1. Инбридинг в селекции рыб
Разработка системы разведения объектов селекции является важной составной частью селекционной программы. Необходимость создания определенной, экспериментально обоснованной системы разведения для разных видов рыб обусловлена неизбежным отрицательным влиянием процесса искусственного разведения на сам объект разведения. При этом нарушается ряд взаимосвязанных факторов, формирующих генетическую структуру естественных популяций рыб, — сокращается их эффективный объем, изменяется давление отбора и его направленность, снижается уровень полиморфизма (Wright, Atherton, 1970; Алтухов, 1974, 1983; Ihssen, 1976; Alendorf, Phelps, 1980; Gall, 1983).
При длительном бесконтрольном разведении эти нарушения прогрессируют и становятся причиной потери ценных продуктивных качеств объектов рыбоводства. В последние годы у многих видов рыб наблюдается снижение уровня гетерогенности популяций при разведении, которое приводит к падению численности, уменьшению промыслового возврата, ухудшению продуктивных качеств (Eckroat, 1971, 1973; Алтухов и др., 1980; Слынько и др., 1980; Ryman, Stahl, 1980, 1981; Алтухов, 1983).
Точно определить причины, которые приводят к снижению эффективности искусственного воспроизводства рыб, к сожалению, в большинстве случаев не удается. По-видимому, большое значение в общем негативном эффектe имеют генетический дрейф как следствие сокращения численности производителей, используемых для воспроизводства, а также «непланируемый инбридинг», вероятность которого в хозяйствах резко возрастает как в связи с эффектом «горлышка бутылки», так и с уменьшением давления естественного отбора при искусственном разведении (Allendorf, Utter, 1979; Cross, King, 1983; Gall, 1983; Vuorinen, 1984). По расчетам Г. Кинкейда (Kincaid, 1976а, 1995), сокращение числа самок и самцов при воспроизводстве следующего поколения от 50 особей каждого пола до 5 приводит к увеличению степени инбридинга генерации в 100 раз (c 0,5 до 5,0%).
В рыбоводстве, как и в других отраслях животноводства, применяется разведение пород по линиям (или отводкам), скрещивание которых дает гетерозисный эффект (Кирпичников, 1957,1960, 1972б; Головинская, 1962; Андрияшева, 1966; Eckroat, 1969; Bakos, 1975,1979). Использование этого метода в селекционной практике рыбоводства предусматривает предварительное детальное изучение влияния близкородственного разведения на генетические и биологические особенности стад культивируемых видов рыб, поскольку направленный инбридинг Является одним из необходимых методических приемов, который дает возможность получать наибольший промышленный эффект.
Несмотря на то, что при искусственном воспроизводстве часто наблюдается снижение гетерогенности заводских стад, связанное, по мнению большинства исследователей, с неконтролируемым инбридингом, последний может служить одним из эффективных методов создания пород, позволяющим создавать и использовать в селекции генетически однородные линии. Для достижения необходимой степени дифференциации линий, которая позволяет получать промышленный эффект при межлинейных скрещиваниях, требуется несколько поколений тесного инбридинга. Однако хорошо известно, что по мере увеличения степени инбридинга возрастает и инбредная депрессия, которая может приводить к потере ценных линий из-за их низкой выживаемости и неспособности инбредных особей к дальнейшему размножению. Поэтому воспроизводство пород по линиям (отводкам) требует предварительного детального изучения последствий близкородственного разведения.
