Жылқылардың генетикалық гетерогенділігін бағалау үшін геномның микросателлитті локустарының полиморфизмін қолдану

Иммунологиялық және биохимиялық маркерлердің пайда болуымен популяциялық генетиканы зерттеуде нағыз ілгері қадам жасалды. Кезінде асылдандыру жұмысында шығу тегін бақылауға арналған иммунологиялық әдістер, популяциялардағы асылдандыру ресурстары мен генетикалық үрдістерді зерттеу, малдардың асыл тұқымдық ерекшеліктерін бағалау тәжірибе түрінде кең қолданған болатын. Көптеген сұрақтар қан тобы, плазма ақуыздары, эритроциттер ферменттері бойынша тестілеу жолымен шешілуі мүмкін.

Генотип бойынша селекциялаудың бір жолы маркерлер жөніндегі селекцияға негізделеді. Мұндай генотиптеуді жаңа туған малдан биологиялық үлгіні алу арқылы оңай жүзеге асыруға болады. Мал популяциясының жағдайын жалпы бағалау болып тұқым ішіндегі генетикалық айырмашылық табылады. Тұқымдар арасындағы генетикалық айырмашылықтардың өзгеруін бастапқы кезде қан тобы бойынша тесттерді пайдалану арқылы жүргізген. Бұл әдіс соңғы 20 жыл ішінде ауыл шаруашылық малдарының популяцияларының құрылымын зерттеуге өзіндік құндылығын енгізді.

Дегенмен, ақуыздық полиморфизм негізінде алынған маркерлердің кемшіліктері де жоқ емес. Ақуыздардың сараптамасы ДНҚ-ң ақуыздық-кодтаушы бірізділіктеріндегі өзгерістерді ғана және тек экспрессирлеуші гендерде ғана тестілеуге мүмкіндік береді. Егер ауыл шаруашылық малдарының геномындағы маңызды бөлікті қайталанылатын бірізділіктер құрайтынын есепке алсақ, онда ақуыздық полиморфизм сараптамасы кезінде зерттеуге геномның 90% қатыспайтыны белгілі болды [1, 224 б.].

Әртүрлі индивидуумдардың ДНҚ-ң бірізділіктерінің айырмашылығы негізінде жүргізілген ДНҚ полиморфизмін бағалау туыс емес әр екі индивидуум бір-бірінен үш миллион жұп нуклеотидпен ажыратылады. Екі геннің арасындағы айырмашылық белгілі бір аймақта орналаспай, барлық геном бойынша таралған, негізінен олар геннің кодталмаған аймақтарында шоғырланған.

ДНҚ-ң динуклеотидтік және тетрануклеотидтік қайталануының полиморфизмі бірлікті жасушаларда, мысалы, жеке спермияларда, талдануы мүмкін [2, 295 б.]. ДНҚ-ны тестілеу кез-келген уақытта жиналған өте кішкентай биологиялық үлгілерді (қан, ұрық, шаш) қолдану арқылы орындалуы мүмкін. Сараптама үшін жеткілікті амплификат мөлшерін алу үшін «кеңейтілген амплификация алдындағы» геномды қабылдауды пайдаланады және екі кезеңде полимеразды тізбекті реакциясын жүргізеді. ПТР көмегімен бірлікті спермотозоидтарды генотиптеу [3, 487 б.] ДНҚ-ң полиморфтық нұсқаларының арасындағы генетикалық рекомбинация жиілігін өлшеуге мүмкіндік береді. Осылайша есептеліп алынған генетикалық рекомбинация жиілігінің мағынасы тұқымдастық сараптамасы кезінде алынған мәліметтерге сәйкес келеді. Геномның микросателлитті локустары бойынша бірлікті сперматозоидтарды типтеу, сараптама үшін ұрғашы малдар аз болғанда, малдардың туыстық топтарының полиморфизм деңгейін бағалау кезінде пайдалы болып табылады.

Микросателлитті локустардың қан тобы бойынша шартты типтеуді алмастыра алатын келешегі бар. Олар жоғары ақпаратталған және қолдану мен стандарттау үшін қарапайым болып келеді. Мультиплексті ПТР және лазерлі флуоресценцияны қолдану арқылы полиморфизмді автоматты анықтау – бұл туыстықты шығарудың жаңа жолы. Микросателлитті локустардың тиімділігі өте жоғары және шығу-тегін анықтау үшін оның маңызды мүддесі бар. Алынған нәтижелер басқа гипервариабельді локустарды зерттеуге және оларды қолдану үшін жаңа нұсқаларды іздеуге ынталандыра алады.

