Популяционный анализ полиморфизма белковых фракций молока крупного рогатого скота

УДК 575.174.015.3

ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПОЛИМОРФИЗМА БЕЛКОВЫХ ФРАКЦИЙ МОЛОКА

КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

© 2009. Кадиев А.К.

Северо-Кавказский государственный налоговый институт

Исследована генетическая структура разных популяций крупного рогатого скота по наследственному полиморфизму белков молока. Проведен сравнительный анализ распространенности генетических вариантов полиморфных белков и частот аллелей разных локусов как в внутрипородных популяциях, так и в популяциях разных пород. Вычислены индексы генетического сходства по типам лактопротеинов.

The genetic structure of different populations of a horned cattle on hereditary polymorphism of fibers of milk is investigated. The comparative analysis of prevalence of genetic variants of polymorphic fibers and frequencies allele's different loci both in interbreeds populations, and in populations of different breeds is carried out. Indexes of genetic similarity on type's lactopro-teins are calculated.

Ключевые слова: казеин, лактоглобулин, аллель, локус, популяции, индекс сходства.

Установление генетической природы полиморфизма белковых компонентов молока позволяет провести анализ встречаемости отдельных генотипов и частот аллелей в популяциях скота [1-4]. Разнообразие вариантов встречаемых генотипов находится в прямой зависимости от генофонда предыдущего поколения. В связи с этим представляется возможным судить о закономерности или случайности наблюдаемого отклонения от теоретически ожидаемого распределения в соответствии с законом Харди-Вайнберга.

Вычисление модельного распределения генотипов основывается на равновероятном сочетании гамет со всеми встречающимися в популяции аллелями гена полиморфного белка, их одинаковой жизнеспособности и отсутствии эколого-адаптивного или хозяйственно-производственного преимущества по признакам какого-либо генотипа над другими.

Для суждения о сходстве или различиях двух рядов чисел в математике принято несколько критериев. Наиболее часто употребляемыми в популяционной генетике следует назвать угол-фи, индекс сходства и критерий хи-квадрат. Последний показатель является основным критерием оценки при изучении распределений генотипов по полиморфным белкам. Он позволяет судить о характере наблюдаемого несоответствия в распределениях.

Исследования популяций крупного рогатого скота на содержание различных фракций белков молока выявили наличие различий между животными по аэ1-казеину, Р-казеину и Р-лактоглобулину [4-10].

По аэ1-казеиновому локусу у животных всех популяций было обнаружено только два фенотипа - ВВ, ВС (табл.1). По другому локусу казеина - Р-казеину в основном встречаются два типа Р -Сп А, р - Сп АВ.

Фенотипы, образованные с участием аллеля р - СпС: р - Сп С и р - Сп ВС, не встречаются ни у одной обследованной популяции. Среди поголовья черно-пестрой породы с типом Р - Сп АС встречаются только две особи: по одной в популяциях хозяйств им. Ватутина и «Прогресс». Подобная картина наблюдается и с типом Р - Сп В: по одной особи в популяциях им. Васильева и Белогородский. В отличие от них у симменталов и джерсейских помесей эти два типа Р-казеина представлены (хотя и в небольшом количестве): Р - Сп ВВ - 1,9% и 3,7% и Р - Сп АС - 1,3% и 2,4% соответственно.

Таким образом, аэ1-казеин у исследованных животных контролируется двумя аллелями одного гена (а31 - СпВ, а^ - СпС), а Р-казеин - тремя (Р - СпА, р - СпВ, р - СпС).

Сопоставление фактического распределения генотипов с ожидаемым обнаруживает общую для почти всех популяций закономерность - некоторый избыток гетерозигот ВС по аэ1 - казеиновому локусу и гетерозигот АВ по Р-казеиновому локусу. Исключение составляет Р-казеин популяций черно-пестрого и помесного джерсейского скота ОСЖ «Терезино», по которому обнаружен недостаток гетерозигот при очень незначительном избытке гомозигот по Р - СпА.

