CC BY
69www. agroyug. ru
УДК636.5.082
Новгородова И.П., старший научный сотрудник, кандидат биологических наук ФГБНУ «Федеральный научный центр животноводства — ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста»
ВЗАИМОСВЯЗЬ ЯИЧНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ КУР И ПЕРЕПЕЛОВ С ЛОКУСАМИ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ
Новые методы молекулярной биологии позволяют обнаруживать полиморфизм локусов кодируемых белками генов, связанных с продуктивными признаками животных и птиц. Эти локусы могут быть использованы в качестве молекулярных маркеров в программах селекции для улучшения определенных признаков. Наибольший интерес для выявления взаимосвязи различных генов с хозяйственно-полезными признаками представляют варианты генетического полиморфизма, находящихся в генах и регуляторных областях (РТ_ регионы) и отвечающих за определенный признак. Использование генетического полиморфизма генов, отвечающих за продуктивность, может повысить интенсивность селекции и раскрыть генетический потенциал птиц. Основными показателями яичного птицеводства являются такие, как количество яиц, масса яиц и возраст достижения первого яйца. Цель промышленного птицеводства заключается в производстве большого количества яиц хорошего качества с низкой производительностью и затратами на корма. Именно, поэтому на сегодняшний день так актуален вопрос поиска локусов количественных признаков, связанных с продуктивными признаками как сельскохозяйственных животных, так и птиц.
Использование молекулярных маркеров в современной генетике позволяет значительно ускорить процесс селекции в сельском хозяйстве, как в животноводстве, так и в птицеводстве [1]. Методы молекулярной генетики позволяют проводить отбор по генотипу, тогда как в традиционной селекции отбор индивидуумов для скрещиваний осуществляется на основе анализа фенотипа. Отбор по генотипу имеет ряд преимуществ по сравнению с отбором по фенотипу. Использование ДНК-маркеров открывает многие возможности, такие как построение молекулярных карт отдельных хромосом и геномов, картирование генов, а также выявление локусов количественных признаков (РТ_). С помощью генетического картирования хромосом домашней курицы в последнее время были обнаружены сотни локусов количественных признаков (РТ_), определяющих изменчивость хозяйственно-полезных признаков (www.animaLgenome.org/QT_db).
Метод генотипирования животных, в частности, птицы, по генам, отвечающим за продуктивные качества, является мощным инструментом в селекционной работе. Взаимосвязь полиморфных вариантов генетической изменчивости и их использование в качестве генетических маркеров позволит повысить эффективность селекции кур яичного направления. На протяжении последних 10-15 лет проводятся исследования, направленные на изучение генома кур, выявление и идентификацию вариантов генетического полиморфизма, а также выявление взаимосвязи полиморфных вариантов генетической изменчивости с хозяйственно-полезными признаками продуктивности (QTL). Неоднократно было доказано, что показатели продуктивности, а также репродуктивные качества животных и птиц напрямую зависят от генетических факторов [2].
В настоящее время технологии молекулярной биологии используются во многих областях. Картирование генов привело к многочисленным открытиям полиморфных локусов в геноме птиц. Именно, поэтому, полиморфные локусы могут быть использованы как генетические маркеры, связанные с экономическими признаками птиц. Кроме того, эти локусы становятся полезными в качестве критерия отбора для генетического улучшения признаков продуктивности. У птиц яйценоскость является следствием сложного процесса прогрессивного созревания яиц тесно связанного с гипоталамо-гипо-физарно-гонадальной системой. Методы молекулярной генетики с использованием микросателлитов и SNP позволили выявить 66 локусов, связанных с особенностями производства яиц (возраст достижения первого яйца, количество яиц и т.д.) и 223 локуса, связанных с качеством яиц (толщина яичной скорлупы,прочность оболочки, вес желтка и т.д.) (Chicken QTLdb, www.animaLgenome.org/cgi-bin/QTLdb/GG/index).
Рассмотрим несколько генов-кандидатов, связанных с яичной продуктивностью домашних птиц (таблица).
