Группы крови и биохимический полиморфизм белков

Иммуногенетика - раздел генетики, объединяющий иммунологические и генетические методы исследований. Изучение групп крови и биохимического полиморфизма белков являются важными направлениями этой науки. Иммунологические методы используют в селекции сельскохозяйственных животных. Они позволяют контролировать происхождение племенных животных, устанавливать отцовство в сомнительных случаях, определять генетическую структуру пород и линий и решать ряд других вопросов.

Группы крови. Особи любого вида различаются между собой по множеству генетически обусловленных признаков, которые могут быть выявлены иммуногенетически в виде систем антигенов. Антигены - это вещества белковой или белково-полисахаридной основы, несущие признаки генетической чужеродности, которые при введении в организм вызывают иммунный ответ (образование антител). Совокупность эритроцитарных антигенов контролируемых одним локусом, называют генетической системой групп крови.

Антигены групп крови принято обозначать прописными и строчными буквами латинского алфавита (А,В,С и т.д.). В связи с наличием большого количества антигенов буквы пишутся со штрихами (А',В') и с подстрочными индексами (С₁,С₂,С₃). Антигены некоторых систем наследуются в определенных комбинациях - феногруппах.

В настоящее время у крупного рогатого скота открыто 12 систем групп крови, у свиней - 18, у овец - 16, у лошадей - 9, у кур - 14. Системы групп крови бывают сложные и простые. Простые системы включают один или два антигены, а сложные больше двух. Из всех систем наиболее сложной является В-система у крупного рогатого скота, включающая более 40 антигенов, которые в различных комбинациях образуют более 500 аллелей.

Группы крови в каждой системе наследуются как простые менделевские признаки независимо от других систем. Каждый антиген обусловлен одним аллелем.

Большинство аллелей генетических систем групп крови наследуется по типу кодоминирования, т.е. в гетерозиготе фенотипически проявляются оба гена. Можно выделить три основных правила наследования групп крови:

- каждая особь наследует по одному из двух аллелей от отца и от матери в каждой системе групп крови;

- особь с антигенами, не обнаруженными хотя бы у одного из родителей, не может быть потомком данной родительской пары;

- гомозиготная особь по одному антигену, не может быть потомком гомозиготной особи с противоположным антигеном.

Определение групп крови у крупного рогатого скота. Определение групп крови проводят с помощью реагентов (моноспецифических сывороток). У животных берут кровь, центрифугируют для осаждения эритроцитов и сливают надосадочную жидкость. Эритроциты трижды промывают физиологическим раствором и центрифугируют. Из тщательно отмытых эритроцитов готовят 2,5% суспензию для определения групп крови.

Определение групп крови проводят на полиэтиленовых пластинках с ячейками. В лунки капают по две капли реагентов, затем добавляют одну каплю 2,5% суспензии эритроцитов исследуемого животного. Смесь перемешивают и оставляют на 15 мин при комнатной температуре. Затем добавляют по одной капле комплемента (сыворотка крови кролика или морской свинки), смесь встряхивают и оставляют на 30 мин. По истечении этого времени смесь тщательно перемешивают и инкубируют в течение 2-2,5 час при температуре 26-28⁰С. После этого срока проводят читку реакции. При наличии в эритроцитах антигена в сыворотке наступает гемолиз: оболочки эритроцитов разрываются, и гемоглобин окрашивает жидкость в розовый цвет. При отсутствии реакции эритроциты оседают на дно, среда остается неокрашенной.

Биохимический полиморфизм белков. Полиморфизм - одновременное присутствие в популяции двух и более генетических форм одного признака в таком соотношении, что их нельзя отнести к повторным мутациям. Термин биохимический (генетический) полиморфизм применяют в тех случаях, когда редкий аллель встречается с частотой 0,01 или больше. В течение эволюционного процесса в результате мутаций происходят изменения генов, поэтому в популяции они встречаются не в одной, а в двух и более формах. Ген, представленный более чем одним аллелем, называют полиморфным геном. Доля полиморфных локусов точно не известна, но предполагают, что в популяциях животных их доля составляет 20-50%.