Таблица 1

Распределение генотипов и частот аллелей asi-казеинового локуса по хозяйствам

Порода Хозяйства кол-во пара- Распределение генотипов Частоты аллелей

жив-х метры ВВ ВС СС X2 asi-СпВ asi-СпС

«Мытница» УСХА 223 Ф О 191 192,05 32 29,79 1,16 1,89 0,928 0,072

им. Шевченко 47 Ф О 40 40,21 7 6,53 0,26 0,036 0,925 0,075

им. Ватутина 93 Ф О 72 73,34 21 18,50 1,16 0,524 0,888 0,112

к го «Прогресс» 70 Ф О 55 55,82 15 13,38 0,80 1,01 0,893 0,107

1— о CD [= «Тарасовский» 17 Ф О 14 14,14 3 2,73 0,13 0,295 0,912 0,088

X ¡р ф ZT им. Васильева 57 Ф О 41 42,16 16 13,73 1,11 1,52 0,860 0,140

«Белогородский» 74 Ф О 60 60,75 14 12,60 0,65 0,815 0,906 0,094

ОСЖ «Терези-но» 140 Ф О 115 116,19 25 22,70 1,11 1,355 0,911 0,089

В среднем 721 Ф О 588 594,44 133 120,46 6,10 7,756 0,908 0,092

Симментальская ОСЖ «Терези-но» 158 Ф О 116 118,77 42 36,44 2,79 3,703 0,867 0,133

Джерсейские помеси ОСЖ «Терези-но» 82 Ф О 57 58,97 25 21,14 1,89 2,661 0,848 0,152

Сравнение фактического распределения типов asi - Сп и в - Cn с теоретически ожидаемым на основании закона Харди-Вайнберга показало, что популяции скота всех пород в обследованных хозяйствах находятся в состоянии генетического равновесия (P<0,05).

Характерным для исследованного поголовья всех хозяйств является значительное преобладание аллеломорфов aS1 - СпВ и в - СпА по сравнению с другими аллелями этих генов. Животные, имеющие тип aS1 - СпВ, составляют от 84,8% у джерсейских помесей, до 90,8% у черно-пестрого скота, а в - Сп А - от 82,3% до 89,8% соответственно. Популяция симменталов занимает промежуточное между ними положение.

Концентрация аллеля aS1 - СпВ у разных популяций черно-пестрой породы колеблется в пределах 0,860-0,928, а aS1 - СпС - 0,072-0,140. В среднем по всему поголовью всех хозяйств частота аллеля aS1 - СпВ равна 0,908, а аллеля aS1 - СпС - 0,092. Частота аллеля в - СпА находится в пределах 0,886-0,925, а в - СпВ - 0,075-0,143. Концентрация аллеля в - СпС была самой низкой и он был обнаружен только у особей популяций двух хозяйств: им. Ватутина (0,005) и «Прогресс» (0,007). В целом по всему исследованному поголовью животных частота аллеля в - СпА равна 0,898, в - СпВ - 0,101, а частота аллеля в - СпС составляла всего 0,001.

По в - лактоглобулиновому локусу в обследованных популяциях встречаются три основных типа: АА, АВ, ВВ. Тип АС обнаружен лишь у трех, а тип ВС у четырнадцати животных агрономической опытной станции «Мытница» УСХА (табл. 3).

Среди исследованного поголовья черно-пестрого скота тип в - Lg АВ имеют 47,85% животных, тип в - Lg ВВ - 35,98%, а тип в - Lg А - 13,26%. Все встречающиеся типы в - Lg обусловлены тремя аллелями одного гена с кодоминантным характером взаимодействия: в - Lg^ в - Lg^ в - Lg^

Таблица 2

Распределение генотипов и частот аллелей в-казеинового локуса по хозяйствам

Порода Хозяйства кол-во пара- Распределение генотипов Частоты аллелей

жив-х метры АА ВВ СС АВ АС ВС X2 в -CnA p-CnB p-CnC

«Мытница» УСХА 223 Ф О 180 182,24 2,05 - 43 38,71 - - 2,81 0,904 0,096 -

им. Шевченко 47 Ф О 40 40,21 0,26 - 7 6,53 - - 0,036 0,925 0,075 -

им. Ватутина 93 Ф О 73 74,16 0,97 0,002 19 16,94 1 0,83 0,10 1,430 0,893 0,102 0,005

