Полиморфизм генов, ассоциированных с параметрами молочной продуктивности, позволяет вести селекцию домашних животных с учетом ценных генотипов в отношении хозяйственно полезных признаков. Установленный для крупного рогатого скота (КРС) спектр генов-кандидатов на связь с признаками молочной продуктивности включает в себя гены основных белков молока (лактальбуминов и казеинов), гены гормонов, стимулирующих их экспрессию, а также гены, продукты которых регулируют обмен протеинов и липидов в организме [7]. Среди них особое место занимают гены каппа-казеина, гормона роста и пролактина [1, 4, 9].
Каппа-казеин обеспечивает оптимальные технологические свойства молока при производстве сыра, поэтому его ген рассматривают в качестве одного из основных маркеров племенной ценности КРС [4]. Ген каппа-казеина (CSN3) у представителей вида Bos taurus L. находится на 6-й хромосоме. Из десяти описанных аллелей этого гена наиболее часто встречаются аллельные варианты A и B, которые отличаются двумя аминокислотными заменами
в 136-м Thr(A)/Ile(B) и 148-м Asp(A)/Ala(B) положениях полипептидной цепи. Многими зарубежными [11] и отечественными [5] исследователями установлена ассоциация B-аллеля гена CSN3 с более высоким содержанием белка в молоке и выходом сыра, а также с лучшими коагуляционными свойствами молока у КРС.
Гормон роста (bGH) – важнейший регулятор соматического роста животных, обладающий, в том числе лактогенным и жиромобилизующим действием. У КРС ген гормона роста локализован на 19-й хромосоме и состоит из пяти экзонов и четырёх интронов. AluI рестрикционный полиморфизм в пятом экзоне гена связан с трансверсией C-G, приводящей к замене в белковом продукте гена аминокислоты лейцин на аминокислоту валин (Leu на Val, 127 позиция). Рядом учёных [1, 2, 10] установлена связь различных полиморфных вариантов гена bGH с такими хозяйственно-полезными признаками КРС как рост и развитие, молочная продуктивность (удой, содержание жира и белка в молоке).
Пролактин (bPRL) – один из самых универсальных гормонов гипофиза с точки зрения его биологической активности. Он участвует в дифференцировке эпителиальных клеток молочной железы, инициации и поддержании лактации, регуляции синтеза молочных белков и жиров. Таким образом, ген пролактина является потенциальным генетическим маркером признаков молочной продуктивности в животноводстве. У КРС ген bPRL расположен на 23-й хромосоме и состоит, как и ген bGH, из пяти экзонов и четырёх интронов. Установлено, что синонимичная A-G замена, возникающая в кодоне для 103 аминокислоты, приводит к появлению полиморфного RsaI-сайта. Во многих исследованиях [2, 3, 9] показана связь RsaI-генотипов гена bPRL у КРС с параметрами молочной продуктивности.
Костромская порода КРС является одной из лучших отечественных пород мясо-молочного направления продуктивности. Исследованию ее генофонда по перечисленным молекулярным маркерам посвящены работы ряда авторов [6, 8], однако животные из хозяйства ОАО ПЗ «Караваево», являющегося родоначальником костромской породы, не были изучены.
Цель нашего исследования заключалась в изучении полиморфизма генов каппа-казеина, гормона роста и пролактина у коров костромской породы в связи с параметрами молочной продуктивности.
Материал и методы исследования
Исследования проведены в лаборатории сравнительной генетики животных ИОГен РАН. Материалом для исследований послужила кровь коров костромской породы (n = 125) из хозяйства ОАО ПЗ «Караваево» Костромской области. Кровь для выделения ДНК отбирали из ярёмной вены в объёме 5 мл в вакуумные пробирки с сухим ЭДТА К3 (ООО «ГЕМ», Россия). Геномную ДНК животных выделяли из 200 мкл цельной крови с использованием набора реагентов «DIAtomTMDNA Prep» (IsoGene Lab., Москва) согласно прописи, предоставленной изготовителем.
Тестирование А- и В-аллелей гена CSN3 проводили с помощью метода аллель-специфичной полимеразной реакции с использованием набора «GenePak k-Casein A/B PCR test» (IsoGene Lab., Москва) согласно прописи изготовителя. Амплификацию проводили в термоциклере «DNA Engine Dyad» (BioRad, США) в следующем режиме: первый цикл – 95 °С, 2 мин; последующие 32 цикла – 95 °С, 15 с; 62 °С, 40 с; 72 °С, 30 с; заключительный цикл – 72 °С, 7 мин.
