Сохранение «культурного» биоразнообразия

Задача состоит в  том, чтобы выбор стратегии сохранения был адекватен наличию  генетических ресурсов в стране.

Критерии,  которые  должны  использоваться  при  определении  приоритета  доместицированного вида предлагаются следующие:

•  относительный вклад  сегодня и в обозримом будущем  в производство продуктов питания  и сельскохозяйственной продукции;

•  знания о межвидовых эволюционных связях;

•  численность генетических ресурсов в виде;

•  возможность привлечения  спонсоров для сохранения вида;

•  возможность  сбора  материала  от  пород  и  создание  информационно-генетического  банка  данных (биологического материала).

•  При выборе породы для  целей сохранения следует учитывать:

•  адаптационную способность  и резистентность; 

•  исторические  и  современные  пути  перемещения (миграционные  пути),  включая  известные случаи гибридизации;

•  уникальность той окружающей среды, где возникла данная порода (должны учитываться все регионы и  страны внутри природного ареала породы);

•  находится ли порода под угрозой исчезновения;

•  текущее экономическое  значение;

•  уникальность генотипических и фенотипических характеристик, свойств.

•  Используя данные критерии необходимо решить следующие задачи: 

•  разработать  и  применить  принципы  комплексной  инвентаризации  генетического разнообразия ценных локальных пород для выработки  стратегии и тактики использования  и сохранения их геноресурсов;

•  осуществить правильный (объективный) выбор видов, пород  для сохранения;

•  разработать генетические принципы мобилизации генетических ресурсов и осуществить сбор биологических  образцов  от  наиболее  ценных  пород,  породных  групп  на  территории Российской Федерации;

•  разработать комплексные  системы наблюдения (мониторинг) или  долговременное слежение за  состоянием  популяционных  генофондов (внутри  и  межпородного  и  видового генетического  разнообразия);

•  провести оценку и прогнозирование  их динамики во времени и в пространстве;

•  разработать  и  применить  экспресс-методы  комплексного  изучения  фенотипического разнообразия  и  выявить  наиболее  значимые  центры  разведения  объектов «культурного»  биоразнообразия;

•  выявить  геногеографические  закономерности  изменчивости,  и  характер  наследования хозяйственно-полезных признаков; 

•  создать  информационный  банк  о  генетических  ресурсах «культурного»  биоразнообразия (ценного  для сельского хозяйства России);

•  провести  анализ  структуры  генофонда  домашних  животных  по  основным  видам  сельскохозяйственных животных;

•  разработать  программы  по  сохранению (управлению)  генетических  ресурсов  домашних животных - in situ;

•  разработать  новые  технологии  надежного  долговременного  сохранения  генетических ресурсов «культурного»  биоразнообразия  на  основе  создания  криогенных  банков,  генотек (клонотек) – ex situ.

 

 

 

 

 

 

 

 

                Принципы сохранения «культурного» разнообразия

 Принципы  сохранения  «культурного»  биоразнообразия   основаны  на  сохранении  ценных  характеристик  породы (стад).  Управление  любой  сохраняемой   популяцией  животных  должно  происходить  с  использованием  методов,  ведущих  к  уменьшению  до  минимума  потери плодовитости  и жизнеспособности.  Повышенная  приспособленность,  как  правило,  ассоциируется  с  гетерозиготностью.  При достаточно  жестком  искусственном   отборе  обнаружены  неслучайные   связи  между мультилокусной  индивидуальной  гетерозиготностью  и  значениями адаптивных количественных  признаков.  Эффективность  отбора  при  непрерывной  селекции  в  замкнутых  стадах  постепенно  снижается и в дальнейшем может  исчезнуть совсем. Чтобы избежать  этого негативного процесса сохраняемую   популяцию  принято  разделять   на  несколько  сублиний (субпопуляций)  и  в дальнейшем  использовать  определенную  систему  подбора.  Когда  субпопуляции  одновременно  испытывают  воздействия  дрейфа  и  миграции  генов,  существенно   повышается  устойчивость породы (вида)  в  целом,  увеличивается   вероятность  сохранения  внутрипопуляционного  генетического  разнообразия  и,  что  немаловажно,  значительно   больше  уменьшается  степень  инбридинга, чем при обычном ротационном  скрещивании в одной свободной  популяции. 

