On the Disappearance of the Pleiotropic Effect of the N Gene of the Scale Cover in Carp (Сyprinus carpio L.)

Full Text

Чешуйный покров у карпа определяется действием двух несцепленных аутосомных генов S и N, сочетание доминантных и рецессивных аллелей которых дает четыре известных фенотипа: чешуйчатый (Ssnn; SSnn), разбросанный (ssnn), линейный (SsNn) и голый (бесчешуйный) (ssNn) [1–4]. Гомозиготы NN нежизнеспособны и погибают в позднем эмбриогенезе [5].

Сразу же после установления наследования чешуйного покрова было обнаружено плейотропное действие генов S и N, особенно широко и сильно оно проявляется у гена N [6–8].Плейотропный эффект генов чешуйного покрова впоследствии былнеоднократно подтвержден, в том числе в последние годы [9–11].

В своей монографии В.С. Кирпичников [4] дал обзор многочисленных исследований плейотропного эффекта гена N. У голых карпов ssNn по сравнению с разбросанными ssnn отмечены пониженная жизнеспособность и скорость роста, уменьшенное число глоточных зубов, низкое содержание гемоглобина в крови, сниженное число эритроцитов, низкие устойчивость к дефициту кислорода и иммунологическая реактивность, уменьшены число лучей в спинном, анальном и грудных плавниках, а также число жаберных тычинок. Голые карпы имеют более высокий индекс прогонистости, т.е. отношение длины к наибольшей высоте тела у них выше, чем у разбросанных. При ухудшении условий выращивания негативное влияние гена N проявляется особенно остро [12].

Низкие продуктивные показатели линейных и голых карпов привели к тому, что на территории России и Европы рыбы с таким фенотипом полностью исчезли в товарных хозяйствах и сейчас их можно встретить лишь в отдельных племенных хозяйствах. Тем не менее линейные и голые карпы по-прежнему вызывают повышенный интерес потребителей [13].

Настоящая работа предпринята в связи с тем, что при изучении рыбоводных свойств потомства от скрещивания голых самок с разбросанными самцами мы обнаружили, что голые сеголетки по выживаемости и скорости роста не уступили разбросанным. Это заставило нас провести сравнительное исследование голых и разбросанных карпов разного возраста по тем признакам, по которым ранее был описан плейотропный эффект гена N.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом служили карпы из кросса N × МР, полученные в 2019 г. скрещиванием самок с голым фенотипом (N) и самцовпороды московский разбросанный (МР). Такое скрещивание (ssNn × ssnn) дает потомство, состоящее из голых и разбросанных карпов в соотношении 1 : 1 (рис. 1). Производители московского разбросанного и голого карпов взяты из племенного стада, содержащегося в Опытном селекционно-племенном хозяйстве ВНИИПРХ “Якоть”.

 

Рис. 1. Двухлетки карпа из кросса N × МР с разбросанным чешуйным покровом (а) и бесчешуйные (голые) (б).

 

У голых и разбросанных карпов из кросса N × МР изучали рыбоводные, морфологические и физиологические признаки, на которые, по литературным данным, распространяется плейотропное действие гена N [4].

Рыбоводные опыты

Половые продукты от производителей получали по стандартным методикам заводского воспроизводства карпа [14]. Икра была получена от 12 самок голого карпа. Равные порции икры каждой самки были смешаны, и из этой смеси было взято шесть равных частей по 800 г. Каждая часть была оплодотворена смесью спермы трех самцов московского разбросанного карпа и помещена на инкубацию в аппараты Вейса. После вылупления личинки из инкубационных аппаратов попали в один общий лоток.

Выращивание рыб проводили в прудах. Сеголеток выращивали в пруду площадью 2 га, плотность посадки составляла 60 тыс. шт./га. Двухлеток выращивали в пруду совместно с волжским сазаном того же возраста. Сазан был подсажен для достижения товарной плотности посадки, т.е. 3200 шт./га. Зимовали карпы также в прудах при совместной посадке голых и разбросанных рыб.

В конце каждого сезона выращивания у выловленных рыб с разным чешуйным покровом определяли среднюю массу и выживаемость. Среднюю массу сеголеток определяли путем взвешивания на электронных весах нескольких проб по 500 рыб в каждой, таким образом были взвешены все выращенные рыбы. Так же определяли и среднюю массу двухлеток, но в каждой пробе было по 10 рыб. Выживаемость рассчитывали по соотношению числа выловленных рыб к числу посаженных на выращивание.

Гемоглобин и число эритроцитов в крови у годовиков

После вылова из зимовальных прудов часть годовиков поместили в аквариумы с проточной водой и адаптировали к аквариальным условиям в течение месяца [15]. Рыб с разным фенотипом содержали совместно.

