Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

SPONTANEOUS CHROMOSOME ABERRATIONS IN CATTLE UNDER DIFFERENT ENVIRONMENTAL CONDITIONS OF WEST SIBERIA

Kulikova S.G. 1
1 Novosibirsk State Agrarian University
The paper provides the data about structural chromosome aberrations in cattle from the areas of Novosibirsk and Kemerovo regions different in the level of anthropogenic load. 113 Black-and-White cows of the 3-4th lactations raised under different environmental conditions were examined cytogenetically. Over 10 thousand metaphase plates were analyzed.It was identified that the high level of anthropogenic load affects cytogenetic status of animals and causes a 1.7-fold increase in the frequency of chromosomal aberrations. As for the animals from area 1, they are characterized by a higher proportion of chromosomal aberrations than those for chromatid type (by 1.6%) versus in the cows from area 2. The increase is marked to go up to 4 in the number of aberrations per cell in the cows from contaminated area 2 as compared to the control where the maximal number of aberrations was 3.The frequency of somatic chromosome aberrations can be used as one of the markers that characterize the negative impact of environmental pollution on Black-and-White populations.
cattle
breeding
Black-and-White breed
cytogenetics
mutations
somatic chromosome aberrations
ecology

Проблема, связанная с загрязнением окружающей среды в результате хозяйственной деятельности человека, и охватывающая их действие на наследственность организмов, является актуальной, и привлекает постоянное внимание со стороны мирового научного сообщества [8, 17, 27-29, 39].

К настоящему времени у человека и диких животных установлено, что частота индуцированных хромосомных аберраций в лимфоцитах крови организмов, контактирующих с веществами в малых концентрациях, как правило, превышает частоту аналогичных спонтанных нарушений в 2-3 раза [11].

Цитогенетических исследований в популяциях сельскохозяйственных животных, разводимых в районах, различающихся по уровню антропогенного загрязнения, невелико [7, 9, 13].

Целью настоящей работы явилось изучение влияния антропогенных факторов на спектр и частоту соматических хромосомных аберраций у крупного рогатого скота с учетом района разведения в Западной Сибири.

Материал и методы исследования

Цитогенетически исследованы 113 коров 3-4 лактаций черно-пестрой породы, разводимых в различных экологических условиях. Проанализировано более 10 тыс. метафазных пластинок.

Экологическое состояние Западной Сибири изучено по данным Госсанэпиднадзора и Запсибгидромета, обзорам экологической ситуации комитетов по экологии и природных ресурсов Новосибирской и Кемеровской областей.

Были взяты районы с повышенным уровнем антропогенного загрязнения (район 1) и условно "чистый", контрольный (район 2), находящийся вдали от крупных городов. Выпадение радиоактивных веществ в исследуемых районах Кемеровской и Новосибирской областей находилось в пределах фоновых значений и не превышали 0,001 Ки/км2.

Материалом для цитогенетического анализа служили клетки культуры лейкоцитов периферической крови коров. Препараты метафазных хромосом из лимфоцитов крови готовили по методу P. Moorhead et al. с нашими модификациями [11]. Для рутинной окраски хромосом использовали краситель Гимза.

Анализ и учет числа хромосомных аберраций производили по критериям, предложенным Н.П. Бочковым и А.Н. Чеботаревым. Результаты исследований обрабатывали статистически с использованием стандартных программ. Достоверность различий между средними значениями оценивали с помощью методов Стьюдента (t‑критерий), Фишера () с преобразованием частот.

Результаты исследования и их обсуждение

Как следует из таблицы, аберрации хромосом у коров из района с высоким уровнем антропогенной нагрузки (район 1) встречались в 1,7 раза чаще, чем у животных из условно чистого района 2. Для животных из загрязненного района характерен значительный размах изменчивости в сравнении с «чистым». Частота клеток с аберрациями была так же значительно ниже в относительно благополучном районе.

Частота хромосомных аберраций у коров из районов с разным уровнем антропогенной нагрузки (в скобках даны пределы изменчивости)

Район

Клетки с аберрациями, %

Число аберраций на 100 клеток

всего аберраций

lim

1

5,740,27

6,770,29

0-40

2

3,440,31

3,940,34

0-11

р

<0,001

<0,001

 

Структурные мутации подразделяют на хроматидные и хромосомные, в зависимости от того, на каком уровне они возникли (хроматиды или хромосомы) [34,36]. По данным большинства исследователей, наиболее часто регистрируются аберрации хроматидного типа.

