CC BY
73
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10918 УДК 636.082.2:636.034
ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА р-ЛАКТОГЛОБУЛИНА (LGB) И ЕГО ВЗАИМОСВЯЗЬ С ЭКОНОМИЧЕСКИ ВАЖНЫМИ ПРИЗНАКАМИ ГОЛШТИНСКОГО СКОТА*
Н. Ю. САФИНА, младший научный сотрудник1, аспирант2 (e-mail: natysafina@gmail.com)
Ф. Ф. ЗИННАТОВА1, кандидат биологических наук, зам. руководителя
Ю. Р. ЮЛЬМЕТЬЕВА1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Ш. К. ШАКИРОВ1, доктор сельскохозяйственный наук, главный научный сотрудник
Т. М. АХМЕТОВ2, доктор биологических наук, проректор
Э. Р. ГАЙНУТДИНОВА1, младший научный сотрудник Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - обособленное структурное подразделение Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук», ул. Оренбургский тракт, 48, Казань, 420059, Российская Федерация
2Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н. Э. Баумана, ул. Сибирский тракт, 35, Казань, 420029, Российская Федерация
Резюме. Цель работы - изучить полиморфизм гена в-лакто-глобулина в поголовье крупного рогатого скота татарстанской популяции голштинской породы, установить влияние различных генотипов на показатели молочной продуктивности и хозяйственно-полезные признаки. Работа выполнена в 2017 г. в Атнинском районе Республики Татарстан на 211 коровах-первотелках. Генотипирование методом ПЦР-ПДРФ по локусу гена LGB - Hae III показало, что исследуемая популяция полиморфна и генетическое равновесие не нарушено. Частота встречаемости аллеля А составила - 0,47, В - 0,53, генотипа АА - 20,8 % (44 гол.), АВ - 49,8 % (105 гол.), ВВ - 29,4 % (62 гол.). За первую лактацию (305 дней) животные с генотипом АА по удою (7189,8 кг) достоверно превосходили сверстниц с генотипами АВ и ВВ на 269,5 и 105,6 кг соответственно. По массовой доле жира лучший результат (3,91 и 3,86 %) показали первотелки с генотипами АВ и BB, достоверно наименьшая величина этого показателя установлена у особей с генотипом AA (3,59 %). У коров-первотелок с гомозиготным генотипом АА установлена тенденция к превосходству по массовой доле белка (3,37 %) и выходу молочного белка (242,6 кг). Незначительная разница генотипом АВ составила 0,02 % и 10,1 кг; ВВ - 0,05 % и 7,0 кг соответственно. У первотелок с генотипом LGBBB отмечена положительная корреляция удой - жир (r = 0,02), удой - белок (r = 0,02), жир - белок (r = 0,06) и удой -живая масса в 18 мес. (r = 0,20). Выявленные взаимосвязи и корреляционные зависимости указывают на возможные генетические улучшения исследуемого стада при использовании маркерно-вспомогательной селекции.
Ключевые слова: ген, генотип, бета-лактоглобулин, полиморфизм, продуктивность, удой, жир, белок, корреляция, первотелки.
Для цитирования: Полиморфизм гена в-лактоглобулина (LGB) и его взаимосвязь с экономически важными признаками гол-штинского скота / Н. Ю. Сафина, Ф. Ф. Зиннатова, Ю. Р. Юль-метьева и др. //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 9. С. 78-80. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10918.
Молочные белки представляют собой большую группу органических соединений, важных для правильного функционирования организма млекопитающих. Боковые цепи стандартных аминокислот имеют различные химические
свойства, которые приводят к образованию трехмерных белковых структур с различными видами активности [1]. Полиморфизм молочных белков был замечен более полувека назад, после чего началось исследование его влияния на лактацию и технологические свойства молока. Развитие метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) позволило идентифицировать полиморфизм молочных белков на кодирующей последовательности соответствующего гена независимо от возраста, пола и физиологического состояния животных [2, 3].
