CC BY
46
УДК 636.082 : 575.113
Копилов К.В., завщувач вщдшу генетики, кандидат сшьськогосподарських наук
©
1нститут розведення i генетики тварин НААН Украгни
ПОЛ1МОРФ1ЗМ ГЕН1В АСОЦ1ЙОВАНИХ З ГОСПОДАРСЬКО КОРИСНИМИ ОЗНАКАМИ (QTL) У Р1ЗНИХ ПОР1Д ВЕЛИКО!
рогато!худоби
Насичешсть продовольчого ринку яюсними продуктами вiтчизняного виробництва в достатньому обсязi неможлива без iнтенсифiкацiï тваринництва, де одшею i3 складових е ефективна селекцiя. Генетичний потенцiал сшьськогосподарських тварин прийнято розглядати з точки зору можливост формування генних комплекав, здатних у певних умовах середовища детермiнувати розвиток бажаного фенотипу. Завдяки розвитку генетики кiлькiсних ознак було сформульовано припущення про те, що наявнiсть детальноï iнформацiï про тюно зчепленi гени могла б дозволити маркувати молекулярно-генетичними маркерами «головш» гени кшьюсних ознак i, таким чином, прогнозувати й отримувати генотипи новонароджених тварин з бажаними фенотиповими ознаками.
На рiвнi порщ, стад, спорщнених груп генетичнi маркери дають можлившть розширити i поглибити уявлення селекщонера про особливостi племiнного матерiалу, з яким вш проводить роботу. Тут полiморфнi системи дозволяють оцiнити рiзноманiтнiсть генофонду популяцiй, що селекцiонуються, проаналiзувати змiни, пов'язанi з селекцiйними факторами, та дають можливють виявлення в ранньому вiцi видатних генотипiв та прогнозувати результати добору i здшснювати спрямований пiдбiр [1-4]. У зв'язку з цим розвиток тваринництва Украши в даний час потребуе впровадження нових методiв та пiдходiв, яю базуються на безпосередньому аналiзi спадковоï iнформацiï на рiвнi генiв чи груп зчеплення генiв, в основi яких лежить використання полiморфiзму ДНК для виявлення специфiчних послiдовностей ДНК. ДНК - дiагностика (генна дiагностика) дае можливiсть, з одного боку, управляти генетичною структурою популяцiï, з шшого -проводити аналiз генотитв тварин на рiвнi генiв, яю асоцiйованi з господарсько корисними ознаками [5]. Таю локуси отримали назву локуси кiлькiсних ознак, QTL (Quantitative Trait Loci's) [6-8].
¡дентифжащя гешв та 1'х варiацiй, якi визначають той або iнший розвиток кшьюсних ознак (QTL), в европейських крашах та США дае можливiсть отримання прибутюв за рахунок скорочення генерацшного iнтервалу, раннього введення ремонтного поголiв'я в процес вiдтворення та застосування селекцiï з допомогою маркерiв MAS, тобто проводити пiдбiр батькiвських пар i добiр певних генотипiв та отримувати нащадюв з
© Копилов К.В., 2010
52
вщповщним генетичним потенщалом щодо основних показниюв продуктивностi [9-11].
Матер1ал i методи. Оцiнку полiморфiзму генiв капа-казе!ну (CSN3), бета-лактоглобулiну(BLG), гормону росту (GH), гiпофiзарно-специфiчний фактор транскрипци (Pit 1), проводили за методом ПЛР-ПДРФ. Видiлення ДНК проводили з використанням стандартного комерцiйного набору «ДНК-сорб В» виробництва «Амплюенс» згiдно з рекомендащями виробника. Концентрацiю ДНК перевiряли шляхом електрофорезу в 2% агарозному гелi. Для проведення полiмеразно! ланцюгово! реакцп в роботi використовували реакцшну сумiш об'емом 10 мкл: H2O - 4,3 мкл, Буфер- ПЛР 5-х (15 м Mg-1,0 мол) - 2,0 мкл; dNTP сумш 10-х (2мМ кожного) - 0,8 мкл; два праймера ( 70 нг кожного) - 0,8 мкл; Taq-полiмеразу (1мол/1000 U) - 0,1 мкл; ДНК 50-100 нг - 2,0 мкл.
