logo VIJ

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЖИВОТНОВОДСТВА — ВИЖ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Л.К. ЭРНСТА
ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста

Аннотация к проекту № 22-16-00024 (РНФ)

Основной задачей заявляемого мультидисциплинарного проекта, объединяющего современные биохимические, микробиологические, молекулярно-генетические и зоотехнические подходы и методы является получение новых знаний в области прижизненного формирования и повышения качества продукции птицеводства. При этом ставятся цели фундаментального изучения процессов обмена веществ, антиоксидантной защиты, иммунной системы в организме, качественного состава мяса птицы, как основы создания системы управления качеством продукции на основе современных достижений в области биохимии и физиологии питания, микробиологии и молекулярной биологии. Опираясь на результаты, полученные в проведенных исследованиях, а также достижениях других российских и зарубежных ученых, ставится цель изучения механизмов повышения антиоксидантного статуса животных и качества получаемой продукции (мясо) кур с использованием в питании перспективных антиоксидантов (адаптогенов различной природы). Используя элементы нутригеномики, планируется определить влияние обогащения рационов птицы природными антиоксидантами на экспрессию генов-кандидатов, отвечающих за антиоксидантные свойства организма и иммунитет. В задачи проекта также входит выявление корреляций между определяемыми параметрами физиолого-биохимического статуса организма кур, включая биохимию крови, показатели антиоксидантной защиты (АОЗ), неспецифического иммунитета, гормонального статуса и биохимического состава мяса с последующим созданием модели управления качеством получаемой мясной продукции, в том числе посредством изучения элементов питания. Внедрение и апробация результатов позволит на современном уровне уточнить механизмы формирования, оценки и повышения резистентности организма птицы, улучшить показатели АОЗ, что является основой получения качественной продукции птицеводства. Актуальность данной работы связана с потребностью современного общества в высококачественной животноводческой и птицеводческой продукции как основы здоровья основного потребителя. Заявляемый проект носит комплексный характер, а фундаментальные результаты исследований будут направлены на получение устойчивого к заболеваниям поголовья птицы и мяса птицы, характеризующегося высокой биологической полноценностью и потребительскими свойствами. Полученные данные и рекомендации по их использованию найдут применение в практике птицеводства как для оценки состояния здоровья, так и в разработке элементов технологии кормления птицы, выращиваемой на мясо. Научная новизна исследований по заявляемому проекту заключается в комплексном подходе к оценке формирования качественных характеристик мяса бройлеров современных интенсивно растущих кроссов на основе проведения современных молекулярно-генетических, биохимических, микробиологических, химико-аналитических и зоотехнических исследований. Результаты исследований позволят получить новые знания о метаболических путях и молекулярно-генетических механизмах формирования качества мяса птицы и способах его регуляции с применением в питании антиоксидантов. Сочетание разнообразных и взаимодополняющих методов позволит получить фундаментальные знания о формировании биологических и потребительских свойств мяса. Будет сформирована единая база данных по всем результатам, полученным в рамках проекта, и проведена их компьютерная обработка статистическими методами анализа. На завершающем этапе выполнения проекта будут разработаны референсные значения биохимических и гормональных показателей в организме птицы, которые послужат для практиков руководством оценки состояния здоровья организма бройлеров современных интенсивно растущих кроссов. Будет предложен способ кормления сельскохозяйственной птицы, способствующий улучшению качества мяса. Таким образом, проект имеет как фундаментальное, так и прикладное значение.

Аннотация к проекту № 22-26-00189 (РНФ)