Один из распространенных сывороточных белков, который обнаружен в молоке копытных животных, крови и мясе многих млекопитающих - р-лактоглобулин (Р^О). Он представляет собой стабильный сывороточный белок, состоящий из одноцепочечного полипептида, включающего 162 аминокислоты [4]. Бета-лактоглобулин - серосодержащий белок, не осаждающийся сычужным ферментом. Его биологическую функцию еще точно не определили, но предполагают, что этот белок участвует в метаболизме фосфатов в вымени и переносе в кишечнике железа, витаминов (ретинола), жирных кислот [5], способствует перевариванию жира у новорожденных. К его важнейшим технологическим свойствам относят реакцию с казеином, в результате которой изменяется тепловая стабильность молока и задерживается процесс сычужного свертывания [6]. Ген, кодирующий р-лактоглобулин ^В), находится на 11 хромосоме, которая состоит из 7 экзонов и 6 ин-тронов, имеет длину 4662 п.о. [7, 8]. Его полиморфизм был обнаружен в 1935 г. (Ашаффенбург и Дрюри), когда установили наличие аллельных форм А и В. Аллель А в положении 64 аминокислотной последовательности содержит аспарагиновую кислоту, В - глицин; в положении 118 - соответственно валин и аланин [9]. Отмечена взаимосвязь аллеля BLGB с повышенным содержанием казеиновых белков в молоке [10, 11], высокой массовой долей жира и лучшими свойствами казеинового коагулята. Установлено положительное влияние аллеля BLGA на уровень удоя [12]. Из-за внутри- и межвидовых генетических комбинаций этот белок существует в нескольких вариантах. В последние десятилетия определение генетического полиморфизма молочных белков направлено на выявление возможной связи между генотипами и экономически важными признаками молочного скота [13, 14]. Знание полиморфизма гена р-лактоглобулина ^В) может способствовать селекции на улучшение молочной продуктивности популяций крупного рогатого скота.
Цель исследования - изучить полиморфизм гена р-лактоглобулина в поголовье крупного рогатого скота татарстанской популяции голштинской породы, установить влияние различных генотипов на показатели молочной продуктивности и хозяйственно-полезные признаки.
Условия, материалы и методы. Исследование проводили в условиях СХПК «Племзавод им. Ленина» Ат-нинского района Республики Татарстан на 211 коровах-первотелках голштинской породы. Для определения
* Статья подготовлена в рамках государственного задания: Мобилизация генетических ресурсов растений и животных, создание новаций, обеспечивающих производство биологически ценных продуктов питания с максимальной безопасностью для здоровья человека и окружающей среды. Номер регистрации: АААА-А18- 118031390148-1.
массовой доли жира и белка образцы молока изучали на анализаторе «Клевер-2М» (Биомер, Россия). Пробы цельной крови отбирали из хвостовой вены с использованием вакуумных пробирок EDTA K-3 (APEXLAB, Китай). ДНК экстрагировали из крови с помощью набора ДНК-Сорб В (АмплиПрайм, Россия) согласно инструкции производителя. Идентификацию генотипов гена LGB выполняли с помощью метода ПЦР-ПДРФ (полимеразная цепная реакция - полиморфизм длины рестрикционных фрагментов). Локус LGB - Hae III амплифицировали, используя праймеры (Евроген, Россия) со следующей олигонуклеотидной последовательностью [14]: F: 5' - GTCCTTGTGCTGGACACCGACTACA - 3', R: 5' - CAGGACACCGGCTCCCGGTATATGA - 3' Реакцию проводили при оптимальных температурно-временных режимах (1 цикл, 95 °С - 3 мин.; 34 цикла, 95 °С - 15 сек., 60 °С - 15 сек., 72 °С - 25 сек.; 1 цикл, 72 °С - 5 мин.) в аппарате «T100 Thermal Cycler» (Bio-Rad, США). Полученные ПЦР-пробы обрабатывали течение 16 ч эндонуклеазой ристрикции Hae III (СибЭнзим, Россия) при температуре 37 °С [15]. Электрофоретическое разделение ПДРФ-продуктов с последующей визуализацией в УФ-трансиллюминаторе (Bio-Rad, США) выполняли в 3 %-ном агарозном геле в 10хТБЕ буфере в течение 30 мин. в присутствии этидиума бромида. Видеофиксацию проводили с помощью системы документирования GEL&DOC (Bio-Rad, США). В исследовании также использовали данные о стаде по удою за 305 дней лактации (кг) и живой массе в 18 мес. (кг), полученные из официальной электронной картотеки «СЕЛЭКС - Молочный скот»,
Частоту встречаемости генотипов вычисляли по формуле Г. Н. Шангина-Березовского [16], частоту отдельных аллелей - по формуле Е. К. Меркурьевой [16], генетическое равновесие - согласно закону Харди-Вайнберга, вариабельность между наблюдаемым и ожидаемым распределением генотипов проверяли методом хи-квадрат (х2).