Из практики животноводства хорошо известно, что родственное разведение у большинства животных сопровождается инбредной депрессией. К настоящему времени последствия инбридинга у рыб исследованы достаточно подробно. Проявление инбредной депрессии при разведении рыб отмечали многие селекционеры (Кузема, 1953; Шаскольский, 1954; Кирпичников, 1960, 1966,1969 и др.). У большинства рыб, как и у других животных, инбредная депрессия проявляется в снижении общей приспособленности — повышении эмбриональной смертности, падении скорости роста, увеличении количества уродств, снижении устойчивости к заболеваниям и т.д. Так, у инбредных карпов на 15% сокращается скорость роста и возрастает количество рыб с аномалиями спинного плавника (Moav, Wohlfarth, 1963), у форели при 25%-ном инбридинге наблюдается повышенное число деформаций тела личинок (Aulstad, Kittelsen, 1971). В 44 инбредных семьях атлантического лосося возврат половозрелых рыб в реку был существенно ниже, чем у нейнбредного потомства (Ryman, 1970). У палии инбредная депрессия по скорости роста достигает 28% (Cooper, 1961). Инбредные тиляпии отличаются пониженной жизнеспособностью и повышенной изменчивостью по многим морфологическим признакам (Чан Май-Тхиен, 1971а, б).
Наиболее детальные исследования инбредной депрессии, позволяющие провести сравнительный анализ последствий инбридинга разной степени, выполнены на радужной форели (Kincaid, 1976а, б, 1995). Согласно этим данным, сокращение скорости роста годовалой молоди при коэффициенте инбридинга F, 0.25 составляло 23,2%, а при более высокой степени инбридинга (F,=0,375) – 33,5%. С увеличением коэффициента инбридинга линейно возрастала инбредная депрессия по кормовому коэффициенту (5,6-14,9%), количеству уродливых личинок (37,6191,5%) и выживаемости молоди (19,6-29,7%). В среднем за одно поколение братско-сестринского инбридинга потери продукции составили 36,6%, а после двух поколений инбридинга они достигли 65,4%. Сходные результаты получены при изучении последствий инбридинга у форели и другими исследователями. Депрессия по скорости роста рыб в трехлетнем возрасте поставила 11,3 (F70,25), 19,9 (1,40,375)30,5% (F=0,5), а по выживаемости на ранних стадиях развития – 5-11% (F=0,25) (Gjerde et al., 1983). По другим данным, влияние инбридинга на выживаемость икры и личинок форели достигло 10%, а по скорости роста инбредной депрессии не обнаружено (Aulstad et al., 1972).
При исследовании 220 заводских стад 5 видов лососевых рыб (принадлежащих к родам Salmo, Salvelinus и Oncorhynchus) Г. Кинкейд (Kincaid, 1995) обнаружил существенную зависимость степени инбридинга и проявления депрессии от эффективной численности (Na) родительского поколения, а также от системы разведения, практикуемой в каждом хозяйстве. Так, при N >500 особей степень инбридинга была существенно ниже (0,22), чем, при N <500 — 0,60. Процент увеличения инбридинга на генерацию составил в среднем 0,52 при вариации в разных стадах от 0,1-1,1, при этом практически во всех стадах было обнаружено избыточное количество самцов: В среднем для 148 стад на 1самку приходилось 1,32 самца. 1,32 самца.
Совершенно очевидно, что оценки инбредной депрессии по данным разных исследователей значительно расходятся даже для одного вида рыб, однако эта разноречивость представляется скорее закономерной, чем случайной. При сравнительной оценке инбредной депрессии у различных объектов разведения следует принимать во внимание происхождение исходных родительских пар, дающих начало инбредным линиям. Это необходимо для установления фактической степени инбридинга в каждом конкретном случае. Действительно, сложная генеалогия традиционных объектов селекции – радужной форели и карпа — не позволяет точно определить фактическую степень инбридинга. Вероятнее всего, она будет выше расчетной, причем в разной степени у разных пород, так как в большинстве случаев нельзя исключить родственные связи самок и самцов, использованных для получения линий.
В этом отношении показательны экспериментальные данные, полученные Г. Кинкейдом (Kincaid, 1983, 1995). Влияние инбридинга оказалось различным у разных пород радужной форели: у осенненерестящейся снижение жизнеспособности рыб при Е,=0,25 составило 9,5%, ау весенненерестящейся – 22,8%, потери в весе при той же степени инбридинта достигли соответoтвeннo 19,1 и 12,8%. Помимо этой причины, по-видимому, существенно влияющей на результаты сравнительной оценки последствий тесного инбридинга, возможна и другая — инбредная депрессия может иметь разную степень проявления у разных видов рыб при одной и той же степени инбридинга.
