Обсуждение...

Пристальное внимание, которое уделяется в последние годы связи между уровнем гетерозиготности и составляющими общей приспособленности, обусловлено дальнейшим развитием исследования адаптивной роли белкового полиморфизма и назревшей в связи с этим необходимости разработки подходов и методов совокупного изучения полиморфных и количественных признаков.

Большие заслуги в развитии представлений, объединивших генетику качественных и количественных признаков, принадлежат Л. А.. Животовскому (1982, 1984). Продолжая разработку идей И. И.. Шмальгаузена (1968) и Р. Левонтина (1978), он обосновал новую концепцию возникновения и становления полигенных систем в популяциях и предложил методы анализа совокупностей полигенных и моногенных признаков, позволяющие исследовать изменчивость генофонда популяций как одной интегрированной системы.

Поиски корреляций между экономически важными показателями и биохимическими маркерами у рыб распространены так же широко, как и у других животных (Машуров, 1980). Однако попытки установить закономерные связи между отдельными белковыми локусами и определенными количественными признаками часто заканчиваются неудачей. Л. В. Богданов (1973) привел ряд доказательств, обосновывающих безрезультатность поиска корреляций между полигенными хозяйственно полезными признаками и аллотипами по каким-либо наудачу выбранным белковым локусам. Действительно, обнаруживаемые в отдельных случаях корреляции часто отсутствовали при повторении эксперимента или изменении генетического фона, а также могли значительно различаться у близких видов рыб. Так, направление наблюдаемых различий в скорости роста у рыб с разными аллотипами трансферрина зависело от генетического фона и условий содержания рыб (Щербенок, 1973; Reinirz, 1977). Мальки форели с различными фенотипами ЛДГ* хотя и различались по весу и размерам, но подобные различия были найдены только в одной популяции из двух исследованных (Redding, Schreck, 1979). Взаимосвязь скорости роста с определенными аллотипами по локусу Тf* была обнаружена у белого и пестрого толстолобиков (Ненашев, Рыбаков, 1978), но отсутствовала у карпа (Седов, 1973). Различия по весу между особями с некоторыми аллозимами сывороточной эстеразы выявлены при исследовании карпа (Щербенок, 1973; Паавер, 1980) и пестрого толстолобика, но не наблюдались у белого толстолобика (Ненашев, Рыбаков, 1978).

В то же время связь аллелей локусов Тf*, лдг* u ИДг* с устойчивостью к кислородному голоданию, в отличие от корреляций со скоростью роста, по-видимому, имеет более общий характер – она выявлена у карпа, нерки, радужной форели и некоторых других видов и не зависит от генетического фона (Кирпичников, 1977; Сапрыкин, 1977,1979; Redding, Schreck, 1979; Кирпичников, Муске, 1981; Ролле, 1981).

Более успешными были попытки обнаружить связь с отдельными биохимическими локусами признаков, функционально более тесно связанных с определенными белками. Наиболее отчетливо прослеживается связь между генотипами по трансферринам и устойчивостью рыб к различным бактериальным заболеваниям (Кирпичников и др., 1976; Suzumoto et al., 1977; Kalal et al., 1978; Илясов, Шарт, 1979). Это связано

с тем, что присутствие ионов железа в клетках живых организмов повышает вирулентность многих патогенных бактерий (Weinberg, 1974). Так как основной функцией трансферринов является транспорт железа, эти белки могут конкурировать с бактериями за ионы этого металла. Было обнаружено, что разные аллотипы трансферринов характеризуются разной способностью к связыванию железа (Herschberger, 1970), и установлено, что устойчивость к бактериальной болезни почек у кижуча носит генетический характер и зависит от состава трансферринов (Suzumoto et al., 1977; Winter et al., 1980). У карпа была обнаружена повышенная устойчивость рыб с определенными генотипами по этому же локусу к краснухе (Щербенок, 1973; Илясов, Шарт, 1979). Устойчивость к бактериальным заболеваниям зависит, по-видимому, не только от самого локуса ТР", но и от ряда генов-модификаторов. Так, были установлены межлинейные различия в устойчивости к бактериальной болезни почек для одинаковых генотипов по трансферринам у кижуча (Winter et al., 1980). Отбор на устойчивость к краснухе у карпов показал, что среди устойчивых рыб частота аллеля Тf*A повышена. Однако при дальнейшем отборе частота этого аллеля не меняется, хотя устойчивость к краснухе повышается (Илясов, Шарт, 1979).

