Цель исследования – изучить генотипические особенности симментальской породы разного экогенеза и их изменение под влиянием голштинизации. Задачи: определение частоты генотипов и аллелей CSN3, BLG, PRL и TNF-α генов в исследуемых стадах, оценка популяционно-генетических параметров, мониторинг их изменчивости при скрещивании с красными голштинами. Объектом исследования были коровы симментальской породы из хозяйств Новосибирской области и Республики Алтай. Сравнительный анализ частоты генотипов изучаемых генов в разных стадах симменталов и мониторинге показал их относительное постоянство, за исключением гена CSN3, частота генотипов которого подверглась изменениям под влиянием голштинизации, при этом увеличилась встречаемость генотипа CSN3АА с 38,5 до 75,6 % и снизилась частота CSN3ВВ с 9,8 до 2,6 % (р≤ 0,01; р≤ 0,001). В стаде ФГУП «АСЭХ» частота генотипа CSN3АА была нижена 19,2 % в сравнении с выборкой из стада АО «Ивановское» в 2021 г. и соответственно более высокой (на 17,8 %), чем в 2017 г. Генное равновесие в стадах не нарушено, χ2 находится в пределах 0,135 –2,340. Гомозиготность по генам BLG и TNF-α варьирует от 50,0 до 53,5 %, по генам CSN3 и PRL от 62,7 до 76,3 %. Значение информационного полиморфизма (РIC) исследуемых генов составляет 0,237–0,496. Средняя гомозиготность (Са) стад находится в пределах 54,82–61,75. Коэффициент гомозиготности (SH) наиболее высокий в стаде симменталов АО «Ивановское» в 2017 г. (11,76), т.е. до проведения голштинизации. Число эффективных аллелей (NaJ) и степень генетической изменчивости (V) в исследуемых стадах находятся на одном уровне.
генотип, аллель, полиморфизм, генное равновесие, гомо- и гетерозиготность
Введение. В селекции сельскохозяйственных животных генетические маркеры, к которым относятся также SNP (однонуклеотидные полиморфизмы), все чаще находят практическое применение в качестве эффективного инструментария для решения вопросов по прогнозированию генетического потенциала племенных животных, контроля достоверности происхождения молодняка, мониторинга изменения селекционно-генетических параметров стада: уровня гомо- и гетерозиготности, инбридинга, генетической изменчивости и др.
Учитывая функциональную роль SNP в проявлении фенотипа, интерес представляет их связь с продуктивными качествами, а также изменение частот при жестком отборе или межпородном скрещивании. Из панели генов-маркеров чаще всего используются те, которые неоднократно зарекомендовали себя как имеющие ассоциативные связи с хозяйственно ценными качествами. Приоритетность генотипа CSN3ВВ по содержанию белка в молоке коров, сыропригодности показана во многих работах [1, 2].
Ген BLG, как показывают исследования [3–6], может использоваться как маркер молочной продуктивности и качественного состава молока, так как животные с гетерозиготным генотипом BLGАВ имеют более высокие показатели в сравнении с альтернативными генотипами.
Гормон пролактин обладает широким спектром физиологических функций и играет важную роль в работе яичников и обеспечении нормальной фертильности у женщин [7]. У крупного рогатого скота одноименный ген действует на показатели молочной продуктивности независимо от породы, и как показывают исследования, высокий уровень удоя имеют коровы с генотипом PRLAA и PRLAB [8]. Однако в исследованиях [9, 10], наоборот, приоритетное положение по содержанию жира и белка занимает генотип PRLВВ.
Семейство фактора некроза опухоли (TNF) является одним из наиболее ярких провоспалительных цитокинов, которые принимают участие в регуляции эмбриогенеза, отдельных нормальных физиологических функций, защитных реакций организма, процессов регенерации тканей [11]. Исследования полиморфизма гена TNF-α (824 A/G) у крупного рогатого скота показали его перспективность как гена маркера-кандидата, связанного с репродуктивными качествами и фертильностью коров молочного направления продуктивности [12].