Основной метод изучения полиморфизма белков и ферментов – электро-форез в крахмальном или полиакриламидном геле и иммуноэлектрофорез. Белковые молекулы обычно несут определенный электрический заряд, величина которого связана со строением белковых молекул. Поэтому в электрическом поле они продвигаются с разной скоростью, что и позволяет их разделять.

У сельскохозяйственных животных изучено более 150 полиморфных локусов белков крови, молока, слюны и других веществ организма. Аллели, например гемоглобинового локуса, обозначают следующим образом: Hb^A, Hb^B, Hb^C и т.д., а генотипы - Hb^AHb^A, Hb^BHb^B или Hb^A/A, Hb^B/B. В связи с кодоминантным наследованием большинства биохимических полиморфных систем фенотип животного соответствует его генотипу.

Замена некоторых аминокислот в белке вызывает функциональные различия полиморфных типов. Например, у человека, кроме нормального гемоглобина Hb^A, известно 400 аномальных вариантов: S, C,D и др., которые вызывают различные заболевания.

У крупного рогатого скота открыто 13 типов гемоглобина, у свиней - 4 у овец - 5, у лошадей и кур - 2 типа.

Система трансферрина (Tf). Трансферрин является металлопротеином сыворотки крови и осуществляет перенос железа в организме. Выявлена бактериостатическая функция трансферрина, что повышает защитную реакцию животного от инфекций. Этот белок проявляет большой генетический полиморфизм. У крупного рогатого скота зарегистрировано 12 аллелей трансферрина, у овец и коз - 13 аллелей, у свиней - 5.

Кроме полиморфных систем гемоглобина и трансферрина у животных изучено большое количество других: церуллоплазмин,щелочная и кислая фосфотазы, амилаза, постальбумин и др.

В животноводстве полиморфные системы белков крови используются для тех же целей, что и группы крови.

Задачи по иммуногенетике

1. Свиноматка была покрыта двумя хряками. Результаты иммунологи-ческого исследования родителей и потомства приведены в таблице. Установите для каждого поросенка его отца, показав, по каким антигенам сделано заключение об его отцовстве.

Результаты иммунологического исследования родителей

и полученных от них поросят

Животные

А н т и г е н ы

А

Еа

Еb

Еd

Еl

Еf

Fа

Gb

Hb

Kа

Kb

Lа

Свиноматка_456

+

+

-

-

+

-

-

-

+

+

-

-

Хряк 245

-

+

+

+

+

-

+

-

-

+

-

+

Хряк 310

+

-

-

+

+

+

-

+

+

+

-

-

поросенок 1350

+

-

-

+

+

-

-

+

+

-

-

-

+

-

-

+

+

+

-

-

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

+

-

-

+

-

+

+

+

-

+

+

+

-

+

-

-

-

-

-

+

+

+

+

-

+

-

+

+

-

-

-

+

-

-

+

-

-

-

-

+

-

-

-

-

+

+

+

-

+

-

+

-

-

-

2. У свиней система групп крови В представлена двумя кодоминантными аллелями (В_a и В_b). Установите генотипы потомства полученного в следующих вариантах скрещивания: В_a В_a х В_b В_b, В_a В_b х В_a В_b.

3. На племпредприятие поступили быки, записанные в родословной как потомки ценного быка-улучшателя N 340 от разных матерей. В результате иммунологической проверки подлинности происхождения установлено, что генотипы быков в системе групп крови В следующие:

производитель 340 - O₁ V₁ D`G/GOV

потомок 1345 - I`G/BOKЭ`E₂I

потомок 1378 - GE`F`O`/OG`D

потомок 1422 - O`TE`F`K`/GOV

потомок 2187 - BOK`EI/O<sub>1</sub> V<sub>1</sub> D`G

потомок 1699 - GE`F`O`/GOV

Определите, для каких быков происхождение от производителя 340 исключается?