В группе коров из загрязненного района 1 установлена наибольшая частота хромосомных аберраций с одновременным повреждением структур обеих хроматид и значительный размах этого показателя.

Соотношение хроматидных и хромосомных структурных перестроек у коров из загрязненного района составило 53,2:46,8%, а у животных из условно чистого района - 54,8:45,2%. Для животных из района 1 характерна более высокая доля перестроек хромосомного типа над хроматидными (на 1, 6%), чем у коров из района 2.

Отмечено возрастание числа аберраций в клетке до 4 у коров из загрязненного района 1 в сравнении с районом 2, где максимальное число перестроек составило 3. По-видимому, повышенный уровень антропогенного загрязнения вызывает рост числа аберраций в клетках.

По данным отчетов областных комитетов по экологии, некоторые районы Кемеровской и Новосибирской областей по уровню воздействия химических веществ на биогеоценозы являются одними из наиболее неблагоприятных в Западной Сибири [29]. Спектр аберраций хромосом, выявленный в нашем исследовании в большей степени типичен для спектра нарушений, вызываемых химическим загрязнением, чем радиоактивным [11]. Известно, что цитогенетическими маркерами, свидетельствующими о воздействии радионуклидного загрязнения на организм человека и животных, являются дицентрики и кольцевые хромосомы. Такого типа аберраций не выявлено в нашем исследовании. В связи с этим, основными поллютантами, формирующими антропогенную нагрузку в исследуемых районах Новосибирской и Кемеровской областей, по-видимому, являются химические мутагены [11]. К подобному выводу пришли и В.Г. Дружинин с соавторами в результате цитогенетического обследования детского населения из экологически различающихся районов Кемеровской области.

Неоднозначное влияние антропогенных загрязнений в ряде районов России и Европы на соматическую нестабильность хромосом, устойчивость к болезням и продуктивность у крупного рогатого скота, по-видимому, можно объяснить сложными взаимодействиями поллютантов или их комплекса в конкретных экологических условиях [30-32, 39, 42].

Установленный нами факт возрастания частоты хромосомных аберраций у животных, разводимых в районе с повышенным химическим загрязнением в сравнении с коровами из условно чистого района, свидетельствует о негативном влиянии выбросов промышленных и сельскохозяйственных предприятий на геном крупного рогатого скота, вследствие чего, вероятно, нарушается работа систем клеток, способствующих репарации целостности ДНК [35-38].

Исследования являются составной частью нашей работы по теме «Генофонд и фенофонд сельскохозяйственных животных Западной Сибири». Совместно с коллегами проводится комплексное изучение интерьера различных видов и пород животных по цитогенетическим, иммуногенетическим, молекулярно-генетическим, биохимическим, химическим, физиологическим и др. параметрам в разные периоды онтогенеза с учетом климатических условий среды [1-5, 12, 14, 27]. Выявлен большой спектр цитогенетических нарушений у аномальных телят [10]. Установлена межпородная и межвидовая дифференциация по спектру соматических хромосомных мутаций [11]. Экологические условия оказали влияние не только на частоту хромосомных мутаций, но и на аккумуляцию тяжелых металлов в органах и тканях, устойчивость животных к болезням [6, 14-16, 18, 26]. Поэтому предлагается использовать ряд маркеров, позволяющих прижизненно оценить негативное влияние среды на популяционном и организменном уровнях [19-25, 41].

Таким образом, в результате цитогенетического исследования крупного рогатого скота из районов с разным уровнем антропогенной нагрузки выявлено, что высокий уровень химического загрязнения оказывает влияние на цитогенетический статус животных и вызывает повышение частоты поломок хромосом.

Заключение

Таким образом, установлена повышенная частота клеток с аберрациями и общее число аберраций хромосом в некоторых районах Западной Сибири с более высокой антропогенной нагрузкой.

Частота соматических хромосомных аберраций может быть использована как один из маркеров, характеризующих негативное влияние загрязнения среды на популяции крупного рогатого скота черно-пестрой породы.

Рецензенты:

Наплёкова Н.Н., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой агроэкологии и микробиологии, ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», г. Новосибирск;

Клименок И.И., д.с.-х.н., профессор, заместитель директора по научной работе ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт животноводства Россельхозакадемии, г. Новосибирск.