1. Обоснование метода повышения аллозимной гетерозиготности.
До последнего времени массовый отбор был одним из основных методов селекции на повышение скорости роста и плодовитости наиболее распространенных объектов рыборазведения — карпа и лососевых рыб (Кирпичников, 1979, 1987).
В этих случаях суммарная напряженность отбора достигала 0,5-1,0% (Кирпичников и др., 1972). Однако при высокой напряженности отбора по весу среди наиболее быстрорастущих карпов встречалось большое количество особей с нарушениями в развитии половых желез (Kirpitschnikov, 1961) ис пониженной плодовитостью (Зонова, 1976), что, очевидно, было связано с разнонаправленностью процессов роста и развития. Для увеличения плодовитости рыб, величина которой в значительной степени определяет продуктивность маточных стад, отбор обычно проводится также непосредственно по репродуктивным признакам, причем в этом случае при высокой рабочей плодовитости часто наблюдается снижение величины относительной плодовитости, отражающей репродуктивные потенции самок (Андрияшева, 1976; Зонова, 1976).
Вместе с тем известно, что селекционный процесс наиболее эффективен, если выбор методов основывается на представлениях о генетическом контроле селекционного признака, в частности, о соотношении доли аддитивных и неаддитивных эффектов определяющих его генов. Плодовитость, имеющая, как и большинство полезных признаков, полигенную природу, является компонентом общей приспособленности, наряду с такими признаками, как скорость роста (особенно в раннем возрасте), эмбриональная смертность, общая жизнеспособность, устойчивость к заболеваниям и т. д. Генотипическая варианса этих признаков имеет небольшую долю аддитивной изменчивости, и поэтому, как правило, они плохо наследуются (Lerner, 1958; Рокицкий, 1974; Кирпичников, 1974а, 1979). Применение направленного массового отбора по признакам, имеющим адаптивное значение, может оказаться мало эффективным в связи с быстрым достижением селекционного плато (Moav, 1979). Особенности этой категории слабо наследуемых количественных признаков требуют, на наш взгляд, разработки методов селекции, способствующих поддержанию в селекционируемых стадах повышенного генетического разнообразия, как основного источника повышения и стабилизации уровня продуктивности этих стад.
к настоящему времени невозможно представить себе развитие селекции без использования новейших достижений генетики, в частности, генетики изоферментов. Изучение белкового полиморфизма позволяет селекционерам значительно расширить арсенал генетических маркеров, что дает возможность прослеживать закономерности между селекционно-важными признаками и отдельными белковыми генами или комбинациями генов. Одним из направлений такого рода исследований являются поиски корреляций между изменчивостью по белковым локусам и количественными признаками. Наиболее результативными оказались работы, в которых изучались отношения между изменчивостью адаптивных признаков и уровнем гетерозиготности по нескольким полиморфным локусам (см. обзоры: Богданов, 1973; Животовский, 1984). При исследовании природных популяций рыб (Smith, Chesser, 1981; Алтухов, 1989) была обнаружена взаимосвязь между приспособленностью и аллозимной гетерозиготностью, которая могла послужить основанием для разработки популяционно-генетического подхода, направленного на поддержание оптимального уровня генетической изменчивости в одомашненных популяциях.
Таким образом, при разработке методов селекции пеляди Возникла необходимость найти адекватный подход для сохранения и повышения уровня гетерогенности одомашненных стад пеляди в процессе селекции на увеличение их продуктивных качеств по двум причинам: 1) необходимостью поиска способов сохранения генофонда культивируемых рыб, 2) низкой эффективностью традиционного для рыбоводства метода селекции (направленного массового отбора) в связи со слабой наследуемостью признаков, определяющих продуктивные качества рыб. Для решения этих актуальных селекционных проблем был предложен метод повышения гетерозиготности одомашненных стад пеляди, основанный на комплексном исследовании полиморфных белковых локусов и количественных признаков (Андрияшева, 1981; Андрияшева и др., 1983г). При разработке этого метода исходили из основных постулатов Популяционной генетики, которые касаются понятий приспособленности и гомеостаза популяций, механизма Поддержания сбалансированного полиморфизма, роли естественного отбора в изменении генетической структуры популяций.
Под термином «приспособленность» Популяционисты понимают способНость разных генотипов (или популяции в целом) к воспроизведению, которая обычно оценивается количеством оставленных потомков. Средняя (суммарная) приспособленность – величина интегральная, ее измерение представляет большие трудности, поэтому чаще исследователи ограничиваются оценкой ее отдельных компонентов – фертильности, эмбриональной смертности, скорости роста, плодовитости, общей жизнеспособности, устойчивости к заболеваниям, конкурентоспособности и т.д. (Левонтин, 1978). Суть естественного отбора заключается, как известно, в выживании более приспособленных, оставляющих наиболее многочисленное потомСтво особей. При этом под давлением естественного отбора из поколения в поколение увеличивается доля носителей благоприятных признаков, изменяется генотипический состав популяции и автоматически повышается средняя приспособленность популяции в целом. Как следует из фундаментальной теоремы естественного отбора (Fisher, 1930), в большинстве случаев «целью» естественного отбора можно считать достижение максимальной приспособленности. Этот процесс в значительной мере обусловлен постоянным действием в природных популяциях особой формы отбора – стабилизирующего или балансирующего (Шмальгаузен, 1941,1969; Dobzhansky, 1955; Haldane, 1955,1957; Mather, Jinks, 1971), в результате чего приспособленность средних фенотипических форм оказывается большей, чем крайних типов. Недавно такие примеры стали известны и для рыб (Fujino, Kang, 1968; Shami, Beardmore, 1976; Сапрыкин, 1977; Mitton, 1978).