Целью заявляемого проекта является изучение взаимосвязи антиоксидантных свойств и биохимического состава козьего молока с определением влияния макро- и микроэлементов (ММЭ) на активность антиоксидантов и ферментов козьего молока. Изучение продуктов животноводства сегодня выходит далеко за рамки оценки их питательной ценности. Качество и, особенно, функциональность выходят на первый план. Помимо высокой питательной ценности, молоко обладает ярко выраженной функциональной “активностью” Известны его антигипертензивные, противовоспалительные, противоопухолевые, антиоксидантные, антибактериальные, иммуномодулирующие и иммуностимулирующие свойства. Ca, K, Mg, Na, P, Se и Zn и другие ММЭ отлично усваиваются из молока. Богато молоко и антиоксидантами, важными для нейтрализации свободных радикалов, которые являются неотъемлемой частью биохимических реакций в организме. Все эти свойства позволяют ему занимать лидирующие позиции в решении вопросов функционального питания. В частности, козье молоко - отличный источник антиоксидантов. Все это благодаря разнообразию витаминов (A, E, D и других), каротиноидов, серосодержащих аминокислот (прежде всего – цистеина), фосфатов, кальция, цинка, селена, ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы), олигосахаридов и биоактивных пептидов, полиненасыщенных жирных кислот (прежде всего – линолевой, линоленовой и арахидоновой кислот). Например, пищевая ценность и антиоксидантная способность молока животных и молочных продуктов подробно описана в обзоре Khan I.T. и других (2018). Однако недостаточное на наш взгляд внимание уделяется изучению системы антиоксидантной защиты и её взаимосвязи с ММЭ составом молока коз. Несмотря на широкую известность, того факта, что многие ферменты системы антиоксидантной защиты содержат ММЭ не только в своем составе, но и непосредственно в функциональной группе. Например, супероксиддисмутазы (СОД) 1 и 3 содержат в активном центре медь, а цинк является её структурным компонентом. СОД, как и ряд других ферментов антиоксидантной системы, широко присутствуют в козьем молоке. Научная новизна исследований по проекту связана с комплексным подходом к изучению антиоксидантов козьего молока, описании взаимосвязи его антиоксидантных свойств с биохимическим и ММЭ составом в сложной коллоидной системе молока. Предполагаются использование и адаптация разнообразных методов и подходов в изучении антиоксидантов. Проектом предусмотрена фундаментальная модификация аналитических методик, основанных на современных достижениях биологии и химии, физиологии. Таким образом, предлагаемый проект, по нашему мнению, имеет как фундаментальное, так и прикладное значение. Базой предлагаемого проекта служит недавняя работа авторов по антиоксидантам крови овец : Zaitsev S.Y.; Savina A.A.; Volnin A.A.; Voronina O.A.; Bogolyubova N.V. Comparative Study of the Water-Soluble Antioxidants in Fodder Additives and Sheep Blood Serum by Amperometric and Biochemical Methods. Animals, 2020, 10, 1186 (Q1, doi:10.3390/ani10071186).

Аннотация к проекту № 21-76-10038 (РНФ)

