Wojciech Neja
Katedra Hodowli Bydła, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
Dobrze prowadzony rozród bydła warunkuje uzyskiwanie postępu hodowlanego oraz korzyści z przychówku przeznaczonego na remont własnego stada lub opas bydła. Kierowanie rozrodem wymaga od hodowcy znajomości anatomii, fizjologii, biochemii, hodowli i żywienia. Ponadto w rozrodzie na szeroką skalę wykorzystuje się wiedzę z dynamicznie rozwijającej się interdyscyplinarnej dziedziny jaką jest biotechnologia.
W biotechnologii rozrodu dużą rolę odgrywają osiągnięcia z zakresu fizjologii, endokrynologii, embriologii oraz techniki instrumentalnej. Stosowane w praktyce hodowlanej metody biotechnologii rozrodu można podzielić na związane z rozrodem samców i samic. Do metod związanych z rozrodem samców zaliczamy inseminację, kriokonserwację nasienia, oznaczanie płci i sortowanie plemników.
Inseminacja
Inseminacja i kriokonserwacja były jedną z pierwszych biotechnik, którą zastosowano w rozrodzie bydła. Jej zasięg i znaczenie szczególnie wzrosły z chwilą wprowadzenia do praktyki metody przechowywania nasienia w temperaturze ciekłego azotu (-196°C). Czas i odległość dzielące samca i samicę przestały wówczas odgrywać jakąkolwiek rolę, a nasienie najlepszych rozpłodników, po wcześniejszej ocenie wartości genetycznej, może być wykorzystywane na szeroką skalę. Przy aktualnych metodach konserwacji nasienia z jednego pobranego ejakulatu buhaja można wyprodukować kilkaset dawek inseminacyjnych. W ciągu roku pobierając nasienie od buhaja można zatem uzyskać kilkadziesiąt tysięcy porcji nasienia.
Zalety inseminacji
Do podstawowych zalet inseminacji należą:
■ szybkie i łatwe uzyskiwanie postępu hodowlanego nie tylko w oborach elitarnych, ale także w pogłowiu masowym dzięki temu, że od jednego buhaja przygotowuje się w roku kilkadziesiąt tysięcy dawek inseminacyjnych i tyle też samic można nimi unasienić,
■ ułatwienie walki z chorobami przenoszonymi podczas krycia, gdyż nie ma bezpośredniego kontaktu buhaja z krową. Nasienie rozpłodników wykorzystywane w sztucznej inseminacji podlega rygorystycznej kontroli sanitarno-weterynaryjnej,
■ możliwość korzystania z nasienia buhajów o najwyższym potencjale genetycznym i produkcyjnym bez względu na to, w jakim kraju czy na jakim kontynencie one żyją,
■ indywidualny dobór buhaja według założonego celu i potrzeb (np. podnoszenie wydajności mlecznej, poprawa składu mleka, produkcja określonego typu materiału rzeźnego),
■ oszczędność sił i czasu hodowcy-właściciela samicy, bowiem to inseminator dojeżdża do jego gospodarstwa na każde praktycznie wezwanie i na miejscu, w oborze, wykonuje zabieg unasieniania,
■ możliwość stosowania różnych ras buhajów do krzyżowania towarowego, wzbogacającego stado o korzyści płynące z efektu heterozji,
■ możliwość wykorzystania potomstwa po wybitnych buhajach i krowach o wysokiej wydajności do reprodukcji lub na sprzedaż.
Skuteczność sztucznego unasieniania jest uzależniona od spełnienia następujących warunków:
■ prawidłowego zarządzania stadem,
■ naturalnie wysokiego poziomu płodności bydła, który uzyskuje się poprzez pozostawienie do hodowli właściwie odchowanych (dobre żywienie, opieka weterynaryjna, pielęgnacja), zdrowych jałówek, pochodzących od najlepszych par rodzicielskich,
■ zapewnienia odpowiednich warunków środowiskowych,
■ dbania o właściwe wykrywanie rui (co 21 dni obserwacja krów i terminowe zgłaszanie do inseminacji),
■ stworzenia odpowiednich warunków krowom w okresie okołoporodowym (żywienie w okresie zasuszenia wg zapotrzebowania, czyste stanowisko porodowe, właściwa obsługa porodu).
