Маркерная селекция в животноводстве
Российский
государственный аграрный университет
Московская
сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева
Кафедра
разведения и племенного дела
Курсовая
работа
Тема:
«Маркерная селекция в животноводстве»
Выполнила:
студентка 3го курса
Зооинженерного
факультета
Группы 301
Дольникова Ольга
Москва
2011 год
Содержание
Введение
. Основы маркерной селекции
. Наиболее важные ДНК-маркеры
. Значение маркерной селекции в
животноводстве
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Основной задачей современного животноводства
является получение высокопродуктивных животных, дающих высококачественную
продукцию. Большинство показателей продуктивности имеет полигенную природу и
определяется многими генами при взаимодействии с окружающей средой. Повышение
эффективности селекции будет зависеть от подбора генотипов к конкретным
условиям среды.
С целью выявления наиболее успешных генотипов
используют генетические маркеры. В конце 70-х появилась возможность
идентифицировать большое количество маркеров. Они позволяют получать информацию
о разных состояниях генов и исследовать, как их варианты имеют преимущественное
распространение у животных с наиболее желательными комплексами признаков.
Особую актуальность, как считает Е.И. Кийко,
имеет нахождение локализации гена на хромосоме количественных признаков (QTL)
с целью оценки генетических параметров и аддитивного генетического влияния.
Для решения этой проблемы существует направление
в племенном деле - селекция с помощью маркеров. Целью ее является замена
селекции по фенотипу на селекцию на уровне ДНК.
Основой маркерной селекции является нахождение
локусов количественных признаков, которые отвечают за экономически важные
продуктивные признаки. Достаточно идентифицировать маркер с неизвестной
функцией, связанный с QTL и определить сцепление между аллелями в маркерном
локусе.
Одним из самых важных направлений является поиск
маркеров, которые позволяют выявить генотипы животных, обладающих
хозяйственно-полезными признаками. Еще одно направление - поиск новых систем
генетического маркирования.
В основу берут ДНК-маркеры, так как они имеют
ряд преимуществ:
− наследование происходит по законам
Менделя, что делает возможным непосредственный анализ генотипа;
путем подбора зондов может быть идентифицировано
множество вариантов ДНК;
информативные зонды распределяются по всему
геному;
возможность оценки генотипа не зависит от
возраста и пола животного.
1.
Основы маркерной селекции
Идея маркеров в том, считает Джулия
ван де Веф <#"587083.files/image001.gif">
На рисунке показано, что из QTL
только некоторые гены влияют на фенотип животного. Остальные гены вместе с ними
определяют полную наследственную изменчивость. Хоть QTL объясняет только часть
генотипа животного, информация, которую можно почерпнуть, добавляет точность к
оценке истинного генотипа животного.
На рисунке изображено три быка с
различными фенотипами. Верхняя часть показывает истинные аллельные ценности
генов, отвечающих за массу тела. Нижний рисунок показывает, что наблюдается,
если бы QTL был бы распознан в дополнение к фенотипу. маркерный
селекция ген гетерозис
На рисунке предполагается, что
племенная ценность и аллельные формы QTL известны. Но на практике это
встречается не всегда. Фактически нельзя наблюдать непосредственное
наследование QTL, но
наблюдается наследование маркеров, которые схожи с QTL. Генетические маркеры
как ориентиры, которые выбираются на основе схожести с QTL.
Генетические маркеры дают
возможность к наиболее быстрому и точному генетическому анализу. Маркеры не
оказывают влияния на организм животного, но они могут быть легко идентифицированы
в лабораториях, поэтом можно определить какую разновидность маркера несет
животное. Как и гены, генетические маркеры расположены в хромосомах
последовательно.
Экспериментально можно определить
генетические маркеры, которые располагаются на хромосоме близко к интересующим
нас генам.
Но имеется ряд недостатков. У быка может быть 4
«типа» спермы. Но может произойти рекомбинация маркер A и гена B.
Чем дальше маркер и ген располагаются друг от друга, тем выше вероятность
кроссинговера. Кроссинговер - реальная проблема для маркерной селекции. Из-за
него не всегда можно сказать какой маркер, с каким геном связан.
Нужно вести родословную и делать специальные
измерения для того чтобы работать с кроссоверными генами. Если маркер
расположен в пределах гена, то кроссинговер не является проблемой.