Полиморфизм генов bGH и bPRL исследовали методом PCR-RFLP. Для амплификации фрагментов этих генов использовали следующие пары олигонуклеотидных праймеров, синтезированных в ООО НПФ «Литех» (г. Москва): GH-F: 5’-GCTGCTCCTGAGGGCCCTTCG-3’ и GH-R: 5’-GCGGCGGCACTTCATGACCCT-3’ (для гена bGH); PR3-F: 5’-CGAGTCCTTATGAGCTTGATTCTT-3’ и PR3-R: 5’- GCCTTCCAGAAGTCGTTTGTTTTC-3’ (для гена bPRL) [3]. Амплификацию проводили с применением набора «GenePakTM PCR Core» (IsoGene Lab., Москва) в термоциклере «Терцик» (ООО «ДНК-технология», Россия) в следующем режиме: для фрагмента гена bGH: первый цикл – 94 °С, 4 мин; последующие 35 циклов – 94 °С, 45 с; 65 °С, 45 с; 72 °С, 45 с; заключительный цикл – 72 °С, 7 мин.; для фрагмента гена bPRL: первый цикл – 95 °С, 5 мин; последующие 35 циклов – 95 °С, 30 с; 57 °С, 30 с; 72 °С, 30 с; заключительный цикл – 72 °С, 7 мин. Полученные продукты амплификации генов bPRL и bGH обрабатывали эндонуклеазами рестрикции RsaI и AluI соответственно в течение 20 часов при соблюдении условий, указанных фирмой-производителем (MBI Fermentas, Литва).
Размер продуктов рестрикции фрагмента гена bGH оценивали методом электрофореза в 2 %-м агарозном геле, а фрагмента гена bPRL – в 6 %-м полиакриламидном геле (1х TBE, бромистый этидий 0,5 мкг/мл, 100V). Результаты электрофореза регистрировали в ультрафиолете с использованием системы гельдокументации «UVT-1» (Biokom, Россия).
Удой, содержание жира и белка (кг, %) в молоке оценивали за 305 дней первой лактации по данным зоотехнического учёта (форма 2-мол). Статистическую обработку результатов проводили в программе «Microsoft Excel 2010». Достоверность попарных различий между средними значениями признаков оценивали с использованием критерия Стьюдента.
Результаты исследования
и их обсуждение
Проведённое исследование выявило полиморфизм всех рассматриваемых генов (табл. 1). В изученной выборке коров наблюдается значительное преобладание животных с генотипом AB (0,528) гена CSN3. Генотип AA, менее желательный при производстве молока, согласно работам [5, 11], был выявлен у 14 коров (0,112). Частота аллеля А составила 0,376, аллеля B – 0,624. В отношении гена bPRL было установлено, что частота аллеля А преобладает над частотой аллеля B более чем в два раза и составляет 0,72. Генотипы AA и AB гена пролактина у исследованных животных встречались примерно с одинаковой частотой – 0,496 и 0,448, соответственно. Частота генотипа BB у коров находилась на низком уровне и составила всего 0,056. Что касается гена bGH, то частота генотипа LL значительно превосходила частоту генотипа VL, и составила 0,88. Животных же c генотипом VV в данной выборке выявлено не было, что согласуется с ранее проведённым исследованием костромской породы [6].
Таблица 1
Частота генотипов и аллелей генов CSN3, bPRL и bGH
у коров костромской породы (n = 125)
Ген |
Число |
Генотип |
Частота генотипов ± s.e. |
Аллель |
Частота аллелей ± s.e. |
Hexp |
c2 |
CSN3 |
14 66 45 |
AA AB (Hobs) BB |
0,112 ± 0,028 0,528 ± 0,045 0,360 ± 0,043 |
A B |
0,376 ± 0,043 0,624 ± 0,043 |
0,469± 0,045 |
2,03 |
bPRL |
62 56 7 |
AA AB BB |
0,496 ± 0,045 0,448 ± 0,044 0,056 ± 0,021 |
A B |
0,720 ± 0,040 0,280 ± 0,040 |
0,403 ± 0,044 |
1,22 |
bGH |
15 110 |
VL LL |
0,120 ± 0,029 0,880 ± 0,029 |
V L |
0,060 ± 0,021 0,940 ± 0,021 |
0,110 ± 0,028 |
0,10 |
Примечания: s.e. – стандартная ошибка; Hobs – наблюдаемая гетерозиготность; Hexp – ожидаемая гетерозиготность; c2 – критерий соответствия.