Для амплiфiкацi! фрагменту гена к-Cn використовували наступш праймери: 5' GAAATCCCTACCATCAATACC-3' та 5'
CCATCTACCTAGTTTAGATG-3'. Для амптфжацд фрагменту гена PLG використовували праймери: 5' TGTGCTGGACACCGACTAC AAAAAG-3'; 5'GCTCCCGGTATATGACCACCCTCT-3'. Для амп^каци фрагменту гена GH використовували наступнi праймери: 5' - GCTGCTCCTGAGGGCCCTTC-3'; 5' -GCGGCGGCACTTCATGACCC-3'. Для амптфгсащ! фрагмента гена PIT-1 використовували наступнi праймери: 5'-CAATGAGAAAGTTGGTGC-3'; 5'-TCTGCATTCGAGATGCTC-3'. Для аналiзу полiморфiзму структурних гешв використовували рестриктази, пiдiбранi до кожного гена: к-Cn - Hinf 1, PLG -Hae III, GH - AluI, PIT-1 - Hinfl. Аналiзували особливостi генетично! структури чотирьох основних порiд велико! рогато! худоби, а саме: укра!нсько! чорно-рябо! молочно! (n - 125 гол.), укра!нсько! червоно-рябо! молочно! (n - 90 гол.), голштинсько! (n - 53 гол.) та симентальсько! (n - 92 гол.) порщ за полiморфiзмом основних генiв кiлькiсних ознак.
Результати дослщження. З метою вивчення особливостей формування генофондiв дослiджуваних порiд був проведений порiвняльний аналiз за вщповщними генами. За геном капа-казе!ну k-CN частота генотипу АА у молочних порщ складала 0,664, 0,778, 0,793 вщповщно для тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно!, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! та голштинсько! порщ, у сименталiв гомозиготнi тварини за алелем А зустрiчалися з частотою 0,467. Гетерозиготш тварини генотипу АВ за частотою розподшялися наступним чином: укра!нська чорно - ряба молочна порода - 0,312, укра!нська червоно - ряба молочна - 0,222, голштинська - 0,207, у тварин симентальсько! породи цей показник був вищим i складав 0,425. В популящях голштинсько! i укра!нсько! червоно - рябо! молочно! порщ гомозиготш тварини з генотипом ВВ не були виявлеш, в украшськш чорно - рябш молочнiй породi гомозиготнi тварини зустрiчались з частотою 0,024, в чотири з половиною рази нижче, шж у тварин комбшованого напрямку продуктивност симентальсько! породи, у яких цей показник складав 0,108. За розподшом алелей найбiльш подiбнi за генетичною структурою виявилися укра!нська чорно - ряба молочна, укра!нська червоно - ряба молочна та голштинська породи, у яких частота
53
алелю А складала 0,820, 0,888, 0,896 вщповщно. Значно нижча частота цього алелю спостер^алась у тварин симентальсько! породи 0,679. Частота В -алельного варiанту була дуже низькою у тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи i складала 0,180, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! породи
- 0,112 i була подiбною до частоти цього алелю у голштинсько! породи - 0,104, проти 0,320 у сименталiв. Подiбнiсть за генетичною структурою i низька концентращя В-алельного варiанту пояснюеться тим, що в створеннi вiтчизняних порiд використовували буга!в голштинсько! породи, популяцi! яких несуть не бшьше 20% цього алелю. При аналiзi частоти алелю В у корiв i буга!в спостерiгаеться менша частота цього алелю у буга!в 20,7% порiвняно з коровами укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи 33,6%, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! породи - 22,2%, що пов'язано з бшьш жорстким вщбором буга!в i вiрогiдно, що рiзнi фактори штучного добору спрямоваш проти В алеля цього гену.
За геном РЬО у дослщжених порiд була виявлена переважна кшьюсть тварин з генотипом АВ. Так, частота цього генотипу у тварин укра!нсько! чорно
- рябо! молочно! i укра!нсько! червоно - рябо! молочно! порщ була майже однаковою (0,576 та 0,578 вщповщно) i була наближена до частоти цього генотипу у тварин голштинсько! породи, у яких вона складала 0,566, для сименталiв частота гетерозиготних тварин була меншою - 0,489. Частота гомозиготних тварин з генотипом ВВ була однаковою у представниюв укра!нсько! чорно - рябо! молочно! i укра!нсько! червоно - рябо! молочно! порщ i складала 0,344, у голштишв - 0,302, а у сименталiв - 0,359. Генотип АА за геном бета-лактоглобулшом найчастше зустрiчався у тварин симентальсько! породи 0,152, а в популящях укра!нсько! чорно - рябо! молочно! i укра!нсько! червоно - рябо! молочно! порщ був дуже низьким 0,08 i 0,078 вщповщно, у тварин голштинсько! породи вш складав 0,132. Загалом частота алельного варiанту В за цим геном становила у тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно!
- 0,632, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! - 0,633, голштинсько! - 0,585 i симентальсько! порщ - 0,359. З отриманих результат так само, як i за геном капа-казе!ну, ми спостер^аемо за розподшом частот алелей i генотипiв за геном бета-лактоглобулiном подiбнiсть генетично! структури популяцiй тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно!, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! i голштинсько! порiд.
В результатi проведення мiжпородного аналiзу за геном гормону росту ОН у популящях тварин укра!нсько! червоно - рябо! молочно! i голштинсько! порщ не були виявлеш тварин гомозиготш за алельним варiантом V гену гормону росту, в популяци тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи !х частка була незначною (0,056), у симентальсько! породи тварини за цим генотипом складали 0,207. Частота гетерозиготних тварин з генотипом LV була наступною: у тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно! 0,328, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! 0,167, голштинсько! 0,207 i симентальсько! порщ 0,391. Однак для тварин молочного напрямку продуктивност виявилась характерною висока частота гомозиготних тварин з генотипом LL порiвняно з
54
тваринами симентальсько! породи, у яких частота цього генотипу складала 0,402, у тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно!, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! i голштинсько! 0,616, 0,833, 0,793 вщповщно. Частота алеля Ь, асоцiйованого з надоем i вмiстом жиру в молощ, була найнижчою у тварин симентальсько! породи (0,402), а для тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно!, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! i голштинсько! порщ частота цього алелю виявилася однаково високою i складала 0,780, 0,917 i 0,896 вiдповiдно, що i за цим геном вказуе на подiбнiсть генетичних структур дослiджених порiд тварин велико! рогато! худоби молочного напрямку продуктивностi.
Для тварин симентальсько! породи за геном Р1Т-1 виявилася характерною на вiдмiну вiд тварин шших порiд, висока частота гомозиготних тварин з генотипом ВВ, яка складала 0,719, гомозиготш тварини за А алелем не були виявлеш, частота гетерозигот АВ була 0,281. Для тварин молочних порщ укра!нсько! чорно - рябо! молочно!, укра!нсько! червоно - рябо! молочно!, голштинсько! розподш як за частотою генотитв, так i алельних варiантiв був подiбний. Частота генотипу АА у тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно!, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! i голштинсько! порiд складала 0,192, 0,155 та 0,208 вщповщно. Частота гетерозиготних тварин АВ була у популящях укра!нсько! чорно - рябо! молочно! 0,489, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! 0,567 i голштинсько! порщ 0,417. Частота гомозиготним тварин за В алелем розподшялась наступним чином: укра!нсько! чорно - ряба молочна порода 0,320, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! 0,278, голштинсько! 0,375. Частота алеля А у молочних порщ була майже однаковою 0,436, 0,438, 0,416 у тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно!, укра!нсько! червоно - рябо! молочно! i голштинсько! порщ вщповщно, що пов'язано, як з напрямком продуктивности так iз iсторiею створення втизняних порщ. Для тварин симентальсько! породи частота алелю А була досить низькою i складала 0,141.
За геном лептину Ьер для тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи виявилася характерною наступна частота розпод^ генотитв: АА -0,616, АВ - 0,344, ВВ - 0,04, а для тварин симентальсько! породи: АА - 0,598, АВ - 0,402, гомозиготних тварин з генотипом ВВ виявлено не було. Частота алелю А у тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи складала 0,788, а симентальсько! - 0,799.
За геном М8Т№ не були виявлеш тварини симентальсько! породи з мутащею за цим геном з генотипом АВ (196 та 185 п.н.) - П821 (ёе111), що спричиняе м'язову гшертрофш у велико! рогато! худоби.
В результат проведення кореляцшного аналiзу щодо встановлення асощацш мiж рiзними генотипами тварин за дослщженими локусами кшьюсних ознак i показниками молочно! продуктивност були отриманi вiрогiднi кореляци мiж дослiдженими локусами i показниками продуктивности
Так, за геном капа-казе!ну к-СК були виявленi вiдповiднi рiзницi продуктивностi тварин залежно вiд генотипу за таким показником, як надш, так для корiв укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи надш тварини з генотипом
55
АВ>АА на 18,92% (р < 0,1), АВ > ВВ на 24,9% (р < 0,05); для корiв укра!нсько! червоно-рябо! молочно! породи АА > ВВ на 8%; для тварин симентальсько! породи ВВ > АА на 4,09%, ВВ > АВ на 14,74 % (р < 0,1). За геном PLG були отримаш наступш результати: для корiв укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи за таким показником, як вмют бшка в молощ тварини з генотипом АВ>ВВ на 0,13%, АВ > АА на 1,18% (р < 0,01); для корiв укра!нсько! червоно-рябо! молочно! породи надш тварин з генотипом АА > АВ на 8,49% (р < 0,05), АА > ВВ на 9,54% (р < 0,1), за таким показником, як вмют жиру в молощ тварин з генотипом АВ > АА на 0,156% i АВ > ВВ на 0,083%; для тварин симентальсько! породи за вмютом жиру в молощ тварини з генотипом ВВ > АВ на 0,04%. За геном гормону росту GH за надоем у тварини укра!нсько! чорно -рябо! молочно! тварини LV>LL на 10,9% (р < 0,1), LV >VV на 7,28%, за вмктом жиру в молощ тварин LL>LV на 0,038%, VV > LL на 0,037%, VV>LV на 0,07%; для тварин укра!нсько! червоно - рябо! молочно! породи за вмютом бшка в молощ тварини з генотипом LL > LV на 0,001%, за вмютом жиру в молощ тварини з генотипом LV > LL на 0,099%; за надоем тварини симентальсько! породи з генотипом LL > LV на 2,73%, а LL>VV на 10,395, за вмютом жиру в молощ тварини з генотипом LV>LL на 0226% i LV >VV на 0,236%. За геном PIT-1 за таким параметром як надш молока тварини укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи з генотипом АА > ВВ на 8,932%, АА > АВ на 6,046%; у тварин укра!нсько! червоно - рябо! молочно! надш виявився вищим у тварин з генотипом АВ > АА на 4,83% i АВ > ВВ на 4,27%, вмют бшка в молощ у тварин з генотипом АВ > АА на 0,021%, а вмют жиру в молощ АВ > АА на 0,064% i АВ > ВВ на 0,002%. За геном лептину Lep тварини укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи за вмштом жиру в молощ мали високо вiрогiдну рiзницю ВВ > АВ на 0,059% (р < 0,01) i ВВ > АА на 0,455% (р < 0,01), АВ > АА на 0,396 % (р < 0,01); для симентальсько! породи надш виявився вищим АВ > АА на 0,311%, а за вмютом бшка в молощ тварини з АВ > ВВ на 0,053%.
На пiдставi отриманих результаив за дослщжуваними генами та враховуючи пол^енний характер детермшаци формування ознак молочно! продуктивност рекомендуеться комплексний модельний генотип для пщвищення надою для тварин укра!нсько! чорно - рябо! молочно! породи - k-CN^, PLG^, GHlv, Pit^, Lep^; укра!нсько! червоно - рябо! молочно! породи
- k-CN^; PLG^; GHLL; PItAB; симентальсько! породи - k-CN^PLG ^GH^Lep^; для пщвищення жирномолочности для тварин укра!нсько! чорно
- рябо! молочно! породи - k-CN^, PLG^, GHVV, Pit^, LepBB/AB; укра!нсько! червоно - рябо! молочно! породи - k-CNAA; PLGAB; GHLV, Pit 1AB; симентальсько! породи - k-CN^LG^GH^Lep^.
Висновки. Таким чином, отримаш результати щодо полiморфiзму локуав кшьюсних ознак (QTL) вказують на те, що за розподiлом алельних варiантiв гешв та генотипiв породи молочного напрямку продуктивностi вiтчизняно! селекцi! подiбнi за генетичною структурою, що, безумовно, пояснюеться тим, що укра!нська чорно-ряба молочна i червоно-ряба молочна
56
порода створювались шляхом складного вщтворювального схрещування з голштинською породою. Розподш алельних частот генотитв, ix успадкування визначаеться особливостями селекцшно].' роботи, яка проводиться з кожною породою окремо, вiдповiдно ii належност до визначеного напрямку продуктивностi i не зв'язаний з використанням близькородинних схрещувань при розведеннi тварин та ix приналежност до одше].' чи декшька лiнiй. Розподiл алельних варiантiв та генотипiв тварин за дослщженими молекулярно-генетичними маркерами можна розглядати як додатковi характеристики порiд. Отримана шформащя при вiдповiднiй ii ощнщ додатково до класичних методiв селекцшно-племшно].' роботи дае можливiсть створення популяцш тварин шляхом цiлеспрямованого генетичного добору i пiдбору батькiвськиx пар з вщповщним генетичним потенцiалом щодо вщповщних теxнологiчниx вимог до отримуваноi' сшьськогосподарсько].' продукцп, зокрема показникiв молочноi' продуктивной в молочному скотарствi.
Л1тература
1. Буркат В. П. Великомасштабна селекщя: проблеми i принципи органiзацii // Тваринництво Украши. — 1985. — №3. — С. 24-27.
2. Зубець М.В., Буркат В.П. Науковi основи породотворчого процесу в молочному i м'ясному скотарствi на сучасному етат // Тваринництво Украiни.
— 1996. — № 1. — С. 3-4.
3. Буркат В.П., Ефименко М.Я. , Хаврук А.Ф., Подоба Б.Е. Принципы использования генетических маркеров в породообразовательном процессе // Проблемы производства молока и говядины: материалы междунар. конф., 1920 июня 1996 г. / Акад. аграр. наук Респ. Беларусь, Бел. НИИ животноводства.
— Жодино, 1996. — С. 67.
4. Зубець М. В. Перспектива розвитку бютехнологш в УААН // Використання сучасних молекулярно-генетичних i бютехнолопчних розробок у генетики - селекцшних дослщженнях : зб. матерiалiв 2-о].' мiжнар. конф. - К. : Аграр. наука, 1998. - С. 3—6.
5. Заид А., Хьюз Х.Г., Порчедду Э., Николас Ф. Словарь терминов по биотехнологии для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства .- Рим, 2008. - С. 395.
6. Daetwyler H., Schenkel F., Sargolzaei M. A genome scan to detect quantitative trait loci for economically important traits in Holstein cattle using two methods and a dense single nucleotide polymorphism map // J. Dairy Sci. - 2008. -Vol. 91, № 8. - P. 3225—3236.
7. Ashwell M., Heyen D., Sonstegard T. Detection of quantitative trait loci affecting milk production, health, and reproductive traits in Holstein cattle // Journal of dairy science. - 2004. - Vol. 87, № 2. - P. 468—475.
8. Lipkin.E., Tal-Stein R., Friedmann A. Effect of quantitative trait loci for milk protein percentage on milk protein yield and milk yield in Israeli Holstein dairy cattle // Journal of dairy science. - 2008. - Vol. 91, № 4. - P. 1614—1627.
9. Lipkin E. , Bagnato A., Soller M. Expected effects on protein yield of marker-assisted selection at quantitative trait loci affecting milk yield and milk
57
protein percentage // Journal of dairy science. - 2008. - Vol. 91, № 7. - P. 2857— 2863.
10. Viitala S. , Schulman N., J. de Koning D. Quantitative trait loci affecting milk production traits in Finnish Ayrshire dairy cattle // Journal of dairy science. -2003. - Vol. 86, № 5. - P. 1828—1836.
11. Bagnato A., Schiavini F., Rossoni A. Quantitative trait loci affecting milk yield and protein percentage in a three-country brown swiss population // Journal of dairy science. - 2008. - Vol. 91, № 2. - P. 767—783.
Summary Kopylov K.V.
POLIMORFIZM OF GENES ASSOCIATED WITH ECONOMICALLY USEFUL SIGNS (QTL) OF BREEDS CATTLE
Researches of genetic structure of 4 breeds cattle on 6 to structure genes are carried out. Peculiarities of artificial selection applied to a breed irrespective of its determined direction of productivity underlie the distribution of allele variants of genes.
Key words: DNA-technology, QTL, Marker Assisted Selection - MAS, DNA markers
Cmammx nadiumna do peda^ii 15.09.2010
58