Статистическую обработку данных выполняли в программе MS Office. Рассчитывали среднюю арифметическую и ее ошибку, коэффициент корреляции Пирсона (r) по Н. А. Плохинскому [17]. Достоверность коэффициентов корреляции и статистическую значимость различий между ними оценивали с помощью t-критерия Стьюдента.
Результаты и обсуждение. В результате идентификации по локусу гена LGB - Hae III выявлены все возможные варианты генотипов (табл. 1).
Таблица 1. Частота встречаемости аллелей и генотипов гена LGB (n = 211)
Распределение Генотип Аллель X2
АА АВ ВВ
n I % n I % n I % А I В
Н* 44 20,8 105 49,8 62 29,4 047 053 003 О** 47 22,3 105 49,8 59 27,9 0,47 0,53 0,03
*Н - наблюдаемое, **О - ожидаемое.
Частота встречаемости аллеля А составила 0,47, ал-леля В - 0,53. Распределение генотипов АА, АВ и ВВ гена р-лактоглобулина - 20,8 % (44 гол.), 49,8 % (105 гол.) и 29,4 % (62 гол.) соответственно. Другие исследователи также отмечали у различных пород крупного рогатого скота преобладание аллеля В над аллелем А [10, 18, 19]. Смещение в сторону гетерозиготности в популяции отсутствует, хи-квадрат между наблюдаемым и ожидаемым распределением генотипов был равен 0,03 (р < 0,001), что значительно ниже критического значения.
Коровы-первотелки с генотипом АА имели преимущество по уровню молочной продуктивности за 305дней пер-
Таблица 2. Показатели молочной продуктивности коров-первотелок с разными генотипами LGB
Показатель Генотип
АА (n=44) I АВ (n=105) ВВ (n=62)
Удой 305
дней, кг 7189,8±174,4 6920,3±129,3 7084,2±138,7
Массо-
вая доля
жира, % 3,59±0,09 3,91±0,07** 3,86±0,08*
Массовая
доля бел-
ка, % 3,37±0,04 3,35±0,03 3,32±0,03
Молочный
жир, кг 257,1±8,7 270,2±6,7 273,7±8,0*
Молочный
белок, кг 242,6±7,2 232,7±5,2 235,6±5,5
*р < 0,05; **р < 0,01.
вой лактации, разница по удою с животными, имеющими генотипы АВ и ВВ, составила 269,5 кг и 105,6 кг соответственно (табл. 2). Ранее исследователи уже отмечали связь молочной продуктивности и генотипов LGB [7, 11, 18].
В молоке особей с генотипом АА массовая доля белка была выше, чем у сверстниц. Различия с генотипом АВ составили 0,02 %; с ВВ - 0,05 %. Схожие результаты были получены при описании продуктивности черно-пестрой породы [19] и египетского голштинского скота [20].