к го «Прогресс» 70 Ф О 56 56,70 0,61 0,003 13 11,72 1 0,88 0,09 1,093 0,900 0,093 0,007

1— о CD [= «Тарасовский» 17 Ф О 13 13,46 0,21 - 4 3,33 - - 0,366 0,890 0,110 -

X CD IT им. Васильева 57 Ф О 45 44,74 1 0,74 - 11 11,52 - - 0,117 0,886 0,114 -

«Белогородский» 74 Ф О 59 58,88 1 0,86 - 14 14,26 - - 0,235 0,892 0,108 -

ОСЖ «Терезино» 140 Ф О 110 102,83 2,86 - 30 34,31 - - 3,896 0,857 0,143 -

В среднем 721 Ф О 576 581,40 2 7,36 0,001 141 130,79 2 1,30 0,15 5,279 0,898 0,101 0,001

Симментальская ОСЖ «Терезино» 158 Ф О 109 110,43 3 3,36 0,006 44 41,74 2 1,59 0,30 0,777 0,836 0,158 0,006

Джерсейские помеси ОСЖ «Терезино» 82 Ф О 56 55,54 3 2,23 0,012 21 22,27 2 1,62 0,32 0,764 0,823 0,165 0,012

Отдельные популяции имеют свои характерные особенности встречаемости аллелей. Если в целом по всем исследованным животным частота аллеля в - LgА составляет 0,386, то, например, в популяции «Тарасовский» она существенно выше - 0,560. Самый низкий показатель частоты этого аллеля характерен животным учхоза УСХА «Мытница» - 0,325. В целом во всех популяциях аллель в - LgВ более распространен, а в - LgС встречается очень редко (0,038). Примерно такая же закономерность характерна и для других пород.

Популяции разных хозяйств также отличаются по встречаемости разных фенотипов по в -лактоглобулиновому локусу. Так, количество животных с типом в - Lg А в хозяйстве им. Шевченко составляет 25,6%, а среди животных популяции «Прогресс» - всего лишь 7,2%. Колебания по встречаемости типа в - Lg В в исследованных хозяйствах находятся в пределах от 11,8% («Тарасовский») до 41,8% («Белогородский»). В хозяйствах «Тарасовский» и «Прогресс» отмечена высокая концентрация типа АВ (64,8% и 61,4%), тогда как у животных хозяйства им. Шевченко он обнаружен с самой низкой концентрацией - 40,4%. Во всех исследованных популяциях более распространен гетерозиготный по в-лактоглобулинам А и В генотип (в - LgА в - LgВ).

Собранный материал свидетельствует о существовании хорошего соответствия между фактическим и теоретически ожидаемым распределениями генотипов по в-лактоглобулиновому локусу в популяциях черно-пестрого скота всех хозяйств. Исключение составляет «Прогресс», где наблюдается достоверный сдвиг генного равновесия по этому локусу, обусловленный избытком относительно ожидаемого количества гетерозигот при недостатке обоих типов гомозигот (табл. 3). Можно отметить, что и в некоторых других хозяйствах наблюдается избыток гетерозигот.

Таблица 3

Распределение генотипов и частот аллелей в-лактоглобулинового локуса по хозяйствам

Порода Хозяйства кол-во пара- Распределение генотипов Частоты аллелей

жив-х метры АА ВВ СС АВ АС ВС X2 в - LgA p-LgB p-LgC

«Мытница» УСХА 223 Ф О 24 23,56 88 90,49 0,32 94 92,32 3 5,51 14 10,80 2,53 0,325 0,637 0,038

им. Шевченко 47 Ф О 12 9,82 16 13,86 - 19 23,32 - - 1,86 0,457 0,543 -

им. Ватутина 93 Ф О 14 15,48 31 32,59 - 48 44,93 - - 0,231 0,408 0,592 -

к а «Прогресс» 70 Ф О 5 10,06 22 26,99 43 32,95 - - 6,56* 0,379 0,621 -

1— о CD [= «Тарасовский» 17 Ф О 4 5,33 2 3,29 - 11 8,38 - - 1,66 0,560 0,440 -

X SP CD IT им. Васильева 57 Ф О 10 10,10 19 19,11 - 28 27,79 - - 0,002 0,421 0,579 -

