ДНК-МАРКЕРЫ В СЕЛЕКЦИИ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
Реферат. В статье приводятся результаты исследований влияния полиморфизма генов гипофизарного фактора транскрипции (POU1F1) и каппа-казеина (k-CSN) на молочную продуктивность коров красной степной породы. Молекулярно-генетические исследования проводили методом ПЦР-ПДРФ (полимеразной цепной реакции – полиморфизма длин рестрикционных фрагментов). В работе представлены сведения, характеризующие методику проведения исследований. Ген POU1F1 осуществляет контроль транскрипции генов PRL, TSH и GH, а также функционирования молочной железы. Мутации гена каппа-казеина (k-CSN) влияют на содержание белка в молоке, выход сыра и творога, а также на коагуляционные свойства молока. Все это обусловливает рассмотрение указанных генов (POU1F1, k-CSN) в качестве перспективных генов-кандидатов молочной продуктивности крупного рогатого скота. Цель исследований состояла в изучении молочной продуктивности коров красной степной породы в зависимости от генотипов по ДНК-маркерам POU1F1 и k-CSN. В результате проведенных исследований было установлено наличие в популяции двух аллельных вариантов А и B по генам и всех трех вариантов генотипов. Животные генотипа BB (POU1F1) характеризовались лучшим удоем за лактацию (на 500,5 кг (P < 0,01) и 835,6 кг (P < 0,001) по сравнению с генотипами АВ и ВВ соответственно), а генотип AB (POU1F1) достоверно связан с более высоким содержанием белка. Генотип AB по гену k-CSN обеспечивает более высокие показатели удоя (на 572,7 кг (P < 0,05) по сравнению с генотипом АА), в то время как влияние полиморфизма этого гена на содержание жира и белка в молоке не было установлено. Полученные результаты подтверждают возможность использования указанных ДНК-маркеров в качестве дополнительных критериев отбора животных для повышения молочной продуктивности.
Ключевые слова: ген, полиморфизм, продуктивность, POU1F1, k-CSN, красная степная порода.
Традиционные зоотехнические методы оценки сельскохозяйственных животных, основанные на анализе фенотипических признаков, не всегда обеспечивают объективность суждения о селекционной перспективности животных и не могут в полной мере удовлетворить требования, предъявляемые к селекции [3].
Важным показателем, определяющим экономическую эффективность молочного скотоводства, является количество молока, полученного от коров за лактацию. Коэффициент наследуемости удоя чуть выше, чем коэффициент наследуемости многоплодия (0,1–0,3) и составляет в среднем 0,3–0,4, содержание жира – 0,5–0,6 и содержание белка – 0,4–0,5 [1]. Из приведенных выше коэффициентов наследуемости видно, что коэффициенты жира и белка выше, чем коэффициент удоя. Чем выше коэффициент наследуемости, тем меньше изменяется этот признак под влиянием условий внешней среды. Улучшая факторы внешней среды, можно добиться лишь временного повышения содержания жира и белка в молоке [6]. Стабильное повышение жира и белка, закрепленное в ряде поколений, реально лишь путем целенаправленной племенной работы и внедрения в селекционную работу современных методов, основанных на достижениях молекулярной биологии и генетики [3, 7, 12].
Методы исследования аллельных вариантов генов на основе полимеразной цепной реакции – полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПЦР-ПДРФ) просты в исполнении, достоверны и отличаются хорошей воспроизводимостью результатов [8, 10, 11]. В связи с этим особо актуальным в теоретическом и практическом отношении является исследование полиморфизма генов-кандидатов, способных выступить в качестве надежных ДНК-маркеров молочной продуктивности коров [4].
POU1F1 является ген-кандидатом регулирования роста и развития крупного рогатого скота и других млекопитающих, осуществляет контроль транскрипции гена пролактина (PRL), тиротропина (TSH) и гормона роста (GH), а также необходим для эффективного функционирования молочной железы и увеличения надоя молока [5].
В исследованиях различных авторов было доказано влияние гена каппа-казеина (k-CSN) на молочную продуктивность КРС и технологические свойства молока [1, 2, 10].
Цель исследований состояла в изучении молочной продуктивности коров красной степной породы в зависимости от генотипов по ДНК-маркерам POU1F1 и k-CSN.