Массовая доля жира была выше в молоке поголовья с генотипом АВ и ВВ, по сравнению с АА, на 0,32 % (р < 0,01) и 0,27 % (р < 0,05) соответственно. Мо1апсЫк А. также сообщала о повышенной жирномолочности у гетерозиготных по гену р-лактоглобулина польских черно-пестрых и голшинских коров [21]. По количеству молочного жира лучшие результаты установлены у особей с гетерозиготным генотипом ВВ. Так, разница с наименьшим показателем, отмеченным в группе животных LGBАА, составила 16,6 кг (6,1 %; р < 0,05), с LGBАВ - 3,5 кг (1,3 %).
Таблица 3. Взаимосвязь хозяйственно-ценных признаков коров-первотелок с разными генотипами LGB
Генотип
Признак АА АВ ВВ
(n=44) (n=105) (n=62)
Удой - жир -0,12 -0,05 0,02
Удой - белок 0,23 0,30** 0,26*
Жир - белок -0,28* -0,02 0,06
Удой - живая масса в 18 мес. 0,36 0,30** 0,20
*р < 0,05; **р < 0,01.
У первотелок всех опытных групп отмечена положительная умеренная корреляция (табл. 3) между величинами показателей удой - белок (0,23...0,30) и удой - живая масса в 18 мес. (0,20.0,36). У гетерозиготных коров-первотелок LGBAB установлены слабые отрицательные корреляции между удоем и массовой долей жира, массовой долей жира и белком (-0,05 и -0,02 соответственно). При этом у сверстниц с генотипом LGBAA, отмечена более заметная обратная зависимость (-0,28 и -0,12 соответственно). У первотелок с генотипом LGBBB установлены положительные взаимосвязи по всем исследованным параметрам.
Выводы. В исследованной популяции голштинского скота отмечен полиморфизм по локусу гена LGB - Hae III. Удой, содержание массовой доли жира и белка, а также количество молочного жира и белка имеют ассоциативную связь с генотипом гена ß-лактоглобулина. Максимальный в опыте средний удой (7189,8 кг), выход молочного белка (242,6 кг) и его массовая доля (3,37 %) зафиксированы у животных с генотипом АА. Наибольшая
массовая доля жира отмечена у первотелок с геноти- корреляции между такими признаками как удой и жир пом АВ (3,91 %; p < 0,01) и ВВ (3,86 %; p < 0,05). Выход составил -0,12...0,02; удой - белок и удой - живая масса его за лактацию у особей с генотипом ВВ (273,7 кг; p 0,23.0,30 (p < 0,05.0,01) и 0,20.0,36 (p < 0,01) соответ-< 0,05), был выше, чем у коров с другими генотипами ственно; жир - белок -0,28.0,06 (p < 0,05). Выявленные LGB. Установлено, что хозяйственно-полезные признаки взаимосвязи указывают на возможность генетического коррелируют между собой и с полиморфными вариан- улучшения исследуемого стада с использованием тами АА, АВ и ВВ гена р-лактоглобулина. Коэффициент маркерно-вспомогательной селекции.
Литература.
1. High Resolution melt curve analysis for the detection of A1, A2 в-kazein variants in Indian cows / V. Sharma, N. Sharma, B. Jawed, eta. // Journal of Microbiology and Biotechnology Research. 2013. No. 3 (1). Рр. 144-148.
2. Полиморфизм по генам соматотропина, пролактина, лептина, тиреоглобулина быков-производителей/ С. В. Тюлькин, Т. М. Ахметов, Э. Ф. Валиуллина и др. // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012. Т. 16. № 4/2. C. 1008-1012.
3. Polymorphism of three milk protein genes in Mexican Jersey cattle / J.L. Zepeda-Batista, B. Alarcon-Zuniga, A. Ruiz-Flores, eta // Electronic Journal of Biotechnology. 2015. Vol. 18. Рр. 1-4.