4. Используя результаты определения групп и полиморфных систем белков крови определить достоверность происхождения племенных животных

Семей- ные отнош.	Системы групп крови	Полим.системы
А	В	С	F-V	J	L	S	Z	Hb	Tf	Am
Отец Мать Сын   Отец Мать Дочь   Отец Мать Сын	-/- -/- -/-   -/- А/- -/-   -/- -/А А/А	OQAEFJ/Q OI`/O1 I` OQAEFJ/OI`   I1 I2 /Y2 B B3 E3 /Q Q/I1 I2   BI1 I2 G2 /O` -/I`O` -/ OG"	WX/EWL EWL/W WX/EWL   CE/W X2 /- X2 /CE   С2 E/W X2 /- X2 /W	V/V F/V F/V   F/V F/V F/F   F/F F/F F/V	-/- J/- -/-   J/J2 -/J2 -/J   -/- -/- -/J2	-/- L/- L/-   -/- -/L L/-   -/- -/L L/-	H/H H/H H/H   H/- S/H S/H   H/H H/- -/-	-/- -/- -/-   -/- Z/- -/-   -/- -/Z -/-	А/В А/A А/В   А/A А/В А/A   А/В А/A А/A	А/D А/D D/D   D/D D/E D/D   А/A D/D D/E	B/C B/B B/B   B/B C/C C/B   B/B B/B D/C

5. Женщина с 1 группой крови вышла замуж за гомозиготного мужчину со 2 группой крови. У них родился ребенок. Определите, какую группу крови и какой генотип он имеет.

6. Женщина с первой группой крови вышла замуж за гетерозиготного мужчину с 3 группой крови. Определите, какую группу крови и какие генотипы могут иметь дети.

7. Женщина с 1 группой крови вышла замуж за мужчину с 4 группой крови. Определите, какую группу крови будут иметь дети.

8. Родители имеют 2 и 3 группы крови. Определите, какие группы крови можно ожидать у их детей.

9. У мальчика 1 группа крови, а у его сестры - 4. Определите группы крови их родителей.

10. В родильном доме перепутали двух мальчиков. Родители одного из них имели 1 и 2 группы крови, родители другого - 2 и 4. Исследования показали, что дети имеют 1 и 4 группы крови. Определите, кто чей сын.

11. В семье, где жена имеет 1 группу крови, а муж - 4, родился сын дальтоник с 3 группой крови. Оба родителя различают цвета нормально. Дальтонизм наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак. Определите генотипы родителей и ребенка, а также вероятность рождения второго ребенка дальтоника и его возможную группу крови.

12. У родителей со 2 группой крови родился сын с 1 группой крови, гемофилик. Оба родителя не страдали этой болезнью. Гемофилия наследуется как рецессивный признак, сцепленный с полом. Определите генотипы всех членов семьи и вероятность рождения второго ребенка здоровым и его возможную группу крови.

13. У человека наличие в эритроцитах антигена резус-фактора (Rh⁺) обусловлено доминантным геном D. Его рецессивный аллель обуславливает отсутствие этого антигена (Rh ^–).

Резус-положительная женщина со 2 группой крови, отец которой имел резус-отрицательную кровь 1 группы, вышла замуж за резус-отрицательного мужчину с 1 группой крови. Определите, какова вероятность, что их ребенок унаследует оба признака отца.

14. У крупного рогатого скота трансферрины (ферменты переносчики железа в организме) детерминируются аутосомным геном, имеющим три кодоминантных аллеля: Tf ^A,Tf ^D,Tf^E. Определите возможные типы трансферринов у телят от спаривания животных следующих генотипов:
Tf ^AD х Tf ^AE, Tf ^AA х Tf ^AE, Tf ^DE х Tf ^AD.