Не установлено статистически значимого отклонения эмпирического распределения частот генотипов от распределения генотипов по Харди-Вайнбергу ни по одному из генов, так же, как не установлено достоверных различий между значениями наблюдаемой (Hobs) и ожидаемой (Hexp) гетерозиготности (табл. 1).
В табл. 2 показана связь генотипов по локусам рассматриваемых генов с показателями молочной продуктивности коров за 305 дней 1-й лактации.
Таблица 2
Молочная продуктивность коров костромской породы с различными генотипами
(за 305 дней первой лактации)
Генотип |
Удой, кг |
Жир, % |
Количество молочного жира, кг |
Белок, % |
Количество молочного белка, кг |
Ген CSN3 |
|||||
AA |
6351 ± 321 |
4,25 ± 0,08 |
277,4 ± 16,5 |
3,18 ± 0,02* |
201,9 ± 10,2 |
AB |
6364 ± 133 |
4,15 ± 0,04 |
264,1 ± 5,8 |
3,23 ± 0,01 |
205,5 ± 4,3 |
BB |
6494± 164 |
4,15 ± 0,04 |
269,0 ± 7,1 |
3,25 ± 0,01* |
210,6 ± 5,2 |
Ген bPRL |
|||||
AA |
6416 ± 142 |
4,14 ± 0,04 |
265,3 ± 5,7 |
3,23 ± 0,01 |
207,4 ± 4,5 |
AB |
6426 ± 144 |
4,19 ± 0,04 |
270,6 ± 7,1 |
3,23 ± 0,01 |
207,2 ± 4,6 |
BB |
6207 ± 435 |
4,17 ± 0,08 |
259,2 ± 20,8 |
3,23 ± 0,04 |
200,5 ± 14,8 |
Ген bGH |
|||||
LL |
6456 ±108* |
4,13 ± 0,03** |
267,3 ± 4,8 |
3,23 ± 0,01 |
208,5 ± 3,5* |
VL |
6064 ± 156* |
4,38 ± 0,07** |
268,1 ± 7,2 |
3,22 ± 0,01 |
195,1 ± 4,9* |
Примечания: * – P < 0,05 и ** – P < 0,01 (критерий Стьюдента).
Из таблицы видно, что по процентному содержанию белка животные с генотипом BB гена CSN3 имели преимущество над животными с генотипом AA. За 305 дней лактации они продуцировали в среднем на 0,07 % (P < 0,05) больше белка. При рассмотрении молочной продуктивности животных с различными генотипами гена bPRL достоверных различий установлено не было. По исследованному SNP гена bGH было выявлено, что наибольшими показателями удоя (6456 кг) и количества молочного белка (208,5 кг) характеризовались животные с генотипом LL, что на 6,1 и 6,9 % больше, соответственно, чем у их сверстниц с генотипом VL. При этом коровы с генотипом VL продуцировали молоко с большим процентным содержанием жира, равным 4,38 % (на 0,25 % больше, P < 0,01).
При анализе совместного влияния рассматриваемых генов на показатели молочной продуктивности коров костромской породы в первой лактации из 15 выявленных комплексных генотипов нами было учтено восемь, частота которых превышала 2,4 %. Наиболее часто встречались животные с генотипами AB/AA/LL (25,8 %),
AB/AB/LL (20,0 %) и BB/AA/LL (16,8 %) (табл. 3).
