CC BY
4ВЕТЕРИНАРИЯ
УДК 636. 082.12
Б01: 10.52754/16947452_2022_4_64
ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА БЕТА-КАЗЕИНА В СТАДАХ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА БУРОЙ ШВИЦКОЙ ПОРОДЫ
Калашникова Любовь Александровна, д.б.н., профессор, Аминовна Язиля Хабибрахманова, к.б.н., Ганченкова Татьяна Борисовна, к.б.н., Багаль Ирина Евгеньевна, к.б.н. Павлова Ирина Юрьевна, к.б.н. Рыжова Наталья Владимировна, к.б.н., Калашников Владимир Евгеньевич ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский
институт племенного дела», Москва, Россия 1ас1па1еИр1етатаИ. ги
Аннотация. В статье представлены результаты оценки генетических ресурсов молочного скота бурой швицкой породы по гену бета-казеина (CSN2), разводимого в племенных хозяйствах РФ (341 голова). Показано преобладание аллеля А2, связанного с диетическими свойствами молока, и генотипа А2А2 в стадах коров бурой швицкой породы. В среднем по всему исследованному поголовью частота аллеля А2 составляет 0,757, генотип А2А2 встречается с частотой 58%. Установлено, что частота встречаемости аллеля А2 в стадах бурой швицкой породы отечественной селекции варьирует от 0,69-0,71. У импортного маточного поголовья частота желательного аллеля А2 достигает 0,92.
Ключевые слова: крупный рогатый скот, бурая швицкая порода, бета-казеин, генотип, аллель А1, аллель А2, ПЦР.
КУРЭЦ ШВЕЙЦЕРЛИЯЛЫК УЙЛАРДЫН БЕТА-КАЗЕИН ГЕНИНИН ПОЛИМОРФИЗМИ
КалашниковаЛюбовь Александровна, б.и.д.,профессор Хабибрахманова Язиля Аминовна, б.и.к., Татьяна Борисовна Ганченкова, б.и.к., Ирина Евгеньевна Багал, б.и.к., Ирина Юрьевна Павлова, б.и.к., Рыжова Наталья Владимировна, б.и.к., Владимир Евгеньевич Калашников Федералдык мамлекеттик бюджеттик илимий мекеме "БYткYл россиялык асыл тукум изилдвв институту,
Москва, Россия ladnatehplemamail.ru
Аннотация. Макалада Россия Федерациясынын асыл тукум чарбаларында встYPYлгвн (341 баш) Браун швейцариялык породасындагы суш багытындагы бодо малдын генешикалык ресурсшарын беша-казеин (CSN2) гени боюнча баалоонун жыйыншыкшары берилген. Курвц швейцариялык уйлардын уйурундв сушшун диешалык касиешшери жана A2A2 геношиби менен байланышкан A2 аллелинин басымдуулугу кврсвшулгвн. Оршочо алганда, A2 аллелинин жышшыгы изилденген бушкул популяция учун 0,757, A2A2 геношиби 58% жышшыгы менен кездешеш. Аша мекендик селекциядагы Браун швейцариялык породасындагы ошорлордо А2 аллелинин пайда болуу жышшыгы 0,69-0,71ге чейин взгврвру аныкшалган. Импоршшолгон асыл шукум малда каалаган A2 аллелинин жышшыгы 0,92ге жешеш.
Ачкыч свздвр: бодо мал, курвц швейцар породасы, беша-казеин, геношип, А1 аллеле, А2 аллеле, ПЦР
BETA-CASEIN GENE POLYMORPHISM IN STUDS BROWN SWITZERLAND CATTLE
Lyubov Kalashnikova, droctor of biological sciences, professor, Yazilya Aminovna Khabibrakhmanova, candidate of biological sciences Tatyana Borisovna Ganchenkova, candidate of biological sciences Irina Evgenievna Bagal, candidate of biological sciences Irina Yuryevna Pavlova, candidate of biological sciences Natalya Vladimirovna Ryzhova , candidate of biological sciences
Vladimir Evgenievich Kalashnikov All Russian Research Institute of Animal Breeding
ladnatehplem@mail. ru Moscow, Russia
Abstract. The article presents the results of the assessment of the genetic resources of dairy cattle of the Brown Swiss breed by the beta-casein gene (CSN2), bred in breeding farms of the Russian Federation (341 heads). The predominance of the A2 allele associated with the dietary properties of milk and the A2A2 genotype in herds of brown Swiss cows was shown. On average, the frequency of the A2 allele is 0.757 for the entire population studied, the A2A2 genotype occurs with a frequency of 58%. It has been established that the frequency of occurrence of the A2 allele in the herds of the Brown Swiss breed of domestic selection varies from 0.69-0.71. In imported breeding stock, the frequency of the desired A2 allele reaches 0.92.
