие богатые энергетическими запа сами семена (углеводы, липиды, белки), обычно аккумулируют в значительных количествах антипитательные вещества (АПВ). Это касается многих зерновы х бобовых культур, которые наряду с большим содержанием белка содержат л ектины, ингибиторы протеаз, свободные аминокислоты, алкалоиды, цианоген ные гликозиды, сапонины, таннины, изофлаваноиды, олигосахариды и др. АПВ в ырабатывались в процессе эволюции как вещества, защищающие растения от травоядных животных, микроорганизмов и вирусов. Алкалоиды определяют основные антипитательные свойства многочисленн ых однолетних и многолетних видов Lupinus . Общая концентрация алкалоидов колеблется от 0,01 до 4% в зависимо сти от вида люпина и органа растения. Алкалоиды синтезируются и образуются во всех частях растения — вегета тивных и репродуктивных. Они оказались отпугивающим средством и леталь ными для многих насекомых, особенно тлей, личинок бабочек, пчел, цикадок, ж уков, муравьев и позвоночных. Кроме того, алкалоиды ингибируют конкуриру ющие растения, вирусы, бактерии и грибы. В связи с этим селекционеры созда ют „сладкие“ сорта люпина с очень низким содержанием алкалоидов, которы е страдают от травоядных (кролики, зайцы) и вышеперечисленных насекомых и болезней . Однако, защитный эффект алкалоидов наблюдается при воздействии на несп ециализированных паразитов. На специализированных паразитах защитный эффект алкалоидов не отмечен. К последним относятся грибы типа Collectotrichum aculatum и Pleiochaeta setosa, или такие насекомые, как тля ( Macrosiphum albifrons ) — в этом случае хищники могут ст радать от наркоза, поедая тлей на алкалоидном люпине. Бобовая муха ( Delia platura ) поражает г орький люпин так же, как сладкий, несмотря на ее неспециализацию. Это объя сняется тем, что она поражает корни при прорастании, когда содержание ал калоидов у горьких форм очень низкое. Таннины, сконцентрированные в кожу ре, индуцируют токсичное воздействие на грибы, особенно Fusarium , однако выведены устойчивые сорта, не содержащие таннина. В рамках Европейской программы CAMAR относительно яровых сортов кормовых б обов показано, что присутствие или отсутствие таннинов не влияет на лист овые патогены, такие, как Ascochyta и Botrytis fabae . Jellis и Vaccie проделали г ибридологический анализ зависимости наследования устойчивости к аско хитозу кормовых бобов от содержания в семенах таннина и других АПВ. Восп риимчивость к болезням и присутствие АПВ, таких, как таннин, вицин и конви цин являются факторами, лимитирующими возделывание и утилизацию кормо вых бобов как белковой культуры. Поэтому, гены, кодирующие низкое содерж ание АПВ, инкорпорируются в высокоурожайные сорта. Утвержденная в 1992 году научная программа Европейского Союза предусматривает создание сортов кормовых бобов, сочетающих высокую устойчивость к болезням с низким сод ержанием АПВ. В рамках этой программы авторами был проведен следующий эксперимент. Бы ли проведены реципрокные скрещивания между L29H, устойчивой к Ascochyta fabae и тремя генотипами с низким содерж анием АПВ: сортом Toret и линией CN170, несущих разные рецессивные гены, контроли рующие блокирование синтеза таннина (0-таннин) и линией ZVC1268 с рецессивным г еном 0-вицин (не содержащая вицина). Семьи F 3 ; выращенные в защищенных от насекомых-опылителей клетках , были разбиты на 2 класса — с высоким и низким содержанием АПВ. Затем отоб ранные потомства высевали в поле, где их оценивали на устойчивость к аск охитозу по 9-балльной шкале, по которой линии кормовых бобов с баллом 1— 2 б ыли отнесены к устойчивым. 0-таннин-линии не отличались заметно по устойч ивости от таннин-содержащих линий, что указывает на отсутствие сцеплени я между генами, контролирующими эти два признака. В отличие от этого, имеется заметный сдвиг в сторону увеличения восприим чивости к патогену у 0-вицин — линий по сравнению с вицин — содержащими л иниями в потомствах F 3 этого ж е гибрида. Полученные данные приводят к следующим выводам: 1) предполагается наличие более, чем одного гена у линии 29Н, контролирующи х устойчивость к аскохитозу; 2) подтверждается наличие сцепления между генами, контролирующими содер жание вицина / конвицина и устойчивость к аскохитозу у кормовых бобов. По устойчивости к насекомым вредителям не отмечено серьезных различий между таннин-содержащими и свободными от таннина кормовыми бобами. В одн ом исследовании ( Desroches et al., 1995) уста новлено, что вицин, содержащийся в семядолях кормовых бобов, влияет на вы живаемость определенного вида зерновки ( Callobruchus maculatus F .) и не эффективен по отношению к С. chinensis L. Bruchus rufimanus меньше повреждал кормовые бо бы с темными семенами и больше белосемянные формы. С. maculatus хуже проникал в семена с высоким со держанием таннина и имел меньшую выживаемость личинок в семенах с высок им содержанием вицина и конвицина, хотя это находится в противоречии с у лучшением кормовых достоинств . В соответствии с результатами серии полевых опытов, выполненных в течен ии нескольких лет во Франции можно утверждать, что не наблюдается различ ий между линиями гороха с низким и высоким содержанием ингибиторов прот еаз (трипсина и хемотрипсина) по поражаемости насекомыми во всех фазах р азвития растений . Свободные (небелковые) аминокислоты (900 структур), структурно аналогичные белковым аминокислотам, в изобилии содержатся у некоторых бобовых ( Vicieae, Phaseoleae, Mimosoideae ), являются токсичными и выполняют функцию азот-запасающего компонента. Свободные аминокислоты (САК) могут: принимать участие в биосинтезе рибосомального белка, привод я к образованию дефектного белка; ингибировать синтез аминоацил-tРНК-син тетазы или другие пути биосинтеза белка. Свободные аминокислоты вызыва ют у растений, микроорганизмов и насекомых уменьшение роста и даже гибел ь; у позвоночных — эмбриональное уродство, нейротоксичные нарушения, па ралич, цирроз печени, аритмию и др. Цианогенные гликозиды (60 структур) широко распространены среди растений , в т.ч. среди видов Leguminosae: Phaseolus , неск олько видов Vicia и Lathyrus. В некоторы х случаях, когда растение повреждается травоядными, клеточная перегоро дка нарушается и цианогенные гликозиды приходят в контакт с (3-глюкозида зой, которая затем гидролизуется до 2-гидроксинитрила. Далее она распада ется на соответствующий альдегид или кетон и синильную кислоту (HCN) — пос ледняя представляет из себя сильнейший яд для животных и микроорганизм ов. Семена зерновых бобовых культур богаты олигосахаридами (до 20%), такими, ка к тетрасахарид стахиоза и трисахарид раффиноза, которые накапливаются как источник углерода в процессе прорастания. У животных олигосахариды вызывают метеоризм (скопление газов). Изофлавины защищают сою и некоторые другие зерновые бобовые к ультуры от поражения грибковыми патогенами. Сапо нины — гликозиды, ядовитые вещества, которые защищ ают сою, люпин и другие бобовые от животных, растений, грибов и даже бактер ий, внося тем самым весомый вклад в устойчивость растения-хозяина. Могут ли АПВ быть полезными? При современном проникновении в функции алкалоидов селекция безалкало идного люпина вызывает сомнения и не является лучшим решением. Для люпин а предлагается два альтернативных направления селекции: 1. Отбирать мутанты, которые не накапливают алкалоиды в семенах, но накапл ивают их в вегетативных органах. В этом случае у растений сохраняется хи мическая устойчивость при одновременном образовании безалкалоидных с ладких семян. 