Таблица 3
Молочная продуктивность коров костромской породы с различными комплексными генотипами за первую лактацию
Генотип гена |
n |
Удой, кг |
Жир, % |
Количество молочного жира, кг |
Белок, % |
Количество молочного белка, кг |
||
CSN3 |
bPRL |
bGH |
||||||
AA |
AB |
LL |
9 |
6429 ± 496 |
4,26 ± 0,12 |
280,6 ± 26,0 |
3,18 ± 0,03 |
204,4 ± 15,8 |
AB |
AA |
LL |
32 |
6339 ± 186 |
4,11 ± 0,04a* |
260,3 ± 7,7 |
3,24 ± 0,02 |
205,3 ± 6,1 |
AB |
AA |
LV |
5 |
6085 ± 264 |
4,42 ± 0,21a*b* |
269,0 ± 16,1 |
3,19 ± 0,02 |
194,1 ± 7,5 |
AB |
AB |
LL |
25 |
6531 ± 250 |
4,13 ± 0,06 |
269,8 ± 11,3 |
3,22 ± 0,02 |
210,3 ± 7,9 |
BB |
AA |
LL |
21 |
6736 ± 291 |
4,04 ± 0,05b* |
271,8 ± 11,5 |
3,24 ± 0,01 |
217,9 ± 9,2 |
BB |
AB |
LL |
15 |
6373 ± 232 |
4,21 ± 0,08 |
269,3 ± 12,9 |
3,26 ± 0,04 |
207,5 ± 7,3 |
BB |
AB |
LV |
3 |
5790 ± 327 |
4,27 ± 0,06 |
246,9 ± 10,7 |
3,23 ± 0,02 |
186,7 ± 9,7 |
BB |
BB |
LL |
4 |
6469 ± 564 |
4,15 ± 0,15 |
269,6 ± 30,3 |
3,24 ± 0,06 |
210,2 ± 21,7 |
Примечание: буквенными индексами (a, b) обозначены пары достоверно различающихся генотипов при уровне достоверности: * – P < 0,05 (критерий Стьюдента).
Проведённый анализ показал достоверное превосходство коров с генотипом AB/AA/LV по процентному содержанию жира в молоке над животными с генотипами AB/AA/LL и BB/AA/LL на 0,31 % (P < 0,05) и 0,38 % (P < 0,05) соответственно. Наблюдаемые между животными с генотипами AA/AB/LL и BB/AA/LL различия по процентному содержанию белка носят характер тенденции (P = 0,054). По другим генотипам достоверных различий в показателях молочной продуктивности за 305 дней первой лактации найдено не было.
Заключение
Итак, проведённое исследование свидетельствует о связи показателей молочной продуктивности у исследованных коров костромской породы из ОАО ПЗ «Караваево» с генотипами генов CSN3 и bGH. Полученные данные по ассоциации LL генотипа гена bGH с высокими показателями удоя и количества молочного белка за 305 дней первой лактации согласуются с закономерностями, описанными у коров черно-пестрой породы [10]. Выявленное преимущество костромских коров с VL генотипом этого же гена по содержанию молочного жира наблюдалось также у коров голштинской породы [12]. Отметим, что ранее достоверных связей показателей молочной продуктивности с геном bGH у костромского скота обнаружено не было, однако, была отмечена тенденция связи генотипа VL гена гормона роста (bGH) с более высоким содержанием жира по сравнению с генотипом
LL (P = 0,086) [6]. Наибольшим процентным содержанием белка в молоке характеризовались животные с генотипом BB гена CSN3, что не противоречит данным других авторов [5, 11]. В настоящем исследовании установлено, что коровы с комплексным генотипом AB/AA/VL (гены
CSN3/bPRL/bGH) продуцируют молоко со значимо более высоким содержанием молочного жира по сравнению с коровами генотипов AB/AA/LL и BB/AA/LL. Нами не было установлено влияния RsaI-полиморфизма гена bPRL на исследованные признаки, как и в работе [6].
Таким образом, при разведении и совершенствовании животных костромской породы КРС с целью повышения уровня и качества получаемого от них молока хозяйствам как племенных, так и товарных стад, целесообразно рассматривать полученные результаты как дополнительный критерий при ведении селекционно-племенной работы с использованием ДНК-маркеров при отборе и подборе животных. Однако следует отметить, что для массового применения установленных закономерностей на практике необходима проверка их универсальности на больших выборках животных.
Работа выполнена при поддержке программы ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (Шифр лота: 2012-1.4-12-000-1001, шифр заявки: 2012-1.4-12-000-1001-007, Номер соглашения: 8088) и РФФИ (проект № 12-04-90880-мол_рф_нр).
Рецензенты:
Кокшарова О.А., д.б.н., в.н.с. Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, г. Москва;
Куликов А.М., д.б.н., с.н.с., ФГБУН «Институт биологии развития им. Н.К. Коль-
цова РАН», г. Москва.
Работа поступила в редакцию 16.10.2012.
Библиографическая ссылка
Перчун А.В., Лазебная И.В., Белокуров С.Г., Рузина М.Н., Сулимова Г.Е. ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ CSN3, bPRL И bGH У КОРОВ КОСТРОМСКОЙ ПОРОДЫ В СВЯЗИ С ПОКАЗАТЕЛЯМИ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11-2. – С. 304-308;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30525 (дата обращения: 17.08.2024).