Разделить по полу

Текст: В. Ю. Сидорова, д-р с.-х. наук, гл. науч. сотр., ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

В практике молочного и мясного животноводства большое значение имеет получение потомства определенного пола: в рамках первого направления нужны телочки, второго — бычки для откорма. В связи с этим практикуется разделение семенного материала быков-производителей.

На животноводческих фермах рождается примерно одинаковое количество особей мужского и женского пола — 51 и 49% соответственно. При этом коровы дают основной объем молока с хорошими показателями и отличаются высокой продуктивностью, а бычки молочных пород чаще отправляются на племенную продажу или откорм для реализации на мясные цели. Они оказываются непригодными для повышения рентабельности предприятий по производству сырого молока, поэтому легко могут быть заменены более прибыльными телками. В связи с необходимостью уменьшить рождение потомства нежелательного пола и увеличить количество нужных особей в научных лабораториях племенных предприятий реализуется разделение семенного материала по полу потомства, что имеет свои особенности.

МНОГООБРАЗИЕ СПОСОБОВ

Разделение семени по X- и Y-хромосомам может осуществляться несколькими способами. Основные из них — метод лазерного сексирования, ультрафиолетового разложения, электрофореза, мембранного разъединения посредством задержки крупных половых клеток в сеточных структурах пористых материалов, осаждения наиболее массивных гамет с двумя Х-хромосомами и другие. Известны эксперименты по разделению спермы быков-производителей на фракции окрашиванием, центрифугированием, электрофорезом, гравитационным осаждением, то есть седиментацией, с помощью аминокислотных препаратов, органических красителей, плотных сред. Разрабатываются методы количественного определения ДНК в спермиях путем измерения интенсивности флуоресценции ядер. Полученные результаты могут стать предпосылкой для успешного разделения спермиев по полу потомства на X- или Y-хромосомы. Все они напрямую связаны с морфофизиологическими особенностями сперматозоидов.

С целью изучения основных методов разделения семенного материала по полу и их эффективности специалисты провели научные исследования. В рамках них использовались имитационное моделирование с применением электрофореза и хроматографии, лазерное разделение на колонках, разъединение семенного материала с применением мембран, приборов для создания градиента концентрации и условий для седиментации по массе. Для определения племенной ценности потомства реализовывались методы очистки и выделения нуклеиновых кислот, ДНК, РНК, радикалов фосфатной группы.

БОГАТЫЙ СОСТАВ

Половые клетки быка-производителя представляют собой сложно дифференцированные многоклеточные тела, отделяющиеся из зародышевого многослойного эпителия и преобразующиеся при сперматогенезе в различные промежуточные формы путем последовательных делений и роста. Продолжительность сперматогенеза является постоянной величиной и составляет 62–63 дня. На его длительность не оказывают влияние эндогенные и экзогенные факторы, а только генетические.

Методы разделения, или сексирования, спермы быков-производителей по хромосомам Х и Y напрямую зависят от ее химического состава. Она имеет нейтральную или слабокислую кислотность — 7 или 6,7–6,9. Большую ее часть занимает вода — 85–98%, остальные 2–15% приходятся на сухое вещество, в том числе на 1–15% белков. Сперма крупного рогатого скота богата сухим веществом, протеинами и липидами, а также фруктозой и лимонной кислотой. Спермии составляют 14% от объема эякулята, секреты желез — до 40%, в частности предстательной — 5–6%, куперовых и уретральных — до 30%, придатка — 5–10%. Кроме того, в данном веществе содержатся кальций, магний, железо, медь.

МЕТОДЫ РАЗЪЕДИНЕНИЯ

На химических свойствах семени быков основан способ его разделения магнитным полем. Вещество пропускают через флуоресцентный раствор хромированного металла и далее запускают в магнитное поле. Поток с семенной жидкостью распадается на части — Х- и Y-хромосомы, при этом получение образцов с желательным полом, то есть телок, достигает 92%.