2. Выращивать растения, богатые алкалоидами, но перерабатывать семена и о дновременно производить чистый белок, липиды, аминокислоты и диетическ ие волокна (fibres). Оставшийся алкалоидный продукт будет использован или в ме дицине, или в сельском хозяйстве как естественный протектор растений. По скольку алкалоиды будут производится, как побочный продукт, они будут зн ачительно дешевле химических пестицидов. Впоследствии генетическая ин женерия приведет к другому выбору. Если передать гены, кодирующие биосин тез, транспорт и накопление люпиновых алкалоидов другим растениям, напр имер, хлопчатнику — последний получит новую устойчивость к насекомым . Все АПВ несут определенные биологические функции. Многие из них являютс я запасными соединениями азота и углерода для проростков, одновременно выполняя и функции протектора от паразитов. Из-за наличия АПВ семена боб овых мало пригодны для непосредственного потребления и перед употребл ением в пищу или корм обычно варятся для инактивации лектинов, ингибитор ов протеаз и низкомолекулярных веществ, которые выщелачиваются и вымыв аются. Многие АПВ разлагаются при прорастании или ферментации. Проращив ание семян бобовых или ферментирование продуктов для потребления явля ется эффективным способом уменьшения концентрации АПВ. Таким образом, вторичные метаболиты бобовых играют большую роль в присп особлении к окружающей среде и устойчивости к насекомым и микроорганиз мам. Поэтому, содержание этих веществ следует поддерживать или даже увел ичивать в сортах, используемых для питания. При переработке отделяются ч истые питательные вещества; остающиеся фракции, содержащие АПВ не нужда ются в ликвидации — некоторые из них являются полезными для фармацевти ческой промышленности, другие могут быть использованы в сельском хозяй стве, как биологические пестициды. Ситуация иная в случае, когда зерновые бобовые культуры просто измельча ются перед употреблением в корм или пищу. Для этого требуются сорта с низ ким содержанием антипитательных веществ. Генная ин женерия в животноводстве и ветер и нарии. В настоящее время в результате успехов фундаментальны х наук возникла возможность развития принципиально новых эффективных методов влияния на организм животных, на на следственность. Главные разделы биотехнологии — генная и клеточная ин женерия. Методы генной инженерии наиболее дета льно разра ботаны на микроорганизмах. Можно направленно изменять их ген отип. В отличие от спонтанных мутаций эти изменения мож но заранее плани ровать. Так, в микроорганизмы совершенно определенно встраивают гены, от ветственные за синтез интер-ферона, соматотропина, некоторых незаменим ых аминокислот. Возможности дальнейшего развития этого направления ог ром ны. Широким фронтом ведутся исследования и разработки по выделению и клонированию определенных генов, их внедрению в геном. Если генная инж енерия в микробиологии стала реаль ностью и приобретает все большее пра ктическое значение, то у животных применение этих методов только начина ется, однако установлено, что в принципе можно выделить определенные ген ы из генома животных и встроить их в геном другой особи. Ген соматотропин а (гормона роста) крысы встроен в геном мыши. В результате у некоторых тран сгенных животных уве личились скорость роста реципиента и конечная жив ая масса. Можно себе представить, какое огромное практическое значе ние будет иметь использование этого приема на сельскохозяйст венных живот ных. Представляется возможным по заранее на меченному плану реконструи ровать геном домашних животных, придать ему заранее заданные свойства. Д ля достижения та ких результатов традиционными методами потребовалас ь бы работа в течение многих поколений. Возникает перспективная задача — использовать домашних животных как живые реакторы, ферментеры для производства ценнейших биологически ак тивных веществ. Например, встроив ген интерферона с необходимыми регуля торными элементами в геном коровы, можно рассчитывать, что этот гормон б удет экс-прессироваться и в молочной железе. А поскольку активность моло чной железы высокая, то можно получать данное вещество с молоком в значи тельных количествах и, вероятно, при высокой экономической эффективнос ти. Это же в принципе относится и к другим биологически активным веществ ам. В данном случае молочный скот — оптимальный объект для создания так их жи вых реакторов. Ни одно другое сельскохозяйственное животное не им еет такого интенсивного синтеза самых разнообразных про дуктов и вывед ения их из организма. Однако существующие методы введения в геном животн ых инородного генетического материала еще недостаточно совершенны и с тепень вероятности встраивания чужеродных генов и их экспрессии невел ика и ис числяется несколькими процентами и менее. Поэтому необходи мо н аличие большого числа яйцеклеток для успеха генно-инженерных манипуля ций. Установлено, что оптимальной фазой вве дения инородного генетическ ого материала является стадия зи готы до слияния пронуклеусов. Именно п ри введении генов в пронуклеус обеспечивается наибольшая вероятность успеха. Следовательно, необходимо иметь большое число яйцеклеток, и умет ь их оплодотворять, чтобы уже на фазе зиготы подверг нуть генно-инженерн ым манипуляциям. В принципе зиготы можно получать от предварительно сти мулированных и оплодо творенных животных оперативным путем. Но это очен ь сложный и трудоемкий способ, связанный с операциями на животных. Поэто му особое значение для развития генно-инженерных ра бот в животноводств е приобретает отработка методов извлече ния из яичников, культивирован ия, оплодотворения созревших овоцитов in vitro и последующего их раннего развития и транс плантации. Сочет ание этих двух методов создает оптимальные условия для широкого внедре ния генной инженерии в практику селекционно-племенной работы в животно водстве. По всей ве роятности, в ближайшей перспективе методами генной и нжене рии будут созданы новые формы сельскохозяйственных жи вотных. Клеточная инженерия. Наряду с развитием методов генн ой инженерии в животно водстве перспективны способы клеточной инженер ии. В расте ниеводстве в селекции эти методы уже получили значительное р азвитие. Культивирование клеток растений in vitro обеспечи вает возможност ь применять системы интенсивного отбора кле ток, культивированных в стр ого контролируемых селективных условиях. Присущие растительным клеткам свойства тотипотентности (свойство отде льных клеток развиваться в целостный организм) дают возможность плюс-ва