Биотехнология в животноводстве (90
..pdfтрофобласте путём проколов делают отверстия, через которые инъецируют ВКМ (внутриклеточную массу) донорского зародыша. Полученную химерную бластоцисту трансплантируют мыши-реципиенту. Данный метод неприемлем для получения химер крупного рогатого скота, так как трудно удалить 5%-й
проназой зону пеллюцида. Кроме того, ещё нет надёжных сред для культивиро-
вания in vitro 8-12 клеточных смешанных агрегатов бластомеров. Для получе-
ния химер крупного рогатого скота использовали метод инъекции ВКМ бласто-
цисты донора в бластоцель реципиентного эмбриона. Были получены межвидо-
вые химеры между овцой и козой, которых назвали овцекозами. Для получения межвидовых химер применяли агрегационный и инъекционный методы.
Шерсть у таких животных представляла собой смесь волос исходных видов, ро-
га по строению как у козы, но закручены как у барана, а экстерьер соответство-
вал одному из родительских видов. Химерные животные не передают потомкам характерную для них генетическую мозаичность. Подобно гетерозиготным или гибридным животным у потомков происходит расщепление, в результате чего нарушаются цельные генетические комбинации.
Вопросы для самоконтроля
1.Дайте определение животным-химерам.
2.Виды химеризма
3.Способы получения химер.
4.Отметить практическую значимость химер.
5.Передают ли полученные химеры свой генотип потомству?
2.9Клонирование, как способ совершенствования существующих пород,
линий и типов сельскохозяйственных животных
Известно, что ядро соматической клетки обладает полной генетической информацией о данном организме и если создать условия для реализации этой
31
информации, то можно получить практически неограниченное число генетиче-
ских копий (клонов) определённой особи. Успешное клонирование датирова-
но1970 годом получением лягушки (таблица 1)
Таблица 1 – История клонирования млекопитающих
Год получения |
Видживотных |
клонов |
|
1996 |
овечкаДолли |
1997 |
перваямышь |
1998 |
перваякорова |
1999 |
первыйкозёл. |
2001 |
перваякошка |
2002 |
первыйкролик |
2003 |
первыебык,мул,олень |
2004 |
первыйопытклонированияскоммерческимицелями(кошки). |
2005 |
перваясобака(афганскаяборзаяпокличкеСнуппи). |
2006 |
первыйхорёк |
2007 |
втораясобака |
2008 |
третьясобака(лабрадорпокличкеЧейс).Клонированапогосударственному |
|
заказу.Началокоммерческогоклонированиясобак |
2009 |
первоеуспешноеклонированиеверблюда, такжевпервыенаБлижнем Востоке |
|
(а именно в Иране) была успешно клонирована коза (предыдущие страны, ко- |
|
торымэтоудалось:США,Великобритания,Канада,Китай). |
Существует несколько способов получения идентичных животных-
клонирование животных путем пересадки ядер соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки; клонирование эмбрионов путем пересадки ядер эмбриональных клеток в энуклеированные яйцеклетки; создание партеногенетических животных
Клонирование животных путем пересадки ядерсоматических клеток в энуклеи-
рованные яйцеклетки. Опыт клонирования эмбрионов путем пересадки ядер тоти-
потентных клеток из эмбрионов в энуклеированные яйцеклетки послужил базой для разработки метода клонирования животных путем пересадки ядер соматиче-
ских клеток в энуклеированные яйцеклетки. Отличие состоит в том, что клони-
рование путем пересадки ядер эмбриональных клеток обеспечивает получение идентичных животных между собой, тогда как пересадка ядер соматических кле-
ток взрослого животного обеспечивает получение идентичных по генотипу с жи-
вотным-донором соматических клеток. Это открывает возможность получать не32
ограниченное число генетически идентичных потомков уже в первом поколении.
Возможность получения клонов животных с использованием ядер соматиче-
ских клеток была впервые продемонстрирована в 1997 г. получением овцы Долли.
Клонирование эмбрионов путем пересадки ядер эмбриональных клеток в энук-
леированные яйцеклетки. После пересадки ядер эмбриональных клеток в энуклеи-
рованные яйцеклетки ядро репрограммируется таким образом, что начинает раз-
виваться новый эмбрион. Теоретически все бластомеры из эмбриона донора имеют одну и ту же генетическую основу и, таким образом, способны обеспечить разви-
тие идентичных особей. Эмбрионы, развившиеся после пересадки ядер, в свою очередь, могут быть использованы как доноры ядер. После нескольких генераций создается возможность получения сотен и даже тысяч идентичных эмбрионов.