ЭФФЕКТИВНОЕ №7 сентябрь ЖИВОТНОВОДСТВО 2018
Таблица. Локусы количественных признаков сельскохозяйственных птиц
Ген Вид Местонахождение Мутации Признаки Авторы
PRL куры 2 хромосома 3 экзон 6 экзон A9026G T14771C, G14820A яичная продуктивность, поведение, инстинкт насиживания Jiang R.S. и др., 2005
Z хромосома 6 экзон G1836C возраст 1 яйца Ling-Bin L. и др., 2012
Z хромосома 5 экзон возраст достижения половой зрелости, количество яиц Rashidi H. и др., 2012
Z хромосома 5 экзон T8052C, G8113C яичная продуктивность (возраст 1 яйца, общее количество яиц к 300 дн. возрасту) Li H.-F. И др., 2013
утки Z хромосома 5 экзон C5961T яичная продуктивность (вес яйца) Wang C. и др., 2011
перепела 2 хромосома 3 интрон, 3 экзон вес тела, возраст половой созреваемости, средний вес яйца и количество яиц в 2, 4, 6 нед Lofti E. и др., 2013
GH домашние птицы 1 интрон масса тела в возрасте 1 день, 8, 12 нед., количество яиц, возраст половой созреваемости Mehdi A. и Reza F.A., 2012
GH, PRL, BMPR-1B, MTNR-1C перепела A237G и A290T C2161G (indel 358) G294A яичная продуктивность до 20 нед. возраста Lan L.T.T. и др., 2017
VIPR-1 перепела G373T и A313G яичная продуктивность Pu X.J. и др., 2016
Примечание: Р^ (пролактин), GH (гормон роста), ВМРЯ-1В (костный морфогеннный рецептор белка типа 1В) и MTNR-1C мелатонин, VIPR-1 (вазоактивный кишечный пептидный рецептор 1).
Связь яичной продуктивности домашних птиц с геном пролактина
К маркерным генам, связанным с яичной продуктивностью птиц относится ген пролактина (PRL) и ген рецептора пролактина (PRLR). Ген пролактин кур имеет размер 9,536 б.п. и состоит из 3 частей, промо-тора-1, промотора-2 и промотора-3 с 330 Ьр, 287 Ьр и 314 Ьр, соответственно. Мутации, происходящие в области промотора, приводят к тому, что ген cPRL позволяет увеличивать яичную продуктивность [3].
Пролактин (PRL) представляет собой синтез пептидного гормона, синтезируемый и секретиру-емый специализированными клетками в передней доли гипофиза позвоночных. Он имеет широкий спектр действия у млекопитающих (более 300 различных функций, таких как стимулирование образования желтого тела, маммогенез, иммуногенез, лактогенез и лактопоэз). У птиц PRL тормозит рост и развитие овариальных фолликулов, а также участвует в инстинкте гнездования и насиживания. Пролактин (лютеотропный гормон или лютеотропин) является белком, который играет существенную роль в индукции и поддержании поведения домашней птицы.
Идентифицированные полиморфизмы этого гена, главным образом, связаны с яичной продуктивностью птиц. Ген пролактина, используемый в качестве QTL у птиц, изучали многие исследователи. Jiang R.S. с другими исследователями (2005) идентифицировали ген пролактина у кур в 3 экзоне (A9026G) и 2 SNPs в 6 экзоне (T14771C и G14820A) и описали в своих работах связь гена пролактина с производством яиц и поведением кур. Liang Y. с другими учеными (2006) сообщили о полиморфизме 5-фланкирующего региона гена пролактина у кур. Rashidi H. с коллегами (2012) обнаружили полиморфизм гена пролактина в 5 экзоне, а Chen J. с другими учеными (2012) в 10 экзоне. В исследованиях Ling-Bin L. и других (2012), проводимых на курах, было доказано, что полиморфизм G1836C (6 экзон) связан с возрастом достижения первого яйца. Их работа показала, что ген PRLR является главным молекулярным маркером для этого продуктивного признака.