Материалы и методика
Исследования проводили в лаборатории молекулярной диагностики и биотехнологии сельскохозяйственных животных Донского государственного аграрного университета. Материалом для исследований служила цельная кровь, ушные выщипы коров красной степной породы (n = 96) ООО «Учхоз Донское» ДонГАУ Октябрьского района Ростовской области.
Цельную кровь для выделения ДНК отбирали из яремной вены в объеме 5 мл в вакуумные пробирки с сухим ЭДТА К3 (ООО «ГЕМ», Россия). Геномную ДНК животных выделяли из 200 мкл цельной крови или тонкого среза ткани ушной раковины (выщип) с использованием набора реагентов “DIAtomTMDNA Prep” (IsoGene Lab., Москва) согласно прописи, предоставленной изготовителем.
В статистический анализ были включены только четкие, воспроизводимые фрагменты. Статистическую обработку проводили согласно общепринятым методикам, статистическую значимость вычисляли с помощью t-критерия.
В работе наряду с экспериментальными материалами использовали данные зоотехнического и племенного учета хозяйства ООО «Учхоз Донское» ДонГАУ Ростовской области, то есть племенные карточки коров (формы 1-МОЛ, 2-МОЛ).
Молекулярно-генетические исследования проводили по методу ПЦР-ПДРФ. Рестрикционный анализ амплифицированных фрагментов генов POU1F1 и k-CSN осуществляли с использованием эндонуклеазы рестрикции HinfI и HindIII соответственно в стандартных условиях [5, 9, 13]. Электрофорез в агарозном геле проводили с концентрацией для POU1F1/HinfI 2,5% и k-CSN/HindIII 2%. Детекцию результатов осуществляли в трансиллюминаторе в ультрафиолетовом свете.
Результаты исследований
и их обсуждение
В исследуемой выборке коров красной степной породы по гену POU1F1 установлено наличие трех генотипов АА, АВ и ВВ с частотой 18,75; 37,5 и 43,75%, соответственно. Наибольшая частота определена для аллеля В (62,5%) и генотипа ВВ (43,75%).
При проведении аналогичных исследований Е. В. Дроздовым и др. на стадах крупного рогатого скота (КРС) Брянской области обнаружено преобладание аллеля В и генотипа ВВ по гену POU1F1 во всех исследуемых популяциях [2], что согласуется с нашими исследованиями. Максимальное преобладание частоты генотипа ВВ наблюдалось у животных черно-пестрой породы в группе коров (0,81), а у телят полиморфизма по этому гену не зафиксировано. Наибольшая частота А-аллеля была установлена у коров айширской породы. В европейских и северо-американских породах наблюдалось преобладание В-аллеля, в большинстве случаев очень значительное [11, 12]. Отмечено также, что у КРС Ирана наблюдается обратная тенденция – преобладание частоты А-аллеля [13].
При изучении гена POU1F1 животные с генотипом ВВ отличались лучшим удоем за лактацию и превосходили аналогов генотипов АВ на 500,5 кг (9,5%; P < 0,05) и АА на 835,6 кг (17%, P < 0,01). Массовая доля жира в молоке коров различных генотипов была практически одинаковой, но концентрация белка в молоке выше у коров, имеющих гетерозиготный генотип АB, которые превосходили аналогов генотипа АА на 0,05% (1,6%; P < 0,01) (табл.1).
Таблица 1 – Молочная продуктивность коров различных генотипов гена POU1F1
Генотип гена POU1F1/HinfI |
Удой за 305 сут |
МДЖ, % |
МДБ, % |
АА |
4959,61 ± 112,82 |
3,88 ± 0,04 |
3,08 ± 0,02 |
АВ |
5294,70 ± 104,62* |
3,92 ± 0,01 |
3,13 ± 0,003* |
ВВ |
5795,21 ± 137,82** |
3,88 ± 0,03 |
3,12 ± 0,07 |
*P < 0,05, **P < 0,01.
Е. В. Дроздовым были получены противоположные результаты, где особи генотипа АА гена POU1F1 по среднему надою за месяц достоверно превосходили животных с другими генотипами. В группе коров с генотипом АА присутствовали особи с продуктивностью более 550 кг молока в месяц. Относительно показателей процентного содержание жира в молоке не было выявлено статистически достоверных различий между особями с разными генотипами [2].