Как уже было отмечено в этой главе, более перспективными оказались исследования, в которых анализировались отношения между изменчивостью адаптивных количественных признаков и уровнем гетерозиготности по полиморфным белковым локусам. Было показано, что положительная корреляция между уровнем гетерозиготности и величиной различных составляющих приспособленности представляет собой общее явление, характерное для различных групп живых организмов (см. Животовский, 1984; Koehn, Gaffney, 1984; Mitton, Koehn, 1985). да Как показали результаты многолетних экспериментальных исследований, начатых нами на пеляди в 1977 г., комплексный популяционный подход является наиболее эффективным при анализе полиморфных и количественных признаков на фоне массового отбора молоди рыб по весу тела. Согласно полученным данным (Локшина, Андрияшева, 1981; Андрияшева, Локшина, 1985, 1987), применение массового отбора по скорости роста различной напряженности и направленности позволило выявить определенную закономерность в изменении генетической структуры исследованных стад пеляди (рис. 7.15). 

 

Рис. 7.15. Уровень средней гетерозиготности (H + 2 m) по 9 полиморфным белковым локусам у годовиков пеляди при различной напряженности отбора негодовиков по весу. По оси абсцисс – напряженность отбора

Максимальный уровень гетерозиготности по 9 белковым локусам был характерен для группы более крупных рыб (+50%), но не для самых крупных (+5%), а минимальный — для самых мелких годовиков (-5%). Аналогичная зависимость обнаружена при разведении особей на различные размерно-весовые классы у нескольких видов растений и животных (см. Алтухов, 1983; Животовский, 1984), в том числе и рыб (Сапрыкин, 1977; Кирпичников, Муске, 1981; Алтухов, Варнавская, 1983).

Комплексные исследования последствий отбора различной напряженности дали возможность установить сопряженные изменения различных показателей на белковом, клеточном, организменном и популяционном уровнях и на этом основании определить стратегию селекции на повышение продуктивных качеств.

Уровень гетерозиготности у пеляди оказался связанным не только с признаками приспособленности – эмбриональной смертностью, общей жизнеспособностью, плодовитостью (см. табл. 7.20, рис. 7.7, 7.8), но ис высоко наследуемыми у рыб меристическими признаками (h?=0,6-0,9) - числом лучей в спинном плавнике и количеством позвонков в грудном отделе (рис. 7.16).

 

Рис. 7.16. Значения меристических признаков у годовиков пеляди при различной напряженности отбора по весу тела (закрашенными треугольниками показаны достоверные различия –- при р<0.05-0.01). По оси ординат — варианты опыта, соре, по оси абсцисс – значения признаков

 По мнению В.С. Кирпичникова (1979), гены, детерминирующие эту группу признаков, отличаются высоким аддитивным эффектом и входят в сложные генные комплексы, которые определяют проявление различных признаков и развитие в целом, а также контролируют температурозависимый уровень общего обмена. Например, оптимальное количество счетных элементов образуется при наиболее экономичном уровне обмена, соответствующем средней температуре, причем у форели в этом случае число позвонков оказывается минимальным, а число лучей — максимальным (T[?]ning, 1952). Мало позвонковые особи карпа и форели более устойчивы к дефициту кислорода (Цой, 1971; Бабушкин, 1978), при этом подобные особенности могут быть связаны с вариацией числа туловищных позвонков, наследуемость которых существенно ниже наследуемости общего их числа (Ненашев, 1966б; Tave, 1984а, б). Число счетных элементов в плавниках и их изменчивость у рыб могут зависеть от степени гетерогенности – у инбредных тиляпий отмечено возрастание вариабельности числа лучей во всех плавниках (Чан Май Тхиен, 1971а), ау гиногенетического потомства форели – уменьшение их числа (Leary et al., 1985а). Не исключено поэтому, что увеличение числа лучей в спинном плавнике и уменьшение количества туловищных позвонков у более крупных годовиков пеляди имеют так же, как и у других видов, адаптивный характер и могут быть косвенным свидетельством более экономичного уровня обмена у рыб, прошедших умеренный отбор.