Клонирование эмбрионов путем пересадки ядра включает три основных этапа: выделение интактного ядра донора, энуклеацию ооцита, пересадку ядра в энуклеированную яйцеклетку. В отличие от амфибий пересадка ядра у млекопи-
тающих не стимулирует ооцит. Поэтому требуется четвертый этап — активация ооцита и слияние мембран яйца и ооцита. Под действием электрического им-
пульса происходит активация ооцита и слияние мембран между ядром клетки до-
нора и энуклеированным ооцитом-реципиентом.
Получение однояйцовых близнецов. Однояйцовые близнецы имеют большое значение для животноводства. С одной стороны, увеличивается выход телят от од-
ного донора, а с другой — появляются генетически идентичные двойни. Получе-
ние идентичных двоен в большом количестве могло бы облегчить оценку быков по качеству потомства, уменьшить стоимость спермопродукции, ускорить и удеше-
вить тестирование препаратов и упростить исследования в области кормления животных.
В 1981 году был разработан один из способов получения однояйцовых близне-
цов. Микроманипуляции проводятся на 6-8 суточных эмбрионах, находящихся на стадии поздней морулы или ранней бластоцисты. Бластоцисту разрезают на две части
33
с помощью специального микроманипулятора, разделяющего эмбрион на половинки послеизвлеченияизоболочек,такойспособполучилназвание–дисекция.
Создание партеногенетических животных. Под партеногенезом по-
нимают развитие эмбриона из женской гаметы без участия мужской по-
ловой клетки. Из этого определения видно, что партеногенетические особи в хромосомах содержат только гены матери. Таким образом, партеногенез при-
нимает форму бесполого размножения у животных с половым способом вос-
произведения.
В биологии размножения животных разграничивают две разновидности партеногенеза — гиногенез и андрогенез. При гиногенезе сперматозоид про-
никает в яйцеклетку, но функция его состоит лишь в активации яйцеклетки,
эмбрион, же развивается без участия хромосом сперматозоида. Однако важно знать, что при гиногенезе сперматозоид может внести в ядро яйцеклетки вне-
хромосомные, в том числе и наследственные факторы, которые могут при-
нимать участие в индивидуальном развитии животного.
При андрогенезе в отличие от истинного партеногенеза после ак-
тивации женской гаметы сперматозоидом весь генетический материал опло-
дотворенной яйцеклетки элиминируется, и поэтому эмбрион содержит лишь отцовский набор хромосом. В этом случае зигота, а затем и эмбрион
Естественный партеногенез. Естественный партеногенез наиболее распространен у насекомых — палочников, жуков-долгоносиков, а
также у ракообразных и коловраток. Он обнаружен также у пчел (трутни),
ос, скальной ящерицы. Среди домашних животных естественный партено-
генез выявлен у индеек.
Искусственный партеногенез. На базе современной био-
технологии могут быть разработаны эффективные методы, вызывающие ис-
кусственный партеногенез путем стимуляции партеногенетического разви-
тия яйцеклетки. Большие успехи в этом направлении достигнуты домашнего шелкопряда. В отличие от других видов животных яйцеклетки тутового шел-
34
копряда оказались более доступными для активации к партеногенетическому развитию.
Наибольший интерес вызывает индуцированный партеногенез у млеко-
питающих. Однако у этого класса животных вызывание индуцированного партеногенеза из-за особенностей оогенеза связано с большими трудностями.
Дело в том, что у млекопитающих, как правило, яйцеклетки овулируют на стадии метафазы II. Поэтому партеногенетическому развитию могут быть подвергнуты лишь зрелые ооциты. В качестве стимуляторов, вызывающих партеногенетическое развитие яйцеклетки, используют механические, физиче-
ские, химические и биологические факторы.
Первые опыты по изучению индуцированного партеногенеза млекопи-
тающих были проведены еще в 30-е годы. Так, Г. Пинкус в 1939 г. опублико-
вал работу, в которой описал партеногенетическое развитие у яйцеклеток кро-
лика. В качестве стимулирующего агента им был использован температурный шок. Автор указывает, что партеногенетическое развитие происходило в ос-
новном на ранних стадиях эмбриогенеза. Однако отдельные партеногенетиче-
ские зародыши развивались до конца беременности самки.
Вопросы для самоконтроля
1.Методыклонированиямлекопитающих,отличительные особенности.
2.Основные этапы клонирования эмбрионов путём пересадки ядра в энуклеи-
рованнуюяйцеклетку.
3.Видыпартеногенеза.
4.Дать определение андрогенезу и гиногенезу – их отличительные особенно-
сти.
5.Почему возникают сложности с индуцированием партеногенеза у млекопи-
тающих,икакэторешается?
