Определение генотипа в его фенотипическом проявлении является актуальной задачей в селекции животных. Большинство хозяйственно-полезных качеств характеризуется полигенным характером наследования, что создает соответствующие трудности при проведении селекционной работы на улучшение количественных признаков.
Развитие молекулярной генетики и связанное с этим применение нового методического подхода позволяет проводить анализ непосредственно нуклеотидной последовательности ДНК. Благодаря этому достижению были идентифицированы гены, ассоциированные с хозяйственно полезными признаками с.-х. животных. Селекция, базирующаяся на полиморфизме генов, отвечающих за проявления признака, получило название ген-зависимой [1]. По мнению английского ученого У.Вильсона наследование признаков есть наследование типа обмена веществ.
Количество генов, кодирующих белки-ферменты клеточного метаболизма составляют 17% от общего числа, в то время как гены, являющиеся компонентами аппарата экспрессии и ее регулирования-22%. Эти гены кодируют транс-действующие белковые факторы, участвующие в экспрессии генов-мишеней и влияющие на регуляторные цис-элементы ДНК.
Знание о генетических факторах, их функциях и механизмах проявления используется в селекции свиней. В настоящее время было идентифицирован ряд генов-кандидатов, охватывающих широкий диапазон хозяйственно-полезных качеств: многоплодие, сохранность поросят, качество мяса, откормочная и мясная продуктивность. В качестве индивидуальных генов, полиморфизм которых обусловливает влияние на фенотипическое проявление признаков, связанных с откормочной и мясной продуктивностью, рассматриваются следующие гены: инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2), гипофизарный транскрипционный фактор (POU1F1), меланокортин-рецептор (МС4R) и ряда др.
Ген МС4R связан с показателями энергии роста свиней. Оказывает влияние на скорость роста, жирность, использование корма. Выявлен полиморфизм – аллели А и В. По данным Центра биотехнологии и молекулярной диагностики Всероссийского НИИ животноводства с повышенным среднесуточным привесами связан вариант А гена [2].
Полиморфизм гена POU1F1 обусловлен наличием двух аллелей – С и D. Имеющиеся литературные данные о предпочтительных с точки зрения селекции генотипах данного гена носят противоречивый характер. По данным Центра биотехнологии и молекулярной диагностики Всероссийского НИИ животноводства предпочтительным с точки зрения селекции аллелем является вариант D гена. 2
Полиморфизм гена IGF-2 обусловлен двумя аллелями – q и Q. Свиньи, несущие в своем генотипе желательный генотип QQ гена IGF-2, отличаются повышенными среднесуточными приростами живой массы и мясностью туш, более низкой толщиной шпика. 2
В настоящие время эти гены сравнительно мало изучены, поэтому есть необходимость проводить исследования, направленные на возможность использования их в качестве маркеров мясной продуктивности.
Объектом исследования являются ген инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2), и характер его влияния на хозяйственно-полезные признаки.
Задачами исследования является:
- изучение молекулярно-биологических механизмов и их роль в проявлении генотипически заложенной информации в фенотипе животного;
- изучение компонентов аппарата экспрессии гена и его регулировании.
Инсулиноподобные факторы роста (ИФР), называемые так же соматомединами, являются регуляторными пептидами, относящиеся к семейству инсулин. Выделяют два вида ИФР – это инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1) и инсулиноподобный фактор роста-2 (ИФР-2). Являясь близкими по структурным и функциональным признакам с инсулином, они, однако в группу панкреатических гормонов не входят. Инсулин характеризуется более сильным влиянием на метаболизм, в свою очередь инсулиноподобные факторы роста больше влияют на процессы стимулирующие рост клеток. Данные процессы протекают в результате взаимодействия ИФР со специфическими рецепторами. В зависимости от вида данных рецепторов следует характерное различие между ИФР-1 и ИФР-2, чем и обосновано их неоднородное влияние на клетки-мишени.
ИФР-2 опосредует свое действие через рецепторы ИФР-1, рецепторы ИФР-2 и рецепторы инсулина. Именно возможность его взаимодействия с рецепторами ИФР-2 выделяет его из группы родственных пептидов. Характер этого взаимодействия до конца не изучен и на сегодняшний день остается спорным. Ряд авторов считают, что рецепторы ИФР-2 не участвуют в проявлении митогенных эффектах ИФР-2, а главную роль в этом процессе играет рецептор ИФР-1 [3;4]. Тем не менее, несомненным является тот факт, что некоторые воздействия осуществляются данными рецепторами на ИФР-2 [5]. Имеются также данные, указывающие на непосредственное проведение сигнала ИФР-2 через рецепторы ИФР-2 [6].