Направленный инбридинг является одним из необходимых методических приемов, предусмотренных определенной для данного объекта системой разведения, которая даст возможность получить наибольший промышленный эффект. Убедительным примером такого направленного использования инбридинга в селекции является создание породы форели Росталь (Терентьева, 1995, 1999,2002). Разработанная автором схема создания породы — использование тесного инбридинга с жестким отбором семей по комплексу адаптивных признаков (выживаемости в раннем онтогенезе, темпу роста, жизнеспособности молоди), наряду с применением оценки производителей по качеству потомства, позволила избежать негативных последствий инбридинга и быстро консолидировать новую породу форели.
Создание инбредных линий пеляди.
Как видно из приведенных выше данных, большинство исследований последствий близкородственного разведения рыб проводились на форели – традиционном объекте рыбоводства, который в течение длительного времени подвергался интенсивной селекции. Использование для такой оценки пеляди (Coregoпиs peled) – представителя сиговых рыб, непосредственно завезенного из природной популяции (оз. Ендырь, Западная Сибирь) – дало возможность более точно оценить величину и характер проявления инбредной депрессии.
При работе с этим новым ценным объектом разведения и селекции стояла задача не только изучить последствия инбридинга, но и создать систему линейного разведения. На пеляди такое исследование осуществлялось с самого начала селекционной работы, и было получено четыре поколения тесного инбридинга. С этой целью путем скрещиваний типа брат-сестра были созданы инбредные линии 4 последовательных поколений (рис. 5.1) и изучены их рыбоводно-биологические особенности.
В 1974–1975 гг. от трех пар производителей ендырcкoй пеляди были получены семьи сибсов (FS), а при осеменений икры одной самки смеСью спермы нескольких самцов – семья полусибсов (HS). В 1978 г. путем скрещивании брат Х сестра в каждой семье были заложены линии первого поколения инбридинга (1): 3 линии – от сибсовых семей и одна линия – от семьи полусибсов.
Рис. 5.1. Схема создания инбредных линий пеляди
В период 1981 — 1987 гг. при закладке линий 1, 1, применяли отбор по адаптивному признаку, для чего в качестве родителей каждый раз выбирались самки, различающиеся по величине относительной плодовитости в плюс- и минус-стороны, т.е. самки с высокой и низкой относительной плодовитостью. В дальнейшем эти линии обозначались как 1+и 1-, 7+ и 7
При выращивании инбредных потомств из 6 линий I, и 11 линий I, использовали контрастные условия обеспеченности рыб кормом, обозначенные как «+» и «—» среда.
При сравнительной оценке инбредных потомств в период инкубации в качестве контроля использовали семьи полусибсов (HS), которые получали при индивидуальной оценке качества икры у племенных самок по схеме 19 x 5-8d3. Выживаемость потомства инбредных и контрольных рыб в эмбриогенезе оценивали по нескольким самкам (60-110 в каждом поколении), взятых без выбора из каждой линии II. Икру каждой самки инкубировали индивидуально. Выживаемость икры определяли на 30-е сутки (Мантельман, 1978) при просмотре двух проб по 100-150 икринок от каждой самки. Количество эмбрионов с дефектами развития устанавливали за 1-2 недели до вылупления при просмотре двух-трех проб по 100 икринок от каждой самки.
Для сравнительной оценки качества молоди инбредных и аутбредных потомств исследовали парные меристические признаки у сеголеток и определяли показатели флюктуирующей асимметрии (ФА) по нескольким признакам — по числу лучей в грудных и брюшных плавниках, количеству жаберных Тычинок и жаберных лучей. Уровень ФА отражает стабильность развития особей в онтогенезе (Mather, 1953; Захаров, 1987) и используется для сравнения различных стад и линий как у пеляди (Локшина и др., 1987), так и у лососевых рыб (Learу et al., 1985; Казаков, Ляшенко, 1987; Leary, Allendorf, 1989; Yurtseva et al., 2010). Подробнее см. Гл. 7.