Полиморфизм гена рецептора меланокортина MC4R и его влияние на мясные и откормочные качества свиней Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

УДК 636.4.082.12

ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА РЕЦЕПТОРА МЕЛАНОКОРТИНА MC4R И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА МЯСНЫЕ И ОТКОРМОЧНЫЕ КАЧЕСТВА СВИНЕЙ*

О.В. КОСТЮНИНА, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Н.А. ЗИНОВЬЕВА, академик РАСХН, директор

ВИЖ Россельхозакадемии

Е.И. СИЗАРЕВА, кандидат биологических наук, исполнительный директор

ООО «Знаменский селекционно-гибридный центр»

A.И. КАЛУГИНА, кандидат биологических наук, директор

ЗАО «Владимирское»

Е.А. ГЛАДЫРЬ, кандидат биологических наук, зав. лабораторией

ВИЖ Россельхозакадемии

Л.В. ГЕТМАНЦЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник

Донской ГАУ

М.С. ФОРНАРА, научный сотрудник

B.Р. ХАРЗИНОВА, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

ВИЖ Россельхозакадемии

E-mail: [email protected]

Резюме. Изучение полиморфизма G^A в позиции 1426гена рецептора меланокортина MC4R, обуславливающего аминокислотную замену Asp298Asn, проводили на 33 популяциях свиней различного происхождения (n=2072): крупная белая (9 популяций), ландрас (8 популяций), дюрок (4 популяции), йоркшир, пьетрен, эдельшвайн, ливенская, боди, 6 типов межпородных кроссов и кабан. Полиморфизм MC4R определяли методом ПЦР-ПДРФ анализа. Установлен породный характер распределения частот встречаемости аллелей MC4R. По аллелю А она варьировала от 6,7 % у свиней породы пьетрен до 93,3 % у крупной белой породы французской селекции. В среднем частота его встречаемости у свиней крупной белой породы (75,8±6,5%) была выше, чем у животных породы ландрас (34,4±5,7%, p<0,001) и дюрок (59,7±11,1 %). Породный аспект распределения частот встречаемости аллелей MC4R подтвержден результатами дисперсионного анализа: межпопуляционная изменчивость по MC4R, обусловленная влиянием фактора породы, достоверно превосходила внутрипопуляционную изменчивость. Сила влияния фактора породы составляла 18,4 % (p<0,001). Генетическое равновесие по Харди-Вайнбергу сохранялось во всех исследованных популяциях. Анализ мясной и откормочной продуктивности свиней в зависимости от генотипа по MC4R, проведенный на 9 группах чистопородных и помесных свиней различного происхождения, показал тенденцию к увеличению толщины шпика и длины туши у свиней с генотипом AA, по сравнению с генотипом GG. Ключевые слова: свиньи, ген рецептора меланокортина MC4R, полиморфизм, продуктивные показатели.

Поиск и идентификация ДНК-маркеров, ассоциированных с показателями продуктивности сельскохозяйственных животных, приобретает особую актуальность в связи с интенсификацией отраслей животноводства [1, 2]. Один из главных генов, определяющих уровень развития продуктивных признаков свиней, - ген рецептора меланокортина 4 (МС4Я). Это один из пяти идентифицированных сегодня

*Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ, проект № 11-04-90359 и Минобрнауки РФ, шифр проекта 2012-1.4-12-000-1001-010. В проведении исследований использовано оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ГНУ ВИЖ Россельхозакадемии.

рецепторов меланокортина, относящихся к семейству рецепторов, связанных с О-белками, представляющими собой семидоменные трансмембранные белки. МС4Я экспрессируется в центральной нервной системе (таламусе, гипоталамусе, спинном мозге и коре), преимущественно в гипоталамической области, и регулирует потребление корма и баланс энергии. У свиней локус МС4Я картирован на хромосоме 1д22-27 (3). Единичная нуклеотидная замена в позиции 1426, обусловливающая аминокислотную замену А8р298АБп, связанную с повышением упитанности, среднесуточных приростов и увеличением дневного потребления корма впервые была выявлена Ют К.Б. с соавторами [3]. Функциональный анализ этой мутации показал дефектный сигналинг мутантного белка МС4Я (298 Двп) к аденилатциклазе в мембране нейральных клеток, что обусловливает пониженный внутриклеточный уровень ДМФ после корректного связывания лиганда с рецептором [4].