После адаптации определяли концентрацию гемоглобина и число эритроцитов. Сбор образцов проводили по стандартным методикам [16]. Концентрацию гемоглобина в крови и подсчет эритроцитов проводили согласно методическим указаниям по проведению гематологического обследования рыб [17].

Морфометрическое описание двухлеток

Проводили измерения и определение индексов морфометрических показателей [18]. Измерение признаков морфотипа рыб проводили по цифровым фотографиям с использованием компьютерной графической программы Adobe Photoshop [19].

Меристические признаки

Определение числа ветвистых лучей в спинном и анальном плавниках, глоточных зубов и тычинок в первой жаберной дуге проводили по стандартным методикам [18].

Статистическая обработка

Статистическую обработку полученных данных проводили в программе Statistica 8.0. Вначале проводили проверку выборки на нормальность. Для анализа выборок с нормальным распределением использовали критерий Стьюдента, для выборок с ненормальным распределением использовали критерий Манна–Уитни [20–21].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Рыбоводные опыты

Осенью, после каждого сезона выращивания, рыб разделяли по чешуйному покрову на голых и разбросанных и определяли рыбоводные показатели.

Результаты выращивания сеголеток представлены в табл. 1. Выживаемость голых и разбросанных сеголеток рассчитывали, исходя из предположения, что соотношение особей с генотипами Nnss и nnss среди личинок равно 1 : 1. Как видно из табл. 1, это соотношение осталось таким же и у сеголеток. Различия в средней массе сеголеток статистически недостоверны.

 

Таблица 1. Рыбоводные показатели сеголеток кросса N × МР с разным типом чешуйного покрова

Тип чешуйного покрова	Количество, шт.	Средняя масса, г M ± m	Выживаемость, %	Соотношение рыб с разным чешуйным покровом, %
Голый	9606	13.28 ± 1.31	16.01	50.65
Разбросанный	9357	14.13 ± 1.45	15.59	49.35

Примечание. Для табл. 1, 2, 4–7: M ± m – среднее значение признака ± ошибка среднего значения.

 

Рыбоводные показатели двухлеток представлены в табл. 2. И на втором году жизни голые и разбросанные карпы проявили сходные показатели по средней массе роста и выживаемости.

 

Таблица 2. Рыбоводные показатели двухлеток кросса N × МР с разным типом чешуйного покрова

Тип покрова	Посажено весной		Выловлено осенью			t; p
	шт.	ср. масса, г M ± m	шт.	ср. масса, г M±m	Выживаемость, %
Голый	540	17.2 ± 0.97	173	554.2 ± 11.76	32.0	0.46; p > 0.05
Разбросанный	540	17.9 ± 0.97	179	561.2 ± 9.22	33.1

Примечание. t –критерий Стьюдента по показателю средняя масса, p – уровень значимости.

 

Результаты зимовки двухлеток и трехлеток представлены в табл. 3. Двухлетки зимовали в двух прудах, трехлетки – в одном. Выживаемость колебалась в разных зимовальных прудах, но в среднем она оказалась сходной между голыми и разбросанными карпами.

 

Таблица 3. Зимовка голых и разбросанных карпов в прудах

Возраст при посадке	Группа	Посажено, шт.	Выловлено, шт.	Отношение вылоыленных к посаженным, %
Двухлетки	голые	77	52	67.5
	разбросанные	74	70	94.6
Двухлетки	голые	72	72	100.0
	разбросанные	55	46	83.6
Трехлетки	голые	60	57	95.0
	разбросанные	40	36	90.0
Среднее по трем повторностям	голые	69.6 ± 5.04	60.3 ± 6.01	875 ± 10.1
	разбросанные	56.3 ± 9.84	50.6 ± 10.1	89.4 ± 3.2

 

Гемоглобин и число эритроцитов в крови у годовиков

У годовиков были определены некоторые показатели красной крови. Результаты представлены в табл. 4. Достоверных различий между показателями не обнаружено.

 

Таблица 4. Показатели красной крови у голых и разбросанных годовиков

Тип чешуйного покрова	Концентрация гемоглобина в крови, г/л M ± m	Число эритроцитов в крови, млн/см3 M ± m	U; p
Голый (N = 26)	55.79 ± 3.32	0.92 ± 0.06	179; p > 0.05
Разбр. (N = 17)	57.81 ± 2.21	0.88 ± 0.04	220; p > 0.05

Примечание. U – критерий Манна–Уитни для выборок с ненормальным распределением; p – уровень значимости. N – число особей.