«Белогородский» 74 Ф О 8 8,81 31 31,75 - 35 33,44 - - 0,993 0,345 0,655 -

ОСЖ «Терезино» 140 Ф О 27 26,61 45 44,53 - 68 68,85 - - 0,022 0,436 0,564 -

В среднем 721 Ф О 104 107,43 254 261,29 0,104 346 335,08 3 6,68 14 10,42 4,010 0,386 0,602 0,012

Симментальская ОСЖ «Терезино» 158 Ф О 34 32,42 46 44,,72 0,036 73 76,15 2 2,15 3 2,52 0,389 0,453 0,532 0,015

Джерсейские помеси ОСЖ «Терезино» 82 Ф О 20 19,05 22 21,50 0,003 39 40,47 0,47 1 0,50 0,835 0,482 0,512 0,006

Примечание: *- P<0,05

Наличие аллеля в - LgС у животных черно-пестрой породы АОС «Мытница», вероятно, объясняется тем, что в родословных некоторых животных встречаются особи джерсейского происхождения.Популяции симментальского и помесного джерсейского скота, в основном, при той же картине распределения генотипов, что и у черно-пестрого, характеризуются наличием еще в небольших количествах гетерозиготных генотипов с участием аллеля в - LgС (в - Lg АС и в - Lg ВС). Во всех популяциях (за исключением «Тарасовский») частота аллеля в - LgВ выше чем в - LgА. Встречаемость в - LgС очень незначительна - около или менее 1%.

Сопоставление распределений фенотипов и частот аллелей отдельных локусов, проводимое многими исследователями, дает общее представление об относительной встречаемости вариантов, но не позволяет судить о степени их различия.

В математике известно несколько критериев, характеризующих различия (сходства) рядов переменных. Сравнение рядов распределения генотипов полиморфных локусов молока с использованием критерия % показывает, что популяции черно-пестрого скота обнаруживаются в распределении генотипов в-лактоглобулинового локуса и, в отдельных случаях, аэ1-казеинового локуса. Что касается в-казеинового локуса, то здесь прослеживается достаточно высокая степень совпадения рядов распределения.

Эти различия по в-лактоглобулину статистически достоверны между популяцией агрономической опытной станции «Мытница» УСХА с одной стороны и популяциями хозяйств им. Шевченко, им. Ватутина (Р<0,05) и ОСЖ «Терезино» (Р<0,001) с другой, близки к достоверным с популяцией «Прогресс». Близки к достоверным различия в распределениях генотипов и между популяциями хозяйств им. Шевченко и «Прогресс». В остальных случаях различия носят случайный характер.

Таблица 4

Показатели соответствия (х2) между распределением генотипов в популяциях черно-пестрой породы

по полиморфным белкам молока

Хозяйства

Хозяйства Типы белков df им. Шев ченко им Ватутина «Прог реос» «Тара сов ский» им. Васи льева «Бело город ский» «Тере зино»