Oznaczanie płci i sortowanie plemników
Regulacja stosunku liczbowego urodzeń osobników męskich i żeńskich ma istotne znaczenie dla hodowli i produkcji zwierzęcej. Seksowanie nasienia pozwala na zdeterminowanie płci zarodka w momencie zapłodnienia. W celu segregacji nasienia na frakcję „męską” i „żeńską” wykorzystuje się metodę cytometrii przepływowej. W metodzie tej dokonuje się pomiarów cech komórek za pomocą urządzenia zwanego cytometrem przepływowym, w którym komórki przepływają pojedynczo w strumieniu cieczy przez promień światła i punkt analizy. Chromosom X jest większy i zawiera więcej DNA niż chromosom Y. Różnica wynosi od 3 do 4%. Dokładność cytometrycznego rozdziału plemników wynosi 90%, a stosowana metoda ich segregacji pozwala na uzyskanie od 3 do 3,5 tys. żywych, nieuszkodzonych plemników X na sekundę. Obecnie seksowane nasienie jest już komercyjnie dostępne. Zabieg inseminacyjny wykonujemy takim samym sprzętem i w taki sam sposób jak nasieniem nieseksowanym, przy czym nasienie seksowane należy rozmrażać w temperaturze 37°C przez 40 sekund. W przypadku bydła mlecznego celem zastosowania seksowanego nasienia jest przesunięcie proprcji płci rodzącego się potomstwa na korzyść samic, co powinno spowodować poprawę wskaźników ekonomicznych hodowli.
Metody biotechnologiczne dotyczące rozrodu samic obejmują: superowulacje, transfer zarodków, pozaustrojowe uzyskiwanie i przenoszenie zarodków, kriokonserwację oocytów i zarodków, oznaczanie płci zarodków, klonowanie i transgenezę.
Superowulacja, zapłodnienie in vitro, transfer zarodków
Superowulacja, zapłodnienie in vitro i przenoszenie zarodków wykorzystuje się w sterowaniu procesami rozrodczymi samic. Prowadzi to do zwiększenia ich wydajności rozrodczej i przyspieszenia postępu hodowlanego.
Superowulacja stanowi jedno z podstawowych ogniw przenoszenia zarodków. Dzięki temu samica-dawczyni może wyprodukować więcej komórek jajowych w porównaniu z normalnym cyklem rujowym. Superowulację u krów wywołuje się za pomocą gonadotropiny przysadkowej (FSH) lub pozaprzysadkowej (PMSG). Do głównych czynników wpływających na efekty superowulacji należy zaliczyć: rodzaj i ilość podawanych hormonów gonadotropowych, metodę superowulacji, rasę, wiek i żywienie zwierząt, porę roku oraz sezon rozrodczy.
Alternatywą do superowulacji jest pozaustrojowe pozyskiwanie zarodków metodą in vitro. Uzyskiwanie zarodków tą metodą składa się z trzech etapów: uzyskiwanie i dojrzewanie oocytów in vitro, zapłodnienie pozaustrojowe i hodowlę zygot do stadium blastocysty. Natomiast przenoszenie zarodków obejmuje kilka etapów: superowulację, synchronizację rui, pozyskiwanie embrionów i ich ocenę oraz przeniesienie do macic biorczyń.