35
Раздел 3
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы, внимательно изучите учебный материал и ознакомьтесь с содержанием методических указа-
ний. Номера вопросов, которые должны быть освещены в контрольной работе,
устанавливаются в приведенной ниже таблице с учетом учебного шифра сту-
дента.
Номера вопросов контрольной работы
Предпоследняя |
|
|
|
Последняя цифра учебного шифра |
|
|
|
|||||
цифра учебного |
0 |
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
шифра |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1, |
3, |
2, |
|
4, |
5, |
6, |
7, |
|
8, |
9, |
10, |
0 |
19, |
30, |
17, |
|
9, |
11, |
12, |
13, |
|
14, |
15, |
16, |
|
45 |
51 |
40 |
|
41 |
43 |
45 |
46 |
|
47 |
48 |
49 |
|
17, |
18, |
19, |
|
20, |
21, |
22, |
23, |
|
24, |
25, |
26, |
1 |
27, |
28, |
29, |
|
36, |
35, |
34, |
33, |
|
32, |
31, |
30, |
|
60 |
59 |
58 |
|
57 |
56 |
55 |
54 |
|
53 |
52 |
51 |
|
10, |
12, |
14, |
|
16, |
18, |
20, |
22, |
|
24, |
26, |
28, |
2 |
29, |
27, |
30, |
|
33, |
34, |
36, |
37, |
|
38, |
39, |
40, |
|
50 |
51 |
52 |
|
53 |
54 |
55 |
56 |
|
57 |
58 |
59 |
|
11, |
13, |
15, |
|
17, |
19, |
21, |
23, |
|
25, |
27, |
1, |
3 |
41, |
42, |
35, |
|
39, |
36, |
42, |
43, |
|
35, |
33, |
12, |
|
60 |
59 |
45 |
|
58 |
57 |
56 |
55 |
|
47 |
52 |
42 |
|
3, |
2, |
1, |
|
4, |
5, |
6, |
9, |
|
10, |
7, |
8, |
4 |
17, |
18, |
19, |
|
20, |
21, |
22, |
23, |
|
30, |
24, |
25, |
|
45 |
43 |
47 |
|
45 |
44 |
42 |
46 |
|
48 |
49 |
50 |
|
5, |
4, |
3, |
|
6, |
7, |
8, |
11, |
|
12, |
9, |
10, |
5 |
19, |
20, |
21, |
|
22, |
23, |
27, |
26, |
|
31, |
25, |
24, |
|
57 |
55 |
53 |
|
51 |
50 |
49 |
47 |
|
45 |
43 |
41 |
|
1, |
3, |
5, |
|
7, |
8, |
8, |
7, |
|
6, |
5, |
4, |
6 |
17, |
27, |
21, |
|
23, |
25, |
24, |
23, |
|
22, |
21, |
20, |
|
43 |
47 |
26 |
|
53 |
60 |
59 |
58 |
|
57 |
56 |
57 |
|
3, |
2, |
1, |
|
11, |
12, |
13, |
14, |
|
15, |
16, |
17, |
7 |
19, |
18, |
17, |
|
28, |
29, |
30, |
31, |
|
32, |
33, |
34, |
|
55 |
54 |
53 |
|
51 |
50 |
49 |
48 |
|
47 |
46 |
45 |
|
11, |
12, |
17, |
|
10, |
4, |
6, |
8, |
|
9, |
13, |
15, |
8 |
25, |
30, |
29, |
|
24, |
20, |
19, |
21, |
|
27, |
33, |
25, |
|
44 |
42 |
43 |
|
44 |
41 |
40 |
39 |
|
37 |
38 |
36 |
|
19, |
11, |
1, |
|
6, |
5, |
4, |
3, |
|
2, |
1, |
20, |
9 |
27, |
29, |
26, |
|
17, |
15, |
14, |
13, |
|
12, |
10, |
40, |
|
35 |
34 |
33 |
|
32 |
31 |
30 |
29 |
|
28 |
27 |
52 |
36
ВОПРОСЫ
1.Биотехнология и ее роль в животноводстве, ветеринарии, медицине, расте-
ниеводстве.
2.Генная инженерия, какие задачи она решает?
3.Дать определение понятия клеточная инженерия. Что она в себя включает?
4.Этапы развития биотехнологии.
5.Научные центры по биотехнологии, их разработки.
6.Опишите какую роль играет биотехнология в интенсификации животновод-
ства?
7.Назовите основные этапы технологии трансплантации эмбрионов.
8.Требования, предъявляемые к донорам эмбрионов при их отборе.