рианты регенерировать в целые рас тения и использовать в процессе селек ционной работы. Методы клеточной инженерии перспективны и в животновод стве. Уже накопл ен большой опыт культивирования соматических клеток животных in vitro , разработаны оптимальные среды и режимы культивирования, отработаны способы длительного хранен ия клеток при низких температурах. Как уже было ска зано, активные исслед ования проводятся и по культивированию генеративных клеток. Разработк а этих методов создает прочную основу для развертывания теоретических и прикладных работ по клеточной инженерии сельскохозяйственных животн ых, ко торые будут иметь все возрастающее народнохозяйственное зна чен ие. На первое место следует поставить уже достаточно хорошо разработанный метод разделения ранних эмбрионов. С развити ем трансплантации в руках исследователей появилось достаточ ное количество ранних эмбрионов, чт о дало мощный импульс работам по манипуляции с этими объектами. Первый у спешный опыт по разделению эмбрионов на стадии 2— 8 бластомеров был осущ ествлен Виллардом (Кембридж, Великобритания). Однако получение такого ма териала связано с большими трудностями и может быть осуществлено в науч но-исследовательских учреж дениях. В результате исследователи начали манипулировать с эм брионами в более поздних стадиях развития (морула, бласто-циста). Сущность метода заключа ется в том, что предваритель но вскрывается прозрачная зона ( pellucida ), эмбрион разделя ется на две части. При этом одна половина остается в прежней зоне, а другую перено сят в заранее подготовленную зону и про изводят обычную трансплантацию . Во многих опытах прижив-ляемость разделенных эмбрионов достигает 50— 60%. Приклад ной аспект этой методики заключается в увеличении числа те лят, полученных от каждого донора. По данным американских исследователей, по ловинки эмбрионов, инкубировавшиеся без прозрачной оболочки, сохранял и жизнеспособность в культуре только в 15% случаев, а при наличии зоны пелл юцида — в 35% случаев. Наилучшие результаты были получены при нехирурги ч еском введении половинок эмбрионов — каждая в отдельной прозрачной об олочке в разные рога матки одного и того же ре ципиента (55% стельности). В другом опыте были достигнуты еще лучшие результаты при хирургическом введении каждой половинки эмбриона в рог матки на той стороне, где локал изовалось желтое тело (65% стельности). Стало очевидным, что разделение эмб рионов — эф фективный метод увеличения потомства коров-доноров. В настоящее время эта методика начинает внедряться в практику племенно го дела. Уже получены животные от транс плантации половинок эмбрионов с виней (США, Р. У. Роунтри). По данным ряда исследователей, число потомков мож ет быть увеличено на 30— 35%. Однако этим не ограничивается значение клеточ но-инженерной операции. Возможность массового получения идентичных дв оен (генетических копий) очень важна. Эти животные имеют большую ценност ь для исследователей, зани мающихся проблемой взаимодействия генотипа и среды. Ис пользование идентичных двоен позволяет повысить точность ис следований и достичь достоверных результатов при меньшем числе подопы тных животных. Кроме того, наличие идентичных близнецов позволяет на одн ом из них проводить изучение при знаков, требующих убоя животного (напри мер, мясные качест ва), и переносить эти данные на близнеца, что является м ето дически вполне обоснованным. Все это позволяет более точно и всесто ронне оценить данный генотип. Кроме того, при трудо емкой и длительной ра боте по оценке быков по качеству потом ства эту работу можно проводить т олько с одним из двойневых идентичных быков. Оценка одного животного буд ет соответст вовать оценке и другого идентичного животного. Имеется инф ормация о том, что уже получено потомство при разделении бластоцисты на 4 части. Это еще в значительной мере увеличи вает значение данного метода клеточной инженерии для повы шения эффективности селекционно-племенн ой работы и исследований в области генетики сельскохозяйственных живо тных. К важнейшим проблемам животноводства относится разработка методов рег улирования пола сельскохозяйственных жи вотных. Непредсказуемость по ла рождаемых животных может приобретать значительную важность, если эк ономическое зна чение животных одного пола существенно выше экономиче ского значения животных другого пола. Пока достигнут лишь незначительн ый прогресс в решении проблемы контролирования со отношения полов и в р азработке методов его регуляции. Иде альным методом контролирования со отношения полов могло бы стать разделение спермиев, несущих Х- и У-хромос омы. Очевид но, именно в этом направлении должны интенсивно развивать ся исследования. Другим подходом для воздействия на соотно шение полов явл яется определение пола у ранних эмбрионов после извлечения из репродук тивного тракта самки и перед их трансплантацией. Один из аспектов идентификации пола эмбрионов — цитоло гический, с пом ощью которого определяют их тип ( XX или XY ) путем исследования половых хромосом или хроматина. Кроме т ого, иммуногенетические методы, используемые для идентифи кации специф ичных по полу антигенов эмбрионов, могут быть перспективны для разделен ия мужских и женских эмбрионов. Количественные различия в метаболическ ой активности муж ских и женских эмбрионов могут быть также использован ы в качестве принципа для разделения эмбрионов по полу. Имеется сообщени е, что с помощью колориметрического теста по опре делению активности гл юкозо-6-фосфат-дегидрогеназы можно идентифицировать пол. Перспективны м етоды, основанные на гибридизации ДНК для идентификации мужских эмбрио нов. Каждый из указанных способов весьма перспективен. Однако в настояще е время наиболее разработаны и эффективны цито логический и иммунологи ческий методы. Генн ая инженерия сельскохозяйственных животных Важнейшая народнохозяйственная задача — интен сифика ция животноводства. Поставлена задача резко увеличить уро вень производства продуктов животноводства при экономном расходовании рес урсов. Главный биологический фактор интен сификации — генетическое со вершенствование животных, основ ных орудий производства в этой отрасли ; повышение их генети ческого потенциала. В результате планомерной, мног олетней работы исследователей и практиков животноводства достигну ты значительные результаты в селекции сельскохозяйственных животных. Генетические методы все в большей степени находят приме нение в селекци онно-племенной работе. Особую роль в повыше нии эффективности селекцион но-племенной работы сыграло внедрение методов популяционной генетики. Разработка и при менение методов определения изменчивости, повторяемо сти, на следуемости и генетической корреляции количественных хозяй ств енно ценных признаков позволили точно прогнозировать и планировать се лекцию на них. Популяционная генетика стала теоретической основой сист емы крупномасштабной селекции, которая интегрировала самые новейшие д остижения в этой от расли генетики, методы искусственного