asi-Cn i 0,0 3,2 i,7 0,i 6,0* 0,9 0,8

«МЬпница» в - Cn 3 0,5 0,i 3,2 0,2 0,0 3,0 0,2

в - Lg 4 9,8* i0,0* 8,8 5,7 7,0 6,5 i72*

asi-Cn i i,2 0,4 4,9* 2,5 0,3 0,2

им. Шевченко в - Cn 3 i,2 0,9 0,7 i,2 i,0 0,9

в - Lg 4 2,7 7,2 3,8 i,2 4,5 i,2

asi-Cn i 0,0 0,i 0,6 0,3 0,8

им. Ватутина в - Cn 3 0,i 0,3 3,5 2,6 0,7

в - Lg 4 i,9 3,0 0,i i,5 0,7

asi-Cn i 0,i 0,7 0,i 0,4

«Грореоо» в - Cn 3 0,5 2,6 i,0 i,6

в - Lg 4 5,5 3,8 2,9 6,0

asi-Cn i i,i 0,0 0,0

«Тараосвокий» в - Cn в - Lg 3 4 0,4 2,0 0,4 6,0 0,0 3,0

asi-Cn i i,5 2,2

им. Васильева в - Cn в - Lg 3 4 0,i i,2 2,4 0,i

asi-Cn i 0,0

«Бешфсцокий» в - Cn в - Lg 3 4 i,6 3,3

Примечание: * - P<0,05, ** - P<0,01

При сопоставлении распределения вариантов в-лактоглобулина у животных исследованных популяций замечено, что в хозяйстве «Мытница» тип в - LgВ встречается чаще (39,4%), чем в других хозяйствах (11,8-34,01%), за исключением «Белогородский» (41,9%), а тип в - LgА наоборот. Различия между популяциями хозяйств им. Шевченко и «Прогресс» по в-лактоглобулину обусловлены, в основном, тем, что в последнем высока доля гетерозигот, чем в первом, а гомозигот в -LgАА значительно меньше.

Статистически достоверные различия по аэ1-казеину получены только между популяциями АОС «Мытница» и им. Ватутина (Р<0,05) и между им. Шевченко и «Тарасовский» (Р<0,05).

В рядах распределения вариантов белков молока в популяциях разных пород также в некоторых случаях наблюдаются достоверные различия (табл.5). Черно-пестрый скот отличается по обоим казеиновым локусам от симменталов и джерсейских помесей.

Между двумя другими популяциями (симменталы и джерсейские помеси) наблюдаются расхождения, не выходящие за пределы случайных, то есть обнаруживается сходство в распределениях генотипов всех трех локусов.

Наблюдаемые отличия в распределениях а$1-Сп обусловлены сравнительно более высокой встречаемостью типа а31-СпВ у черно-пестрого скота (в 4,5 раз больше гетерозигот а31-СпВС), чем у других популяций (2-3 раза). По в-казеиновому локусу эти различия являются результатом высокой частоты встречаемости генотипа в-СпА в-СпА у первой популяции (в 4 раза чаще), чем второго по распространенности генотипа в-СпА в-СпВ. В других популяциях наблюдается только 2,5-кратное превосходство.

Имеющиеся расхождения по гену в-лактоглобулина связаны также со значительной разницей в частоте распространенности отдельных генотипов: у черно-пестрых доля в - LgА в - LgА в популяции составляет 14,4%, в то время как у других - 21-24%.

Сельскохозяйственная экология pCtjlS Юг России: экология, развитие. №1, 2009

Agricultural ecology_кШ The South of Russia: ecology, development. №1, 2009

Таблица 5

Показатели соответствия (х2) рядов по полиморфным белкам молока популяций скота разных пород

Популяции Типы бел ков df Попу тяции

Симментальская Джерсейские помеси

Черно-пестрая asi- Cn в - Cn в - Lg 1 3 4 54* 14 4** 7,2 6,8** 23,5*** 6,8

Симментальская asi- Cn в - Cn в - Lg 1 3 4 0,4 1,1 1,5

Примечание: *- P<0,05, **- P<0,01, ***- P<0,001

Таким образом, различия между популяциями черно-пестрой породы по белковым локусам молока малозначительны. Они достигают заметной величины только в отдельных случаях по аэ1-казеину.

Анализ межпородных различий показывает, что по белкам молока нулевая гипотеза опровергается только при сравнении рядов распределения черно-пестрой породы с симменталами и джер-сеями по а31- и Р-казеину. В остальных случаях наблюдается достаточная близость рядов генотипов.

Анализ генетического сходства между популяциями разных пород по локусам полиморфных белков молока обнаруживает еще более существенные различия (рис. 1). Они более значимы по полиморфным белкам крови между черно-пестрым скотом с одной стороны и симменталами и джер-сейскими помесями - с другой (84,5% и 84,8%, 72,4% и 84,3%, соответственно). Следует отметить, что чем больше количество анализируемых локусов, тем меньше становится размах колебания этого показателя - он не менее 91,5% во всех вариантах расчетов.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

.А /91,8

у

У

У

У

У

У

У

У

¿99,5;

/97,5

V

Ч-С Ч-Д С-Д

Ч - черно-пестрая, С - симментальская, Д - джерсейские помеси.