Главная причина репродуктивного превосходства промежуточных фенотипов заключается, по мнению Д. Холдейна, в их гетерозиготной конституции. Согласно «балансовой» гипотезе т. Добжанского, в силу селективного преимущества гетерозигот естественный отбор поддерживает и даже увеличивает генетическую изменчивость природных популяций. Генетические резервы, сохраняемые таким образом, несомненно, способствуют выживанию популяции в постоянно меняющихся условиях среды, повышают ее гомеостаз (Lerner, 1954) и обеспечивают «максимальную генетическую мобильность популяций» (Шмальгаузен, 1969, с. 239). Важным следствием повышенной приспособленности гетерозигот является устойчивое равновесие некоторых аллелей, обладающих сверхдоминантным эффектом, которые накапливаются в популяциях с промежуточными частотами (Левонтин, 1978). И, наконец, преимущество гетерозигот по некоторым белковым локусам, по-видимому, является одним из главных механизмов поддержания биохимического полиморфизма в популяциях многих животных, в том числе и рыб (Кирпичников, 1967,1972а, 1973, 1977,1979; Алтухов и др., 1975б; Алтухов, 1983). Есть основания полагать, что в той или иной форме эти процессы происходят ив одомашненных популяциях рыб.
В результате развития более совершенных методов исследования генетической изменчивости в популяционной генетике рыб с каждым годом возрастает Число фактов, свидетельствующих о наличии положительной корреляции между уровнем гетерозиготности по ряду белковых локусов и величиной приспособленности (или ее отдельными компонентами). Было показано, что положительная связь между уровнем гетерозиготности и величиной различных составляющих общей приспособленности, таких как плодовитость, жизнеспособность, скорость роста, стабильность развития и т. п., представляет собой общее явление, характерное для различных групп живых организмов — от растений до беспозвоночных и позвоночных животных (см. обзоры: Koehn, Gaffney, 1984; Mitton, Koehn, 1985).
К настоящему времени такие примеры обнаружены при исследовании нескольких видов – фундулюса (Mitton, Koehn, 1975), камбалы (Beardmore,
Ward, 1977), карпа (Сапрыкин, 1977), пеляди (Локшина, 1980а), нерки (Кирпичников, Муске, 1981; Алтухов, Варнавская, 1983), гамбузии (Smith, Chesser, 1981), радужной форели (Learу et al., 1983). Эта закономерность была положена в основу при разработке методических приемов повышения гетерозиготности стад при искусственном воспроизводстве пеляди (Андрияшева, 1981; Локшина, Андрияшева, 1981). Предположив наличие обратной связи между некоторыми составляющими приспособленности и уровнем гетерозиготности, мы использовали для этой цели отбор по одному из селективных признаков – скорости роста на первом году жизни, который, по мнению Р. Моава (Moav, 1979), является у рыб главным компонентом приспособленности,
Режим отбора был разработан экспериментально, на материале шести племенных стад пеляди, различавшихся направлением селекции по репродуктивным признакам. Для изучения последствий массового отбора годовиков по весу тела в период 1977–1986 гг. было поставлено 6 опытов, в каждом из которых на массовом материале (10-20 тыс. рыб) проводили отбор в разных направлениях («+» и «—» сторону) и с различной напряженностью, оставляя на племя в разных группах 5 или 50% от общего количества просмотренных особей. В соответствии со схемой отбора (рис. 7.5) получали три группы рыб, которые были условно обозначены как «более крупные» (+50%), «самые крупные» (+5%) и «самые мелкие» (-5%). Эти опытные группы сравнивались с контрольной — группой «без отбора», представляющей репрезентативную выборку. В каждом опыте часть годовиков (300-500 шт.) из трех групп (исключая самых мелких) метили подрезанием плавников и выращивали совместно в одном пруду до половозрелого состояния. В двухлетнем возрасте самки и самцы каждой группы получали серийную и индивидуальную метки – красителями.
Рис. 7.5. Условная схема отбора годовиков пеляди по весу тела:
а – отбор в плюс-сторону с напряженностью 50% (+50%), П б – отбор в плюс-сторону с напряженностью 5% (+5%), а на
в – отбор в минус-сторону с напряженностью 5% (-5%)
Рыб из опытных и контрольной групп исследовали по различным морфологическим, меристическим признакам и рыбоводно-биологическим показателям. В течение всего периода выращивания контролировали их рост и жизнеспособность, а в дальнейшем оценивали репродуктивные показатели самок и самцов и качество их потомства. При изучении генетических последствий отбора использовали несколько полиморфных белковых систем с известной генетической детерминацией (Локшина, 1981; Локшина, Андрияшева, 1986): альбумина, эстеразы, малик-энзима, супероксиддисмутазы и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы. (Ниже представлены экспериментальные данные, полученные при исследовании различных рыбоводно-биологических признаков и генетической структуры стад на фоне массового отбора рыб по весу тела различной напряженности и направленности.