При изучении распределения частот аллелей и генотипов гена k-CSN в исследуемой популяции были выявлены все три возможных генотипа гена АА, АВ, ВВ. Наименьшая частота была определена для генотипа ВВ, который встречался с частотой 6,3%. Частота аллеля А составила 75,0%, аллеля В – 25,0%. Наибольшей частотой в популяции характеризовался гомозиготный генотип АА – 56,3%.
В исследованиях Г. В. Гончаренко и других по гену k-CSN для коров красной степной породы была установлена частота встречаемости аллеля А – 65,3%, аллеля В – 34,7%, генотипа АА – 40,8%, АВ – 48,9%, ВВ – 10,3% [1]. Схожие показатели были получены М. И. Селионовой (аллель А – 62%, аллель В – 38%, генотипы АА – 44%, АВ – 36%, ВВ – 20%) [9], Л. Н. Чижовой (аллель А – 74,5%, аллель В – 25,5%, генотипы АА – 58,49%, АВ – 32,08%, ВВ – 9,43%) [9].
Таким образом, наши данные согласуются с исследованиями нескольких отечественных авторов с точки зрения низкой встречаемости гомозигот ВВ и существенно большей распространенности аллеля А по сравнению с В-аллелем. С другой стороны, наши результаты, а также данные М. И. Селионовой и Л. Н. Чижовой, показывают превосходство частоты гомозигот АА над гетерозиготами АВ [9, 10], в то время как в исследованиях Г. М. Гончаренко и других установлено небольшое превосходство гетерозигот АВ над гомозиготами АА [1].
Полученные данные (табл. 2) показали влияние полиморфизма гена k-CSN на продуктивные качества коров красной степной породы. В исследуемой популяции было установлено достоверное влияние полиморфизма гена k-CSN на молочную продуктивность коров.
Таблица 2 – Молочная продуктивность коров красной степной породы различных генотипов по гену k-CSN
Генотип гена k-CSN/HindIII |
Удой за 305 сут |
МДЖ, % |
МДБ, % |
AA |
5259,10 ± 187,20 |
3,89 ± 0,02 |
3,09 ± 0,01 |
AB |
5831,83 ± 175,21* |
3,89 ± 0,01 |
3,18 ± 0,06 |
BB |
– |
– |
– |
*P < 0,05.
Наличие генотипа АВ связано с лучшим удоем за лактацию. Так, удой за лактацию коров с генотипом АВ превышает аналоги с генотипом АА на 572,7 кг (10,8%; P < 0,05). При этом связь генотипов с массовой долей жира в нашем исследовании не установлена. Коровы с генотипом ВВ были исключены из анализа, так как их выборка (n = 1) не позволяла получить достоверные результаты, но тем не менее животные генотипа АВ, несущие желательный аллель В, имели тенденцию к повышению массовой доли белка на 0,09%. В дальнейшем при работе с породой необходимо увеличивать долю животных с желательным генотипом ВВ в популяции с целью повышения молочной продуктивности коров красной степной породы.
В исследованиях М. И. Селионовой коровы красной степной породы с генотипом AB гена k-CSN превосходили по удою своих аналогов с генотипом AА на 154,1 кг. В этих же исследованиях наиболее высокая продуктивность отмечена у носителей генотипа ВB, которые нами не изучались. Как и в нашем случае, влияние гена k-CSN с показателями содержания жира в молоке не установлено [9]. В то же время, по результатам исследований Г. М. Гончаренко и других, достоверного влияния гена k-CSN на показатели удоя и содержания жира у коров красной степной породы не выявлено [1].
Таким образом, аллельная структура гена может вносить существенный вклад в полигенный признак молочной продуктивности. При этом B-аллель гена, связанный с повышенной продуктивностью, может рассматриваться как относительно редкий. В анализируемой группе коров он отсутствует, то есть существует вероятность его исчезновения в хозяйстве уже в ближайших поколениях КРС. Поэтому можно рекомендовать при проведении племенной работы учитывать генотипы животных по данному гену для повышения генетического потенциала молочной продуктивности стад и сохранения биоразнообразия КРС.