Рис. 1. Индексы генетического сходства (%) между популяциями разных пород

Это свидетельствует о том, что заводские породы, возможно, в отдаленном прошлом имели общих предков, которые им передали сходную наследственность. Наивысшая степень генетической близости изменчивости проявляется между симменталами и джерсейскими помесями (97,5-99%) и между последними и швицами (98,6-98,9%).

Сравнение критериев X по распределению генотипов и индексов сходства, вычисленных с помощью коэффициента корреляции, показывает, что особой зависимости между ними не имеется. И это вполне объяснимо, так как показатель хи-квадрат характеризует степень соответствия в распределении фенотипов определенной генетической системы в разных выборках, а индекс сходства -сопряженную изменчивость частот аллелей. Известно, что частоты аллелей могут иметь одинаковые показатели при различном распределении фенотипов в данной системе.

Однако эти два метода могут быть использованы в одинаковой мере и будут отражать истинное состояние близости или отдаленности популяций по своей генетической природе, если распре-

деления генотипов всех локусов будут подчиняться закону Харди-Вайнберга, т.е. локусы будут находиться в генетическом равновесии, что не всегда наблюдается.

Таким образом, для характеристики сходства (различия) между выборочными совокупностями животных по ряду локусов необходимо применять метод корреляции, а для подобного сравнения по отдельно взятому локусу (вероятно, не только с небольшими количествами аллелей) следует пользоваться вышеописанным методом хи-квадрат.

Библиографический список

1. Голота Я.А., Сирацкий И.З. Генетическое разнообразие белков сыворотки крови и молока у разных пород крупного рогатого скота, разводимого в Украинской ССР. Генетика и селекция на Украине. Материалы II съезда генетиков и селекционеров Украины. - Киев, 1971. - С. 37-38. 2. Маринчук Г.Е. Генетический полиморфизм белков молока некоторых пород крупного рогатого скота. Автореферат кандидатской диссертации. - Белая церковь, 1970. 3. Олейник Е.И. Генетический анализ полиморфизма белков крови и молока у крупного рогатого скота. Автореф. канд. дисс. - Краснодар, 1970. 4. Петрушко С.А., Рокицкий П.Ф., Богданов Л.В. Изучение генетического полиморфизма белков молока крупного рогатого скота. Некоторые вопросы теории и практики животноводства Белоруссии. - Жовино, 1968. - С. 46-54. 5. Погоняйло Д.Н., Богданов Л.В. Электрофоретическое излучение наследственных вариантов белков молока сельскохозяйственных животных в Белоруссии. Бета-лактоглобулины и а, в, к-казеины коровьева молока. «Весщ АН БССРю Сер. Сельскагас над. Н.» Изд. АН БССР. Сер. с.-х.н., №1, 1971. - С. 110-116. 6. Прозора К.1. До визначения генетичного пол1морф1зму бшшв молока у кор1в чорно-рядо1 породи. Тези доповвдей першо1 республканьско1 конференци. Вид. - К.: Наукова думка, 1969. 7. Садик А. Ф. Бюх1тчний пол1морф1зм бшюв кров1 1 молока, як метод контролю походження у велико! рогато1 худоби. «Науков1 пращ НД1 землеробства 1 тваринництва захдних районв УРСР», 17, 1971. - С. 317-320. 8. Сирацкий И.З., Лихобабина В.Н., Лихобабин Л.И. Генетическая структура полиморфных белковых систем крови и молока черно-пестрого скота // Молекулярно-генетические маркеры животных. Тезисы докладов II междунар. конф. 15-17 мая. - Киев, 1996. - С. 41. 9. Сокол И.1., Романов Л.И., Марчук 1.Т. Электрофоретичт типи бета-лактоглобулшу молока та 1х генетичт особливост! Досл1джения у твариництв1. Вип. 17. - Ктв, 1969. - С. 72-77. 10. Эйдригевич Е.В., Карножицкий В.В., Рыбачук Г.Н., Лапкин М.М. Полиморфизм белков сыворотки крови и молока в связи с молочной продуктивностью // Исследования по иммуногенетике и бесхимическому полиморфизму сельскохозяйственных животных. Вып. 26. - Дубровцы, 1972. - С. 66-72.