В последние годы перспективы развития отрасли свиноводства все в большей степени ассоциируются с созданием наиболее рентабельных стад животных, то есть такого поголовья особей, которое позволит минимизировать затраты на их обслуживание и содержание, при этом обеспечивая стабильную и высокую прибыль от реализации продукции. Селекция на повышение многоплодия свиней сопряжена с довольно серьезными ограничениями, обусловленными как физиологией животных, так и технологическими параметрами производства. Так стратегия совершенствования традиционных «материнских» пород свиней – крупная белая и ландрас, как правило, направлена на получение большего количества жизнеспособного потомства. Однако одностороннее и интенсивное повышение многоплодия неизменно сопровождается увеличением количества мертворожденных поросят в гнездах, что ведет к перерасходу кормов, к прямым затратам на утилизацию погибших поросят, сокращению прибыли хозяйства и повышению экологической нагрузки на окружающую среду. Признаки многоплодия и плодовитости характеризуются низким уровнем наследуемости, что существенно снижает скорость генетических изменений, предполагаемых при проведении селекционных мероприятий. Кроме того, показатели воспроизводительных качеств особей находятся под доминирующим влиянием средовых условий, что сводит генетический прогресс поголовья на основе отбора по фенотипам к минимуму. Наряду с этим, селекция на основе оценок племенной ценности животных по показателям воспроизводства также затруднена, поскольку традиционные оценки племенной ценности характеризуются низкими показателями достоверности, особенно это критично в отношении хряков-производителей, показатели генетического потенциала которых основываются исключительно на результатах опоросов их дочерей. В связи с этим более глубокое понимание механизмов регуляции репродуктивных функций у свиней могло бы ускорить создание более функциональных стад животных, позволило бы управлять изменчивостью многоплодия в пределах границ, оптимальных с точки зрения экономической целесообразности, получать более желательных животных с точки зрения мясных и откормочных качеств. Идентификация локусов количественных признаков (QTL), ассоциированных с репродуктивными функциями у свиней, а также мясными и откормочными показателями даст возможность осуществлять более точный прогноз генетической ценности и хряков, и свиноматок при проведении геномной оценки. Полученные в ходе исследования данные о генотипах чистопородных животных пополнят объем референтной популяции свиней пород крупная белая и ландрас, что увеличит точность геномного прогнозирования по основным селекционным признакам, позволит снизить затраты племенных предприятий на выращивание увеличенного поголовья ремонтного молодняка, даст возможность более раннего отбора особей в основное стадо. Вектор мировых исследований в области свиноводства, направлен на изучение генома животных, поиск значимых ассоциаций между SNP-маркерами и проявлением хозяйственно-полезных признаков, расчет геномных оценок племенной ценности. Основная цель полногеномных ассоциативных исследований состоит в том, чтобы идентифицировать большую часть общей генетической вариации для ассоциации со сложными количественными признаками, что позволяет более четко понимать биологическую основу генетических эффектов, в том числе при разработке новых методов оценки племенной ценности, и повышает эффективность отбора особей. Представляемая исследовательская работа направлена на выявление SNP-маркеров и хромосомных сегментов, маркируемых ими, ассоциированных с фенотипическими проявлениями признаков воспроизводства, мясными и откормочными качествами, а также перепроверку уже открытых и обнаружение новых генов-кандидатов и их функций, регулирующих процессы, ключевые для проявления этих признаков. В нашей работе запланировано проведение прогноза племенной ценности свиней по анализируемым показателям на основе геномных данных и оценок эффектов SNP-маркеров. Одним из особенно информативных аспектов генетической структуры популяции является гомозиготность, при которой в некоторой геномной области отсутствует полиморфизм аллелей. Оценивая генотип локусов, можно идентифицировать геномные области внутри генома индивида, в которых последовательные ДНК-маркеры являются однородно гомозиготными. Они называются областями гомозиготности (ROH). ROH неслучайно распределены по геному, более распространены в областях с низкой рекомбинацией, но также сконцентрированы в небольших областях, называемых островками ROH. Возникновение гомозиготных областей как правило связывают с высоким уровнем родства между особями в популяции из-за постоянного использования небольшого числа высокоценных производителей. Наличие высокого уровня родства в стаде приводит к повышению вероятности того, что потомок может наследовать хромосомные сегменты, которые идентичны по происхождению (IBD) от обоих родителей, что в свою очередь ведет к появлению протяженных ROH. Области гомозиготности увеличивают риск совместной экспрессии рецессивных вредных аллелей, снижая жизнеспособность организма. Второй механизм повышения гомозиготности в популяции - целенаправленный отбор. В этом сценарии частота мутации, которая дает некоторое избирательное преимущество, будет увеличиваться со временем. Важно, что искусственный отбор также действует на нейтральные локусы, находящиеся в неравновесном сцеплении с полезной мутацией. Результаты проведения ROH-анализа могут быть использованы для оценки интенсивности селекции по всем анализируемым фенотипическим признакам, включая ключевые показатели репродуктивной способности животных. Впервые в нашем комплексном исследовании, состоящем из популяционных исследований, анализа геномной структуры закрытой популяции свиней и геномных оценок на их основе будет проведен анализ динамики изменения протяженности и локализации гомозиготных участков в генотипах свиней двух пород в ряду поколений, позволяющий составить представление о действии селекции на геномные изменения в исследуемых чистопородных группах.

Аннотация к проекту № 21-76-10042 (РНФ)