Жылқылардың шығу тегін бақылау үшін Applied Biosystems фирмасы құрамында геном бойынша бірдей орналасқан, жоғары полиморфты және ПТР-ды қолдану арқылы ДНҚ үлгілері бойынша бірегейлендіріле алатын 17 микросателлитті локусы бар StockMarks Kit жиынтығын ұсынады [4, 17 б.]. Бұл технологияның қан антигендерінің дәстүрлі тесттерінің қасында өзінің RELF сараптамаларымен және басқа да әдістерімен біраз артықшылығы бар. Микросателлитті локус жоғары гетерозиготтылығының және қайталану мүмкіндігінің арқасында таңдалынады. 17 микросателлитті локустарды зерттеу арқылы туыстықты анықтау кезіндегі микросателлитті сараптаманың дәлдігі 99,999%-ке жетеді. ПТР-ға негізделген әдіс пайдалануға жеңіл, себебі ондағы пайдаланылатын мультиплексті реакциялар әртүрлі үлгілерде жасалуы мүмкін, жеңіл стандартталынады және автоматтандырылған. StockMarks Kit – ата-аналарын идентификациялау үшін дәл ұрпақтық сараптама жасауға арналған жиынтық. Үлгіні дайындауды, жоғары көлемді зерттеулерге арналған мәліметтерді электронды түрде жинауды қамтамасыз ететін ПТР және генотиптеу жүйесімен жұмыс істеуге арналады.

Соңғы жылдары генетикалық полиморфизмді зерттеу фундаментальды генетиканың да, қолданбалы зерттеудің де анағұрлым маңызды және жемісті бағытына айналды. Осы саладағы бірқатар құрастырулар ауыл шаруашылық малдарының селекциясының тиімділігін жоғарылату үшін қолданылуда.

Әлемдегі асылдандырудың даму тенденциясын талдау жақын болашақта асылдандыруға деген анағұрлым бағалы үлесті молекулярлық-генетикалық маркерлерді кең қолдану, яғни сигналдық белгі ретінде ДНҚ-маркерлерін қолдану енгізеді деген қорытынды жасауға болады.

Соңғы уақытта, көптеген шетелдік зертханалардың бірлескен жұмысының және геномдарды карталауға қатысты жобаларды қаржыландырудың арқасында ауыл шаруашылық малдарын асылдандыруда микросателлитті маркерлерді қолдану әдісі құрастырылды. Жақын арада жасалған зерттеулер, микросателлиттердің ұзындығы бойынша айырмашылықтар фенотиптік әсерге, ағзаның физиологиясы мен даму деңгейіне әсер ететінін көрсетті.

Гипервариабельді микросателлитті қайталанулар рестрикцияның полиморфты сайттарымен салыстырғанда анағұрлым ақпаратты маркерлер болып табылады, демек олар гетерозиготтылығының деңгейі 70-90% дейін жететін мультиаллельді жүйе болып келеді. Сонымен қатар, әртүрлі микросателлиттердің саны ондаған мыңнан асады, олар әр хромосомада қажетінше тығыз және біркелкі орналасқан. Сонымен, бірегейлендірілген (С-А)-қайталанулардың 90%-дан артығы полиморфты болып табылады, сондай-ақ, олардың көбісінің гетерозиготтылық деңгейі 50%-дан анағұрлым асады.

Соңғы он жылдықта жануарлар мен өсімдіктердің іргелі және қолданбалы генетикасы бағытында MAS-маркерлер (marker assisted selection) көмегімен сұрыптау деп аталған жаңа бағыт шығарылды. Осындай гендерді карталау буындағы белгілі генетикалық материалды тапсыруды бақылау үшін бағытталған селекция – (MAS) маркерлерінің шегінде із бастаушыларды генотиптеуге мүмкіндік береді.

ДНҚ-ны зерттеу әдістері микросателлитті реттіктердің полиморфизмін сенімді тіркеуге мүмкіндік жасайды. Полимеразды тізбекті реакция (ПТР) - ДНҚ деңгейінде полиморфизмді анықтаудың жаңа әдісінің ашылуымен бірге ДНҚ маркерлері мен QTL (Quantitative Trait Loci) мөлшерлі белгілердің локустарының арасында үйлесімділікті іздеуге мүмкіндік береді.

ДНҚ-ң микросателлитті локустарының полиморфизмі мен жеке гендерді зерттеу нәтижелері селекция тиімділігін жоғарылату үшін пайдаланыла бастады.

ДНҚ учаскелерінің полиморфизмін зерттеу жаңа генетикалық маркерлердің көптеген топтарын шығаруға ықпал етті. Ірі қара малдарда, жылқыларда, шошқалар мен қойларда бірегейлендірілген микросателлиттер халықаралық мәліметтер қорында [5, 266 б.] – гендер банкі деп аталатын қорда тіркелген (GenBank немесе EMBL). 90-шы жылдардың басында-ақ үй жануарларының әртүрлі түрлерінің көптеген микросателлитті реттілігі белгіленді: жылқыларда 58 локус бірегейлендірілсе, ірі қара малда 249 локус, шошқаларда 935 локус және қойларда 223 локус бірегейлендірілді.