Key words: cattle, Brown Swiss breed, beta-casein, genotype, A1 allele; A2 allele, PCR
Введение. В Российской Федерации по данным ежегодника по племенной работе в молочном скотоводстве 2022 г. имеется 11560 удойных коров бурой швицкой породы со средним удоем 5919 кг, с массовой долей жира 4,06%, белка 3,34%, с живой массой 553 кг. [1].
Молоко бурых швицких коров имеет высокие качественные показатели и технологические характеристики [2].
Главным белком молока является казеин. Казеины составляют около 78-82% от общего количества белков молока коров и подразделяются на четыре основные группы: aS1-казеин, aS2-казеин, Р-казеин и к-казеин. На долю Р-казеина приходится 22-23% общего белка молока. У крупного рогатого скота выявлено 13 различных генетических вариантов Р-казеина (CSN2), среди которых наиболее распространены аллели А1 и А2, отличающиеся заменой одной аминокислоты в полипептидной цепи [3]. Вариант А1 содержит гистидин, а вариант А2 содержит пролин в положении 67 аминокислотной цепи.
Исследователи полагают, что замена пролина на гистидин может привести высвобождению коротких остаточных пептидов бета-казоморфина-7 при переваривании молока в пищеварительном тракте человека. Бета-казоморфин -7 имеет опиоидные и оксидантные свойства и может способствовать развитию ряда заболеваний у человека [4,5,6].
Результаты исследований ряда авторов показывают потенциальную пользу потребления Р-казеинового молока А2 для улучшения работы желудочно-кишечного тракта, детского питания, состояния иммунной системы человека [7,8,9].
Единственный способ производства молока А2 - это маркерная селекция с использованием результатов генотипирования животных по генотипам бета-казеина, поскольку молоко А2 с улучшенными диетическими свойствами производят коровы с генотипом А2А2.
Цель работы - изучить полиморфизм гена бета-казеина у крупного рогатого скота бурой швицкой породы.
Материалы и методы исследования. Объектом исследования было маточное поголовье бурой швицкой породы (341 голова), принадлежащее племенным хозяйствам АО «Смоленское» по племенной работе Смоленской области (167 голов), СПК «Талашкино-Агро» Смоленской области (84 голов), ООО «Агрофармтрест», Тульской области (90 голов). Исследования полиморфизма 7 экзона гена бета-казеина в нуклеотидной последовательности GenBank ^ 55158) в позиции g.8101 С>А (кодон 67) проводились в лаборатории ДНК - технологий ФГБНУ ВНИИплем. Для изучения полиморфизма гена CSN2 был использован аллель-специфичный вариант метода ПЦР (АС-ПЦР) [10].
Для проведения ПЦР были синтезированы праймеры с нуклеотидной последовательностью [10]:
GBhF: 5/СТТСССТGG GCCCATCCA3/ (прямой праймер для аллеля А1);
IGBhF: 5/СТТСССТGGGCCCATCCС3/ (прямой праймер для аллеля А2);
66
IGBhR: 5/AGACTGGAGCAGAGGCAGAG3/ (обратный праймер для А1, А2).
ПЦР - программа проходила в температурно-временном режиме: начальная денатурация - 5 минут при 940С; далее следует 5 циклов: 30 секунд при 940С, 30 секунд при 660С, 30 секунд при 720С; затем следует 30 циклов: 30 секунд при 940С, 30 секунд при 640С, 30 секунд при 720С; и финальная достройка- 5 минут при 720С.