Хотя сведения о связи между полиморфизмом МС4Я и продуктивными показателями свиней носят не однозначный характер, установлено довольно заметное его влияние на среднесуточный прирост, потребление корма, рост мышц, содержание жира в туше и длину туши [3, 5...11]. В подавляющем большинстве исследований, выполненных, как на чистопородных животных и синтетических линиях свиней, так и на двух-, трех- и четырехпородных кроссах имело место следующее соотношение генотипов МС4Я по скорости роста - ДД>ОО. По толщине шпика рядом авторов установлена зависимость ДД>ОО и ДО>ОО. В некоторых исследованиях обнаружена обратная связь (ДД<ОО) или не выявлено каких-либо зависимостей между генотипами по МС4Я и уровнем развития этого признака. Таким образом, влияние генотипа по МС4Я проявляется по-разному в зависимости от породной принадлежности свиней.

Цель нашей работы - изучение полиморфизма МС4Я у свиней различных пород и популяций, разводимых в России, и его влияния на продуктивные показатели свиней.

Условия, материалы и методы. Полиморфизм гена МС4Я изучали у свиней 33 чистопородных и помесных популяций (п=2072), в том числе 9 популяций крупной белой породы отечественной (4 популяции - КБ_1, КБ_2, КБ_3, КБ_4), белорусской (3 популяции, КБ_Бел1, КБ_Бел2, КБ_Бел3), канадской (КБ_К) и французской (КБ_Фр) селекции, 8 популяций породы ландрас отечественной (Л1, Л2, Л3), голландской (Л_Г), датской (Л_Д), канадской (Л_К1, Л_К2) и французской (Л_Фр) селекции,

4 популяций породы дюрок датской (Д_Дат), ирландской (Д_Ир) и канадской (Д_К1, Д_К2) селекции, йоркшир канадской селекции (Й_К), пьетрен французской селекции (П_Фр), эдельшвайн австрийской селекции (ЭШ_Ав), ливенской породы (ЛИВ), породы боди, 6 типов межпородных кроссов (КБ х Л х Д, КБ х Л х П, КБ х Л_К, КБ х Л_Фр, КБ х ЭШ_Ав, КБ х Й_К) и дикого кабана.

Материалом служили пробы ткани свиней (ушной выщип). Выделение ДНК проводили с помощью набора реагентов й^от™ йЫД Ргер100. Анализ ДНК и постановку ПЦР осуществляли согласно методическим рекомендациям. Полиморфизм МС4Я (аллели О и А) в позиции 1426 определяли методом ПЦР-ПДРФ анализа с помощью

Рисунок. Частоты встречаемости аллелей МС4Я в исследованных популяциях свиней: ось X - изучаемые популяции свиней (расшифровка аббревиатуры пород приведена в разделе «Материалы и методы), ось У - частота встречаемости аллеля, %: □ - й; □ -А.

рестриктазы TaqI. Анализ образующихся фрагментов выполняли методом электрофореза в агарозном геле с добавлением бромистого димидия. Визуализацию фрагментов в ультрафиолетовом свете и документацию результатов осуществляли с помощью цифровой видеокамеры и программного обеспечения ВюТев!0.

Влияние генотипов МС4Я на уровень мясной и откормочной продуктивности изучали на 9 группах чистопородных и помесных свиней различного происхождения. Статистическую обработку данных проводили по стандартным методикам с использованием программного обеспечения ОепМБХ 6.4.

Результаты и обсуждение. Анализ частот встречаемости аллелей МС4Я в позиции 1426 (0298Д) у исследуемого поголовья свиней (см. рисунок) показал, что менее высокая частота встречаемости аллеля Д, ассоциированного с более высокой скороспелостью, характерна для животных породы ландрас (от 10,0 до 66,8 %, в среднем 34,4±5,7 %), в то время как у свиней корня крупной белой породы (крупная белая, эдель-швайн и йоркшир)отмечены существенно более высокие величины этого показателя (от 41,9 до 97,5 %, в среднем 75,8±6,5 %, р<0,001), помеси КБ х Л занимали промежуточное положение (42,4.. .52,2 %). Наибольшая частота встречаемости аллеля А зафиксирована у свиней крупной белой породы французской селекции (93,3%), самая низкая - у животных породы пьетрен (6,7 %), отличающихся относительно невысокой скоростью роста. По всей видимости, высокие частоты встречаемости аллеля А, это следствие интенсивной селекции свиней по скорости роста. Так, Вги-ип С.Б. с соавторами [9] за 12 летний период наблюдали существенное увеличение частоты встречаемости аллеля А у свиней пород ландрас и дюрок, в то время как животные породы йоркшир характеризовались незначительным ее уменьшением, на основании чего был сделан вывод о том,

Таблица. Откормочные и мясные показатели свиней в зависимости от генотипа по MC4R1)