 

Морфометрическое описание двухлеток

Результаты морфометрического анализа двухлеток представлены в табл. 5. Показаны достоверные различия индексов некоторых пластических признаков между голыми и разбросанными рыбами из кросса.

 

Таблица 5. Морфометрические индексы двухлеток кросса N × МР с разным типом чешуйного покрова

Признак	Голый (N = 54)	Разбросанный (N = 46)	t; p
	M ± m	M ± m
Длина без хвостового плавника (AD), см	27.66 ± 0.22	27.76 ± 0.29	0.27; p > 0.05
Индексы пластических признаков, % от AD
Длина туловища	73.97 ± 0.24	73.14 ± 0.07	1.54; p > 0.05
Длина рыла	7.39 ± 0.11	7.25 ± 0.11	0.85; p > 0.05
Диаметр глаза	3.86 ± 0.05	3.81 ± 0.05	0.65; p > 0.05
Заглазничный отдел головы	16.56 ± 0.12	16.75 ± 0.13	1.07; p > 0.05
Длина головы	26.30 ± 0.22	26.35 ± 0.21	0.15; p > 0.05
Высота головы	23.99 ± 0,16	24.06 ± 0.16	0.30; p > 0.05
Наибольшая высота тела	39.55 ± 0.23	40.14 ± 0.28	1.61; p > 0.05
Наименьшая высота тела	13.98 ± 0.07	14.29 ± 0.09	2.54; p < 0.05
Антедорсальное расстояние	54.35 ± 0.22	54.41 ± 0.49	0.11; p > 0.05
Постдорсальное расстояние	17.93 ± 0.10	17.62 ± 0.21	1.06; p > 0.05
Длина хвостового стебля	15.08 ± 0.10	14.38 ± 0.17	3.49; p < 0.05
Длина основания спинного плавника	37.64 ± 0.27	38.72 ± 0.26	2.87; p < 0.05
Высота спинного плавника	11.73 ± 0.28	12.41 ± 0.27	1.70;p > 0.05
Длина основания анального плавника	6.89 ± 009	8.27 ± 0.12	8.74; p < 0.05
Высота анального плавника	11.20 ± 0.21	12.38 ± 0.17	4.13; p < 0.05
Длина грудного плавника	19.86 ± 0.17	20.47 ± 0.17	2.49; p < 0.05
Длина брюшного плавника	14.68 ± 0.16	14.93 ± 0.19	0.99; p > 0.05
Пектовентральное расстояние	26.13 ± 0.16	26.32 ± 0.19	0.77; p > 0.05
Вентроанальное расстояние	28.85 ± 0.17	27.67 ± 0.20	4.46; p < 0.05

Примечание. t – критерий Стьюдента; p – уровень значимости. Полужирным шрифтом отмечены значения критерия Стьюдента для признаков, имеющих достоверные различия. N – число особей.

 

Меристические признаки

Число глоточных зубов и число жаберных тычинок в первой жаберной дуге у двухлеток кросса N×МР c разным чешуйным покровом представлены в табл. 6, число лучей в спинном и анальном плавниках представлено в табл. 7.

 

Таблица 6. Число глоточных зубов и тычинок в первой жаберной дуге у рыб из кросса N × МР с разным типом чешуйного покрова

Признак	Голый (N = 13) M ± m	Разбросанный (N = 14) M ± m	U; p
Число глоточных зубов, шт.	6.84 ± 0.18	9.21 ± 0.18	2.0; p < 0.05
Число тычинок в первой жаберной дуге, шт.	20.69 ± 0.64	20.14 ± 0.49	70.5; p > 0.05

Примечание. U –критерий Манна–Уитни для выборок с ненормальным распределением; p – уровень значимости. Полужирным шрифтом отмечены значения U-критерия для признаков, имеющих достоверные различия. N – число особей.

 

Таблица 7. Количество ветвистых лучей в спинном и анальном плавниках у рыб из кросса N × МР с разным типом чешуйного покрова

Признак	Голый (N = 30) M ± m	Разбросанный (N = 30) M ± m	t; p
Число лучей в спинном плавнике, шт.	14.36 ± 0.56	18.73 ± 0.3	6.83; p < 0.05
Число лучей в анальном плавнике, шт.	3.4 ± 0.18	5.7 ± 0.09	11.07; p < 0.05

Примечание. t – критерий Стьюдента; p – уровень значимости. Полужирным шрифтом отмечены значения t-критерия для признаков, имеющих достоверные различия. N – число особей.

 

Число жаберных тычинок оказалось одинаковым у голых и разбросанных карпов, значения остальных исследованных меристических признаков были достоверно выше у разбросанных карпов.