Симментальская порода скота отличается высокими адаптационными качествами, хорошими показателями молочной продуктивности, оптимальными параметрами живой массы, а также крепкой конституцией, что обеспечивает ей ареал распространения в горной местности и степных районах. Для улучшения формы вымени и повышения молочной продуктивности породу скрещивают с красными голштинами, которые оказывают благоприятное воздействие на селекционируемые признаки, однако при этом изменяется генотипическая структура [13].
Цель исследований – дать сравнительную оценку стад симменталов разного экогенеза и провести мониторинг изменения селекционно-генетических параметров при скрещивании с привлечением полиморфных генов CSN3, BLG, PRL и TNF-α.
Задачи: проведение молекулярно-генетического анализа методом ПЦР-ПДРФ коров симментальской породы, определение частот генотипов и аллелей, на основании которых дать сравнительную оценку популяционно-генетическим параметрам разных стад.
Материалы и методы. Исследования проведены в двух стадах симментальской породы разных регионов: степной (Новосибирская область) и горной (Республика Алтай) в количестве 463 голов, в том числе АО «Ивановское» в 2021 г. – 119 животных, 2017 г. – 195 животных (до процесса голштинизации). В ФГУП АЭСХ в 2017 г. протестировано 149 животных. Генотипирование методом ПЦР-ПДРФ проводилось по методикам, описанным в статьях и методических рекомендациях. Полиморфизм гена CSN3 BLG, PRL определяли по методике ПЦР-ПДРФ, разработанной во Всероссийском НИИ племенного дела [14]. Выявление полиморфизма гена TNF-α -824 A/G проводили согласно описанной методике [15].
Амплификацию проводили в амплификаторе С1000 «BioRad». Визуализацию и идентификацию генотипов определяли электрофорезом в агарозном геле с использованием гельдокументирующей системы E-Box-CX5.TS-20.M, в проходящем ультрафиолетовом свете по флуорисценции бромистого этидия.
Частотную характеристику генотипов изучаемых генов оценивали по формуле Харди-Вайнберга для двухаллельных систем с использованием критерия χ2. Определение коэффициента гомозиготности (Са) популяции, уровня полиморфности (Na), степени генетической изменчивости (V), меры информационного полиморфизма (PIC) проводили в соответствии с рекомендациями [16].
Результаты и их обсуждение. Изучение генотипической структуры симменталов и ее изменение были проведены в трех выборках, в т. ч. в одном стаде с интервалом 5 лет (табл. 1). Обращает внимание изменение частоты генотипов гена CSN3. В стаде симменталов АО «Ивановское» в 2017 г. 38,5 % коров имели генотип CSN3АА, в 2021 г., после проведения голштинизации, таких животных стало уже абсолютное большинство – 75,6 %, зато частота генотипа CSN3ВВ снизилась с 9,8 до 2,6 % (р ≤ 0,01; р ≤ 0,001). Генотипическая структура стада ФГУП «АСЭХ» занимает среднее положение между выборками, отличаясь более низкой частотой генотипа CSN3АА – на 19,2 % от стада симменталов 2021 г. (АО «Ивановское») и соответственно более высокой (на 17,8 %) по сравнению с 2017 г. (р ≤ 0,001).
Таблица 1
Частота генотипов CSN3, BLG, PRL и TNF-α генов в стадах симментальской породы
|
Генотип |
АО «Ивановское» |
ФГУП «АСЭХ» |
||||
|
n |
2021 г. |
n |
2017 г. |
n |
2017 г. |
|
|
CSN3АА |
90 |
75,6±3,9 |
75 |
38,5±3,5 |
84 |
56,4±4,1 |
|
CSN3АВ |
26 |
21,8±3,8 |
101 |
51,8±3,6 |
56 |
37,6±4,0 |
|
CSN3ВВ |
3 |
2,6±1,5 |
19 |
9,8±2,1 |
9 |
6,0±1,9 |
|
BLG АА |
23 |
19,3±3,6 |
16 |
14,7±3,4 |
29 |
21,3±3,5 |
|
BLG АВ |
62 |
52,1±4,6 |
63 |
57,8±4,7 |
64 |
47,1±4,3 |
|
BLG ВВ |
34 |
28,6±4,1 |
30 |
27,5±4,3 |
43 |
31,6±4,0 |
|
PRL АА |
– |
– |
75 |
71,3±4,4 |
115 |
73,3±3,5 |
|
PRL АВ |
– |
– |
28 |
26,7±4,3 |
41 |
26,1±3,5 |
|
PRL ВВ |
– |
– |
2 |
1,9±1,3 |
1 |
0,6±0,6 |
|
TNF-α AA |
– |
– |
18 |
12,2±2,7 |
27 |
19,9±3,4 |
|
TNF-α AG |
– |
– |
73 |
49,3±4,1 |
60 |
44,1±4,3 |
|
TNF-α GG |
– |
– |
57 |
38,5±4,0 |
49 |
36,0±4,1 |
Примечание: «–» – генотип не определялся.