Компьютерная визуализация результатов проведения аллель-специфичной ПЦР осуществлялась после проведения электрофореза амплификатов в 2% агарозном геле с окраской бромистым этидием.
В качестве маркеров молекулярных весов использовали ДНК pUC19 DNA/MspI. Маркерной краской служила смесь: бромфеноловый синий (0,01%), 25% фиколла, 10мМ ЭДТА и 1% SDS.
Породная принадлежность животных определялась согласно зоотехническим документам.
Статистическая обработка результатов была выполнена с использованием компьютерной программы «Microsoft Excel».
Результаты и обсуждения. В результате генотипирования маточного поголовья бурой швицкой породы во всех исследованных стадах выявлено наличие двух аллелей А1 и А2 и трех генотипов А1А1, А1А2 и А2А2. Аллельные варианты гена бета-казеина являются кодоминантными. В молоке коров с гетерозиготным генотипом А1А2 присутствуют оба варианта белка. В молоке коров с гомозиготным генотипом присутствует один вариант белка. В так называемом молоке А2 присутствует только аллельный вариант А2.
Результаты генотипирования коров бурой швицкой породы приведены в таблице 1. Оказалось, что в целом по трем хозяйствам больше половины коров бурой швицкой породы обладают желательным генотипом бета-казеина А2А2 - 58% (197 голов). Треть поголовья имеет гетерозиготный генотип А1А2 - 36 % (122 гол.). Частота встречаемости генотипа A1A1 составила всего 6 % (22 гол.).
Коровы швицкой породы отечественной селекции из хозяйств Смоленской области оказались носителями генотипа А1А2 (40% - 48%) и генотипа А2А2 (48% - 49%) примерно в равных долях, что существенно отличается от частоты встречаемости генотипов импортного поголовья коров из хозяйства Тульской области, у которых частота генотипа А2А2 достигла 83%. В хозяйство ООО «Агрофармтрест» Тульской области поголовье бурого швицкого скота было завезено из Германии и Австрии. Таблица 1 - Частота встречаемости генотипов бета-казеина у коров бурой швицкой породы
Хозяйство, область п А1А1 А1А2 А2А2 А1А1 А1А2 А2А2
гол. гол. гол. % % %
ООО «Агрофармтрест», 90 0 15 75 0 17 83
Тульская обл.
АО «Смоленское» по племенной 167 18 67 82 11 40 49
работе, Смоленская обл.
СПК «Талашкино-Агро», 84 4 40 40 4 48 48
Смоленская обл.
В целом по породе 341 22 122 197 6 36 58
Исследование частот встречаемости аллелей гена бета-казеина показало, что аллельное распределение у коров бурой швицкой породы имеет смещение в сторону преобладания аллеля А2 (таблица 2). В целом частота встречаемости аллеля бета-казеина А2 у коров швицкой породы (341 голов) - 75,7%. Частота встречаемости аллеля А2 у коров отечественной селекции в хозяйствах Смоленской области составляет 0,69 - 0,71, что значительно ниже, чем у импортного поголовья коров, завезенного в ООО «Агрофармтрест» Тульской области (0,92).
Таблица 2 - Частота встречаемости аллелей бета-казеина у коров бурой швицкой породы
Хозяйство, область п А1 А2 8 X2 Гетерозиготность
(ошибка Не Но (набл.),
аллеля) (ожид.), % %
ООО 90 0,085 0,915 ±0,0031 0,863 15,55 17,0
«Агрофармтрест»,
Тульская обл.
АО «Смоленское» по 167 0,308 0,692 ±0,0028 0,4223 42,78 40,12
племенной работе,
Смоленская обл.
СПК «Талашкино- 84 0,286 0,714 ±0,0054 3,6281 40,32 48,0
Агро», Смоленская
обл.