Прямые доказательства положительной связи между скоростью роста, эффективностью ряда важнейших физиологических процессов и уровнем гетерозиготности получены на моллюсках, ведущих прикрепленный образ жизни в колониях, при котором такая эволюционно сложившаяся зависимость обеспечивает существование вида (Koehn, Shumwey, 1982; Garton et al., 1984). Согласно экспериментальным данным, гетерозиготным особам по сравнению с гомозиготными свойственны меньшие энергетические затраты на метаболизм. Это, в свою очередь, приводит к большей стабильности развития «множественных» гетерозигот (Koehn, Gaffney, 1984; Mitton, Koehn, 1985).

При исследовании разноразмерных групп пеляди, отличающихся уровнем гетерозиготности, была обнаружена аналогичная корреляция с еще одним компонентом приспособленности (см. табл. 7.34) — стабильностью развития, показателем которой является степень флуктуирующей асимметрии (ФА) билатеральных признаков (Soule, 1979; Захаров, 1987). При этом умеренный отбор привел к увеличению онтогенетического гомеостаза как по признакам, связанным со стабильностью процессов в эмбриональном периоде (изменчивость и билатеральная асимметрия меристических признаков), так и по некоторым показателям синхронности процессов созревания (внутрииндивидуальная изменчивость икринок по диаметру, а Возможно, и степень хромосомных нарушений в клетках бластулы).

Ранее онтогенетический гомеостаз у рыб наблюдали американские исследователи (Learу et al., 1983,1984), обнаружившие у радужной форели отрицательную корреляцию уровня гетерозиготности по 13 белковым локусам с показателями флуктуирующей асимметрии 5 билатеральных мeристических признаков, а также значительное повышение уровня ФА у гиногенетических диплоидов (Learу et al., 1985а) и в стаде лосося Кларка заводского происхождения по сравнению с природной популяцией (Leary et al., 1985в). К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал, свидетельствующий об эффективности изучения показателей ФА при оценке антропогенного влияния на стада различного происхождения у лососевых рыб (Leary, Allendorf, 1989; Young et al., 1995; Vollestad, Hindаr, 1997; Leung et al., 2003; Yurtseva et al., 2010), а также при проведении эколого-генетического мониторинга 47 природных популяций сиговых рыб Обь-Иртышского бассейна, пострадавших от хронического загрязнения (Пак, 2002,2004).

Выявленная при изучении племенных стад и инбредных линий пеляди Сильная отрицательная корреляция (r=-0,7) показателей флуктуирующей асимметрии числа лучей в брюшных плавниках с уровнем средней гетерозиготности по 9 белковым локусам (см. табл. 7.35) соответствует результатам аналогичного исследования атлантического лосося, у которого, очеВидно, из-за наличия иной, чем у пеляди локомоторной специализации, наиболее информативным показателем стабильности развития оказались грудные плавники (Казаков, Ляшенко, 1987). Анализ обнаруженных связей в различных племенных стадах пеляди, а также заводских и природных популяциях атлантического лосося дал возможность разработать способ эколого-генетической оценки популяций лососевидных рыб (Андрияшева и др., 1986a), который может найти применение в системе популяционного мониторинга как экспресс-метод для контроля за состоянием стад и популяций рыб различного происхождения с целью выявления негативных последствий разведения и повышения его эффективности. - Оценивая полученные экспериментальные данные с позиций популяционной генетики, можно заключить, что предлагаемый метод (умеренный отбор по весу в раннем возрасте), по-видимому, действует на структуру стада в том же направлении, что и естественный отбор, но с большей интенсивностью, что приводит к значительному увеличению доли промежуточных фенотипов в группе рыб, прошедших такой отбор. При 50%-ном отборе изменения качественных и количественных признаков имеют наиболее выраженный адаптивный характер. ненормална нега