Выводы
В результате проведенных исследований было установлено влияние генотипов генов POU1F1 и k-CSN на молочную продуктивность коров красной степной породы. Для коров желательными установлены генотипы POU1F1/ВВ и k-CSN/АВ, закрепление которых в исследуемой популяции будет способствовать повышению удоя за лактацию на 836 кг (17%; P < 0,01) и 573 кг (10,8%; P < 0,05) соответственно. Достоверных различий по массовой доле жира в молоке установлено не было. Наибольшая массовая доля белка в молоке наблюдалась у животных генотипа АВ/POU1F1, которые превосходили аналоги на 0,05% (1,6%; P < 0,01).
Полученные результаты подтверждают возможность использования указанных ДНК-маркеров в качестве дополнительных критериев отбора животных для повышения молочной продуктивности коров красной степной породы.
ЛИТЕРАТУРА
- Сравнительная оценка сыропригодности молока симментальской и красной степной пород с учетом генотипов гена k-казеина / Г. М. Гончаренко, Т. С. Горячева, Н. М. Рудишина, Н. С. Медведева, Е. Г. Акулич // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2013. – № 12(110). – С. 113–117.
- Дроздов Е. В., Заякин В. В., Нам И. Я. Аллельный полиморфизм гена Pit-1 в стадах крупного рогатого скота Брянской области и его связь с молочной продуктивностью // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т.13, № 5(3). С. 235–239.
- Крюков В. И., Шалимова О. А., Друшляк Н. Г., Пискунова А. В. ДНК-диагностика в селекции крупного рогатого скота // Вестник ОрелГАУ. – 2012. – № 1(12). – С. 62–68.
- Перспективные гены-маркеры продуктивности сельскохозяйственных животных/ М. А. Леонова, А. Ю. Колосов, А. В. Радюк, Е. М. Бублик, А. А. Стетюха, А. Е. Святогорова // Молодой ученый. – 2013. – № 12(59). С. 612–614.
- Леонова М. А., Гетманцева Л. В., Колосов А. Ю., Усатов А. В. Полиморфизм гена POU1F1 у коров красной степной породы // Аграрный вестник Урала. – 2014. – № 12(130). – С. 23–25.
- Леонова М. А., Усатов А. В., Гетманцева Л. В., Азарин К. В. Особенности химического состава молока различных видов сельскохозяйственных животных // Валеология. – 2014. – № 4. – С. 18–22.
- Интенсификация селекционного процесса в животноводстве с использованием метода ПЦР / М. А. Леонова, А. Ю. Колосов, А. Е. Святогорова, А. В. Радюк, Н. Ф. Бакоев // Молодой ученый. – 2014. – № 11. – С. 172–175.
- Леонова М. А., Гетманцева Л. В., Усатов А. В. Роль гена пролактина и его рецептора на формирование признаков продуктивности сельскохозяйственных животных // Генетика и разведение животных. – 2014. – C. 37–40.
- Селионова М. И. Молочная продуктивность и уровень естественной резистентности у коров разных генотипов гена каппа-казеина // Вестник Ставрополья. – 2011. № 1(1). – С. 21–24.
- Чижова Л. Н. Результаты генотипирования молочного скота по гену каппа-казеина // Сборник научных трудов. – 2013. – Т. 2, вып. 6. – С. 101–104
- Beigi Nassiri M. T., Biranvand Z., Hartatik T., Fayazil J., Tavakoli S. The Study of PIT1 Gene Polymorphism in the Najdi Cattle Using PCR-RFLP. Method. J. Anim. Vet. Adv. – 2012. – No. 9(15).
- Misriantia, R., Sumantria C., Farajallahb A. Polymorphism Identification of Pit1 Gene in Indonesian Buffaloes (Bubalus-bubalis) and Holstein-Friesian Cows. Media Peternakan. – 2010. – No. 33(3). – Pp. 131–136.
- Ozdemir M. Determination of Pit-1/Hinf1 Polymorphism in Holstein and Native Ear cattle raised as genetic resource in Turkey. J. Anim. and Plant Sciences. – 2012. – No. 22(1). – Pp. 25–28.
Метки: Ветеринария и зоотехния