В целом по породе 341 0,243 0,757 ±0,00126 0,0173 36,48 36
Значение показателя гетерозиготности (Н) свидетельствует о высокой степени полиморфизма гена бета-казеина. В целом по исследованному поголовью у коров бурой швицкой породы оценки наблюдаемой (Ш) и ожидаемой (№) гетерозиготности имеют близкие значения 36,0% и 36,48%, соответственно, с некоторым недостатком гетерозиготных особей на 0,48% (таблица 3). В стадах бурого швицкого скота отечественной селекции гетерозиготным генотипом обладают от 40% до 48% коров, в то время как в стаде импортного происхождения гетерозиготных животных всего 17%.
Выводы. Таким образом, в стадах коров бурой швицкой породы преобладает генотип А2А2 с частотой от 48% до 83%, в среднем по всему исследованному поголовью 58%. Частота аллеля А2 в стадах варьирует от
0.69.до 0,92, в среднем составляет 0,76.
В стадах бурой швицкой породы отечественной селекции частота генотипа А2А2 бета-казеина составляет 48-49%. Среди импортированных из Европы коров бурой швицкой породы частота генотипа А2А2 бета-казеина достигла 83%. По-видимому, высокий уровень частоты аллеля А2 и генотипа А2А2 в значительной степени определяется направленностью селекционно -племенной работы на получение молока высокого качества.
Литература
1. Шичкин Г.И. Ежегодник по племенной работе в молочном скотоводстве в хозяйствах Российской Федерации(2021г.) / Г.И. Шичкин, Д.В. Бутусов, Г.Ф. Сафина, В.В. Чернов, С.Е. Тяпугин и др. - М.: ФГБНУ ВНИИплем, 2022.-261с.
2. M. De Marchi. Effect of Holstein Friesian and Brown Swiss Breeds on Quality of Milk and Cheese/ M. De Marchi, G. Bittante, R. Dal Zotto, C. Dalvit, and M. Cassandro// J. Dairy Sci. 2008 91:4092-4102.
3. E. Hanusova. Genetic Variants of Beta-Casein in Holstein Dairy Cattle In Slovakia Slovak/ E. Hanusova, J. Huba, M. Oravcova, P. Polak, I .Vrtkova // J. Anim. Sci., 43, 2010 (2): 63-66.
4. S.Kaminski. Polymorphism of bovine beta-casein and its potential effect on human health / S. Kaminski, A. Cieslinska, E. Kostyra // Appl. Genet. — 2007;48(3):189—198.
5. Ahmet Fatih D. Discussions of Effect A1 and A2 Milk Beta-Casein Gene on Health / Ahmet Fatih D, Bahattin Q //Appro Poult Dairy & Vet Sci., 2018.3(2):1-6.
6. Y. Jinsmaa. Enzymatic release of neocasomorphin and P-casomorphin from bovine P-casein / Jinsmaa Y, Masaaki Y // Peptides, 1999. 20(8): 957-962.
7. S. Jianqin. Effects of milk containing only A2 beta casein versus milk containing both A1 and A2 beta casein proteins on gastrointestinal physiology, symptoms of discomfort, and cognitive behavior of people with self-reported intolerance to traditional cows' milk/ Sun Jianqin, Xu Leiming, Xia Lu, Gregory W Yelland, Jiayi Ni, Andrew J// Nutr J . 2016 Apr 2;15:35. doi: 10.1186/s12937-016-0147-z.
8. B. Lui. Bovine milk with variant P-casein types on immunological mediated intestinal changes and gut health of mice/ Bin Lui, Weicang Qiao, Minghui Zhang, Yanpin Liu, Junying Zhao, Lijun Chen//Front Nutr. 2022 Sep30;9:970685. doi: 10.3389/fnut.2022.970685.
9. Гуськова С.В. А2-молоко-продукт для детского питания/ С.В. Гуськова// Ж. Молочная промышленность, 2018.№5.с.48-49.
10. I. Ganguly. Beta-casein (CSN2) polymorphism in Ongole (Indian zebu) and Frieswal (HF* Sahiwal crossbred) cattle/ Ganguly I, Gaur GK, Singh U, Kumar S, Kumar S, Mann S // Indian Journal of Biotechnology 12, 195-19