Как показали наши данные, умеренный отбор по одному компоненту приспособленности (скорости роста) способствует увеличению средних значений других ее составляющих - репродуктивных признаков рыб обоего пола и их общей жизнеспособности (Андрияшева, Ефанов, 1982; Андрияшева и др., 1983в; Андрияшева, 1989а). Пониженная изменчивость большинства репродуктивных признаков у самок и самцов из группы +50%, наряду с их более высокой воспроизводительной способностью, приводит к повышению и стабилизации продуктивности маточного стада. При увеличении напряженности отбора до 5% он теряет стабилизирующий характер и уже не дает вышеописанного эффекта. 

Полученные факты, по-видимому, можно рассматривать как свидетельство повышенной приспособленности группы более крупных рыб, обусловленной возрастанием в результате умеренного отбора уровня гетерозиготности по нескольким белковым локусам. Тем не менее для выбора наиболее эффективной стратегии селекции необходимо иметь представление о механизме наблюдаемого явления, едa Детальный анализ связей между генотипическим составом по 9 полиморфным локусам и различными составляющими приспособленности (скоростью роста, стабильностью индивидуального развития, плодовитостью) выявил ряд важных особенностей в формировании этих связей (Локшина, Андрияшева, 1986; Локшина и др., 1987). Несмотря на то, что они могут проявляться практически по каждому из 9 исследованных локусов, формирование корреляций всех изученных компонентов приспособленности с индивидуальной гетерозиготностью в сильной степени зависит от генетического фона, при этом они реже проявляются на нерэндоминизированном фоне индивидуальных скрещиваний, чем в племенных стадах, селекционируемых по репродуктивным признакам. Как и у других животных (Zouros et al., 1980; Koehn, Gaffney, 1984), более контрастное проявление зависимости между темпом роста и гетерозиготностью (как индивидуальной, так и средней) наблюдается у пеляди при объединении рыб в группы (см. табл. 7.30,7. 31), очевидно, в связи с нивелированием средовой компоненты при межгрупповых сравнениях (Животовский, 1984). -

Несмотря на особую роль локуса Est-1, возможно обладающего сверхдоминантным эффектом (Андрияшева, Локшина, 1985), отсутствие жесткости в формировании ассоциаций приспособленности с определенными компонентами генома с большой долей вероятности может свидетельствовать о «неспецифическом» эффектe гетерозиготности — одинаковом увеличении составляющих приспособленности за счет гетерозиготности по разным локусам (независимо от их числа – от 3 до 9) и по их совокупности. Косвенно на такую возможность указывают результаты теста на наличие гетерозисного эффекта, разработанного нами ранее (Андрияшева, 1968,1969, 1972,1973в). Они показали, что носители гетерозиготных генотипов по трем локусам, контролирующим функции белков разных классов, отличаются от гомозигот повышенным и более стабильным уровнем теплоустойчивости белков актомиозинового комплекса (мышечных моделей), что коррелирует с проявлением гетерозиса на организменном уровне (Андрияшева и др., 1986; Локшина, Андрияшева, 1986). ва, 1986). Ранонанесення Наиболее важным результатом корреляционного анализа сопряженной изменчивости полиморфных и количественных признаков у пеляди было значительное во всех случаях усиление изучаемой зависимости в группах годовиков, подвергавшихся умеренному отбору (см. табл. 1.29), при «неспецифическом» эффектe гетерозиготности. Эти факты, а также существенное увеличение в отобранных группах доли множественных гетерозигот (см. табл. 7.25), отличающихся и у пеляди повышенной приспособленностью и стабильностью развития (Локшина и др., 1987), однозначно свидетельствуют об интегрирующем эффекте умеренного отбора. Одним из явных его последствий можно считать увеличение показателей гаметического неравновесия между несколькими парами генов в группах +50% (см. табл. 7.27). Наиболее важно при этом, что оба показателя существенно возрастают в ряду поколений использования разработанной технологии (см. табл. 7.26), свидетельствуя о значительных преобразованиях генетической структуры стад при умеренном отборе. Тога с Применение методов многомерной статистики для более полного изучения закономерностей изменения количественных признаков при разных типах отбора позволило дифференцировать эффекты двух режимов отбора и характеризовать их как стабилизирующий (50%) и дестабилизирующий (5%). Положительное влияние умеренного отбора проявилось не только в увеличении средних значений 1 и 2 ГК, но и в снижении величин обобщенной дисперсии и обобщенного коэффициента изменчивости, свидетельствующем о стабилизации комплекса признаков в результате умеренного отбора (табл. 7.41). 