В то же время при мониторинге частоты генотипов гена BLG стада АО «Ивановское» и его сравнительной оценке со стадом Горного Алтая (ФГУП «АСЭХ») различий не выявлено. Более половины животных были гетерезиготы, гомозиготный генотип BLGВВ выявлен с одинаковой частотой – 27,5–28,6 %. В исследованиях [5] в красной белорусской породе гетерозигот также было больше половины – 65,0 %, однако среди быков-производителей ГУП ГПП «Элита» животных с гомозиготным генотипом BLGВВ было выявлено на уровне 46,7 %.
Стада симменталов в АО «Ивановское» и ФГУП «АСЭХ» (2017 г.) характеризуются практически одинаковой частотой генотипов генов PRL и TNF-α. Аналогичное соотношение генотипов гена PRL с преобладанием генотипа PRLАА выявлено в стадах черно-пестрой голштинской и холмогорской пород [17, 18]. Однако в исследованиях на животных красной степной породы частота генотипа PRLВВ была установлена на уровне 0,48–0,60 [19].
Следует отметить, что частоты генотипов гена TNF-α в симментальской породе имеют отличительный профиль от голштинов, где соотношение GG : GA : AA определено как 66,67 : 29,33 : 3,40 [12].
Анализ частот аллелей исследуемых генов в сравниваемых стадах показал их примерно одинаковое значение, за исключением гена CSN3. В стаде ФГУП «АСЭХ» частота CSN3А аллеля этого гена выше, а аллеля В ниже на 0,109 в сравнении с симменталами ЗАО «Ивановское» 2017 г. (р ˂ 0,001) (табл. 2).
На основании частот генотипов были рассчитаны популяционно-генетические параметры пород, анализ которых показывает, что генное равновесие не нарушено. χ2 находится в пределах 0,135–2,340 (табл. 3). Гомозиготность по генам BLG, и TNF-α практически одинакова (50,0 и 53,5 %), по генам CSN3 и PRL она существенно выше и достигает 76,3 %. Значение информационного полиморфизма (РIC) исследуемых генов варьирует от 0,237 до 0,496.
Таблица 2
Частота аллелей в симментальской породе разного экогенеза
|
Генотип |
АО «Ивановское», 2021 г. |
АО «Ивановское», 2017 г. |
ФГУП «АСЭХ», 2017 г. |
|
CSN3А |
0,865±0,056 |
0,643±0,024 |
0,752±0,025 |
|
CSN3В |
0,134±0,056 |
0,357±0,024 |
0,248±0,025 |
|
BLG А |
0,454±0,032 |
0,436±0,340 |
0,449±0,030 |
|
BLGВ |
0,546±0,032 |
0,564±0,340 |
0,551±0,030 |
|
PRLА |
– |
0,848±0,025 |
0,863±0,019 |
|
PRLВ |
– |
0,152±0,025 |
0,137±0,019 |
|
TNF-αA |
– |
0,368±0,028 |
0,419±0,030 |
|
TNF-αG |
– |
0,632±0,028 |
0,581±0,030 |
Таблица 3
Генное равновесие (χ2), гомозиготность (Са) и РIC генов в симментальской породе
|
Показатель |
CSN3 |
BLG |
PRL |
TNF-α |
|
АО «Ивановское», 2021 |
||||
|
Са, % |
76,2 |
51,1 |
– |
– |
|
χ2 |
0,135 |
0,067 |
– |
– |
|
РIC |
0,237 |
0,496 |
– |
– |
|
АО «Ивановское», 2017 г. |
||||
|
Са, % |
54,0 |
50,8 |
72,1 |
53,5 |
|
χ2 |
2,250 |
2,340 |
0,103 |
0,531 |
|
РIC |
0,459 |
0,492 |
0,258 |
0,465 |
|
ФГУП «АСЭХ» |
||||
|
Са, % |
62,7 |
50,0 |
76,3 |
53,5 |
|
χ2 |
0,007 |
0,700 |
1,640 |
0,513 |
|
РIC |
0,373 |
0,495 |
0,237 |
0,487 |
Значение PIC в основном находится на уровне 0,41–0,5, более низкие его значения, как и более высокие, имеют сравнительно немногие животные (рис.). Аналогичные данные получены в исследованиях [16].