Мутации последовательности генов пролактина были найдены как в интронах, так и в экзонах птиц. Научные исследования Jiang R.S. и др. (2005) показали, что PRL может использоваться как генетический маркер инстинкта насиживания у кур [4]. Стоит отметить, что 5 экзон гена пролактина кур не настолько изучен, как подобный ген у млекопитающих. Wang С. и др. (2011) описали взаимосвязь полиморфизма C-5961T (5 экзон) с яичной продуктивностью и весом яиц у уток. Результаты научных работ Chen H.-Q. и др. (2011) на гусях позволили сделать предположение, что производительность яиц некоторых пород может быть связана с местоположением G-10T (5 экзон) гена пролактина. В работах других ученых было выявлено, что присутствие вставки 24 BP в гене пролактина положительно влияет на яйцекладку у птиц и их поведение [5-6]. Результаты экспериментов Rashidi H. с учеными (2012) на курах выявили ассоциация между
www.agroyug.ru
единственным полиморфизмом нуклеотида (SNPs) во 2 экзоне и массой тела, а также возрастом достижения половой зрелости и между SNPs в 5 экзоне и числом яиц. Большинство генных полиморфизмов PRL было найдено в 5'— и 3'-фланкиру-ющих регионах, а также в кодированной области пептида в различных положениях (например, C-2402T, C-2161G, T-2101G, C-2062G). H.-F. Li с исследователями (2013) изучали связь 2 SNP (T8052C и G8113C) в 5 экзоне гена пролактина с яичной продуктивностью кур. Эти локусы были связаны с возрастом достижения первого яйца и общим количеством яиц к 300 дневному возрасту. Ученые предложили использовать данные гаплотипы как потенциальные молекулярные маркеры для производительности яиц.
Многие работы исследователей позволили выявить, что пролактин (PRL) играет важную роль как в инкубации, так и в поведении птиц [13]. Эти работы указывают на возможность использования гена пролактина как локуса генетических маркеров для птиц из отряда куриных и могут дать ценную информацию о регулировании экспрессии гена PRL.
Lotfi E. с другими учеными (2013) провели исследование полиморфизма 3 интрона с 3 экзо-ном гена пролактина, содержащего 24 bp indel в ну-клеотидном положении 358 bp и его ассоциации с некоторыми репродуктивными признаками перепелов. Были рассмотрены такие признаки, как вес и возраст половой созреваемости, средний вес яйца на 2-й, 4-й, 6-й и 2-6-й недели, а также количество яиц в возрасте 2, 4, 6 и 2-6 недель яйцекладки. Связь генотипов пролактина с репродуктивными признаками анализировали с использованием общей линейной модели SAS [7]. Основываясь на результатах полученных этими исследователями, был сделан вывод, что полиморфизм гена пролактина можно использовать для улучшения яичной продуктивности перепелов.
Связь яичной продуктивности домашних птиц с геном вазоактивного кишечного пептида
Вазоактивный кишечный пептид (VIP), освобождающий фактор пролактина (PRL), может способствовать его секреции. В исследовании Y.-J. Pu с другими учеными (2016) вазоактивный кишечный пептидный рецептор-1 (VIPR-1) был выбран в качестве гена-кандидата для определения признаков яичной продуктивности. Обнаружение
единственного нуклеотидного полиморфизма (SNP) было выполнено у 443 отдельных перепелов, в том числе 196 перепелов из линии H, 202 перепелов из линии L и 45 диких перепелов. Были обнаружены 2 мутации (G373T и A313G) у исследуемых популяций перепелов. Анализ показал, что генотипы SNP гена VIPR-1 были достоверно связанны с весом яиц. У птиц с генотипом GG отмечался наибольший вес яиц при этих мутациях. Перепелки с генотипом h1h2 (GGGT) всегда характеризовались наименьшим весом яиц и наибольшим количеством яиц в возрасте 20 недель. Поэтому, данный ген является важным генетическим маркером как для продуктивных признаков птицы, так и для маркеров, используемых в птицеводстве при разведении.