осеменения и длитель ного хранения гамет сельскохозяйственных животных, а также сов ременные способы сбора, хранения и анализа генетической информации с ис пользованием современных ЭВМ. Широкое использование крупномасштабной селекции преж де всего в молоч ном скотоводстве, а затем и в других подотрас лях животноводства позвол ило резко ускорить темпы генети ческого совершенствования разводимых в стране пород сельско хозяйственных животных. Возможности этой систем ы далеко не использованы, и она будет все шире внедряться в практику пле м енного дела. Вместе с тем у этой системы, основанной на методах гене тики популяций, им еются и ограничения. Так, поиск быка-улучшателя основан на оценке по пото мству большого числа произ водителей. А это связано с большими затратам и, поскольку быки-улучшатели — явление редкое, а выдающиеся — чрезвы ча йно редкое. Кроме того, ряд селекционных программ, на правленных на вывед ение животных, невосприимчивых к неко торым заболеваниям (лейкоз, масти т), пока не дают сущест венных сдвигов. Поэтому селекционеры сельскохозя йственных животных все чаще обращают внимание на клеточную и генную инж енерию. Один из методов клеточной инженерии — транс плантация ранних э мбрионов, получение идентичных близнецов, химерных животных — уже широ ко внедряется в практику се лекции сельскохозяйственных животных и уск оряет генетическое улучшение пород. С 50-х годов до настоящего времени разработаны методы генетического мани пулирования, которые сложились в четкую систему генной инженерии живот ных. К этим работам относится пересадка клеточных ядер у лягушек методом микроинъекции Бригса и Кинга. В настоящее время перенос ядра соматическ ой клетки в энуклеированную зиготу успешно проведен на мышах. Освоен метод переноса ядра путем слияния кариопластов. Разработана мет одика получения химер у млекопитающих. Гарднер разработал методику инъекции бластомеров в бластоцисты реципи ента. Эта методика освоена на мышах Бутлером. На ее основании получены хи меры у овец. Указанные рабо ты, связанные с клеточной инженерией животны х, подготовили подходы к генной инженерии сельскохозяйственных животн ых. Один из методов получения трансгенных животных заключает ся в перен осе генов в культивируемые клетки, а затем их инъ-ецировании в бластоцис ту. Разработаны различные методы вне сения генов в генотип реципиентных клеток. Наибольшее распространение в последнее время получил метод инъецирова ния чужеродных генов в пронуклеус зиготы животных. Впервые инъецирован ие было проведено на ооцитах лягушек: в яйцеклетки вводили определенную ДНК, и были от мечены интеграция и транскрипция. В 1981 г. был инъецирован ген ^-глобина к ролика в зиготу мыши. Ген, включенный в геном, имел вид длинного тандема ор ганизованных участков, которые корректно транскрибирова лись только в том случае, если они не содержали плазмидных компонентов (Т. Е. Wagner и др.). Проявление действия встроенных генов, введенных путем микроинъекции, и зучали на мышах. На ряде генов установлено их тканеспецифическое действ ие в зависимости от регуляторных элементов того или иного гена. В 1980 г. в пронуклеус зиготы мыши была инъецирована плазмида pBR 322, содержащая вставку генов вирусов SK 40 и HSV . У трех мышей (3,8%) из 78 найдена ДНК, что подтвер дило хромосомную интеграцию, однако ДНК подверглась ре ор ганизации. При инъецировании гена -глобина человека в комплексе с геном ТК HSV в пронуклеусы зигот мыш и установлена интегра ция у пяти из 33 плодов (15,1%), извлеченных на 16— 17-йдень. Проведена микроинъекция в пронуклеус зиготы гена -гло бина кролика, экс прессия наблюдалась у пяти мышей. Бринстер и др. инъецировали в пронуклеусы зигот мышей комплекс, включающ ий металлотионеин мыши с геном тими-динкиназы с промотором, интеграция б ыла отмечена у семи из 41 мыши (17%), экспрессия наблюдалась у четырех особей. Н аиболее активная экспрессия отмечена в печени и почках. Революционные достижения в биологии, особенно в генетике, позволили соз дать принципиально новые биотехнологии, генети ческая инженерия стала признанной, перспективной техноло гией. В середине 70-х годов были открыты микробные ферменты, позволяющие разрез ать молекулы ДНК в совершенно опреде ленном месте, то есть выделять нужн ые ее участки, что позво лило искусственно сливать гены или создавать ре комбинантную ДНК. Стало возможным идентифицировать и клонировать опреде ленные гены. Выб ранный ген должен иметь какую-либо биоло гическую функцию, которая може т быть детектирована. Выделенный ген должен быть введен в ДНК-молекулу п ереносчика или вектора — посредника при переносе гена. Таким образом, г ен может быть перенесен из организма донора в организм ре ципиента, кото рый впоследствии будет в состоянии реплициро вать чужеродный ген. Следо вательно, чужеродный ген в орга низме реципиента будет не только действ овать, но и реплици-роваться. Генная инженерия в основном состоит из выделения из од ного организма г ена (ДНК), определяющего желательный при знак, и переноса его в другой орг анизм, который получает но вый генетически наследуемый признак. Современная биотехнология создает возможность передачи отдельного ге на или блока генов, контролирующих определен ный признак. Такой ген може т быть перенесен из любого орга низма в любой другой организм. При этом в новом организме он будет, вероятно, способен проявлять свойственную ему экс прессию, то есть проявляться в фенотипе. При этом организмом-реципие нтом может быть как растительная, так и животная форма. Использо вание биотехнологии в селекции животных Параллельно с генной инженерией разработан ряд других направлений био технологий. Одно из них — трансплантация оплодотворенных яйцеклеток и ранних эмбрионов. Этот метод успешно применяется в работе с крупным рога тым скотом на чиная с 1951 г. Его исполь зуют для получения потомства от наиболее ценных животных. Метод трансплантации эмбрионов стал одной из технологий генетической инженерии в работе с животными. Первым шагом в этом плане стала успешная трансплантация оплодотворенных яйцеклеток, в ядро которых был введен ч ужеродный ген путем микроинъекции. Опыты на лабораторных животных быстро переросли в тех нологии, практиче ски применяемые уже на практике. Для полу чения рекомбинантных продукто в используют бактерии, грибы и все чаще клетки животных. Это позволяет по лучать искусст венным путем белки, которые в норме продуцируются только животными. Нужные гены были перенесены в соответствующие организмы, в к оторых и проявляли экспрессию . Этот метод широко используется в медицине и ветеринарии. В качестве прим ера можно привести ренин, используемый в сы роварении. Широки возможнос ти получения таким путем и фер ментов, используемых для изготовления мо ющих средств и в приготовлении пищи. В настоящее время исследования направлены на создание системы фермент ов для получения глюкозы из целлюлозы. Гены, контролирующие выделение фе рментов, которые обнаружены у медленнорастущих грибов, были клонирован