При выборе маркера надо учитывать какую
информацию можно от него получить. При использовании прямых маркеров не
возникает никаких проблем с определение генов QTL. Проблемы начинаются при
использовании косвенных маркеров.
Маркерные гены используются для выявления важных
для животноводства генов. Маркерные гены особенно важны, дли признаков, которые
фенотипически проявляются относительно поздно или только у одного пола, а также
для признаков, на проявление которых оказывают влияние негенетические факторы
(факторы окружающей среды). Примерами такого рода признаков являются
резистентность к болезням, предрасположенность к болезням, плодовитость,
молочная продуктивность. Целью маркирования является установление сцепления
между основным геном и маркерным геном у животного. Так, к примеру, длина
хромосомы крупного рогатого скота в среднем составляет 100 сМ, достаточно иметь
три удачно расположенных маркера на хромосому: два маркера, удаленных на
расстояние около 20 сМ от центромеры или теломеры, и один - в центре.
Следовательно, 90 расположенных данным образом маркерных локусов достаточно для
полного картирования генома крупного рогатого скота.
В генетике животноводства большое значение для
дальнейших разработок имеет тщательный выбор генотипов и структуры семьи, а
также наличие банков ДНК и банков данных.
Среди множества генов, контролирующих
продуктивность, можно выделить группу мажорных генов, вносящих наибольший вклад
в формирование и функционирование данного количественного признака. К таким
генам, например, относятся гены, кодирующие белки молока. Интерес исследователей
к изучению генетического полиморфизма белков молока связан с тем, что их
генетически детерминированные варианты оказывают значительное влияние на
конкретные черты молочной продуктивности и, соответственно, могут быть
использованы в качестве прямых генетических маркеров хозяйственно-полезных
признаков. Внедрение генетических маркеров в качестве дополнительных критериев
при отборе сельскохозяйственных животных ускоряет селекционный процесс и
повышает его эффективность.
2.
Наиболее важные ДНК-маркеры
Ценность информации о генотипе зависит от
способности маркера предсказывать генотип животного.
Свойства ДНК-маркеров:
Возможность тестирования любых
последовательностей генома.
Повсеместность распространения.
Возможность анализа материнского типа наследования
(митохондриальная ДНК).
Возможность анализа отцовского типа наследования
(Y-хромосома).
Стабильность наследования.
Отсутствие плейотропного эффекта.
Множественность аллелей.
Информативность о природе генетических
изменений. - Возможность проведения ретроспективных исследований.
Возможность определения в любых тканях.
Возможность определения на любых стадиях
развития.
Длительность хранения образцов ДНК.
Возможность использования гербарного материала,
ископаемых остатков и т.п.
Полиморфные ДНК-маркеры
Открытие и выделение рестрицирующих эндонуклеаз
, расщепляющих ДНК в участках со строго определенной последовательностью,
позволило разработать маркеры на основе анализа рестрикционного полиморфизма
ДНК (ПДРФ, англ. RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism).
Впервые ПДРФ был использован как генетический маркер в 1974 г. при
идентификации термочувствительной мутации в геноме аденовируса. Однако широкое
применение вариантов полиморфизма ДНК в качестве генетических маркеров началось
с 1980 г. после выхода работы Ботштейна, в которой изучены свойства ПДРФ как
генетического маркера, дано теоретическое обоснование его использования и
предложен метод оценки уровня информативности. ПДРФ используют для анализа
полиморфизма конкретных локусов (генов). С использованием ПДРФ-маркеров были
получены первые успешные результаты по построению молекулярно-генетических карт
многих видов растений и животных, накоплены обширные сведения о генетическом
полиморфизме различных организмов, выявлены ассоциации с хозяйственно-полезными
признаками. Важным достоинством данного типа маркеров является высокая
воспроизводимость результатов, а также кодоминантный тип наследования.
ПДРФ-локусы могут обладать множественными аллелями, что повышает их
информативность.
Были изобретены в 1983 году, основаны на методе
увеличения числа копий определенных участков ДНК. в процессе повторяющихся
температурных циклов полимеразной реакции (ПЦР - полимеразная цепная
реакция, англ. PCR - Polymerase Chain Reaction).