4. Creamer L., Parry D., Malcolm G. Secondary structure of в-lactoglobulin B //Archives of Biochemistry and Biophysics. 1983. Vol. 227 (1). Рр. 98-105. DOI: 10.1016/0003-9861(83)90351-X
5. Hill J. P. The relationship between в-lactoglobulin phenotype and milk composition in New Zealand dairy cattle // Journal of Dairy Science. 1997. Vol. 76 (1). Рр. 282-286.
6. Tolenkhomba C., Mayengbam P., Yadav B. R. Effect of beta lactoglobulin genotypes on milk production traits in sahiwal cattle // Indian Journal Animal Research. 2014. No. 48 (2). Pр. 99-102. D0I-10.5958/j.0976-0555.48.2.022
7. Грибанова Ж. А., Курак О. П. Полиморфизм гена бета-лактоглобулина и его влияние на молочную продуктивность и качественные показатели молока коров белорусской черно-пестрой породы //Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. 2012. № 15 (2). C. 119-124.
8. Allele and genotype frequencies of в-lactoglobulin gene in Iranian Najdi cattle and buffalo populations using PCR-RFLP / K. Karimi, M. T. Beigi Nasiri, J. Fayyazi, eta// African Journal of Biotechnology. 2009. Vol. 8 (15). Pр. 3654-3657.
9. Polymorphism of к-casein and $-lactoglobulin genes/M. Maletic, N. Aleksic, B. Vejnovic, eW. //Mljekarstvo. 2016. Vol. 66(3). Pр. 198-205.
10. Ахметов Т. М., Тюлькин С. В., Зарипов О. Г. Полиморфизм гена бета-лактоглобулина в стадах крупного рогатого скота // Ученые записки кгАВМ им. Н. Э. Баумана. 2010. Т. 202. С. 36-41.
11. Manga I., Riha J., Vrtkova I. Polymorphism of CSN3, PIT-1, LGB and its impact on milk performance traits at the Czech Fleckvieh and Holstein breed //Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. 2008. Vol. 6, №. 1. Pр. 131-136.
12. Мониторинг крупного рогатого скота белорусской черно-пестрой породы по локусам хозяйственно-значимых признаков / О. П. Курак, А. И. Ганджа, Н. В. Журина и др.// Розведення i генетика тварин. 2014. № 48. С. 194-202.
13. Структура локуса p-LG у крупного рогатого скота и его взаимосвязь с молочной продуктивностью / Т. А. Луполов, В. С. Петку, В. Н. Науменко и др. // Веснiк МДПУ iмя I. П. Шамякна. 2015. № 1 (45). C. 35-41.
14. Schefers M. J., Kent A. W. Genomic selection in dairy cattle: Integration of DnA testing into breeding programs // Animal Frontiers. 2012. 2 (1). Pр. 4-9.
15. Medrano J., Aquilar-Cordova F. E. Genotyping of bovine к-casein loci following DNA sequence amplification//Biotechnology. 1990. No. 8 (2). Pр. 144-146. DOI: 10.1038/nbt0290-144.
16. Меркурьева Е. К., Шангин-Березовский Г. Н. Генетика с основами биометрии. М.: Колос, 1983. 400 c.
17. Плохинский Н. А. Руководство по биометрии для зоотехников. М.: Колос, 1969. 255 с.
18. Зиннатова Ф. Ф., Алимов А. М., Зиннатов Ф. Ф. Взаимосвязь полиморфизма гена бета-лактоглобулин с молочной продуктивностью у коров и коров первотелок // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. 2012. Т. 211. С. 206-209.
19. Погорельский И. А., Позовникова М. В. Полиморфизм гена бета-лактоглобулина ($LG) в стаде крупного рогатого скота черно-пестрой породы и взаимосвязь его генотипов с показателями молочной продуктивности//Генетика и разведение животных. 2014. № 1. С. 45-48.