Инсулиноподобные факторы роста синтезируются в клетках печени и других органах под влиянием гормона роста (ГР). Рецепторный аппарат наружной клеточной мембраны, воспринимая сигнал от ГР, посылает сигнал внутрь клетки. При этом внутри клетки запускается цепь каскадных реакций. Активизированная экспрессия гена ИФР-2 протекает с альтернативным сплайсингом и кодирует в качестве первоначального варианта образование белка-предшественника. В данном белке присутствует фрагмент на N-конце, который удаляется во время процессинга, далее следует последовательность собственно ИФР-2, а затем – также удаляемая С- концевая последовательность [7]. В результате этих преобразований в кровоток секретируется полипептидная цепь ИФР. В кровотоке они взаимодействуют со специальными транспортными белками, образуя олигомерные комплексы. В зависимости от характерных особенностей белка, связавшего ИФР, происходит изменение биологической активности данного комплекса. В настоящие время различают 6 типов белков в сыворотке крови, связывающих ИФР. Комплексы состоят из гликозилированного ИФР- связующего белка, ИФР и лабильной α-субъединицы. Функция α-субъединицы заключается в регулирование физиологического соотношения между свободной и связанной фракциями ИФР на определенном уровне. Считается, что печень является основным местом, где происходит образование ИФР-связывающих белков и α-субъединиц.
Биологическое проявление ИФР осуществляется посредством специфических рецепторов, находящихся в плазматической мембране клеток тканей – мишеней. При взаимодействии ИФР с рецепторами первого типа, ИФР-1, происходят конформационные изменения трансмембраной части рецептора, что влечет за собой процесс повышения тирозинкиназной активности и фосфорилирование белком, непосредственно участвующих в проявлении биологического эффекта [8].
Рецепторы второго типа ИФР-2 имеют высокоаффинные связывающие места для ИФР-2, содержащих моннозо-6-фосфат. Реализация гормонального сигнала происходит за счет активирования G-белков рецептора. Комплексирование рецептора второго типа с ИФР-2 влечет за собой взаимо-функциональное проявление гормонорецепторного комплекса с последующей деградацией ИФР-2. Исследования показали, что за счет функционирования ИФР-2 протекают процессы стимулирования синтеза гликогена, вхождение кальция в клетку и поглощение тимидина фибробластами.
Таким образом, ИФР являются фактически посредниками анаболического, ростового влияния ГР, формируя «дополнительную» ветвь в реализации его биологической активности. она заключается в участие ГР в регулировании различного рода обмена веществ, но основные его функции связаны с регуляцией обмена белков и процессов, влияющих на рост и развитие организма. В результате этих процессов происходит увеличение синтеза белка в костях, хрящах, печени и других органах.
Биологический феномен роста и развития у животных контролируется сложным комплексом. При изучении действия ИФР-1 и ИФР-2 была установлена их взаимосвязь с фенотипическим проявлением росто-весовых качеств [9;10]. Механизмом проявления росто-весовых признаков является система взаимодействия инсулиноподобных факторов роста. Данная система состоит их двух ИФР, двух рецепторов и шести специфических транспортных белков. Запуск данного механизма регулируется влиянием гормона роста, который в свою очередь контролируется этой системой. За счет обратной отрицательной связи данная система влияет на процесс образования ГР, регулируя синтез самотропина.
Особенности строения и функциональные характеристики ИФР-2 кодируются геном ИФР-2. Ген инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF-2) приобретает большое значение в селекции в качестве маркера продуктивных качеств [11]. У свиней данный ген локализован на второй хромосоме (SSC2) и обладает импритинговым эффектом [12]. Причем, было установлено, что у человека и мышей экспрессия данного гена преобладает в эмбриональный период, в отличие от свиней, у которых данный ген экспрессирует в течение всего онтогенеза.