Метод ПЦР позволяет быстро и с небольшими
затратами материальных ресурсов и времени получить более 10 миллионов копий
определенной последовательности ДНК, первоначально представленной одной или
несколькими молекулами. Различные модификации метода ПЦР легли в основу
создания разнообразных типов ДНК-маркеров, широко используемых в настоящее
время в различных областях биологии и медицины.
Мономорфные ДНК-маркеры
STSs-маркеры - в
1989 году Ольсоном с соавторами была сформулирована идея создания системы
STS-маркеров, которая была призвана стандартизовать все обозначения
маркированных последовательностей ДНК в геноме и включить в себя все типы
картированных последовательностей.
3.
Значение маркерной селекции в животноводстве
Использование в возвратном
скрещивании
Маркерная селекция после каждого возвратного
скрещивания позволяет вести наблюдение за дальнейшим распространением
желательного генотипа и на основании этого вести селекцию. Посредством
маркерной селекции может быть значительно сокращено число необходимых возвратных
скрещиваний, не препятствуя при этом симультативной селекции по признакам
продуктивности в исходной популяции.
- Нахождение влияния генов на
свойства продукции
Путем генной диагностики можно выяснить влияние
генов на животноводческую продукцию. Например, влияние казеиновых генов на
качество молока.
- Повышение эффективности оценки
племенной ценности
При маркерной селекции можно не дожидаться
фенотипического проявления, селекция может проводиться уже на эмбриональных
стадиях, а для признаков, ограниченных полом, выполняться у обоих полов.
Маркерная селекция делает возможным предселекцию индивидуумов, при которой,
исходя из продуктивности родоначальниц и продуктивности сибсов, теоретически
рассчитывается племенная ценность, и способствует усилению интенсивности
селекции и к избеганию нежелательных эффектов селекции.
-Повышение эффекта гетерозиса
Эффект гетерозиса взаимосвязан с долей
гетерозиготных генотипов в скрещиваемой популяции. Если известно достаточно
полиморфных маркерных генов, то возможна относительно надежная оценка различных
скрещиваний по ожидаемой степени гетерозиготности. Эти данные могут быть
использованы для отбора пород или линий в программы по скрещиванию.
Благоприятные комбинации аллелей могут быть достигнуты посредством соответствующих
спариваний. Таким путем впервые удалось предсказать специфическую комбинативную
изменчивость. При разведении популяций может использоваться прогнозирование
средней степени гетерозиготности потомства от запланированных спариваний.
Заключение
Маркерная селекция - перспективная отрасль в
разведении, позволяющая более достоверно определить генотип интересующих нас
животных.
Это позволяет улучшить и ускорить племенную
работу, направленную на улучшение хозяйственно-полезных признаков.
Маркерная селекция включает в себя экономические
соображения, основы фенотипической селекции, текущее состояние маркеров,
состояние генетических карт, методы обнаружения QTL.
Список
использованной литературы
1.Кийко Е.И. Принципы маркерной
селекции в молочном скотоводств // Вестник ТГУ, т.15, вып. 1, 2010
.
Зиновьева Н.А. Молекулярно-генетичсекие методы и их использование в
свиноводстве// Достижения науки и техники АПК, № 10, 2008
.
Шендаков А.И, Т.А. Шендакова Генетические аспекты модернизации молочного
скотоводства// Вестник ОрегГАУ, №2, 2009
.
Храброва Л.А. Маркер-вспомогательная селекция в коневодстве // Loshadi Creative
Team, 2002
.
Сулимова Г.Е. ДНК-маркеры в генетических исследованиях: типы маркеров, их
свойства и области применения// электронный журнал
(http://www.lab-cga.ru/articles/Jornal01/Statia1.htm)
.
Аржанкова Ю.В. Использование ДНК-маркеров и дерматологлифического полиморфизма
носогубного зеркала в селекции молочных пород скота// диссертация на соискание
ученой степени, 2010
(http://discollection.ru/article/20122010_arzhankovauv)
8. Elcio
P. Guimarães, John Ruane, Beate D. Scherf, Andrea Sonnino, James D.
Dargie Marker-assisted selection, food and
agriculture organization of the united nations Rome: 2007
9. Брем Г., Кройслих Х., Штранцингер
Г., Экспериментальная генетика в животноводстве. М.:1995.