 Таблица 7.41

 

Обнаруженная связь между изменчивостью интегральных признаков и уровнем средней гетерозиготности (0,77), по-видимому, может указывать на существование общей причины, приводящей в результате умеренного отбора к изменению генетической структуры не только качественных признаков, но и интегральных количественных. 

Для решения вопроса о природе изменений комплекса количествен ных признаков, наблюдаемых при отборе различной интенсивности, был проведен эколого-генетический анализ интегральных признаков (см. Гл. 3), который показал, что в результате умеренного отбора молоди по адаптивному признаку происходит изменение генетической структуры совокупности количественных признаков, определяющих продуктивные качества самок пеляди.

Эти новые данные имеют принципиальное значение для оценки reнетических последствий умеренного и интенсивного отбора. Они позволяют предположить, в соответствии с концепцией Л. А. Животовского (1984), что стабилизирующий эффект умеренного отбора по адаптивному признаку может быть обусловлен гаметической интеграцией не только моногенных локусов (Локшина и др., 1987), но и, очевидно, полигенных, выразившейся в изменении структуры интегральных признаков и уровня изменчивости комплекса количественных признаков. Наблюдаемая при умеренном отборе быстрота интеграции комплекса полигенных признаков подтверждает важную роль гаметических корреляций в этом процессе.

Таким образом, повышение различных компонентов приспособленности в результате умеренного отбора молоди может объясняться не столько гетерозиготностью как таковой, сколько действием отбора, оказывающего при умеренной напряженности стабилизирующий эффект. В отличие от жесткого направленного, он действует на структуру стада в том же направлении, что и естественный отбор, но с большей интенсивностью, интегрируя генетическую систему популяции таким образом, что ее приСпособленность и уровень гетерозиготности сопряженно возрастают. Такой отбор превращает генотип в интегрированную систему за счет взаимосвязей адаптивных признаков, способствуя быстрому повышению приспособленности популяции в условиях искусственного воспроизводства. Он может индуцировать постоянную приспособленность и устойчивое состояние полиморфизма (Мазер, Джинкс, 1985), способствуя при этом снижению сегрегационного груза за счет гаметической интеграции популяций (Животовский, 1984).

До настоящего времени разработанный метод использовался для повышения продуктивности и стабилизации генетической структуры породы «пелядь Ропшинская». Возможность его применения для компенсации потерь генетического разнообразия при воспроизводстве ценных видов Сиговых рыб потребовала оценки генетических последствий длительного использования разработанной генетической технологии. Как показали результаты 16-летнего мониторинга, в ряду последовательных поколений его применения происходит постепенное увеличение На – с 0,253 в F, до 0,363 – BF. Однако при этом наблюдается закономерное снижение эффективности применяемого метода (с 28% в F, до 5% в F), которое свидетельствует о сохранении водомашненных стадах регуляторных механизмов, поддерживающих оптимальный для данного вида уровень гетерозиготности и лимитирующих его «излишнее» увеличение.

 

Таблица 7.42

Таблица 7.42 Показатели гетерогенности и продуктивности в стадах пеляди различного происхождения

 

 

Постоянный контроль качества селекционируемых стад пеляди позволил сопоставить параметры гетерогенности моногенных (H) и полигенных (r) признаков с показателями продуктивности племенных маточных стад и выявить явное преимущество племенного стада 5-го поколения, в процессе селекции которого неоднократно использовался метод повышения аллозимной гетерозиготности. В заводском стаде, которое бесконтрольно разводилось более 20 лет, эти же показатели были минимальными, а у рыб природного происхождения — выше, чем у заводских, но ниже, чем у племенных (табл. 7.42).