Распределение значения PIC в стадах симментальской породы
В то же время сравниваемые стада характеризуются незначительной вариативностью средней гомозиготности (Са), которая находится в пределах 57,60–61,75 (табл. 4). При этом следует отметить, что коэффициент гомозиготности (SH) наиболее высокий в стаде симменталов АО «Ивановское» (11,76) в 2017 г., т. е. до проведения голштинизации. Число эффективных аллелей (NaJ ) и степень генетической изменчивости (V) в исследуемых стадах находятся на одном уровне.
Таблица 4
Популяционно-генетические параметры стада симменталов, %
|
Показатель |
АО «Ивановское» |
ФГУП «АСЭХ» |
|
|
2021 г. |
2017 г. |
2017 г. |
|
|
Са |
61,75±4,45 |
57,60±3,53 |
60,62±4,01 |
|
SH |
5,54±2,09 |
11,76±2,73 |
8,01±4,07 |
|
NaJ |
1,70±1,18 |
1,72±1,10 |
1,66±1,06 |
|
V |
42,4±4,53 |
42,29±4,19 |
40,24±4,08 |
Заключение. Исследования полиморфизма генов CSN3, BLG, PRL и TNF-α симментальской породы из разных регионов с параллельной селекцией, без смешения генофондов, показали стабильность генотипов, за исключением гена CSN3, что, по-видимому, связано с особенностями селекции и породной принадлежностью. Голштинизация оказала влияние на частоту генотипов гена CSN3 и BLG, однако частота генотипов PRL и TNF-1 α осталась на прежнем уровне. При оценке селекционно-генетических параметров стад и их мониторинге показано, что учитываемые показатели находились на одном уровне, кроме коэффициента гомозиготности, высокое значение которого (11,76) было зафиксировано у симменталов в 2017 г.
Полученные результаты, основанные на полиморфизме генов CSN3, BLG, PRL и TNF-α, будут служить базой сравнения при мониторинге стад симменталов, их сравнительной оценке с другими породами молочного и мясного направления продуктивности.
1. Влияние генетических факторов на продуктивность коров и качество молока / И.Ю. Михайлова [и др.] // Пищевая биотехнология. 2021. № 1. С. 36–40. DOI:https://doi.org/10.24411/0235-2486-2021-10007.
2. Ткаченко И.В., Гридина С.Л. Влияние полиморфных вариантов генов каппа-казеина и гормона роста на молочную продуктивность первотелок уральского типа // Известия ТСХА. 2018. Вып. 5. С. 87–95. DOI:https://doi.org/10.26897/0021-342X-2018-5-87-95.
3. Genetic variants of k-casein and b-lactoglobulin genes and their association withprotein and milk components of Holstein Friesian cows at small farmers in Lembang West / Java A. Anggraeni [at al.] // 2nd International Conference on Sustainable Agriculture and Food Security: A Comperehensive Approach, KnE Life Sciences. 2017. P. 86–94.
4. Характеристика быков-производителей с комплексными генотипами генов BLG и INOS по молочной продуктивности женских предков / Х.Х. Гильманов [и др.] // Ученые записки Казнской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э Баумана. 2020. Т. 241, № 1. С. 71–75. DOI:https://doi.org/10.31588/2413-4201-1883-241-1-71-76.