ы и перенесены в быстрорастущие бактерии и дрожжи. Это позволило создать эффективную технологию получения из целлюлозы древесины легкоперевар имых углеводов. Проводятся работы по получению ферментов, участвующих в гидролизе лигнина, что позволяет создать технологию его расщепления на более простые молеку лы, а это в дальнейшем даст возможность получать би огаз или одноклеточный протеин. Это может стать основой технологии обра ботки грубых, целлюлозсодержащих кормов (биомасса и т. д.). Развернуты работы по получению трансгенных животных. Установлено, что м ышь из трансплантированной яйцеклетки мо жет иметь одну копию гена горм она роста или несколько таких копий в своих хромосомах. Гормон роста про граммируется ге ном, стимулирует рост организма и определяет конечный е го размер. Гены, контролирующие образование гормона роста (как крысы, так и человек а), уже изучены при введении в организм мыши. Все это указывает на реальную возможность использо вания методов генной инженерии при работе с высши ми живот ными. Такая технология разрабатывается. При этом в первую очере дь следует использовать гены, контролирующие интенсив ный рост животны х и эффективную их продуктивность. Иссле дователи этой проблемы нередко сталкиваются и с нежелатель ными последствиями введения чужеродного г ена, в частности с потерей фертинга. Генная и клеточная инженерия широко используются в вете ринарии. Больши е потери при воспроизводстве скота и птицы вызываются различными забол еваниями. Особенно большой ущерб наносят инфекционные заболевания. Для борьбы с ря дом болезней успешно применяют различные вакцины. Метода ми генной инженерии можно получить такие вакцины, которые невозможно полу чить традиционными методами. Эти вакцины могут быть более безопасными, д ешевыми и стабильными по сравнению с существующими. Иммунная реакция — мощный защитный механизм у живот ных. При попадании в организм чужеродного белка определен ные клетки продуцируют антител а, призванные нейтрализовать его. Установлено, что определенная часть мо лекулы протеина является антигенной детерминантой. При помощи рентген огра фии и кристаллографии можно не только увидеть структуру белка, но и установить локализацию антигенной детерминанты. Возможность наблюдать трехмерную структуру антигенного сайта уже позв оляет синтезировать полипептидную структуру, которая может служить в к ачестве синтетических антигенов для использования в вакцинации. Гены, контролирующие образование таких полипептидных антигенов, могут быть синтезированы и введены в клетки, кото рые будут в массе продуциров ать антигены. Важнейшая биотехнология для ветеринарии — гибридомная. Путем инъекци и антиген вводят мыши. Клетки костного мозга мыши, продуцирующие антител а, сливаются (смешиваются) с клетками, способными расти в культуре (миелом ные клетки). В результате гибридные клетки продуцируют антитела. Эти кле тки можно клонировать. Клеточную линию, продуцирующую желательные анти тела, от бирают, и в постоянной культуре она становится источником антит ел. Этот метод используют для идентификации антигенных белков, а также с пецифических антигенных сайтов, определяю щих образование антител. В настоящее время эти технологии получают все большее развитие. Развитие методов биотехнологии жив отных В отно шении сложнообусловленных полигенных количест венных признаков, к кот орым относятся большинство хозяйст венно ценных показателей сельскох озяйственных животных,, в селекции применяются методы популяционной ге нетики. Методы определения изменчивости, повторяемости, наследуе мости количе ственных признаков, генетических корреляций между ними положены в осно ву современной крупномасштаб ной селекции. Все это дает возможность точно планировать селекционно-племенную рабо ту по улучшению количественных признаков. Широкое использование информатики и ЭВМ позволяет создать базу для опе ративного анализа генетической информа ции в огромных по численности п опуляциях сельскохозяйствен ных животных. Все это значительно ускоряе т темпы генетиче ского улучшения разводимых в стране пород, активизируе т про цессы выведения новых линий, типов и пород животных. Генная инженерия представляет собой логическое продол жение развития и применения новейших генетических методов в селекции животных. Возмож ности генной инженерии увеличи лись в связи с открытиями в области регу лирования действия генов. Инъекция клонированного гена ростового горм она чело века свиньям и овцам стала возможной в результате двух но вых ме тодов биотехнологии — микрохирургии на эмбрионах и рекомбинации ДНК. М икрохирургия на яйцеклетках и эмбрио нах и рекомбинация ДНК в принципе открывают возможность более интенсивной селекции животных. Сочетание генетического манипулирования с уже широко распространенными методам и / длительного хранения спермы и эмбрионов дает селекционеру/ невиданны е возможности более эффективной селекции. Основные методы генной инженерии жи вотных Успех генной инженерии на животных зависит от возможности вставок генов (пред ставляющих интерес) в геном. Два ме тода открывают большие возможности для вставки клониро ванных генов в ядро клетки: перенос генов в пронукл еус и ви русная трансфекция. Перенос генов с ДНК- Установлено, что инфекционность ДНК аденовируса 5 в о днослойной культуре клеток KB челове ка может быть значительно повышена путем преципита ции ви русной ДНК с помощью фосфата кальция. Метод оказался эффективным и для других ДНК. Исполь зуя перенос генов с п омощью ДНК, Виглер и другие смогли пе ренести ДНК, включающую ген тимидин киназы (ТК), выделен ный из вируса герпеса ( HSV -1) в культивированные клетк и мыши, в которых тимидинкиназа отсутствует. Полученные в ре зультате эт ого клоны, содержащие вирусную тимидинкиназу, стабильно поддерживалис ь в течение ряда поколений. По скольку эффективность трансфекции ДНК с ф осфатом кальция невелика, то для отбора клонов клеток, трансформированн ых по тимидинкиназе, была использована среда HAT (гипоксантин, аминоптерин и тимидин). Клетки, не прошедшие трансформа цию, не имели ТК, поэтому после трансформации их можно было элиминировать (отбросить) и культивировать в среде, содержащей HAT . Выжили только клоны с функциональной ти-мидинкиназой. Для с елекции можно использовать свойство ус тойчивости к определенным веще ствам, например неомицину. Вирусная инфекция. Вирусная инфекция — естественный путь введения ген етической информации в клетки (животных). Кро ме того, вирусы используютс я для трансформации клеток с ценными генами. Проведена работа по инъекци и ДНК вируса 5 V 40 в бл астоцель мышиных эмбрионов и пересадке трансфор мированных эмбрионов в матку псевдобеременных мышей. Эта ДНК обнаружена у 25 из 29 мышей, полученн ых из 80 инъеци рованных эмбрионов. Анализ на гибридную ДНК показал, что 10 м ышей были носителями ДНК вируса SVO . Вирусная ДНК была неравномерно распределена по тканям, вероятно, в связи с неодинаковым уровнем инфицирования клеток внутренн ей клеточной массы или в