CC BY
31
УДК 636.082.2:636.034
Ключевые слова: ген, полиморфизм, ПЦР-ПДРФ, каппа-казеин, бета-лактоглобулин, пролактин, продуктивность, крупный рогатый скот
Key words: gene, polymorphism, PCR-RLFP, kappa-casein, beta-lactoglobulin, prolactin, productivity, cattle
1Юльметьева Ю.Р., 12Сафина Н.Ю., Факиров Ш.К.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ТАТАРСТАНСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ ГОЛШТИНСКОГО СКОТА ПО ГЕНАМ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ
GENETIC STRUCTURE OF HOLSTEIN CATTLE POPULATION IN TATARSTAN ACCORDING TO DAIRY PRODUCTIVITY GENES
'ТатНИИСХ - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН Адрес: 420059, Россия, Республика Татарстан, Казань, ул. Оренбургский тракт, д. 48
TatSRIA - division of FIC Kazan SC of RAS Address: 420059, Russia, Republic of Tatarstan, Kazan, Orenburg tract st., 48 2ФГБОУ ВО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана» Адрес: 420029, Республика Татарстан, Казань, ул. Сибирский тракт, д. 35
N.E. Bauman Kazan State Academy of Veterinary Medicine, Federal State Budgetary Institution of Higher Education Address: 420029, Russia, Republic of Tatarstan, Kazan, Siberian tract st., 48
Юльметьева Юлиана Рустэмовна, к. б. н., ст. науч. сотрудник. Тел. +7 (927) 400-81-80. E-mail: [email protected]
Yulmeteva Yuliana R., PhD OF Biological Sciences, Senior Researcher. Tel. +7 (927) 400-81-80. E-mail: [email protected] Сафина Наталья Юрьевна, мл. науч. сотрудник, аспирант каф. технологии животноводства. Тел. +7 (906) 326-27-28. E-mail: [email protected] Safina Natalia Yu., Junior Researcher, Post-Graduate Student of the Animal Technology Dept. Tel. +7 (906) 326-27-28. E-mail: [email protected] Шакиров Шамиль Касымович, д. с.-х. н., профессор, гл. науч. сотрудник. Тел. +7 (843) 277-81-17. E-mail: [email protected] Shakirov Shamil K., Doctor of Agricultural Sciences, Full Professor, Chief Researcher. Tel. +7 (843) 277-81-17. E-mail: [email protected]
Аннотация. Цель данного исследования состояла в том, чтобы оценить генетическую структуру татарстанской популяции крупного рогатого скота голштинской породы по генам, имеющим взаимосвязь с признаками молочной продуктивности. В изученном поголовье (1071 гол.) методом ПЦР-ПДРФ были идентифицированы все возможные полиморфные варианты аллелей и генотипов генов к-казеина, Р-лактоглобулина и пролактина. Зафиксированная частота встречаемости аллелей A и B у представленных генов составила: 0,68 и 0,32; 0,46 и 0,54; 0,87 и 0,13 соответственно. Наблюдаемое распределение генотипов AA, AB и BB по локусам генов CSN3-Hinf I, LGB-Hae III и PRL-Rsa I было следующим: AA - 44,5 %, AB - 47,1 %, BB - 8,4 %; AA - 19,5 %, AB - 52,1 %, BB - 28,5 %; AA -69,5 %, AB - 29,9 %, BB - 1,3 % соответственно. Полученные данные свидетельствуют о разнообразии генетической структуры голштинской популяции Республики Татарстан. Тестирование вариабельности генотипов методом хи-квадрат (х2) указывает на сохранение генетического равновесия по исследуемым генам.
Summary. The aim of this study was to evaluate the genetic structure of Holstein cattle population in Tatarstan by the genes that have a correlation with signs of dairy productivity. In the studied livestock (1071 heads) by PCR-RFLP all the possible polymorphic alleles variants and genotypes of the genes of к-casein, в-lactoglobulin and prolactin were identified. The recorded occurrence frequency of alleles A and B of the presented genes was: 0,68 and 0,32; 0,46 and 0,54; 0,87 and 0,13 respectively. The observed distribution of genotypes AA, AB and BB by the loci of genes CSN3-Hinf I, LGB-Hae III and PRL-Rsa I was the following: AA - 44,5 %, AB - 47,1 %, BB - 8,4 %; AA - 19,5 %, AB - 52,1 %, BB - 28,5 %; AA - 69,5 %, AB - 29,9 %, BB - 1,3 %, respectively. The obtained data represent the diversity of the genetic structure of the Republic of Tatarstan's Holstein population. Genotype variability testing by Chi-square (x2) indicates the conservation of genetic equilibrium in the studied genes.
Актуальные вопросы ветеринарной биологии № 2 (38), 2018 9
Введение
Изучение генетической структуры популяции крупного рогатого скота имеет теоретическую и практическую значимость. Полученные данные могут быть использованы при составлении животноводческих программ для племпредприятий и молочных ферм, позволяют вести направленную селекцию на улучшение хозяйственно-полезных признаков, способствуют увеличению экономической эффективности в молочном производстве.
Установленный для крупного рогатого скота 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 [4]. В настоящее время интерес молекуляр-но-генетических исследований вызывают такие гены, как ген молочного белка каппа-казеина (CSN3), ген сывороточного белка бета-лактоглобулина (LGB) и ген гормона пролактина (PRL), характеризующиеся наличием генетически обусловленных полиморфных вариантов.
Ген каппа-казеина 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 [8]. Ранние исследования выявили связь CSN3B с более высоким содержанием белка [9] в молоке и сыре, а также с лучшими коагу-ляционными свойствами молока [3].
Бета-лактоглобулин отвечает за содержание белка в молоке и является показателем биологической ценности молока [10]. Ген бе-та-лактоглобулина достаточно большой и состоит из 7-ми экзонов, охватывающих около 4000 п. о. Длина цепи белка бета-лактоглобу-лина составляет 178 аминокислот. Вариант LGBB связан с высоким содержанием в молоке казеиновых белков, высоким процентом жира, а вариант LGBA характеризуется высоким содержанием сывороточных белков [1, 2].
10
Пролактин участвует в дифференциров-ке эпителиальных клеток молочной железы, инициации и поддержании лактации, регуляции синтеза молочных белков и жиров [3]. У крупного рогатого скота ген PRL расположен на 23-й хромосоме и состоит из пяти экзонов и четырёх интронов. Установлено, что синонимичная A-G замена, возникающая в кодоне для 103-й аминокислоты, приводит к появлению полиморфного RsaI-сайта [8]. Животные, несущие генотипы AA по локусу гена пролактина, отличаются установленной обильномолочностью [8, 10], а BB - повышенной массовой долей белка [9].
Целью представленной работы была оценка генетической структуры татарстан-ской популяции крупного рогатого скота гол-штинской породы по генам, имеющим установленные связи с признаками молочной продуктивности.
Материалы и методы
В ходе работы была исследована 1071 проба крови, взятая из хвостовой вены в вакуумные пробирки EDTA K-3 (APEXLAB, Китай). Биологический материал был получен от коров-первотелок голштинской породы СХПК «Племзавод им. Ленина» Атнинского района Республики Татарстан. Выделение ДНК из крови осуществляли в лаборатории молекулярно-генетических исследований ТатНИИСХ г. Казань с использованием готового набора «АмплиПрайм ДНК-сорб В» (ИнтерЛабСервис, Россия) в соответствии с рекомендациями изготовителя. Разнообразие аллельных вариантов локусов генов каппа-казеина, бета-лактоглобулина и пролактина проводили методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) при оптимальных темпера-турно-временных режимах, с применением комплектов праймеров (Евроген, Россия). Последующий анализ полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ) осуществлялся в течение 16 ч при 37 °C с расщеплением проб эндонуклеазами рестрикции Hinf I, Hae III и Rsa I (СибЭнзим, Россия) соответственно для каждого из генов согласно инструкции производителя. Электрофоре-тическое разделение продуктов ПЦР-ПДРФ
осуществлялось в агарозном геле в 10ХТБЕ буфере в горизонтальной камере. Визуализация проходила в присутствии бромида эти-дия в УФ-излучении трансиллюмминатора. Регистрация полученных фрагментов анализа документировалась посредством программы Gel&Doc (BIO Rad, США).
Встречаемость аллелей рассчитывали по формуле, предложенной Шангиным-Березов-ским. Распределение генотипов CSN3, LGB и PRL и генетическое равновесие в исследуемой популяции проверяли по методу хи-квадрата (х2) согласно закону Харди-Вайнберга. Полученные данные обрабатывались в программе Excel с использованием статистических формул.
Результаты исследований
В результате анализа продуктов ПЦР-ПДРФ были идентифицированы все возможные аллельные варианты и генотипы по ло-кусам CSN3-Hinf I, LGB-Hae III и PRL-Яш I (табл. 1).
Исследование аллельного полиморфизма гена каппа-казеина показало, что изучаемая популяция включает в себя три генотипа: AA - 44,5 %, AB - 47,1 %, BB - 8,4 %, а частота встречаемости аллельных вариантов A и B составляет 0,68 и 0,32 соответственно. Распределение аллелей и генотипов по гену бета-лактоглобулина было следующим: AA -19,5 %, AB - 52,1 %, BB - 28,5 % и A - 0,46, B - 0,54. Встречаемость полиморфных вариантов пролактина составила: по генотипам AA - 69,5 %, AB - 29,9 % и BB - 1,3 %, а по аллелям - А - 0,87 и B - 0,13.
Тестирование методом хи-квадрат показало, что исследуемая популяция находится в состоянии генетического равновесия согласно закону Харди-Вайнберга по всем изучаемым генам. Результаты вариабельности между наблюдаемым и ожидаемым распределением генотипов по к-казеину, Р-лактоглобулину и пролактину составили 4,37, 2,76 и 1,23 по каждому гену соответственно, что ниже допустимого значения критерия х2 (Р<0,05).
Обсуждение результатов
Наблюдаемая нами частота встречаемости желаемого генотипа ВВ по локусу гена CSN3-Hinf I соответствует данным, представленным другими авторами, сообщавшими о редком распространении (1,7-10,8) % [5-7, 10] или его отсутствии [3, 6] в изучаемом поголовье крупного рогатого скота. В нашем исследовании зафиксировано незначительное преобладание особей с генотипом CSN3AB (47,1 %) над особями CSN3AA (44,5 %), в то время как другие исследователи [3, 6, 7, 10] отмечали существенное ко -личественное преимущество гомозиготных АА-животных (59,6-76,7 %) над гетерозиготными АВ-животными (22-38,7 %).
Исследования по биоразнообразию крупного рогатого скота по локусу гена LGB-Hae III показали, что основная часть различных изученных породных групп характеризуется гетерозиготным генотипом АВ [1, 2, 5, 6, 10], в том числе и изученная нами голштин-ская порода крупного рогатого скота. Дроз-
11
Таблица 1
Частота встречаемости аллелей и генотипов
Гены N= 1071 Частота встречаемости генотипов Частота встречаемости аллелей х2
АА АВ ВВ
n % n % n % А В
CSN3 Н* 477 44,5 504 47,1 90 8,4 0,68 0,32 4,37
О** 495 46,2 466 43,5 110 10,3
LGB Н 209 19,5 557 52,1 305 28,5 0,46 0,54 2,76
О 227 21,2 532 49,7 312 29,1
PRL Н 774 69,5 313 29,2 14 1,3 0,87 0,13 1,23
О 811 75,7 242 22,6 18 1,7
Примечание: * - наблюдаемое распределение, ** - ожидаемое распределение.
дов Е.В., генотипировавший поголовье айр-ширской породы, сообщает о преобладании особей с генотипом ЬОБББ (66 %) и незначительном количестве особей с генотипом ЬОБАА (6,6 %).
Сходное с нашим результатом распределение полиморфных вариантов гена гормона пролактина описывалось в работах, освещающих изучение крупного рогатого скота черно-пестрой [2, 3, 6, 10], голштин-ской [5] и помесных голштинизированных пород [6, 7]. В них представлены данные о незначительном присутствии генотипа ББ в исследуемой породной группе (1,5-8 %) или о полном его отсутствии и максимальной встречаемости особей с генотипом АА (50-87 %). Однако Калашникова Л. А. [6] идентифицировала у особей холмогорской породы преобладание генотипа РКЬАБ (80 %), а оставшееся поголовье распределилось следующим образом: АА - 17 %, ББ - 3 %. Представленные данные свидетельствуют о том, что аллель Б гена пролактина, обладающая благоприятным влиянием на содержание белка, имеет достаточно низкую частоту встречаемости, а генотип ББ нередко совсем отсутствует в анализируемых популяциях крупного рогатого скота [2, 3, 10].
Заключение
Генетическая структура татарстанской популяции голштинского скота характеризуется биоразнообразием форм аллельных вариантов и генотипов по всем трем исследуемым генам молочной продуктивности. Состав генного разнообразия голштинизиро-ванных пород является сходным.
Анализ наблюдаемого и ожидаемого распределения по локусам генов СБЮ-Нш/ I, ЬОБ-Яае III и РКЬ-Лад I исследованного поголовья коров-первотелок голштинской породы СХПК «ПЗ им. Ленина» согласно закону Харди-Вайнберга продемонстрировал, что разница между идентифицированными генотипами АА, АБ и ББ составляет 3,6 -18,2 %, 2,2 - 7,9 % и 4,6 - 22,7 % по каждому гену соответственно. Из результатов тестирования распределения генотипов в изучаемой популяции следует, что генетическое равновесие не нарушено, х2 для к-казеина,
12
ß-лактоглобулина и пролактина равен 4,37, 2,76 и 1,23 соответственно, что существенно ниже критического значения (P<0,05).
Список литературы
1. Ахметов Т.М., Тюлькин С.В., Зарипов О.Г. Полиморфизм гена бета-лактоглобулина в стадах крупного рогатого скота II Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. 2010. Т. 202. С. 36-41.
2. Дроздов Е.В. Полиморфизм генов, связанных с молочной продуктивностью крупного рогатого скота : автореф. дис. ... канд. биол. наук : 03.02.07. ФГБОУ ВПО СПбГАУ, 2013. С.24.
3. Епишко О.А. Полиморфизм генов молочной продуктивности в популяции крупного рогатого скота Республики Беларусь I О.А. Епишко, Л.А. Танана, В.В. Пешко, Р.В. Трахимчик II УО «Гродненский государственный аграрный университет», Республика Беларусь, Гродно, 2010. С. 194-201.
4. Зиновьева Н.А. Роль ДНК-маркеров признаков продуктивности сельскохозяйственных животных I Н.А. Зиновьева, О.В. Костюнина, Е. А. Гладырь [и др.] II Зоотехния. 2010. № 1. С. S-10.
5. Изучение аллельного полиморфизма генов к-казеина (CSN3), ß-лактоглобулина (LGB) и пролактина (PRL) у татарстанской популяции голштинского крупного рогатого скота I Н.Ю. Сафина [и др.] II Инновационный потенциал сельскохозяйственной науки XXI века: вклад молодых ученых-исследователей : матер. Всерос. науч.-пр. конф. 24-27 окт. 2017 г.: сборник статей [Электронный ресурс] I Ижевск: ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2017. С. 12S-133.
6. Калашникова Л.А., Хабибрахманова Я.А. Ген -ное разнообразие молочных пород крупного рогатого скота : матер. III-й Межд. науч.-пр. конф. «Устойчивое развитие экономики: состояние, проблемы, перспективы». Пинск: ПолесГУ, 2009. Ч. 2. С.48-49.
7. Некрасов А.А. Влияние полиморфизма генов молочных белков и гормонов на энергию роста телок черно-пестрой голштинской породы I А.А. Некрасов, А.Н. Попов, Н. А. Попов, Е.Г. Федотова II Таврический научный обозреватель. 2016. № 5 (10). С. 91-95.
S. Перчун А.В. Полиморфизм генов CSN3, bPRL и bGH у коров Костромской породы в связи с показателями молочной продуктивности I А.В. Перчун, И.В. Лазебная, С.Г. Белокуров, М.Н. Рузина [ и др.] II Фундаментальные исследования. 2012. № 11. С. 304-308.
9. Сафина Н.Ю. Влияние полиморфизмов генов пролактина и каппа-казеина на показатели молочной продуктивности коров-первотелок голштинской породы I Н.Ю. Сафина, Ю.Р. Юльметьева, Ш.К. Шакиров II Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2017. № 4. С. 12S-133.
10. Safronova O.S. Polymorphism of Kappa-Casein, Somatotropin, Beta-Lactoglobulin, Prolactin and Thyreoglobulin Genes of Black and White Cattle of North Kazakhstan I O.S. Safronova, Е.А. ВаЫЛ, L.Y. Ovchinnikova, A.A. Ovchinnikov II Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2017. Vol. 9 (5). P. 56S-573.