Показа- тель Откормочные показатели чистопородных и поместных свиней

Признак КБ X Л КБ X Й КБ X Л X П КБ X Л X Д КБ X Л КБ X ЭШ КБ Бел1 КБ Бел2 ЛИВ

23 27 27 27 29 29 42 50 39

Возраст X і S 168,4±2,1 181,G±1,6 168,9±3,G 163,8±1,3 167,7±2,G 173,6±3,6 213,3±1,3 179,G±1,5 227,2±2,3

достиже- X ср XX Xср(АА) £ср Xср(AG) _£ср Xqj(GG) ср r 4,4 -2,G4 -11 4*** -2,7 3,3 -3,G -G,1 G,1 G,9

ния G,6 G,96 -3,3 1 ,G -G,4 1,G 1,3 1,4 -2,8

100 кг, дн. -7,4 -G,36 G,5G -G,11 7,2 -G,39* -G,18 -1,3 +G,15 5,G -G,15 -2,6 +G,13 -11,G* +G,G9 5,4 -G,22

Средне- X і S 727,8±17,5 6 CD 9 1 СЛ 8 CO 2 ± со со 71 in o~ 2 ± со со 9 7 ±1 41 8 cn o~ 2 ± G1 8 727,4±5,G 779,9±7,9 742,G±1G,9

суточный X ср XX Xср(АА) £ср Xср(AG) _£ср Xqj(GG) ср r -19,6 1,2 7,1 35,G -25,G 18,5 -7,9 -G,2 1G,7

прирост, -1,7 -8,6 38,3 -14,3 8,9 G,2 -1,G -6,6 2,5

г 3G,4 -G,19 7,7 -G,G4 -58,8 +G,36 +G,22 4,1 -G,G8 -44,9 +G,17 7,7 -G,16 46,6 -G,G7 -7,7 +G,21

Расход X і S 2,26±G,G2 2,41±G,G1 1,9G±G,G4 1,99±G,G4 2,3G±G,G5 7 О o~ ± 3 CO eg 3,58±G,G2 3,43±G,G3 -

корма X ср XX Xср(АА) £ср Xср(AG) _Хср Xqj(GG) ср r -G,G1 G,G1 -G,1G -G,G1 G,1G -G,13 G,G4 G,GG -

прироста, G,G1 -G,G1 -G,1G G,G1 G,GG G,17 G,GG G,G3 -

кг/кг -G,G1 +G,G1 -G,GG +G,G1 G,1G -G,51** -G,G8 G,1G +G,2G G,G7 -G,22 46 О 9? 17 О 9? —

Толщина X і S 19£і1,1 17,GіG,8 18,GіG,9 18,6іG,7 2G,8іG,6 17,5іG,7 31,9і1£ 3G,7і1,2 42,2іG,8

шпика, ср ср ‘xVx_ А) G) ср (А (A с ср( ср( х°х°х° G,52* -G,G7 1,46 -G,86 1,41* G,28 G,35 -G,18 1,18

мм -G,1G G,G4 G,46 G,34 1,G1 G,58 G,18 G,13 G,35

-G,3 -G,G -1,G -1,9 -1,9 -G,6 2,3 -1,G

r +G,48* -G,G6 +G,17 -G,G9 +G,41* +G,16 +G,G5 -G,G5 -G,24

Длина X,; і Sx 1G6,1іG,6 1G5,4іG,7 99,1і2,4 1G2,3іG,6 1G3,7іG,5 1G5,4іG,7 98^,4 98,7іG,4 1G5,9іG,6

туши, см X ср -XX Xср(АА) Xj Xср(AG) -£ср X4>(GG) ср r G,47 -G,99 1,27 -G,54 2,85 -1,G5 G,44 -G,16 1,34 -G,36 -G,45 G,15 -G,G4 -G,13 G,G8 -G,8G -3,95** G,22

2,87 -G,34 1,1 - -G,3 G,8 +G,31 3,78 G,55

-G,23** +G,16 -G,G2 -G,G9 +G,2G -G,11 -G,G6 -G,G6 -G,3G

Площадь X,; і Sx 46,2і1,5 45,6і1,2 55,7і2,1 5G,1і2,1 43,9і1,5 45,6і1,5 32,2іG,3 31,8іG,3 -

мышеч- X ср -XX Xср(АА) Xj 'VAG) ^ср '^(GG) ^ср r -8,85** G,73 3,57 -3,58 1,47 -1,48 -G,32 G,16 -

ного глаз- 2,G7 -1,49 -4,73 1,42 G,67 G,12 G,G7 -G,97 -

ка, 3,81 G,98 5,97 -1,53 3,32 G,G9 3,57 -

см2 -G,6G** -G,G4 -G,31 -G,17 +G,15 -G,2G -G,G6 -G,G3 -

1)расшифровка аббревиатуры пород приведена в разделе «Материалы и методы»; Хср - среднее значение признака в выборке; Хср(АА) - среднее значение признака у свиней с генотипом АА, Хср(АО) - среднее значение признака у свиней с генотипом АО, Хср(00) - среднее значение признака у свиней с генотипом ОО; г - коэффициент корреляции между наличием в генотипе свиней аллеля А и продуктивными показателями; *р<0,05, ***р<0,001.