результате гибели некоторых линий эмбриональн ых клеток, несущих вирус, в процессе развития. Показано, что мыши, зараженные вирусом лейкемии Молони на стадии 4— 8 клет ок, стабильно содержали одну копию вируса в своем геноме. Вирус передава лся потомству как менделевский доминантный признак. Мыши II поколения были заражены и п оражались лейкемией. Проявление вируса у взрослых живот ных варьировал о: у некоторых линий мышей развивалась ран няя лейкемия, а у других заболе вание развивалось в более позднем возрасте. Одно из возможных последствий внедрения гена с примене нием любых спосо бов — образование вставочных мутаций, то есть изменений в функции собст венного гена в результате вста вок чужого гена в него или около него. Одна линия мышей, трансформированных вирусом лейкемии Молони, не могла быть доведена до гомозиготности. В результате ранней эмбриональ ной смертно сти гомозиготных эмбрионов продукт полного доми нирования гена в проце ссе развития отсутствовал. Получение мутантов путем вставок открывает огромные воз можности для г енетических исследований. Данные об использовании ретровируса для трансформации клеточных линий млекопитающих по функционально неселекти руемому гену в литературе не встречаются. Однако Миллер и другие описали синтез поддающегося селекц ии ретровируса, содержащего миниген, контролирующий ростовой гормон кр ы сы, который может инфицировать культивируемые клетки и обусловливать выработку большого количества ростового гор мона. Вставка вирусов в кле точный геном происходит в одном месте без перестройки. Было установлено , что изменение харак тера проявления действия гена обусловлено первона чальным ме стом его встройки, а не последующей модификацией. В настоящее время разработаны системы различных ретро-вирусных вектор ов, обеспечивающие надежные трансфекции чужеродных генов в организм пт иц и млекопитающих. Таким образом, с учетом сложности генома животных, а так же наличия взаим одействия генов в ряде случаев эффект встав ки гена будет проявляться н е в чистом виде, а сопровождаться другим, иногда не контролируемым пока и зменением генома. По-видимому, огромную роль здесь может играть и так на зываемый эффект по ложения гена, то есть воздействие внедрен ного гена будет во многом зави сеть от его локализации в гено ме реципиента. Имеются данные о том, что вирусы саркомы Молони у мы шей могут быть исполь зованы для инфицирования клеток эм бриональной карциномы, которые спос обны к самостоятельно му размножению, как и клетки эндодермы эмбрионов мышей» в результате чего вирус, находившийся в клетках в большом числе к опий, не проявлял своего действия вследствие метилирования. Однако, есл и ДНК вводилась в дифференцированную , клетку, действие гена проявлялос ь. Существуют и другие, не вирусные, элементы, которые мо гут служить носите лями при переносе генов. Это так называе мые мобильные элементы. В 1983 г. была изолирована и описа на ДНК мобильных Р-элементов из дрозофилы. Эти элементы иногда образуют вставк и в геноме дрозофилы. Они могут быть вырезаны с большой точностью, после ч его мутировавший в результате вставки ген снова начинает проявлять сво е действие. При инъекции ДНК предполагаемого Р-элемента задней сторо ны яиц мух типа М перед самым образованием полярных кле ток отмечалась выс окая степень мутабельности в отдельном локусе, который контролирует мо рфологию волосков и щетинок на кутикуле взрослых мух. Появление мутантн ых линий мож но было демонстрировать гибридизацией in situ , при которой проявлялось в ключение ДНК Р-элемента. Включенные в геном Р-элементы не содержали ДНК д розофилы, которая присутство вала в оригинальном гибридном материале и ли в участке плазмиды-носителя pBR 322, что доказывает транспозицию элемен та Р в геном. Затем Рубин и Спрадлинг осуществили соедине ние гена, контролирующего ксанти ндегидрогеназу, и инъециро вали эту конструкцию в эмбрионы. Взрослые му хи передали своему потомству признак розовой окраски глаз, и таким обра зом была доказана наследуемость гена. Ученые предложили две модификаци и ДНК элемента Р для того, чтобы сделать его бо лее пригодным в качестве н осителя: включение большого числа сайтов рестрикции в этот элемент и соз дание аномального Р-элемента, кодирующего транспозазу, но не включаемог о в геном. Р-Элементы были использованы для вставки»различных генов в ге ном дрозофилы, в частности, допа-декарбоксилазы и спиртовой дегидрогена зы. Оба гена проявляли свое действие на соответствующих стадиях развити я, причем в тех тканях, в ко торых этот ген обычно проявляется. Наиболее широко для введения генов используется микро инъекция. Весьма совершенным методом, используемым в по следнее время для изучения прояв ления действия генов, явля ется микроинъецирование в пронуклеус зиготы . Впервые инъецирование было проведено на ооцитах лягушки Xenopus lae vis , в которые вводили хорошо и звестную ДНК. В 1975 г. Кол-ман ввел в яйц еклетки и ооциты X . laevis ДНК клонирован ные гены и наблюдал проявление их действия, чтобы изучить, при сутствует ли механизм переноса и в ооцитах, и в яйцеклетках. Установлено, что транск рипция рекомбинантной ДНК происхо дила в обоих случаях. Было показано, ч то ооциты X . laevis мо гут транскрибирова ть рекомбинантные ДНК вполне эффективно, если ДНК вводится в зародышевы й пузырек. В 1981 г. осу ществлено инъец ирование гена -глобина кролика в оплодотворенные яйцеклетки X . Laevis . Генная инженерия и воспроизводство животных К важнейшим хозяйственно ценным признакам сельскохозяйственных жив отных относятся воспроизводительная способ ность, плодовитость. Совершенно очевидно, что эти процессы находятся под стро гим генетическ им контролем, который осуществляет гормональ ный статус организма, непо средственно влияющий на показа тели воспроизводства. Установлено влия ние ряда гормонов (ФСГ и ЛГ) на функцию воспроизводства. Стало принципиально возможным методами генной инжене рии организоват ь биотехнологическое производство этих гормо нов для регуляции и стиму ляции функций воспроизводства, осуществления работы по трансплантации ранних эмбрионов. В этой связи представляет интерес изучение гена овец по роды бурула, который является геном, прямо влияющим на функцию яичник а овцы. Бурула — одна из небольшого числа мериносовых пород овец, с высокой г енетической обусловленной способностью к высокой плодовитости. Порода представляет большую ценность в качестве генетического улучшателя (пу тем скрещивания) овец других мериносовых пород в отношении увеличения (40 — 60%) их плодовитости. При традиционной внутрипородной се лекции по этом у признаку такой эффективности можно достичь примерно в течение 30 лет. Плодовитость овец относится к полигенным признакам, на которые оказыва ют влияние многие гены. Высокая плодовитость овец бурула — вероятно, следствие влияния одного гена ( F ), который во здействует на число овулируемых яйцеклеток из яичника за каждый цикл те чки. Этот факт возродил интерес к изучению роли основных генов (оли-гоген