5. Михалюк А.Н., Танана Л.А. Ассоциация комплекса полиморфных вариантов генов DGAT1, GH, PRL и BLG с показателями молочной продуктивности коров красной белорусской породной группы // Молекулярная и прикладная генетика. 2022. Т. 33. С. 25–34. DOI:https://doi.org/10.52368/2078-0109-2023-59-1-62-70.
6. Генетические маркеры молочной продуктивности крупного рогатого скота / Н.А. Худяков [и др.] // Эффективное животноводство. 2020. № 6 (181). С.74–77. DOI: 10.24412/ cl-33489-2022-6-74-77.
7. Обзор представлений о роли пролактина и пролактиновых рецепторов в репродуктивной системе женщин с наружным генитальным эндометриозом / М.Р. Оразов [и др.] // Журнал анатомии и гистологии. 2020. № 9 (2). С. 84–89. DOI:https://doi.org/10.18499/2225-7357-2020-9-2-84-89.
8. Позовникова М.В., Сердюк Г.Н., Митрофанова О.Н. Ассоциация однонуклеотидных полиморфизмов генов-кандидатов PRL и β-LG с хозяйственно полезными признаками у коров черно-пестрой породы // Генетика и разведение животных. 2017. № 4. С. 31–36.
9. Епишко О.А., Пешко В.В., Пешко Н.Н. Использование генов LGB, PRL и GH в качестве маркеров молочной продуктивности и селекции крупного рогатого скота белорусской черно-пестрой породы // Ученые записки. 2018. Т. 54, Вып. 2. С. 39–43.
10. Patel J.B., Chauhan J.B. Polymorphism of the prolactin gene and its relationship with milk production in gir and kankrej cattle // Journal of natural scince, biology and medicine. 2017. Vol. 8. P. 167–170.
11. Каштальян О.А., Ушакова Л.Ю. Цитокины как универсальная система регуляции // Медицинские новости. 2017. № 9. С. 3–7.
12. Фаттахова З.З., Гайнутдинова Э.Р., Шакиров Ш.К. Экономические потери молока и выручка вследствие яловости коров с разными генотипами гена TNF-α // Ученые записки Казанской государственной академии им. Н.Э. Баумана. 2022. Т. 252, № 4. С. 216–221. DOI:https://doi.org/10.31588/2413_4201_ 1883_4_252_216.
13. Шендаков А.И. Голшинская порода скота в Орловской области: ретроспективный анализ и современное состояние // Биология в сельском хозяйстве. 2020. № 2. С. 13–22.
14. Рекомендации по геномной оценке крупного рогатого скота / Л.А. Калашникова [и др.] // Лесные Поляны, 2015. 33 с.
15. Исследование однонукдеотидного полиморфизма SNPs по гену TNF1 у крупного рогатого скота черно-пестрой породы в Западной Сибири в связи с молочной продуктивностью / М.П. Люханов [и др.] // Зоотехния. 2015. № 3. С. 2–3.
16. Чесноков Ю.В. Артемьева А.М. Оценка меры информационного полиморфизма генетического разнообразия // Сельскохозяйственная биология. 2015. Т. 5, № 5. С. 571–578. DOI:https://doi.org/10.15389/agrobiology.2015.5.571rus.
17. Влияние полиморфизма генов молочных белков и гормонов на энергию роста телок черно-пестрой голштинской породы / А.А. Некрасов [и др.] // Таврический обозреватель. 2016. № 5 (10). С. 91–97.
18. Вариабельность молочной продуктивности холмогорских и черно-пестрых коров с различным генотипом пролактина / Р.Р. Шайдуллин [и др.] // Агробиотехнологии и цифровое земледелие. 2022. № 1. С. 40–42. DOI:https://doi.org/10.12737/-2022-1-1-40-42.
19. Иванова И.П., Троценко И.В., Кабицкая Я.А. Полиморфизм гена пролактина в популяции молочного скот Омской области // Вестник КрасГАУ. 2023. № 1. С. 89–94. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-1-89-94.