Ассоциация генов-кандидатов яичной продуктивности перепелов. В исследовании L.T.T. Lan с другими учеными (2017) была проведена идентификация генотипов и оценка влияния полиморфизмов гормона роста (GH), пролактина (PRL), костного морфогенетического рецептора белка типа IB (BMPR-1B) и мелатонин рецептора 1С (MTNR-1C) на яичную продуктивность японских перепелов в течение 20 недель яйцекладки. Результаты показали, что генотипы в локусах C2161G в PRL и G294A в MTNR-1C мономорфны (С и A, соответственно). Для A237B в мутациях GH и A290T BMPR-1B обнаружены 2 аллеля, которые дают 3 генотипа в каждом локусе. Кроме того, различие в 24 балла 2 образцов генотипа обеспечило мутацию Indel-358 в PRL, тогда как 3 аллеля были идентифицированы в локусе A459TC (MTNR-1C). В совокупности полиморфные сайты не влияли на производство яиц, за исключением локуса A459TC в гене MTNR-1C (P = 0,002), где перепелки с генотипами AA и СС обеспечивали наивысшее количество яиц (115,6-116,6 яиц) [8]. На основании этих результатов было предложено использовать нуклеотидный полиморфизм A459TC в других популяциях перепелов и рассматривать его как ген-кандидат яичной продуктивности
Заключение. Использование молекулярно-гене-тических маркеров для селекции домашних птиц позволит направленно проводить отбор с учетом их продуктивности и выбором наиболее перспективных генотипов.
Работа была выполнена в рамках выполнения задания Федерального агентства научных организаций (ФАНО) № АААА-А18-118021590138-1 в 2018 году.
Литература:
1. Алтухов Ю.П. Полиморфизм ДНК в популяционной генетике / Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А. // Генетика, 2002. Т.38: 1173-1195.
2. Nie Q. The PIT1 gene polymorphisms were associated with chicken growth traits / Q. Nie, M. Fang, L. Xie, M. Zhou, Z. Liang, Z. Luo, G. Wang, W. Bi, C. Liang, W. Zhang, X. Zhang // BMC Genetics, 2008. 9: 20. doi: 10.1186/1471-2156-9-20.
3. Lumatauw S. and Mu'in M.A. A 24-bp IndeL (Insertion-Deletion) Polymorphism in Promoter Prolactin Gene of Papua Local Chickens // AnimaL Production, 2016. 18(1): 1-7.
4. Jiang R.S., Xu G.-Y., Zhang X.-Q., Yang N. Association of Polymorphisms for Prolactin and Prolactin Receptor Genes with Broody Traits in Chickens // PouLt. Sci., 2005. 84: 839-845.
5. Jiang R.S., Zhang L.L., Geng Z.Y., Yang T., Zhang S.S. Single nucleotide polymorphisms in the 5'-flanking region of the prolactin gene and the association with reproduction traits in geese // S. Afr. J. Anim. Sci., 2009. 39: 83-87.
6. Kulibaba R.A., Podstreshnyi A.P. Prolactin and growth hormone gene polymorphisms in chicken lines of Ukrainian selection // Cytol. Genet., 2012. 46(6): 390-395. http://dx.doi.org/10.3103/S0095452712060060.
7. Lotfi E., Zerehdaran S., Ahani Azari M. & Dehnavi E. Genetic Polymorphism in Prolactin Gene and its Association with Reproductive Traits in Japanese Quail (Coturnix japonica) // Poult. Sci. J., 2013. 1(2): 79-85.
8. Lan L.T.T., Nhan N.T.H., Ngoc D.T.B., Tin T.T., Anh L.H., Xuan N.H., Ngu N.T. Association analysis of candidate gene polymorphisms with egg production in Japanese quails (Coturnix japonica) // Chiang Mai Veterinary Journal, 2017. 15(2): 117-125.