Еще один способ сексирования семени основан на различиях в размерах гамет. Более легкие и компактные сперматозоиды с генетически нейтральной Y-хромосомой проходят через барьер, а относительно плотные и массивные носители Х-хромосомы остаются на мембране, откуда легко смываются проточной водой. Недостатком такого метода следует считать повреждение сперматозоидов, что отслеживается дополнительно. Чистота сексирования при таком подходе оказывается несколько ниже и составляет 70–72%.

Проведенные исследования позволили установить, что семенной материал быков-производителей отечественной селекции, как правило, несмотря на высокую подвижность спермиев — 9–10 баллов, включает значительное число аномальных экземпляров — порядка 7–9%, имеющих повреждения различных частей. Сексированное семя освобождено от этих недостатков, поэтому у него возможна пониженная концентрация спермиев.

ПО РАЗНЫМ СВОЙСТВАМ

Профессор эмбриологии в Медицинском колледже Вайля Корнелла в Нью-Йорке доктор Джанпьеро Палермо сообщал, что средний размер сперматозоида быка составляет 65 мкм. Варианты с Y-хромосомой оказываются легче по сравнению со второй разновидностью, причем разница может достигать 15–18%. В плотной среде более легкие сперматозоиды поднимаются вверх, а более тяжелые — опускаются вниз. На этом свойстве основан метод седиментации, то есть гравитационного осаждения более тяжелых спермиев. Такое разделение не нарушает структурную целостность гамет, однако за счет колебания величины их средних показателей, которая равняется Cv = 13,3%, чистота сексирования оказывается низкой — 55–65%.

Еще одним методом разделения сперматозоидов по полу является электрофорез. Для этого семя, обработанное разбавителем, помещают в U-образную трубку и пропускают постоянный электрический ток, посредством которого сперматозоиды с отрицательным зарядом направляются к положительному полюсу устройства и наоборот. Затем правое и левое плечи прибора разнимают при помощи запорного крана. Степень разделения сперматозоидов по полу потомства довольно высокая и составляет 90–92%.

Использование проточного цитометра считается основным способом разъединения семени быков-производителей по полу за рубежом. Главная особенность сексирования спермы в этом случае заключается в способности проточной цитометрии к люминесценции. Когда она разделяется на X- и Y-хромосомы, первый тип гамет содержит на 4% больше молекул ДНК, чем генетически нейтральный второй вариант, поэтому они поглощают на 4% больше флуоресцентного красителя. В итоге получается сперма, разделенная по полу, или сексированное семя, с концентрацией сперматозоидов свыше четырех миллионов штук, при этом разница в размерах достигает 4%. Сперму окрашивают веществом Hoechst 33342, которое проникает в половую клетку и избирательно связывается с базовыми парами.

УРОВЕНЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Таким образом, для разделения семенного материала быков-производителей по полу потомства можно использовать различные методы: магнитный поток, мембранные технологии, седиментацию, электрофорез, хотя существуют и другие способы. В процессе разъединения на Х- и Y-хромосомные половые клетки сперматозоиды подвергаются перепадам давления, а также воздействию лазера, в результате чего может снижаться их оплодотворяющая способность. Сортировка может быть осуществлена различными способами, основанными на учете генетико-биологических технологий разделения сперматозоидов в электромагнитном поле, электрофорезом, седиментацией и так далее. В итоге всех манипуляций существует возможность получить ультрасексированную сперму бренда с высокой концентрацией сперматозоидов в одной дозе. Эффективность методик с учетом оплодотворяющей способности семени производителей составляет от 55 до 95% особей желаемого пола.

Следует отметить, что аналогичными методами, а также посредством электромагнитных полей в гель-сформированных средах можно определять племенную ценность потомства, в частности приспособленность к роботизированному доению с учетом формы вымени. Этот новый индекс RCI был основан на данных, собранных на соответствующих фермах. Помимо этого можно осуществлять прижигание нежелательных Х- или Y-хромосом в зависимости от направления будущей продуктивности.