Mrożenie zarodków
Kriokonserwacja zarodków pozwala na ich przechowywanie prawie przez nieograniczony czas. Prawidłowo przechowywane zarodki zachowują pełne kompetencje rozwojowe. Zamrażanie zarodków uniezależnia hodowcę od przygotowania dużej liczby biorczyń w określonym terminie płukania dawczyń. Ponadto mrożenie zarodków ułatwia międzynarodową wymianę materiału genetycznego o dużej wartości hodowlanej. Jednocześnie długotrwałe przechowywanie zarodków w ciekłym azocie pozwala stworzyć rezerwę genetyczną ginących ras i gatunków zwierząt. Do mrożenia wybiera się zarodki bardzo dobrej lub dobrej jakości w stadium rozwojowym moruli, wczesnej blastocysty i blastocysty. Należy wspomnieć, że podczas zamrażania pewna liczba komórek zarodka ulega zniszczeniu. Również wyniki transferu zarodków mrożonych są gorsze o 10-15% niż przenoszenia zarodków świeżych. Istnieją dwie podstawowe metody kriokonserwacji zarodków: zamrażanie wolne (w urządzeniu do mrożenia) i witryfikacja (zamrażanie szybkie).
Oznaczanie płci zarodków
Oznaczanie płci zarodków pozwala kontrolować płeć potomstwa. Metody określania płci zarodków dzielą się na nieinwazyjne i inwazyjne.
Nieinwazyjne metody seksowania zarodków (obie metody dostatecznie dokładne) to:
■ metoda metaboliczna, polegająca na stwierdzeniu podwyższonej aktywności enzymów związanych z chromosomem X,
■ metoda serologiczna, polegająca na identyfikacji antygenu H-Y (specyficznego dla płci męskiej).
Do inwazyjnych metod seksowania zarodków należą:
■ metoda cytogenetyczna (identyfikując chromosomy płciowe określa się płeć zarodka),
■ metoda reakcji PCR – łańcuchowej reakcji polimerazy. Zaletą tej metody jest możliwość użycia bardzo małych ilości materiału genetycznego. W próbach, w których DNA pochodzi od osobnika płci męskiej widoczny jest w świetle UV fragment DNA w postaci prążka o długości 301 par zasad. W próbach z DNA pochodzącym od osobnika żeńskiego brak jest prążka na tej długości.
Metody molekularne pozwalają na określenie płci zarodków z wysokim prawdopodobieństwem.
Klonowanie
Klonowanie umożliwia reprodukcję metodami pozapłciowymi i pozwala na otrzymanie genetycznie identycznych osobników. Otrzymanie takich osobników stało się przedmiotem zainteresowania ośrodków hodowlanych, ponieważ uważa się, że dalszy postęp genetyczny można byłoby osiągnąć znacznie szybciej poprzez klonowanie zarodków zwierząt o wysokiej wartości hodowlanej. Jednak dla genetycznego doskonalenia zwierząt metoda klonowania jest mało przydatna, ponieważ ogranicza zmienność populacji. Klonowanie jest skomplikowanym wieloetapowym zabiegiem. Wymaga użycia różnych technik: usuwania jądra z komórki biorcy; izolowania blestomerów, wprowadzania jąder komórkowych do wyjądrzonych oocytów; fuzji i aktywacji zrekonstruowanych oocytów. Obecnie klonowanie zwierząt gospodarskich nie ma praktycznego znaczenia dla hodowli, ponieważ jest trudne i kosztowne. Jednak z klonowaniem można wiązać nadzieję w odniesieniu do ratowania ginących ras i gatunków oraz restytucji gatunków już wymarłych.
Transgeneza
Transgeneza pozwala na zmianę genomu zwierzęcia polegającą na wprowadzeniu do genomu, w okresie jego formowania się, wyizolowanego genu odpowiedzialnego za określoną cechę czy właściwości. Jest to możliwe dzięki postępowi badań w dziedzinie biologii molekularnej oraz embriologii. Korzyści wynikające z formowania genotypów mogą prowadzić do:
■ podnoszenia wydajności niektórych cech użytkowych,
■ podwyższania odporności na choroby,
■ programowania zwierząt zdolnych do wytwarzania nowych produktów np. mleka nie zawierającego laktozy, uzyskanie nowych białek w mleku lub mleka o właściwościach bakteriostatycznych.
*********
Podsumowując należy stwierdzić, że z omówionych metod biotechnologii rozrodu najbardziej rozpowszechniona jest inseminacja i kriokonserwacja. Pozostałe metody biotechnik będą mogły zostać wykorzystane w praktyce w miarę wzrostu ich efektywności.
Piśmiennictwo u autora.