опеецу (табл. 7 от КЕВІН БЕРЕТІН ОРНАЛАСА

Таким образом, результаты исследования и моногенных, и полигенных признаков свидетельствуют об отсутствии негативных последствий длительного использования генетической технологии оптимизации популяционной структуры стад пеляди. Увеличение и стабилизация уровня продуктивности стад в ряду поколений в результате направленного повышения их гетерозиготности могут указывать, с позиций популяционной генетики, на повышение их общей приспособленности, что является принципиально важным критерием полезности внесенных изменений. Таким образом, увеличение генетического разнообразия, недопустимое в процессе воспроизводства лососевых рыб (Алтухов и др., 1997), привело к генетически обоснованному повышению и стабилизации уровня продуктивности стад при разведении сиговых рыб. анана

Полученные результаты позволяют использовать предлагаемый метод как в аквакультуре для повышения продуктивности и оптимизации генетической структуры одомашненных стад сиговых рыб, так и в качестве одной из мер охраны генофонда при восстановлении численности природных популяций путем искусственного воспроизводства других видов сиговых, а также тех видов, которые имеют сходную с сиговыми рыбами структуру популяций.

В последние годы стабилизирующий отбор применяется в селекции растений и животных для стабилизации генетической структуры и повышения приспособленности искусственных популяций (Алтухов, 1983), однако ни в одном из таких случаев эта задача не решалась путем направленного повышения уровня гетерозиготности. Модальный отбор* на хлопчатнике привел к значительной стандартизации размера и формы растений и увеличил их пригодность для механизированной уборки урожая (Алтухов и др., 1976). Отбор средних морфотипов по экстерьерным показателям у овец способствовал повышению качества каракуля (Алтухов и др., 1980). Аналогичный подход использован в птицеводстве (Горин и др., 1978) и молочном животноводстве (Бороздин и др., 1984).

Принимая во внимание различные цели направленного и стабилизирующего отбора, Л. А. Животовский (1984) обсуждает вопрос об оптимальном сочетании этих форм при селекции и использовании, в частности, направленного отбора в основном по признакам продуктивности, а нормализующего – для стабилизации морфофизиологических признаков, с продуктивностью не связанных. Наши данные дали возможность уточнить эти представления в отношении сиговых рыб. Они свидетельствуют об эффективности стабилизирующей формы отбора и для признаков, определяющих продуктивность маточного стада, а также об успешном сочетании умеренного отбора по весу годовиков с интенсивной селекци

ей по сроку нереста для поддержания высоких репродуктивных качеств поздносозревающих самок (Андрияшева и др., 1983а; Андрияшева, Воробьева, 1985).

Таким образом, помимо выполнения важной функции — генетически обусловленной стабилизации продуктивности в условиях искусственного воспроизводства, — умеренный отбор может быть действенным методом при селекции на повышение репродуктивных качеств. Принимая во внимание видоспецифичность уровня гетерозиготности у рыб, следует рекомендовать его для видов, отличающихся, как и сиговые рыбы (Локшина, 1980б, 1983а; Андрияшева, 2008), высоким уровнем гетерозиготности. При разведении таких видов он позволит в короткий срок создавать стада с оптимальной генетической структурой и сохранять в них необходимый уровень генетической изменчивости при длительной эксплуатации стад в рыбхозах, предупреждая их вырождение.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке системы охраны генофонда как одомашненных, так и природных популяций сиговых рыб. Их необходимо учитывать не только при использовании разработанного метода в селекционной работе. Они должны иметь принципиальное значение для решения вопроса о возможности применения метода повышения аллозимной гетерозиготности для компенсации потерь генетического разнообразия, происходящих в процессе искусственного воспроизводства ценных видов рыб.