Анализ  генетической  структуры  внутри  породы  базируется  на  определении  и  оценке  основных параметров генетического  мониторинга, таких как частота  генотипов и аллелей в исследованных  локусах для каждой популяции  или породы.  Сравнительный  анализ  пород  обычно  включает  подсчет  генетических  дистанций  между  породами на основе данных по частоте  генов, затем проводится исследование взаимоотношений и  генетического  отличия.  Уровень  филогенетического  различия  или  мера  эволюционного  расстояния  между  породами  определяется  числом  общих  и  альтернативных  генетических признаков. Например, порода, которая имеет большое эволюционное расстояние от других пород, несет  в  себе  и  большое  различие  по  генетическим  признакам,  и,  тем  самым,  представляет несомненный  интерес для сохранения.  Данные,  полученные  при  изучении  молекулярной  изменчивости,  позволяют  оценить  эффективный  размер  популяции  для  отдельной  породы (особенно  актуально  для  исчезающей породы),  а  также  скорость  изменения  различных  характеристик  генофонда  под  давлением агроэкологических  факторов.  Используя  полиморфизм,  например,  по  микросаттелитным  ДНК, определяют пропорции смешивания у породы. Этот параметр отражает в исследуемой популяции генетический вклад двух и более родительских или исходных популяций.  С помощью кластерного анализа определяют консолидацию породы, относительную степень ее чистопородности.  Подводя  итог  рассмотрения  некоторых  принципов (возможностей)  при  сохранении «культурного» биоразнообразия следует отметить, что  генетическая оценка породных ресурсов, сохранение  их  как  элемент  общего  биоразнообразия  планеты  крайне  важна  для  нынешнего  и будущего потенциала сельского хозяйства России. Пока нереально оценить (с генетической точки зрения)  все  существующие  породы  всех  видов  домашних  животных.  Однако,  используя принципы  и  методы  сохранения «культурного»  биоразнообразия,  общее  представление  о генетической  изменчивости  в  каждом  виде  и  размере  относительного  вклада  каждой  породы получить, возможно. Ниже представлена сводка показателей, которые могут быть установлены с помощью генетических, математических, компьютерных методов:

•  происхождение;

•  степень инбридинга;

•  эффективный размер сохраняемой популяции;

•  структура (генетическое разнообразие, дистанции);

•  скорость изменения  различных характеристик генофондов

•  консолидация;

•  значимость и уникальность генных ассоциаций;

•  интрогрессия (пропорции  смешивания) исследуемых пород или  популяций (стад). 

 

 

 

 

 

 

 

Способы сохранения «культурного» биоразнообразия 

 Способ сохранения in situ – поддержание живущего поголовья  локальных стад, главным образом,  в  первоначальных  условиях  среды  их  обитания.  Именно  там,  где  происходит  динамический  процесс  воспроизводства,  разведения,  отбора,  генетических  изменений,  который  должен поддерживаться  в  относительном  равновесии  и  надежно  контролироваться.  Стратегия сохранения in situ  особое  значение  придает «мудрому  использованию»  местных  генетических ресурсов  животных  в  совокупности  с  местными  традициями  хозяйствования.  Популяция животных продолжает  развиваться и совершенствуется  для более эффективного использования  с помощью  введения  и   выполнения  генетико-селекционных  программ  для  устойчивых (стабильных)  систем  производства  сельскохозяйственной  продукции  или,  другой  вариант  сохранения «культурного»  биоразнообразия,  –  принимаются  меры  предохранения,  обеспечивающие изоляцию популяций  и ограничение влияния на них  факторов цивилизации. Способ  сохранения ex situ –  криогенное  хранение  спермы,  ооцитов,  эмбрионов,  ДНК,  а  также сохранение  и  поддержание  популяций   животных  доместицированных   видов  в  хозяйствах, питомниках, заповедниках, зоопарках, то есть  разведение животных вне среды  их обитания.

В  советское  время  создавались  криобанки  спермы  и  эмбрионов,  а  из  методов  консервации превалировал  ex situ. Последние  десять  лет  работы  по  сохранению  аборигенных  пород  носили периодический,  спонтанный  характер,  поскольку  ни  одна  из  российских  программ,  в  той  или иной степени затрагивающих  интересы сохранения генофонда домашних животных, не получала достаточного финансирования. При  криоконсервации  генетические  ресурсы  животных  полностью  изолируются  от эволюционного  процесса,  которому  они  подвергаются  в  природе,  при  таком  сохранении отсутствует и селекционное давление. Препятствием к широкому использованию  метода ex situ служит  отсутствие  хорошо  разработанной  технологии  консервации  гамет  самцов  и  особенно самок  для  большинства  видов,  представляющих  интерес  для  сохранения «культурного»  биоразнообразия.  При  создании  криобанков  нет  достаточно  жесткого  стандарта  по  норме закладки  спермы  и  эмбрионов  для  сохранения  и  последующего  восстановления   пород (сельскохозяйственных видов). Способы  сохранения ex situ  и in situ  дополняющие,  а  не  взаимно  исключающие  методы  при сохранении «культурного»  биоразнообразия. Использование искусственного осеменения в in situсохранении  популяций  домашних  животных  предоставляет  возможность  добиваться  гораздо большей  селекционной  дифференциации  и «генетического  влияния»  самца  на  сохраняемый генофонд, чем через  естественное  скрещивание. Чтобы устранить  серьезный недостаток метода ex situ,  в  частности,  влияния  радиационного  фона  на  генетический  материал  при  длительном интактном  хранении  или  последствий  возможных  значительных  изменений  бактерий  и  других патогенов, на криогенно хранившихся (много веков) животных, достаточно через определенный промежуток  времени  пересаживать  эмбрионы живущим животным, разводить их in situ,  затем вновь получать и замораживать эмбрионы. Сохранение ДНК – одни из перспективных методов,  так как позволяет решать целый комплекс научно-прикладных задач. В отличие от эмбрио и спермо банков, где вместе с криоконсервацией генетического  материала, «замораживаются»  и  знания  о  нем,  банк  ДНК (отдельные гены) доступны  для  исследования  методами  молекулярной  генетики  и  генной  инженерии.  Это определение:

•  генетической дивергенции  и интрогрессии;

•  внутривидовой и  межпородной (скрытой) изменчивости;

•  функциональной значимости генных ассоциаций и отдельных генов.

К  тому же  из «генотек»  можно  извлекать  отдельные  гены  для  пересадок  в  другие  организмы.

Сохранить  отдельные  гены  для  будущего  вполне  реальная  и,  кстати,  наиболее  дешевая (в контексте  сохранения «культурного»  биоразнообразия)  задача.  В  генетических  конструкциях (клонотеках)  достаточно  надежно  в  течение  длительного  времени  можно  сохранять  большие фрагменты  геномов, потенциально допускающие  их полную реконструкцию.  Заключительным  принципиальным  этапом  решения  задачи  по  сохранению «культурного»  биоразнообразия ex situ  и in situ  является  реализация  программы  по  управлению,  сохранению, рациональному использованию  “культурного” биоразнообразия. Одним  из  первых  шагов  национальной  программы  по  сохранению «культурного»  биоразнообразия  должен  стать  научно-исследовательский  проект  по  изучению (выявлению) генетической  изменчивости  отечественных  пород  с  помощью  современных  молекулярно-генетических  технологий.  Сегодня  нет  информации  относительно  истинного  уровня генетической изменчивости внутри большинства  видов домашних животных. Без знания уровня генетической  изменчивости  у  видов  домашних  животных  невозможно  идентифицировать, определять  генетическую  ценность  многочисленных  популяций,  найти  центры «скрытой» генетической  изменчивости  в  породах,  также  принимать  научно-обоснованные  решения  по сохранению «культурного» биоразнообразия. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные направления  исследований «культурного» биоразнообразия 

Биологическое разнообразие, как правило, рассматривают на четырех  уровнях:

•  разнообразие  на  генетическом  уровне -  изменчивость  генетической  информации, содержащейся во всех индивидуумах растений, животных и микроорганизмов, населяющих нашу планету; 

•  генетическая изменчивость внутри популяций или между популяциями  отдельных видов, так и между  видами;

•  видовое разнообразие - видовой состав, населяющий планету; 

•  экосистемное  разнообразие -  многообразие  сред  обитания,  биотических  сообществ  и экологических  процессов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные  направления  исследований «культурного»  биоразнообразия  на  генетическом уровне: 

 

•  исследование генетической изменчивости внутри и между породами;

•  обеспечение накопления, организации и сохранения в глобальном масштабе информации о полиморфизме  микросателлитных  локусов  и  других  последовательностей  ДНК  для решения  широкого  спектра  задач (идентификация  породных  комбинаций,  обладающих наивысшей  потенцией к гетерозису по адаптационным  признакам и др.);

•  анализ  молекулярно-генетических  полученных  и  уже  имеющихся  данных  по внутривидовой и межпородной  изменчивости;

Таблица 1

Значение молекулярной биологии и генетики для сохранения «культурного» биоразнообразия

Изучение молекулярной изменчивости.	Позволяет выяснить эволюционное прошлое породы, степень ее генетической уникальности, оценить необходимость  сохранения.
Картирование геномов.	Позволяет идентифицировать, локализовать и использовать гены, ассоциированные с хозяйственно-ценными  признаками, и их комбинации.
Полимеразная цепная реакция.	Позволяет быстро получить количество ДНК, достаточное для  анализа и сравнения с ДНК  других видов, путем воспроизведения  отдельных фрагментов ДНК.
Генетическая инженерия.	Позволяет получать животных, обладающих комплексом свойств, не существующих в мире.

 

•  генетическая  паспортизация  отечественных  пород (разработка  идеологии,  технологий, стандартных  признаков для основных видов);

•  определение эрозии генофонда сельскохозяйственных животных;

•  исследования по частной  генетике доместицированных видов.

 

Основные меры по охране экосистем (животных, пород) для регионов РФ .

 

Каждый регион Российской Федерации насколько это возможно и целесообразно:

•  создает  систему  охраняемых  районов  или  районов,  в  которых  необходимо  принимать  специальные меры для сохранения «культурного» биологического разнообразия;

•  разрабатывает  при  необходимости,  руководящие  принципы  отбора,  создания  и рационального  использования охраняемых районов;