ОБСУЖДЕНИЕ

В потомстве от скрещивания голых и разбросанных карпов (Nnss × nnss) изучены восемь признаков, по которым ранее был продемонстрирован плейотропный эффект гена N [4]. В исследованном нами потомстве плейотропный эффект нашел свое проявление только в меристических признаках (в трех из четырех изученных). По признакам, характеризующим физиологическую полноценность (скорость роста, жизнеспособность, число эритроцитов, концентрация гемоглобина), плейотропный эффект гена N не обнаружен (рис. 2). Плейотропный эффект гена N также обнаружен при изучении 19 морфологических индексов (табл. 5) из которых семь достоверно различались у голых и разбросанных карпов.

 

Рис. 2. Отношение величин различных признаков у голых карпов к соответствующим значениям у разбросанных карпов по литературным данным [4] и данным настоящей работы.

 

В работе Л.И. Цветковой [12], которая была выполнена на материале этой же племенной группы карпов носителей гена N, содержащейся на селекционно-племенной базе ВНИИПРХ “Якоть”, плейотропный эффект гена N по жизнеспособности и скорости роста был продемонстрирован, причем он усиливался при выращивании карпов в неблагоприятных условиях. Семь поколений спустя мы наблюдаем исчезновение плейотропного эффекта. И его исчезновение не связано с улучшением условий выращивания, поскольку условия в наших опытах также были весьма неблагоприятными. На это указывают низкие рыбоводные результаты: выживаемость сеголеток 16%, двухлеток – 30%, невысокая средняя масса (табл. 1 и 2).

Пока трудно судить, насколько стабильными распространенным окажется обнаруженное в настоящей работе исчезновение плейотропного эффекта гена N. Очевидно, что в ответ на действие вредных генов, которые по каким-либо причинам сохраняются в популяции, должны складываться аллельные комплексы, направленные на компенсацию негативного влияния. И если вредный ген обладает плейотропным эффектом, то его плейотропия должна также ослабляться или исчезать. Математическая модель эволюции плейотропии показала, что плейотропный эффект генов, влияющих на физиологическую полноценность организма, в ряду поколений должен уменьшаться [22]. По данным М.А. Ахмедова [23], гибридная карликовость пшеницы обусловлена плейотропным влиянием двух генов. Многократный отбор в родительских линиях высокорослых растений привел к формированию константных линий без признаков гибридной карликовости и к исчезновению плейотропного эффекта.

В 2022 г. мы повторно получили и вырастили сеголеток карпа от скрещивания Nnss × nnss. И в этом случае скорость роста и выживаемость голых и разбросанных сеголеток оказались сходнымы.

Кросс N × МР обладает ценными свойствами для потребителей: 50 % особей не имеют чешуи, что удобно для кулинарии. Результаты выращивания рыб этого кросса показали, что основные рыбохозяйственные характеристики у рыб с разным чешуйным покровом практически одинаковы. Таким образом, в комбинации Nnss × nnss отсутствует негативное действие гена N, что открывает возможность использования голых карпов в аквакультуре.

Работа выполнена в рамках Государственного задания “Проведение прикладных научных исследований”. Исследования проводились при поддержке гранта № 075-15-2021-1084 Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Авторы выражают благодарность А.В. Рекубратскому, сотрудникам лаборатории генетики и селекции рыб ВНИИПРХ за помощь в подготовке и проведении исследовательской работы, а также сотрудникам ОСПХ “Якот” за помощь в проведении рыбоводных работ.

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

About the authors

E. V. Vinogradov

Branch for freshwater fisheries of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Author for correspondence.
Email: vinogradus11@gmail.com
Russian Federation, Moscow oblast, Rybnoe, 14182

V. V. Karavaev

Branch for freshwater fisheries of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: vinogradus11@gmail.com
Russian Federation, Moscow oblast, Rybnoe, 141821

D. A. Balashov

Branch for freshwater fisheries of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: vinogradus11@gmail.com
Russian Federation, Moscow oblast, Rybnoe, 141821

V. N. Dement’ev

Branch for freshwater fisheries of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: vinogradus11@gmail.com
Russian Federation, Moscow oblast, Rybnoe, 141821

V. M. Simonov

Branch for freshwater fisheries of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: vinogradus11@gmail.com
Russian Federation, Moscow oblast, Rybnoe, 141821

L. A. Shart

Branch for freshwater fisheries of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: vinogradus11@gmail.com
Russian Federation, Moscow oblast, Rybnoe, 141821

E. Yu. Zhurenkova

Branch for freshwater fisheries of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: vinogradus11@gmail.com
Russian Federation, Moscow oblast, Rybnoe, 141821

References

Supplementary files