ов) в развитии количественных признаков животных и к развитию методов их распознавания и использования. Животные — носители бурулагена — уже были использова ны для генетичес кого улучшения эффективности воспроизвод ства овец. Ген F ввели в геном животных друг их пород овец путем скрещивания и разработали точные математические мо дели для прогноза возможной эффективности этих программ. Технология ре комбинантной ДНК во многом может упростить этот процесс и сделать возмо жным пересадку гена F не толь ко в геном овец, но и других видов сельскохозяйствен ных жи вотных. Поэтому обзор данных о бурулагене представляет большой и нтерес для практической генной инженерии сельско хозяйственных живот ных. Изучение межлинейных кроссов показало, что повышение плодовитости — р езультат скрещивания бурула с другими ме риносами, а также с различными другими породами овец. Од нако не всегда повышение плодовитости можно о тнести к эф фекту только одного гена. Из многих работ, посвященных оценке сравнительной про дуктивности поме сей бурула с овцами других пород, только п одной выявлен эффект F -гена на шерстную продук тивность и живую массу тела. В этой работе было показано, что ген не оказыв ает нежелательных плейотропных действий на настриг шерсти, толщину и дл ину волокна, массу новорожденных яг нят, живую массу взрослых (15-месячных) овец. Эти данные подтверждают, что принципиальный эффект гена — влияние на плодовитость в результате воздействия на степень овуля ции, в частно сти число потомков овец с генотипом FF , — был в 1,9 раза больше. Исследования биологии размножения овец бурула подтвер дили, что роль F - reiia направлена на контроль фи зиологии яич ника овец. Установлено, что овцы бурула имеют одинаковое с к онтрольными мериносами число развивающихся фолликулов. У овец романов ской породы в 2 раза больше развивающихся фолликулов, чем у овец других по род. В пределах популяции бурула (степень овуляции от 3 до 9) не было корреляции между степенью овуля ции в предшествующем цикле и числом антральных фолликулов. Эти данные подтверждают, что яичник овцы бурула имеет отличие в фолликул ярных характеристиках от других плодо витых пород. Стало очевидно, что F -ген не влияет на у величе ние числа развивающихся в яичнике фолликулов. Степень ат-резии с реди развивающихся фолликулов также влияет на сходство овец с -геном и н е несущих его. Однако овцы породы бурула характеризуются наличием фолликулов, которы е имеют значительно меньшие размеры к моменту овуляции, а также тем, что о ни содержат только 50% числа гранулированных клеток в каждом развивающем ся фол ликуле; эти морфологические признаки" могут быть отнесены непоср едственно к эффекту F -гена. Различия в развитии и морфологии фолликулов в такой же степени, по-видим ому, обусловливают высокую степень овуля ции у бурула. Было отмечено, что у бурула фолликулы диа метром менее 2 м м появлялись между 13-м и 15-м днями цик ла и они достигали овуляционного размера (3— 4 мм) на 15-й день. Однако пополнение продолжалось в течение 15— 17 д ней, и дополнительные фолликулы у бурула достигали овуляцион ного разме ра ко времени высвобождения лютеинизирующего гормона (ЛГ). Этого явления не отмечали у романовской по роды, и оно характерно только для овец пород ы бурула. Таким образом, два генотипа мериносов (то есть бурулаи контроль) начинал и лютеолизис с небольшим числом кандида тов (то есть антральных фоллику лов) для овуляции. У конт рольных мериносов часть «доминантных» фоллику лов быстро развиваются, а остальные прекращают развитие и атрезируют. У бурулы дополнительные кандидаты не исключаются, и их развитие до конечн ой стадии роста фолликулов и овуляции индуцируется повышенной частото й выброса ЛГ. Время предовуляторного высвобождения ЛГ у плодовитых овец — важный пр изнак. В исследованиях на плодовитых ов цах с генотипами, отличающимися от генотипа бурула, было по казано, что у них высвобождение ЛГ отмечалось значительно позже после начала течки (и лютеолизиса), чем у овец с низ кой плодовитостью. У овец бурула этого не происходит, так как оба генотипа и « С»-мериносы высвобождали ЛГ прибли зительно через 4, 5 ч после начала течк и. У овец бурула ову ляция отмечается в среднем на 7,5 ч раньше после начала теч ки по сравнению с контролем, несмотря на одинаковое время высвобожд ения ЛГ. Ген F , по-ви димому, делает предовуляци-онные фолликулы более чувствительными к энд огенному ЛГ. Имеются данные, свидетельствующие о том, что овцы буру ла, не достигшие по ловой зрелости, и взрослые имеют в плазме более высокие концентрации ФСГ , чем контрольные мериносы. Это различие было также подтверждено в отнош ении гипофиза с помощью метода радиорецептора и радиоиммунного теста. Можно заключить, что множественная овуляция у овец — результат интенси вной ФСГ-стимуляции яичника в течение поздней лютеиновой и ранней фолли кулярной фаз цикла течки. Активность яичника овцы бурула, вероятно, не зависит от концентрации гон адотропина в плазме, а связана с повышен ной чувствительностью к гонадо тропину фолликулов этих жи вотных. Это утверждение основано на том, что о вца бурула проявляет более высокий овуляторный ответ на гонадотропин С ЖК (ГСЖК), чем мериносы, и что овцы с F -геном более чув ствительны к ГСЖК, чем овцы без F -гена. Различие в чувстви тельности было явным начиная с 5-месячного возраста овец. Это может быть основным признаком генотипов плодовитых животных, поскольку генетичес кие связи между плодовитостью и чувствительностью к ГСЖК описаны также у мышей и круп ного рогатого скота. Пока не установлено — яичник или индивидуальные фолли кулы плодовитых пород более чувствительны к ФСГ — гормо ну, отличающемуся от экзогенно го ГСЖК. Такие данные могут быть получены, при исследовании ответа изоли рованных фол ликулов на добавление ФСГ или ответа яичника гипофизэкто-м ированных овец на введенный овечий ФСГ. Такие экспери менты проводятся. Если фолликулы овцы бурула имеют больше рецепторов к гонадотропину, то о ни могут затем больше захватывать гона дотропина из циркулирующей кров и, чем фолликулы других мериносов. Этим можно объяснить различия в чувст вительнос ти яичника между генотипами. Приобретение рецепторов к ЛГ на гранулированной оболочке — существенная необходимость для овуляции р азвивающихся фолликулов овцы. У овец финс кий ландрас таких фолликулов в фолликулярную фазу боль ше, чем у овец породы суффольк. Однако нет данны х, что пло довитая овца имеет больше рецепторов к ЛГ на каждом фол ликуле. Можно предположить, что добавочные фолликулы, которые развиваются у ове ц бурула, образованы так в результате нали чия у них рецепторов к ФСГ (или большого числа рецепторов к ФСГ), что делает их способными отвечать на эт от гонадотро пин. Было сделано заключение, что фактор яичника, отличный от эстрадиола и пр огестерона, должен способствовать регуля ции обратной связи ФСГ в течен ие цикла течки у овец. Фактор яичника,— по-видимому, ингибин, нестероидны й гонадный гормон, способный селективно угнетать