20. Association of в-Lactoglobulin Gene Polymorphism with Milk Yield, Fat and Protein in Holstein-Friesian /A. Zaglool, A. Awad, I. El, E. Araby, eta. // World's Veterinary Journal. 2016. 6 (3). Pр. 117-122.
21. Wolanchiuk A. The association of genetic variants of в-lactoglobulin and к-casein with yield and chemical composition of milk obtained from four breeds of cow// Scientific Annals of Polish Society of Animal Production. 2015. Vol. 11. No. 1. Pр. 21-32.
POLYMORPHISM OF BETA-LACTOGLOBULIN GENE (LGB) AND ITS ASSOCIATION WITH ECONOMICALLY IMPORTANT TRAITS OF HOLSTEIN CATTLE
N. Yu. Safina12, F. F. Zinnatova1, Yu. R. Yulmeteva1, Sh. K. Shakirov1, T. M. Akhmetov2, E. R. Gaynutdinova1
1Tatar Scientific Research Institute of Agriculture - Subdivision of the Federal State Budgetary Institution of Science "Kazan Scientific Center of Russia Academy of Sciences", ul. Orenburgskii trakt, 48, Kazan', 420059, Russian Federation 2N. E. Bauman Kazan State Academy of Veterinary Medicine, ul. Sibirskiy trakt, 35, Kazan', 420029, Russian Federation Abstract. The aim of the work was to study the beta-lactoglobulin gene polymorphism in the Tatarstan population of Holstein breed, to establish the effect of different genotypes on milk productivity indicators and economically useful traits. The work was performed in 2017 in the Atninsky district of the Republic of Tatarstan on 211 first-calf cows. Genotyping by the PCR-RFLP method of Hae III locus of LGB gene showed that the studied population was polymorphic and the genetic equilibrium was not disturbed. The frequency of allele A was 0.47, of allele B - 0.53; of genotype AA - 20.8% (44 animals), AB - 49.8% (105 animals), BB - 29.4% (62 animals). For the first lactation (305 days) the animals with genotype AA significantly exceeded animals with genotypes AB and BB in milk yield. The milk yield of the animals with genotype AA was 7189.8 kg, the increase was 269.5 and 105.6 kg, respectively. In terms of the mass fraction of fat, first-calf heifers with genotypes AB and BB showed the best result (3.91 and 3.86%), the smallest value of this indicator was found in individuals with genotype AA (3.59%). The first-calf cows with homozygous genotype AA showed a positive trend in the mass fraction of protein (3.37%) and the yield of milk protein (242.6 kg). A slight difference with genotype AB was 0.02% and 10.1 kg; with BB - 0.05% and 7.0 kg, respectively. First-calf heifers with LGB(BB) genotype had a positive correlation between milk yield and fat (r = 0.02), milk yield and protein content (r = 0.02), fat content and protein content (r = 0.06), and milk yield and live weight at 18 months (r = 0.20). The identified relationships and correlations indicate possible genetic improvements in the studied herd using marker-assisted breeding. Keywords: gene; genotype; beta-lactoglobulin; polymorphism; productivity; milk yield; fat; protein; correlation; first-calf heifers. Author Details: N. Yu. Safina, junior research fellow, post graduate student (e-mail: natysafina@gmail.com); F. F. Zinnatova, Cand. Sc. (Biol.), deputy director; Yu. R. Yulmeteva, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow; Sh. K. Shakirov, D. Sc. (Agr.), chief research fellow; T. M. Akhmetov, D. Sc. (Biol.), vice-rector; E. R. Gaynutdinova, junior research fellow.
For citation: Safina N. Yu., Zinnatova F. F., Yulmeteva Yu. R., Shakirov Sh. K., Akhmetov T. M., Gaynutdinova E. R. Polymorphism of Beta-Lactoglobulin Gene (LGB) and Its Association with Economically Important Traits of Holstein Cattle. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 9. Pp. 78-80 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10918.