9.Открытия, сделанные в области биотехнологии, способствующие ее даль-
нейшей интенсификации.
10.Значение трансплантации эмбрионов в селекции сельскохозяйственных жи-
вотных.
11.Теоретические и практические основы гормонального вызывания суперову-
ляции у крупного рогатого скота.
12.Основные гормональные препараты для вызывания суперовуляции у живот-
ных.
13.Методы извлечения эмбрионов.
14.Хирургические методы извлечения эмбрионов.
15.Нехирургическая техника получения эмбрионов.
16.В каких случаях применяется трансплантация эмбрионов?
17.Методы оценки качества эмбрионов.
18.Морфологическая оценка качества эмбрионов.
19.Способы хранения эмбрионов.
20.Криоконсервация эмбрионов.
21.Методы пересадки эмбрионов.
22.Хирургические методы пересадки эмбрионов.
23.Нехирургический метод пересадки эмбрионов.
37
24.Факторы, влияющие на приживаемость эмбрионов.
25.Как влияет иммунная система донора и реципиента на эффект трансплан-
тации?
26.Задачи трансплантации эмбрионов.
27.Оплодотворение ооцитов и развитие эмбрионов в условиях in vitro.
28.Основные процессы, протекающие при созревании и оплодотворении ооци-
тов in vitro.
29.Что в себя включает процесс созревания ооцитов in vitro.
30.Культивирование ооцитов in vitro.
31.Морфологическая оценка ооцитов.
32.Химерные организмы
33.Получение трансгенных животных, за и против
34.Методы клонирования с.-х. животных.
35.Пересадка ядер соматических клеток в энуклеированную яйцеклетку.
36.Методы получения партеногенетических животных.
37.Опишите методы определения пола ранних эмбрионов.
38.Описать цитогенетический метод определения пола.
39.Иммунологический метод раннего определения пола.
40.Регулирование соотношения полов путем разделения Х и Y несущих сперми-
ев.
41.Раскройте сущность гибридомной технологии.
42.Опишите технологию получения моноклональных антител в животноводст-
ве.
43.Применение моноклональных антител в животноводстве.
44.Опишите методы получения идентичных монозиготных близнецов.
45.Дать понятие химеризма. Первичный и вторичный химеризм.
46.Значение монозиготных близнецов в селекции животных.
47.Методы получения химерных животных.
48.Агрегационный метод получения химер.
49.Инъекционный метод получения химер.
38
50.Маркеры химер.
51.Каково практическое использование химер, их значение для животноводст-
ва.
52.Приведите примеры создания химер сельскохозяйственных животных.
53.Какие открытия в области генетики и химии нуклеиновых кислот легли в основу методологии генной инженерии.
54.Основные способы получения отдельных генов
55.Основные виды векторов, используемых в генной инженерии.
56.Клонирование генов.
57.Как создаются рекомбинантные ДНК, с какой целью они вводятся в реципи-
ентную клетку?
58.Методы переноса генов.
59.Трансгеноз. Получение трансгенных сельскохозяйственных животных.
60.Перспективы использование генной инженерии.
39
Приложение А
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Аденин – пуриновое основание, комплементарное тимину и урацилу. Одно из азотистых оснований, входящих в состав ДНК и РНК.
Аминокислота – мономерная единица («строительный блок») белковых молекул.
Анаэробные микроорганизмы – микроорганизмы, растущие в отсутствие кислорода.
Антибиотик – вещество, синтезируемое одним микроорганизмом и оказывающее ингибирующее действие на другие микроорганизмы и раковые клетки.
Антиген – вещество, воспринимаемое организмом как чужеродное и вызывающее специфический иммунный ответ – выработку антител.
Антикодон – триплет нуклеотидов в молекуле тРНК, комплементарный нуклеотидам специфического кодона в молекуле мРНК.
Антитело – белок (иммуноглобулин), синтезируемый В-лимфоцитами в ответ на попадание в организм различных антигенов и специфически с ним взаимодействующий.
Аутосома – любая хромосома, не являющаяся половой.
Аэробные микроорганизмы – микроорганизмы, растущие только в присутствии кислорода.
Бактериофаг (фаг) – вирус, инфицирующий бактерии.
Биомасса – клеточная масса, образующаяся в результате жизнедеятельности живых организмов.
Брешь, пробел – отсутствие одного или нескольких нуклеотидов в одной из из цепей двухцепочной ДНК.
Вектор – самореплицирующаяся молекула ДНК, используемая в генной инженерии для переноса генов от организма-донора в организм-реципиент, а также для клонирования нуклеотидных последовательностей.
Вставка – сегмент ДНК, встроенный в клонирующий вектор.
40