что селекция на скороспелость у свиней породы йоркшир, породных сочетаний, наблюдалось превышение вели-

вероятно, затрагивала другие локусы. чины этого показателя у свиней с генотипом АА по MC4R

Породный аспект распределения частот встре- над средним по стаду, при этом в двух группах помесных

чаемости аллелей MC4R подтверждается результатами свиней КБ х Л различия были достоверны (+0,52 и 1,41 мм,

дисперсионного анализа, согласно которому межпо- p<0,05), что обусловливало положительную корреляцию

пуляционная изменчивость по MC4R, обусловленная между наличием в генотипе аллеля А по MC4R и уровнем

влиянием фактора породы, достоверно превосходит развития этого признака (r=+0,48 и +0,41, p<0,05). У сви-

внутрипопуляционную. Сила влияния фактора породной ней - носителей генотипа АА в большинстве изученных

принадлежности составляла 18,4 % (p<0,001). групп наблюдалась тенденция к увеличению длины туши,

При этом во всех исследованных популяциях сохраня- в сравнении со средней по группе, разница составляла

лось генетическое равновесие по Харди-Вайнбергу. от 0,08 до 2,85 см. Однако у животных ливенской породы

Зависимости уровня развития продуктивных показате- отмечена обратная зависимость, свиньи с AA генотипом

лей свиней от генотипа по MC4R у исследованных групп характеризовались более короткими тушами (на 3,95 см,

чистопородных и помесных животных носят неоднознач- р>0,01). В одной из групп помесных свиней КБ х Л с

ный характер. Так, трехпородные гибридные свиньи КБ генотипом АА отмечена достоверно меньшая площадь

х Л х П с генотипом AA характеризовались наибольшей мышечного глазка, по сравнению со средним по стаду

скороспелостью: возраст достижения ими массы 100 кг (-8,85 см2, p<0,01), в сязи с чем установлена достоверная

был на 11,4 дн. меньше средней величины этого показа- отрицательная корреляция между наличием в генотипе

теля в стаде (p<0,001), а у свиней крупной белой породы аллеля А и уровнем развития признака (r=-0,60, p<0,01).

белорусской селекции, напротив, наибольшей скоро- Выводы. Таким образом, полученные в результате ис-

спелостью характеризовались животные с генотипом GG следований данные согласуются с имеющимися сегодня

(-11,0 дн., по сравнению со средним значением по стаду, сведениями о том, что влияние полиморфизма MC4R на

p<0,05). Более высокая скороспелость свиней КБ х Л х П продуктивные показатели не носит универсального харак-

с генотипом AA обусловила достоверную отрицательную тера. Мясная и откормочная продуктивность свиней в за-

корреляцию между наличием в генотипе свиней аллеля висимости от полиморфизма по MC4R у свиней различного

А и уровнем развития этого признака (r=-0,39, p<0,05) и, происхождения реализуется в разной степени. Например,

как следствие, достоверную отрицательную корреляцию в большинстве исследованных групп животных особи с AA

с расходом корма на 1 кг прироста (r=-0,51, p<0,01). По генотипами характеризовались большей толщиной шпика

толщине шпика, в большинстве исследованных пород и и длиной туши, чем свиньи с генотипом GG.

Литература.

1. Гладырь Е.А., Зиновьева Н.А., ЭрнстЛ.К., Костюнина О.В., Быкова А.С., Банникова А.Д., Кудина Е.П., Брем Г. Молекулярные методы в диагностике заболеваний и наследственных дефектов сельскохозяйственных животных // Зоотехния. -2009. - № 8. - с. 26-27.

2. Зиновьева Н.А., Костюнина О.В., Гладырь Е.А., Банникова А.Д., Харзинова В.Р., Ларионова П.В., Шавырина К.М., Эрнст Л.К. Роль ДНК-маркеров признаков продуктивности сельскохозяйственных животных// Зоотехния. - 2010. - № 1. - с. 8-10.