выделение ФСГ из ги по физа. Несмотря на то что в настоящее время ингибин очищен, данные о его вли янии на плодовитость основаны главным образом на экспериментах с испол ьзованием фолликулярной жидкости (ФЖ), свободной от стероидов. Установле но, что в ФЖ имеются другие белковые гормоны, которые могут непо средстве нно действовать на яичник. Свободная от стероидов овечья ФЖ способна подавлять течку и овуляцию у б урула и мериносов. Повторяющиеся инъ екции овечьей ФЖ в течение 5 дней зад ерживают овуляцию, по крайней мере, на 12 дней. Частично очищенная овечья Ф Ж была эффективна в такой же степени, как и неочищенная ове чья ФЖ в подав лении овуляции. Этот эффект, по всей вероят ности, результат действия инг ибина в овечьей ФЖ, поскольку последняя селективно подавляет ФСГ у овцы. Доказательство включения ингибина в действие /-'-гена по лучено путем изм ерений его биоактивности у овец бурула и мериносов. У овец бурула. со средней степенью овуляции 2,8 содержа лось '/з ингибина по сравнению с мериносами, у которых было в среднем 1,2 овуляции. Изучение ингибина в яичнике бурула позволило определить связь между эт им гормоном яичника и плодовитостью. Кос венно эта связь доказывается п овышением степени овуляции, которое отмечается у мериносов после актив ной иммунизации против ингибина. Это было впервые описано у мериносов в 1982 г. и затем подтверждено "в исследо ваниях на овцах дру гой породы. Наблюдалось достаточно эффективное повышение степени овуляции у иммун изированных животных. У них выявляли по терю регуляторного контроля фун кции яичника, которая про ходила по такому же пути, как и у бурула. Так, ягня та-мери носы, иммунизированные против ФЖ крупного рогатого скота с трет ьей недели жизни, раньше достигали половой зрелости, и у них повышалось ч исло овуляций (до 8). Следовательно, недостаток ипгибина яичника может иметь ключевое значе ние в высокой степени овуляции у бурула, опо средованной, вероятно, с помо щью повышенной концентрации ФСГ в течение течки. Наличие изменений в фол ликулах буру ла, включая снижение популяции гранулированных клеток, со гласуется с недостатком ингибина, местом синтеза которого яв ляются эти клетки. Ускорение полового созревания и повыше ние степени овуляции у н ормальных мериносов, иммунизиро ванных против богатой ингибином фракц ии ФЖ крупного ро гатого скота, — дополнительные косвенные доказательс тва этой гипотезы. Хотя ингибин — белок яичника, селективно регулирующий секрецию ФСГ с по мощью влияния по принципу обратной свя зи на систему гипоталамус — гип офиз, имеются веские основа- кия предполагать о наличии интраовариалыюго регулирующего вещества, к оторое может включаться в процессы овогенеза. Было показано, что свободн ая от стероидов фолликулярная жидкость содержит вещество (фактор, ингиб ирующий разви тие фолликула), которое ингибировало фолликулярный ответ у хронически гипофизэктомированных овец на введение 2250 ME ГСЖК. Этот ингибитор роста фолликулов не мог быть ипгибином, но, вероятно, оказывал местное воздейс твие внутри фолликула яичника, прерывая митотическое деление гранулир ованных клеток. Указанное предположение позволяет объяснить, как у овец основные, или до минантные фолликулы среди фолликулов — кандидатов для овуляции — мог ут секретировать вещество, ко торое локально подавляет развитие других кандидатов. Наи более важная задача — установить, имеет ли яичник овец б урула такой же дефицит ингибитора развития фолликулов, как и для ингибин а. Возможно, у овец имеется развитая двойная система регу лирования. Таким образом, у овец всех пород наступает фол ликулярная фаза нового цикла те чки с избытком фолликулов, способных овулировать (суперовуляция у некот орых овец, под твержденная с помощью ГСЖК или ФСГ). После лютеолизиса у но рмальной овцы, когда начинается развитие фолликулов, | продукция ингибин а снижает обеспечение ФСГ в такой степе ни, что новые фолликулы не могут н ачать развитие. В это же время, в качестве гарантированного предупрежден ия развития доминантные фолликулы продуцируют ингибитор роста фолли к улов, который исключает возможность начать развитие допол нительных фо лликулов с помощью деления гранулированных клеток. При этом также должн о обеспечиваться сохранение уровня продуцируемого ФСГ для дополнитель ных фолликулов. Периферические концентрации эстрадиола незначительно отличаются у ов ец бурула и мериносов в течение цикла течки. Концентрации эстрадиола в к ровеносных сосудах яичника аналогичны таковым у овец, имеющих -ген, так и не имею щих его. Очевидно, особые фолликулы, которые полностью раз виваю тся и овулируют у овец бурула, не секретируют допол нительный эстроген. В озникло предположение, что различие в чувствительности к отрицательно й обратной связи, обусловлен ной стероидами, может быть ответственным з а высокую сте пень овуляции у плодовитых овец финский ландрас. Установ л ено, что при угнетении отрицательной обратной связи ЛГ с помощью эстради ола у овариэктомированных овец бурула и мериносов оба генотипа имели од инаковую .чувствительность. Особенность лютеиповой функции у овец бурула заключа ется в том, что кон центрации прогестерона в плазме на 9— 11-й день с начала течки не повышаютс я с увеличением степени овуляции, что резко контрастирует с тем явлением , когда степень овуляции повышалась с помощью ГСЖК. Основа этого явлени я неизвестна, хотя, по-видимому, это результат понижен ной массы индивиду ального желтого тела у овец бурула. Бурула-мериносы — наиболее интересная генетическая мо дель плодовито сти у овец. Приведенные данные показывают, что эти животные имеют уникал ьный генотип. Практическое значение F - reiia заключается в значительном его действии на плодовитость. П оэтому он может быть использован для быст рого повышения у овец эффекти вности воспроизводства. Дей ствие копии гена сравнимо с эффектом многол етней внутрипородной селекции на величину приплода или степень овуляц ии. Открытый ген F бур ула в принципе может быть выделен, клонирован и введен в геном других сел ьскохозяйственных жи вотных, что позволит существенным образом улучши ть их вос производительную способность. Перспективно также выделение г енов, определяющих синтез ряда гормонов, связанных с регуляцией процесс ов воспроизводства, и введение их в геном жи вотных. Следовательно, и в этой области генной инженерии открываются большие пе рспективы для селекции сельскохозяйственных животных. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Троицк ий Н.А., Картель «Генная инженерия», Минск,1980. 2. Эрнст Л .К. , Сергеев Н.И. «Трансплантация эмбрионов с/х животных», М.,1989. 3. Красот а В.Ф. «Разведение с/х животных «, М.,1990.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Я настоящий мужик с железными яйцами!
- Только в воду не лезь - на дно утянут.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по сельскому хозяйству и землепользованию "Типы устойчивости, используемые в селекции растений", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru