CC BY
1
УДК 637.045
DOI 10.52231/2225-4269_2023_3_123
Каппа-казеин как один из факторов, влияющих на продуктивные качества
коров
Лоретц Ольга Геннадьевна, доктор биологических наук, профессор, Почетный работник высшего профессионального образования РФ, Почетный работник агропромышленного комплекса России e-mail: rector.urgau@yandex.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный аграрный университет»
Чеченихина Ольга Сергеевна, доктор биологических наук, профессор кафедры биотехнологии и пищевых продуктов e-mail: olgachech@yandex.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный аграрный университет»
Ражина Ева Валерьевна, кандидат биологических наук, старший преподаватель
e-mail: eva.mats@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный аграрный университет»
Смирнова Екатерина Сергеевна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры биотехнологии и пищевых продуктов e-mail: ekaterina-kazantseva@list.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный аграрный университет»
Ключевые слова: каппа-казеин, генотип, молочная продуктивность, коровы, взаимосвязь, полиморфизм.
Аннотация. В настоящее время генетические методы исследований в зоотехнии приобретают все большее значение. Целью работы
являлось проанализировать влияние модификаций каппа-казеина на продуктивные свойства коров голштинской породы, разводимых в хозяйствах Свердловской области.
Испытания осуществлялись на базе двух племенных организаций Свердловской области. Генотипирование животных проводили методом полимеразной цепной реакции с последующим полиморфизмом длин рестрикционных фрагментов. Результаты рассчитаны с использованием статистической обработки. Проведен анализ полиморфных вариантов гена каппа-казеина у подопытного поголовья коров Уральского типа. Наибольшую частоту встречаемости имели коровы с модификацией АА каппа-казеина - 60%, наименьшую с ВВ генотипом - 8%. Теоретически ожидаемая частота генотипов являлась ниже фактически полученной на 2% и 4%. Определен оценочный критерий х2 эмпирический - 2,6, что свидетельствует о сохранении генного равновесия в исследуемой популяции. Показатели молочной продуктивности оценивались за 305 дней лактации. По удою, содержанию белка в молоке, выходу молочного жира и белка, в первом хозяйстве лучшими являлись животные с модификацией ВВ каппа-казеина, во втором - АВ. Показатель массовой доли жира в молоке был выше у коров с гомозиготным АА генотипом при недостоверной разнице между группами. Проведенные испытания показали, что генотип каппа-казеина повлиял на продуктивные качества подопытных животных.
Введение. Развитие сферы молочной промышленности происходит за счет разных факторов, например, таких как, экономические, технологические, политические, ценностные и другие, которые отражаются на отрасли в целом. Для государства и любого региона молочная промышленность является неотъемлемой частью агропромышленного комплекса, так как большая часть продуктов является продуктами первой необходимости [1-2].
Молочные продукты входят в основную потребительскую корзину населения, так как имеют высокую значимость для человека, как в пищевом, так и биологическом плане. Особая роль в этом вопросе отводится молочным белкам, которые в своем составе имеют аминокислоты, которые полностью усваиваются организмом [3-5]. Большая часть белков молока представлена казеином (78-85%), который имеет четыре фракции - а, в, Y, к, различных по химическому составу и свойствам. Основная роль при производстве молочной продукции отводится на к-казеин (CSN3), так как он определяет сыропригодность и технологические характеристики молока [3-4].
Одной из первостепенных задач отрасли в России является улучшение качества молока и повышение уровня продуктивности
животных [6-8]. С поставленной задачей, по мнению А.В. Харламова, можно справиться за счет применения генетических ресурсов, таких как маркерная селекция или ДНК-технологии. За счет внедрения этих методов можно повысить уровень молочной продуктивности в РФ и тем самым выполнить основную задачу продовольственной безопасности РФ - получение молока и молочной продукции высокого качества. Основную роль в производстве молочной продукции отводят гену каппа-казеина, который отвечает за качество белка и его дальнейшую переработку. У молочных животных было выявлено два часто встречающихся гена с аллелями А и В. Так, было доказано, что аллель В характеризуется наибольшей белковомолочностью, лучшими коагуляционными свойствами [6-7].
Данные авторов подтверждают исследования С.А. Ламонова и А.С. Сафоновой (2021). Так, учеными было установлено, что наилучшими технологическими свойства обладало молоко с генотипом по каппа-казеину ВВ. Данное молоко прекрасно подходило для производства сыров. Выход сыра при этом, увеличивался на 6%, а время свертывания белка сократилось на 24% [9- 10].
По данным О.В. Татуевой, за последние 20 лет в отрасли молочного скотоводства заметны существенные изменения, в частности в породном составе животных. Основной, на данный момент породой молочного направления можно считать голштинскую. Было экспериментально подтверждено, что данная порода имеет аллель гена А, который отвечает за количество полученного молока. Аллель В. в данной породе встречается реже [6, 11].
Исследования О.В. Татуевой подтверждают и другие ученые. Проведенные исследования на стаде молочного скота голштинской породы Н.Ю. Сафиной [и др.] свидетельствуют о том, что у данной породы частота встречаемости аллеля А - 0,651, а аллеля В - 0,349. По результатам исследований учеными было установлено, что генотип гена CSN3 свидетельствовал о превосходстве животных с генотипом AB по удою (6908,5 кг), а с генотипом BB - по содержанию массы и выходу доли белка (4,05% и 267,5 кг). Животные с генотипом АА имели повышенные показатели по жиру (3,65% и 244,4 кг) [12].
Таким образом, для улучшения свойств молока, в том числе и технологических, отбор животных лучше всего вести с помощью молекулярно-генетических методов, в том числе и ДНК-маркеров. При помощи ДНК-маркеров можно в значительной степени повысить эффективность ведения племенной работы с молочным скотом. Одним из ДНК-маркеров, характеризующих продуктивность, выступает ген каппа-казеина (CSN3). Он отвечает за массовую долю белка и влияет на технологические свойства молока [13-15].
Целью работы являлось проанализировать влияние модификаций каппа-казеина на продуктивные свойства коров голштинской породы, разводимых в хозяйствах Свердловской области.
Материалы и методы Исследования осуществлялись на базе двух племенных предприятий Свердловской области на поголовье животных голштинской породы. Опытные группы были сформированы при помощи метода сбалансированных групп. Исследовано 100 голов животных. Условия кормления и содержания в двух хозяйствах являлись одинаковыми.
Отбор образцов крови с целью определения полиморфных вариантов каппа-казеина проводили из хвостовой вены коров в вакуумные пробирки с к2-эдта. Генотипирование осуществлялось методом ПЦР-ПДРФ-анализа в лаборатории Уральского научно-исследовательского ветеринарного института - структурного подразделения ФГБНУ «УрФАНИЦ УрО РАН». Теоретически ожидаемое распределение генотипов по локусу гена каппа-казеина рассчитывали методом определения генного равновесия, используя формулу Харди -Вайнберга:
Показатели молочной продуктивности оценивали за 305 дней лактации на основании данных программы «Селэкс. Молочный скот» и карточек племенных коров 2-МОЛ.
Статистическую обработку результатов осуществляли с применением программы Microsoft Excel.
Результаты исследований. Выявлены полиморфные варианты гена каппа-казеина у подопытного поголовья. По результатам испытания животные разделены на группы (АА, АВ и ВВ модификации данного гена). Определена наблюдаемая частота генотипов (рис. 1).
Рисунок 1 - Полиморфные варианты гена каппа-казеина коров уральского типа
Наибольшее число животных являлись носителями гомозиготного варианта АА гена каппа-казеина, что составило 60%. Коров с гетерозиготным генотипом АВ определили в 2 раза меньше - 32%. Вариант ВВ встречался значительно реже - всего 8% подопытных животных.
Рассчитана теоретически ожидаемая частота генотипов (рис. 2).
Рисунок 2 - Теоретически ожидаемая частота генотипов
Значение теоретически ожидаемой частоты генотипа АА и ВВ каппа-казеина являлось ниже фактически полученного на 2%, АВ -выше на 4%. Рассчитан оценочный критерий х2 эмпирический - 2,6. Полученное значение меньше установленного - 3,8, соответственно в исследуемой популяции сохранено генное равновесие.
Исследовано влияние вариантов каппа-казеина и показателей молочной продуктивности коров в двух хозяйствах (рис. 3, 4).
Рисунок 3 - Влияние генотипирования на показатели молочной продуктивности животных (хозяйство 1)
Наибольший показатель удоя определен у животных, имеющих гомозиготный вариант ВВ каппа-казеина - 7693±202 кг, что выше на 7,6% (Р < 0,05) в сравнении с подопытными животными с генотипом АА. По жирномолочности значительной разницы между группами не выявлено, показатель имел пределы 3,75-3,83%. Превосходство по массовой доле белка показали коровы с ВВ вариацией каппа-казеина - 3,21 ± 0,02%, что выше на 0,19% (Р < 0,05), чем у животных с модификацией АА. По выходу молочного жира не определено достоверной разницы между группами. По выходу молочного белка лидерами были животные с генотипом каппа-казеина ВВ, превзошедшие коров с модификацией АА на 13,3% (Р < 0,001).
Рисунок 4 - Влияние генотипирования на показатели молочной продуктивности животных (хозяйство 2)
По показателям молочной продуктивности лучшими являлись животные с аллельной вариацией В гена каппа-казеина. Лучшую молочность показали коровы с гетерозиготой АВ каппа-казеина - 6844±198 кг, превзошедшие данный признак коров с вариантом АА на 12,4% (Р < 0,01). Показатель жирномолочности не имел принципиальных различий между опытными группами. Наибольший белок характеризовался животными с гетерозиготной вариацией АВ каппа-казеина - 3,13±0,02%, что выше на 0,1% (Р < 0,05), чем у исследуемого поголовья с генотипом АА. Лучший показатель количества молочного жира дали коровы с генотипом АВ - 272,44 ± 6,88%, разница между группами с модификациями АВ и АА - 14,4% (Р < 0,05), ВВ и АА - 13,03% (Р < 0,05). Выход молочного белка являлся наибольшим у животных с ВВ вариантом - 204,46 ± 4,65 кг, что выше на 11,4% (Р < 0,05).
Проведен анализ исследования взаимосвязи генотипирования с составляющими молочной продуктивности коров в среднем по группам (на основе данных двух племенных предприятий), представленный на рисунках 5, 6.
Рисунок 5 - Показатель удоя коров разных генотипов
При расчете средних показателей удоя в целом по двум хозяйствам, определено, что наибольший удой характерен для коров с ВВ вариацией - 7181 ± 186 кг, превысивший на 8,8% (Р < 0,05) данный показатель коров с модификацией АА каппа-казеина.
Рассчитаны средние показатели жирномолочности и белковомолочности животных в целом по двум племенным организациям.
Рисунок 6 - Массовая доля жира и белка в молоке подопытных животных
По содержанию массовой доли жира в молоке лучшими являлись коровы с генотипом АА каппа-казеина при не достоверной разнице между группами.
Наибольшая массовая доля белка определена у животных с гомозиготной модификацией ВВ каппа-казеина - 3,17±0,03%, что выше на 0,14% (Р < 0,05).
Выводы
Таким образом, в ходе исследования было установлено, что проведенное генотипирование животных свидетельствует о преобладании модификации АА каппа-казеина в опытном стаде
животных уральского типа - 60%.
Результаты оценки показателей молочной продуктивности подтверждают преимущество аллели В гена каппа-казеина.
Лучшие показатели молочной продуктивности в первом хозяйстве имели коровы с генотипом ВВ каппа-казеина, превосходившие животных с генотипом АА: по удою на 7,6% (Р < 0,05), содержанию белка на 0,19% (Р < 0,05), выходу молочного жира на 8,56% и выходу молочного белка на 13,3% (Р < 0,05). В первом хозяйстве по содержанию жира лидировали коровы с вариантом АА каппа-казеина при незначительной разнице между группами - 0,04%.
Во втором хозяйстве животные с модификацией АВ каппа-казеина имели преимущество перед коровами с АА генотипом: по удою на 12,4% (Р < 0,01), массовой доле жира на 0,03%, массовой доле белка на 0,1% (Р < 0,05), количеству молочного жира на 14,4% (Р < 0,05). По количеству молочного белка во втором хозяйстве лучшими являлись животные с ВВ модификацией каппа-казеина, которые превзошли коров с АА генотипом на 11,4% (Р < 0,05).
Показатели молочной продуктивности в целом по двум хозяйствам с учетом генотипирования по каппа-казеину свидетельствуют о превосходстве коров с вариантом ВВ. Животные с данной модификацией доминировали над коровами с АА вариантом по удою на 8,8% (Р < 0,05) и содержанию белка на 0,14 % (р < 0,05). По содержанию жира преимущество имели коровы с генотипом АА при недостоверной разнице между группами (0,01%).
В связи с этим следует осуществлять подбор быков-производителей с аллелем В каппа-казеина в племенных предприятиях Свердловской области, повышать особей-носителей данного аллеля.
Литература:
1. Аралбаева, Г.Г. проблемы развития молочной отрасли в Российской Федерации / Г.Г. Аралбаева, Е.А. Цыркаева // Менеджмент в АПК. - 2022. - № 4. - С. 5-10. - DOI: 10.35244/2782-3776-2022-24-5-10
2. Кодирзода, Ш.А. Анализ развития мирового рынка молока и молочных продуктов / Ш.А. Кодирзода // Вестник Технологического университета Таджикистана. - 2022. - № 3(50). - С. 190-197.
3. Лещуков, К.А. Управление качеством молока / К.А. Лещуков // Молочная промышленность. - 2020. - № 11. - С. 58-59.
4. Часовщикова, М.А. Химический состав и свойства молока коров разных генотипов каппа-казеина / М.А. Часовщикова // Наука и инновации: векторы развития: сб. науч. стат. Международной научно-практической конференции молодых ученых (Барнаул, 24-25
октября 2018 года). - Барнаул: Алтайский государственный аграрный университет, 2018. - С. 200-202.
5. Ketto, I.A., Qyass J., Andqy T. The influence of milk protein genetic polymorphism on the physical properties of cultured milk / I.A. Ketto, J. Qyass, T. Andqy // International Dairy Jounal. - 2018. - Vol. 78. - № 3. - Рр. 130-137.
6. Харламов, А.В. Влияние генов каппа-казеина и лактоглобулина на молочную продуктивность коров и белковый состав молока (обзор) / А.В. Харламов, В.А. Панин, В.И. Косилов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2020. - № 1(81). - С. 193-197.
7. Молочная продуктивность коров и факторы, ее обуславливающие / И.М. Дунин, К.К. Аджибеков, А.Г. Козанков [и др.] // Зоотехния. - 2022. - № 11. - С. 2-4. - DOI: 10.25708/ZT.2022.26.78.001
8. Khastayeva, A. Zh. Influence of the kappa casein genotype on the technological properties of cow milk of Simmental and Alatau breeds / A. Zh. Khastayeva, L.A. Mamayeva, A.T. Abylgazinova, V.S. Zhamurova // Functional & Integrative Genomics. - V. 21. - 2021. - Рр. 231-238.
9. Ламонов, С.А. Молочная продуктивность коров симментальской породы в зависимости от генотипа по каппа-казеину / С.А. Ламонов, А.С. Сафонова // Наука и Образование. - 2021. - Т. 4. - № 2. - С. 6.
10. Ткаченко, И.В. Влияние полиморфных вариантов генов каппа-казеина и гормона роста на молочную продуктивность первотелок уральского типа / И.В. Ткаченко, С.Л. Гридина // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 5. - С. 87-95. - DOI: 10.26897/0021-342X-2018-5-87-95
11. Татуева, О.В. Влияние паратипических и генетических факторов на молочную продуктивность и продолжительность продуктивной жизни коров в условиях Смоленской области / О.В. Татуева, Д.Н. Кольцов // АгроЗооТехника. - 2021. - Т. 4. - № 2. - С. 20. - DOI: 10.15838/alt.2021.4.2.2
12. Сафина, Н.Ю. Молочная продуктивность голштинского скота с разными генотипами гена каппа-казеин (CSN3) / Н.Ю. Сафина, Э.Р. Гайнутдинова, Ш.К. Шакиров // Аграрный научный журнал. - 2021. -№ 10. - С. 93-97. - DOI: 10.28983/asj.y2021i10pp93-97
13. Межлинейный полиморфизм гена каппа-казеина и его влияние на молочную продуктивность коров / Р.Р. Шайдуллин, Г.С. Шарафут-динов, А.Б. Москвичева [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2019. - Т. 33. - № 5. - С. 51-54. - DOI: 10.24411/0235-2451-201910512
14. Ражина, Е.В. Влияние генетического потенциала на молочную продуктивность и качество молока голштинизированного черно-
пестрого скота на Среднем Урале: дис. ... канд. биолог. наук: 06.02.10 / Е.В. Ражина. Уральский государственный аграрный университет. -Екатеринбург, 2022. - 100 с.
15. Влияние генотипов гена каппа-казеина на сыропригодные свойства молока коров / А.А. Чаицкий, А.Д. Лемякин, А.Н. Тяжченко [и др.] // Вестник АПК Верхневолжья. - 2022. - № 2(58). - С. 33-43. -DOI: 10.35694/YARCX.2022.58.2.005
References:
1. Aralbaeva G.G., Tsyrkaeva E.A. Problems of dairy industry development in the Russian Federation. Menedzhment v APK [Management in Agroindustrial Complex], 2022, no.4, pp. 5-10. (In Russian) - Text direct
2. Kodirzoda Sh.A. Analysis of the global milk and dairy product market development. Vestnik Tekhnologicheskogo Universiteta Tadzhikista-na [Bulletin of the Technological University of Tajikistan], 2022, no.3(50), pp. 190-197. (In Russian) - Text direct
3. Leshchukov K.A. Management of milk quality. Molochnaya pro-myshlennost' [Dairy Industry], 2020, no.11, pp. 58-59 197. (In Russian) - Text direct
4. Chasovshchikova M.A. Chemical composition and properties of milk from cows of different kappa-casein genotypes. Sbornik nauchnykh statey Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii molodykh uchenykh «Nauka i innovatsii: vektory razvitiya»(Barnaul, October 24-25, 2018) [Proc. of the Int. Scientific and Practical Conf. of Young Scientists "Science and innovations: vectors of development" (Barnaul, October 2425, 2018). Barnaul, 2018, pp. 200-202. (In Russian) - Text direct
5. Ketto, I.A., Qyass J., Andqy T. The influence of milk protein genetic polymorphism on the physical properties of cultured milk. International Dairy Jounal. 2018, vol. 78, no. 3, pp. 130-137. (In English) - Text direct
6. Kharlamov A.V., Panin V.A., Kosilov V.I., Influence of kappa-casein and lactoglobulin genes on cow's milk productivity and protein composition of milk (review). Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Proceedings of the Orenburg State Agrarian University], 2020, no. 1(81), pp. 193-197. (In Russian) - Text direct
7. Dunin I.M., Adzhibekov K.K., Kozankov A.G. Dairy productivity of cows and influencing factors. Zootekhniya [Zootehnika], 2022, no.11, pp. 2-4. (In Russian) - Text direct
8. Khastayeva A. Zh., Mamayeva L.A., Abylgazinova A.T., Zhamurova V.S. Influence of the kappa casein genotype on the technological properties of cow milk of Simmental and Alatau breeds. Functional & Integrative Genomics. 2021, vol. 21, pp. 231-238. (In English) - Text direct
9. Lamonov S.A., Safonova A.S. Milk productivity of Simmental
cows reliant on the kappa-casein genotype. Nauka i Obrazovanie [Science and Education], 2021, vol. 4, no. 2, pp.6. (In Russian) - Text direct
10. Tkachenko I.V., Gridina S.L. Influence of polymorphic variants of kappa-casein and growth hormone genes on the milk productivity of Ural first heifers. Izvestiya Timiryazevskoy sel'skokhozyaystvennoy akademii [Proceedings of the Timiryazev Agricultural Academy], 2018, no.5, pp. 8795. (In Russian) - Text direct
11. Tatueva O.V., Kol'tsov D.N. Influence of paratypic and genetic factors on milk productivity and productive life expectancy of cows in Smolensk region. AgroZooTekhnika [Agro- and Zootechnics], 2021, vol.4, no.2, pp. 20. (In Russian) - Text direct
12. Safina N.Y., Gaynutdinova E.R., Shakirov Sh.K. Milk productivity of Holstein cattle with different genotypes of kappa-casein gene (CSN3). Agrarnyy nauchnyy zhurnal [Agrarian Scientific Journal], 2021, no.10, pp. 93-97. (In Russian) - Text direct
13. Shaydullin R.R., Sharafutdinov G.S., Moskvicheva A.B. Interlinear polymorphism of the kappa-casein gene and its influence on cow's milk productivity. Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of Science and Technology in Agro-Industrial Complex], 2019, vol.33, no.5, pp. 5154. (In Russian) - Text direct
14. Razhina E.V. Vliyanie geneticheskogo potentsiala na molochnuyu produktivnost' i kachestvo moloka golshtinizirovannogo cherno-pestrogo skota na Srednem Urale. Kand. Diss. [Influence of genetic potential on milk productivity and milk quality of Holstein black-and-white cattle in the Middle Urals. Cand. Diss.]. Ekaterinburg, 2022, 100 p. (In Russian) - Text direct
15. Chaitsky A.A., Lemyakin A.D., Tyazhchenko A.N. Influence of kappa-casein gene genotypes on cheese properties of cows' milk. Vestnik APK Verkhnevolzh'ya [Bulletin of the Verkhnevolzh'ye Agroindustrial Complex], 2022, no. 2 (58), pp. 33-43. (In Russian) - Text direct
Kappa-casein as one of the factors affecting productive
qualities of cows
Loretts Ol'ga Gennad'evna, Doctor of Science (Biology), Professor, Honorary Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Honorary Worker of Agroindustrial Complex of Russia
e-mail: rector.urgau@yandex.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Ural State Agricultural University»
Chechenikhina Ol'ga Sergeevna, Doctor of Science (Biology), Professor, Department of Biotechnology and Food Products
e-mail: olgachech@yandex.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Ural State Agricultural University»
Razhina Eva Valer'evna, Candidate of Science (Biology), Senior Lecturer
e-mail: eva.mats@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Ural State Agricultural University»
Smirnova Ekaterina Sergeevna, Candidate of Science (Agriculture), Associate Professor of the Department of Biotechnology and Food Products
e-mail: ekaterina-kazantseva@list.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Ural State Agricultural University»
Keywords: kappa-casein, genotype, milk productivity, cows, relationship, polymorphism.
Abstract. Nowadays genetic research methods are becoming increasingly important in animal science. The aim of the work is to analyze the effect of kappa-casein modifications on the productive properties of Holstein cows bred in the farms of the Sverdlovsk region. The tests have been carried out in two breeding organizations of the Sverdlovsk region. The animals have been genetically typed by polymerase chain reaction method with subsequent polymorphism of the restriction fragment lengths. The results have been calculated using statistical processing. The polymorphic variants of the kappa-casein gene have been analyzed in an experimental herd of the Ural type cows. The cows with the AA kappa-casein modifica-
tion have been of the highest frequency of occurrence - 60%, and the cows with the BB genotype have been of the lowest frequency of occurrence - 8%. Theoretically, the expected genotype frequency is lower than the actually obtained frequency by 2% and 4%. The evaluation criterion x2 empirical - 2.6 is determined, indicating the gene balance maintenance in the studied population. Indicators of milk productivity have been evaluated for the period of 305 lactation days. The first farm animals with BB kappa-casein modification as well as the second farm animals with AB modification have shown the best results in milk yield, protein content in milk, milk fat and protein yield. The cows with homozygous AA genotype have shown a higher indicator in the mass fraction of milk fat with an unreliable difference between the groups. The conducted tests have showed the genotype influence of kappa-casein on the productive qualities of the experimental animals.