Проект направлен на решение одной из фундаментальных проблем современной биологии, связанной с эндогенной гормональной регуляцией репродукции животных. Подобное углубленное исследование роли кисспептина в качестве одного из основных регуляторов репродуктивной функции коров (Bos Taurus), с учетом влияния других гормонов и генетической изменчивостью животных, будет проводится впервые. В настоящее время не вызывает сомнений, что в процессах активации, реактивации и поддержания функциональной активности репродуктивной функции животных важнейшим элементом является гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ), секретируемый нейронами гипоталамуса. Изменение уровня секреции ГнРГ, определяется совокупностью влияний ЦНС, характером питания животных, их генетикой, действием по принципу прямой-обратной связи различных гормонов и др. Среди этих факторов сравнительно недавно установлено прямое влияние гидрофобного белка кисспептина, который через стимуляцию гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы (ГГГС), изменяет активность половых желез посредством активации ГнРГ. Кисспептин, относящийся к семейству RF-аминопептидов, кодируется геном KISS1. Исследования показали, что кисспептин усиливает секрецию лютеинизирующего (ЛГ) и фолликулостимулирующего (ФСГ) гормонов. При этом, несмотря на доказанную значимость на других видах животных, практически нет научных работ с определением кисспептина и его влиянием на репродуктивную функцию коров. Поэтому, учитывая перспективу клинического применения, важно уточнить роль данного гормона в регулировании репродуктивной функции животных, находящихся на различных стадиях полового цикла. Центральное звено регуляции ГГГС представлено на гипоталамическом (ГнРГ) и гипофизарном уровне (ЛГ, ФСГ, пролактин). Периферическое звено – стероидпродуцирующими железами (гонады, надпочечники), которые синтезируют и секретируют тестостерон, эстрогены, прогестерон и кортизол, а также рядом других органов и тканей, продуцирующих ряд важнейших для регуляции репродуктивной функции гормонов (дофамин, лептин, инсулин, грелин и др.). Поэтому в рамках изучения кисспептина, в качестве одного из главных факторов регуляции воспроизводительной функции, важно уточнить влияние гормонов, оказывающих прямое и опосредованное воздействие на синтез ГнРГ, а также ФСГ и ЛГ. Задачами проекта будут детальный анализ динамики компонентов гормональных систем, влияющих на репродуктивную функцию коров (Bos Taurus) в предотельный и послеотельный периоды. В рамках проекта также будут проведены комплексные исследования, по выявлению ассоциаций вариантов генетического полиморфизма гена KISS1 (SNP, инсерции, делеции, гаплотипы) c показателями эндогенной гормональной регуляции и репродуктивными показателями коров. В результате будет предложена дополненная модель эндогенной гормональной регуляции репродуктивной системы коров с учетом влияния кисспептина. В настоящее время эта задача никем не реализована. Основным итогом работ данного проекта станет также идентификация новых биомаркеров для направленной селекции для улучшения воспроизводительных качеств коров.

Аннотация к проекту № 21-66-00007 (РНФ)