3. Kim K.S., Larsen N.J., Rothschild M.F. Rapid communication: linkage and physical mapping of the porcine melanocortin-4 receptor (MC4R) gene // Journal of Animal Science. - 2000. - 78. - 791-792.

4. Kim K.S., Reecy J.M., Hsu W.H., Anderson L.L., Rothschild M.F. Functional and phylogenetic analyses of a melanocortin- 4 receptor mutation in domestic pigs // Domestic Animal Endocrinology. - 2004. - 26. - 75-86.

5. Park H.B., Carlborg O., Marklund L., Andersson L. Melanocortin-4 receptor (MC4R) genotypes have no major effect on fatness in a Large White 3 Wild Boar intercross //Animal Genetics. - 2002. - 33. - 155-157.

6. Hernandez-Sanchez J., Visscher P., Plastow G., Haley C. Candidate gene analysis for quantitative traits using the transmission disequilibrium test: the example of the melanocortin 4-receptor in pigs // Genetics. - 2003. - 164. - 637-44.

7. Houston R.D., Cameron N.D., Rance K.A. A melanocortin- 4 receptor (MC4R) polymorphism is associated with performance traits in divergently selected large white pig populations //Animal Genetics, 2004, 35:386-390.

8. StachowiakM., Szydlowski M., Obarzanek-Fojt M. and Switonski M. An effect of a missense mutation in the porcine melanocortin-4 receptor (MC4R) gene on production traits in Polish pig breeds is doubtful//Animal Genetics. - 2005. - 37. - 55-57

9. Bruun C.S., J0rgensen C.B., Nielsen V.H., Andersson L., Fredholm M. Evaluation of the porcine melanocortin 4 receptor (MC4R) gene as a positional candidate for a fatness QTL in a cross between Landrace and Hampshire //Animal Genetics. - 2006. - 37(4). - 359-362.

10. Jokubka R., Maak S., Kerziene S., Swalve H.H. Association of a melanocortin 4 receptor (MC4R) polymorphism with performance traits in Lithuanian White pigs // Journal of Animal Breeding and Genetics. - 2006. - 123. - 12-22.

11. Kim K.S., Lee J.J., Shin H.Y., Choi B.H., Lee C.K., Kim J.J., Cho B.W., Kim T.-H. Association of melanocortin 4 receptor (MC4R) and high mobility group AT-hook 1 (HMGA1) polymorphisms with pig growth and fat deposition traits //Animal Genetics. - 2006. - 37(4). - 419-421.

12. Зиновьева Н.А., Попов А.Н., ЭрнстЛ.К., Марзанов Н.С., Бочкарев В.В., Стрекозов Н.И., Брем Г. Методические рекомендации по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве. - Дубровицы, 1998. - 47 с.

POLYMORPHISM OF MELANOCORTIN RECEPTOR GENE MC4R AND THEIT EFFECT ON THE GROWTH AND MEAT PRODUCTIVE TRAITS OF PIGS O.V. Kostjunina, N.A. Zinovieva, E.I. Sizareva, A.I. Kalugina, E.A. Gladyr, L.V. Getmantseva, M.S. Fornara, V.R. Kharzinova

Summary. The study of G^A polymorphism in position 1426 of melanocortin receptor gene MC4R leading to the amino acid substitution Asp298Asn was carried out. The analysis was performed on 33 pig populations of different breed and origin (n=2072): Large White (9 populations), Landrace (8 populations), Duroc (4 populations), Yorkshire, Pietreain, Edelschwein, Livenskaja, Body, six different types of crosses and wild pig. The polymorphism of MC4R was detected using PCR RFLP analysis. The breed specific character of allele frequencies of MC4R gene was observed. The allele A frequency is varied of 6.7 per cent in Pietrain to 93.3 per cent in French Large White pigs. The higher frequency of allele A in Large White pigs (75.8±6.5 per cent) comparing to Landrace (34.4±5.7%, p<0.001) and Duroc (59.7±11.1 per cent) was observed. The breed aspect of MC4R allele frequency pattern was confirmed by analysis of variance: intra population variability of MC4R caused by breed effect was significantly higher comparing to within population variability. The breed factor effect was 18.4 per cent (p<0,001). MC4R genotype frequencies were in Hardy-Weinberg equilibrium in all pig populations analyzed. Analysis of growth and meat productive traits in dependence of MC4R genotype performed on nine groups of pure breed pigs and crosses of different origin showed the tendency of larger back fat and higher carcass length in pigs with AA genotype comparing to GG genotype.

Key words: pigs, gene of receptor melanocortin MC4R, polymorphism, productive indicators.