Осындай бірізділіктер мәліметтерінің хромосомаларда болуының көмегімен экономикалық маңызы жоғары малдарды карталау туралы идея ортаға салынды. Бұған микросателлитті реттіктердің табиғаты әсер етеді. Шығу-тегінің дұрыстығын және шаруашылыққа пайдалы белгілермен ассоциативті байланыстарын анықтау кезінде микросателлитті реттіктерді маркерлер ретінде анықтау мүмкіндігінің ең бастысы - олардың полиморфизм және ақпараттану деңгейіне тәуелді болады.

Микро- және минисателлитті ДНҚ-бірізділіктері индексті генетикалық маркерлер ретінде пайдалану геномның ұласу карталарын құруда жаңа кезең ашты. Бұл жүйе динуклеотидті (С-А) _n – қайталанулар негізінде құрылды. Олардың 90%-дан астамы кластердегі көшірмелерінің саны бойынша полиморфты болып табылады.

Гендерді бірегейлендіруге осы гендер кодтайтын белгілерден қозғалатын тікелей классикалық генетикадан геном фрагментін алдымен бірегейлендіріп, содан кейін осы фрагмент қандай белгіні анықтайтынын айқындаумен айналысатын «кері» генетикаға ауысуын микросателлитті маркерлерді ашумен байланыстырады.

Айқын емес болып көрінетін позициялық клондау (көшірмелеу) деп аталатын бұл тәсіл былайша түсіндіріледі, яғни эукариот геномының құрылымы күрделі, онда гендер тәуелсіз оқшауланған құрамдық бөлшектер болып табылмайды және фенотиптік белгілері гендер арасындағы қатынастардың күрделі тізбесімен детерминиленеді.

Мұндай жұмыстардың мақсаты - геномда микросателлиттердің орналасуын, микросателлитті маркерлердің хромосомаларда тіркелудің ауыл шаруашылық малдарының экономикалық маңызды мөлшерлік белгілерінің көрінуі үшін жауапты бола алатын басқа да топтарымен қосылуын зерттеу болып табылады. Қайталанатын ДНҚ-ң полиморфты учаскесіне қатысты бір зондты пайдалана отырып, бір уақытта көп мөлшердегі аллельдердің тұқым қуалаушылығын байқауға болады. Сондықтан аталмыш тәсіл генетикалық тіркелуді зерттеген кезде қолданылуға тиімді. ДНҚ-ң микросателлитті қайталанымдарын хромосомаларда оқшаулау олардың маңызды гендерімен арадағы байланысын және тіркелу топтарының тұқым қуалауын қадағалауға мүмкіндік береді.

Соңғы он жылдықта микросателлиттердің көмегімен генетикалық шығу тегінің өнімділігімен және ауруларымен байланысқан кейбір маңызды генетикалық локустарды белгілеуде жүзеге асыру мүмкін болды.

Мөлшерлік белгілер генетикада алынған нәтижелер нақты зерттелген тұқымдар үшін ғана толыққанды және басқа объекттерге бір мағыналы ауысуын болдырмауды атап өткен жөн. Сондықтан шаруашылықта-пайдалы қасиеттердің қалыптасуын қамтамасыз ететін локустарды іздеуге кіріспес бұрын шаруашылықта маңызы бар, ДНҚ-маркерлердің әр популяцияда полиморфизмін зерттеу қажет.

Қолданылған әдебиеттер тізімі:

1 Сулимова Г.Е. Возможности использования ДНК-маркеров хозяйственно-ценных признаков крупного рогатого скота в селекционных программах //«Актуальные проблемы биологии в животноводстве». – Боровск, 5-8 сентября 1995. – С. 224-225.

2 Hubert R., James L., Weber R. A new source of polymorphic DNA markers for sperm typing: analysis of microsatellite repeats in single cells //Am. J. Hum. Genet. – 1992. – Vol. 51. – Р. 985-991.

3 Saiki R.K., Gelfand D.H., Stoffel S., Scharf S.J. Primer directed amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase //Science. – 1988. – Vol. 239. – Р. 487-491.

4 Bates S., Lange K. Exclusion probabilities of 22 bovine microsatellite markers in fluorescent multiplexes for automated parentage verification //Animal Genetics. – 1996. – Vol. 31. - Р. 17-42.

5 Jouquand S., Prait C., et al. Identification and characterization of a set of 100 tri- and dinucleotide microsatellites in the canine genome //Animal Genotics. – 2000. - Vol. 31. – Р. 266-272.

Научный руководитель:

кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель Костанайского государственного университета имени А. Байтурсынова – Бейшова Индира Салтановна.