Решение проблемы дальнейшего повышения продуктивности животных, улучшения качества и расширения спектра производимой продукции требует лучшего понимания структуры и функции геномов сельскохозяйственных животных, механизмов их взаимодействия с негенетическими компонентами систем производства (например, условиями окружающей среды), как основы разработки эффективных геном-ориентированных технологий управления биоресурсами для повышения эффективности сельскохозяйственного производства. До недавнего времени большая часть исследований в области генетических технологий для использования в сельском хозяйстве была сосредоточена на секвенировании геномов, обнаружении и каталогизации вариантов последовательностей для различных видов и пород. Для всех основных видов и пород сельскохозяйственных животных, используемых в сельскохозяйственном производстве, актуальным является прогнозирование фенотипа индивидуума на основе его генотипа и окружающей среды. Стоит задача повышения точности прогнозирования фенотипа посредством разработки и внедрения технологий геномной селекции. В животноводстве, особую важность развитие технологий геномной селекции имеет для отраслей, в которых экономическая ценность отдельного животного низка по сравнению с затратами на генотипирование (например, овцеводство, птицеводство, аквакультура). Дальнейший прогресс в области генетического совершенствования видов и пород сельскохозяйственных животных связывают с развитием технологий геномного редактирования (GE). GE-технологии являются наиболее быстрым и эффективным способом интродукции в популяции заданных генетических изменений. Именно применение GE-технологий в рутинном режиме, в будущем станет определяющим фактором в обеспечении конкурентоспособности национальных систем производства сельскохозяйственной продукции. Для животноводства актуальным является создание технологических цепочек, начиная от выбора мишени и разработки стратегии ее направленного изменения, разработки методов эффективной интродукции заданных генетических изменений в эмбриональные линии до получения потомства и его эффективной интеграции в программах разведения. Создание таких технологических цепочек для каждого из видов домашних животных обеспечит возможность их воспроизведения практически для любых целей (мишеней) геномного редактирования и сделает рутинной процедурой решение одной из основных задач программы развития геномных исследований для использования в сельском хозяйстве – создание линий животных с заданными свойствами. Заявляемый проект направлен на разработку генетических технологий для использования в сельском хозяйстве, в частности в животноводстве и аквакультуре, что является одним из направлений реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019-2027 гг. Целью проекта является получение новых знаний о структурной и функциональной изменчивости геномов сельскохозяйственных животных разных видов, птиц и рыб в аквакультуре, разработка и совершенствование технологий геномной селекции и геномного редактирования для направленного внесения заданных генетических изменений в популяции, создание и тиражирование на основе разработанных технологий линий сельскохозяйственных животных, птиц и рыб в аквакульутре, характеризующихся улучшенными хозяйственно-полезными качествами. Запланированные в рамках реализации проекта исследования будут направлены на решение следующих конкретных задач: (1) Изучить геномную архитектуру биоресурсов сельскохозяйственных животных, птиц и рыб в аквакультуре с целью идентификации потенциальных мишеней для геномной селекции и геномного редактирования. (2) Осуществить поиск генов, ассоциированных с развитием хозяйственно-полезных признаков сельскохозяйственных животных, птиц и рыб в аквакультуре на основании полногеномного генотипирования и точного фенотипирования модельных популяций для разработки программ геномной селекции в животноводстве. (3) Создать новые и улучшенные линии сельскохозяйственных животных и птиц на основе разработки и усовершенствования комплекса геномно-эмбриональных технологий и геномного редактирования. В результате проведенных полногеномных исследований ядерной и митохондриальной изменчивости сельскохозяйственных животных, птиц и рыб в аквакультуре будут получены новые знания о геномной архитектуре отечественных генетических ресурсов крупного рогатого скота, коз, овец, кур и стерляди, будет уточнена демографическая история пород и определено действие естественного и искусственного отбора на изменчивость геномов изучаемых видов, будут идентифицированы позиционные гены-кандидаты, ассоциированные с адаптационными качествами и отражающие действие отбора в условиях применяемых селекционных стратегий, и выполнена их функциональная аннотация. Впервые на основании сравнительных исследований археологических и современных образцов крупного рогатого скота России будут идентифицированы «древние» компоненты, сохранившиеся в геномах современных представителей пород. Будут определены соответствующие позиционные гены-кандидаты и выполнен их функциональный анализ. Полученные данные будут рассмотрены в аспекте глобального генетического разнообразия видов сельскохозяйственных животных, а также в связи с природно-климатическими условиями зон разведения пород и направлений селекционно-племенной работы с ними. Результаты исследований геномной архитектуры отечественных пород внесут весомый вклад в оценку современного состояния мировых генетических ресурсов. Полученные результаты будут использованы при совершенствовании программ разведения и консервации отечественных пород и линий сельскохозяйственных животных, птиц и рыб в аквакультуре, а также отборе животных – доноров ценных генотипов для использования в программах геномной селекции и геномного редактирования. На основании проведенных полногеномных ассоциативных исследований в созданных модельных популяциях будут идентифицированы гены-кандидаты, ответственные за проявление хозяйственно-полезных качеств коз, овец, кур и стерляди, включая показатели интенсивности роста, мясной продуктивности, качества мяса коз, овец и кур, показатели массонакопления и плодовитости стерляди. Будут отобраны животные – родоначальники новых улучшенных линий в козоводстве, а также заложена линия стерляди с повышенным накоплением массы. Будут разработаны рекомендации по использованию результатов исследований для организации программ маркерной и геномной селекции в козоводстве, овцеводстве, птицеводстве и осетроводстве, что позволит повысить степень повышения генетического прогресса в селекции вышеназванных видов. Будут разработаны эффективные технологии направленного изменения генома крупного рогатого скота, овец и кур с использованием геномного редактирования. С использованием разработанных технологий будут заложены линии овец и кур с улучшенными хозяйственно-полезными признаками. Разработанные технологии станут фундаментальной основой для внедрения технологий геномного редактирования в практическое животноводство, сделают возможным дальнейшее повышение степени генетического прогресса в селекции и в условиях наблюдаемого развития аналогичных технологий в мире обеспечат конкурентоспособность отечественного племенного материала на глобальном рынке.