Различное протекание экспрессии данного гена, что проявляется фенотипически, на росто- весовых признаках, оно обусловлено его полиморфизмом. (Нorac et al, 2001). При идентификации гена была обнаружена точечная мутация во втором экзоне, которая характеризуется нуклеотидной заменой G на A. Таким образом, полиморфизм гена IGF-2 обусловлен двумя аллелями – q и Q. Свиньи, несущие в своем генотипе желательный генотип QQ гена IGF-2, отличаются повышенными среднесуточными приростами живой массы и мясностью туш, более низкой толщиной шпика. Следует отметить, что действие аллеля Q данного гена зависит от характера наследования. Желательное фенотипическое проявление будет реализована только в том случае, если она была унаследована от отца (патернальный эффект) [13].
В недавних работах, направленных на изучения гена IGF-2, была идентифицирована мутация в районе 3 интрона, которая влияет на рост мышц и вес сердца. Так же было выдвинуто предположение, что данная мутация играет роль в регулировании транскрипции гена [14].
Следовательно, учитывая потенциально большое влияние IGF-2 на селекцию животных, в настоящие время проводятся дальнейшие исследования, направленные на изучение экспрессии гена. Весь сложный путь экспрессии гена в конечном итоге проявляется фенотипически рядом количественных и качественных признаков. Данный путь контролируется за счет функционирования сложных, неоднородных механизмов. Проблема множественных вариантов взаимоотношений генотип – фенотип остается актуальной для молекулярно – генетического анализа, используемого в селекции животных. Данный подход способствует пониманию взаимосвязей генотипа с фенотипическими проявлениями моногенных мутаций и для выяснения генетических основ хозяйственно – полезных признаков животных, характеризующихся полигенным типом наследования.
Литература:
1. 1.Зиновьева Н., Гладырь Е., Державина Г., Кунаева Е. Методы маркер-зависимой селекции. Животноводство России, 2006, 3: 29-31.
- 2.Костюнина О.В., Зиновьева Н.А., Левитченков А.Н., Гоголев А. Селекция на основе ДНК-технологий. Животноводство России, 2008, 4: 39-42.
- Weber A.M., Melmed Y., Rosenhloom N. et al. Rat Somatotroph insulin- like growth factor-II signaling role of the IGF-I receptor. Endocrinology, 1992, 31: 2147-2153.
- Janicot M., Flores-Rezeros J.R., Lane M.D. Insulin-like growth factor I (IGF-I) receptor is responsible for mediating the effecrs of insulin, IGF-I, IGF-II in Xenopus Laevis Oocytes. J. Biol. Chem., 1991, 267: 9382- 9391.
- Levy M.J., Hernandc E.R., Adashi E.Y. et al. Exprcssio: the insulin- like growth factor IGF-I and IGF-II. Endocrinology, 1992, 131: 1202-1206.
- Rornfeld S. Structure and function of the mannose 6-phosphate/insulin- like growth factor II receptors. Annu. Rev. Biochem., 1992, 161: 307-330.
- Шишкин С.С. Успехи биологической химии, 2004, т44: 209—262.
- http://www.medvvman.ru/endokrin/part3-12.htm
- Lamberson W.R., Sterle J.A., Matteri R.L. Relationships of serum insulin-like growth factor II concentrations to growth compositional, and reproductive traits of swine. J.Anim.Sci., 1996, 74: 1753-1756.
- Owens P.C., Gatford K.L., Walton P.E., Morley W., Campbell R.G. The relation between endogenous insulin-like growth factor and growth in pigs. J.Anim.Sci., 1999, 77: 2098-2103.
- Лобан Н.А., Костюнина О.В., Василюк О.Я. Полиформизм гена IGF-2 у свиней мясных пород в республике Беларусь и его влияние на откормочные и мясные качества. Сельскохозяйственная биология, 2009, 2: 27-29.
- Kolaricova O., PutnovaL. J. Appl. Genet., 2003, 4(44): 509-513.
- Nezer C., Moreau L., Brouwers B. e.a. An imprinted QTL with major effect on muscle mass and fat deposition maps to the IGF-2 locus in pigs. Nat. Genet., 1999, 21:155-156.
- M. Wizeska, A. Zyga, B. Rejduch. A note on biallelic expression of the IGF-2 gene in the liver and brain of adult pigs. J.Anim. and Feed Sciences, 2006, 15(1): 112-118.
