Связь полиморфных вариантов гена стеароил-коа-десатураза (SCD1) с хозяйственно ценными признаками в российской популяции коров айрширской породы

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2017, том 52, № 6, с. 1139-1147

Генетическая структура популяций

УДК 636.2:575.174.015.3 doi: 10.15389/agrobiology.2017.6.1139rus

СВЯЗЬ ПОЛИМОРФНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНА СТЕАРОИЛ-КоА-ДЕСАТУРАЗА (SCD1) С ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫМИ ПРИЗНАКАМИ В РОССИЙСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ КОРОВ АЙРШИРСКОЙ ПОРОДЫ

М.В. ПОЗОВНИКОВА, Г.Н. СЕРДЮК, О.В. ТУЛИНОВА, В.П. ТЕРЛЕЦКИЙ, Н.В. ДЕМЕНТЬЕВА, О.В. МИТРОФАНОВА

В современной селекции в качестве предпочтительных генов-маркеров рассматриваются гены, вовлеченные в биохимические и физиологические процессы в организме и обладающие полиморфизмом, обусловленным точечной мутацией, которые могут быть расположены как в кодирующей последовательности (экзоне) и приводить к изменению аминокислотного состава белка, так и в регуляторных элементах, влияя на транскрипцию. Значительный объем работ посвящен изучению связи полиморфизма генов липидного обмена, например гена лептина (LEP), тиреогло-булина (TG), диацилглицерол-О-ацилтрансферазы (DGAT1), с молочной и мясной продуктивностью крупного рогатого скота. Что касается полиморфизма гена стеароил-КоА-десатуразы (SCD1) и связи его генотипов с продуктивными признаками крупного рогатого скота, то таких исследований очень мало, в особенности в отношении российских популяций скота. Фермент стеароил-КоА-десатураза играет важную роль в метаболизме жирных кислот. Для крупного рогатого скота молочного направления именно содержание жира и белка в молоке — одни из главных показателей продуктивности, кроме того, важное значение имеет живая масса и скорость роста, которые в последующем влияют на половую зрелость животного. В нашей работе установлен полиморфизм однонуклеотидной замены (SNP) rs41255693 в гене SCD1 и проанализирована его связь с хозяйственно полезными признаками коров-первотелок айрширской породы типа Новоладожский российской селекции (n = 201), принадлежащих ОАО ПЗ «Новоладожский» (Ленинградская обл.). SNP rs41255693 находится в 5-м экзоне гена SCD1, характеризуется аминокислотной заменой Ala-Val (C—-T, соответственно аллель С—аллель T) и выявляется с помощью эн-донуклеазы рестрикции FauI (для аллеля С характерно наличие сайта рестрикции). В изученной популяции отмечена высокая частота аллеля С (0,858) и генотипа СС (0,731). Аллель Тредкий (его частота составила 0,142), а генотип ТТ обнаружили только у трех животных (частота 0,015). Для оценки животных использовали показатель племенной ценности (ПЦ, ± к сверстницам, то есть отклонение показателя продуктивности каждой коровы по отношению к сверстницам). ПЦ животных устанавливали по следующим показателям: удой за 305 и за 100 сут лактации, процентное содержание жира и белка, выход молочного жира и белка, масса при рождении, в 10, 12 и 18 мес, живая масса при 1-м осеменении и при наступлении 1-й лактации. Также учитывали возраст 1-го осеменения, 1-го отёла и продолжительность сервис-периода. Мы не выявили ассоциаций между генотипами по аллелям гена SCD1 и такими параметрами, как рост, развитие животных, репродуктивные качества (возраст 1-го осеменения, возраст 1-го отёла, продолжительность сервис-периода). Однако показано, что использование анализа полиморфизма гена SCD1 позволяет с высокой степенью точности картировать QTL (quantitative trait loci) по таким признакам продуктивности, как содержание жира и белка в молоке коров. В изученной популяции коровы с генотипом СС и СТ достоверно превосходили сверстниц с генотипом ТТ по следующим показателям: ПЦ по удою за 305 сут (р < 0,01), ПЦ по удою за 100 сут (р < 0,02), выход молочного жира, кг (р < 0,001) и выход молочного белка, кг (р < 0,001).

Ключевые слова: айрширская порода, аллель, ген SCD1, генотип, живая масса, молочная продуктивность, выход жира и белка в молоке, сервис-период, отёл, мутация, молекулярный скрининг.

На сегодняшний день методом полногеномного анализа ассоциаций (genome-wide association study, GWAS) на различных породах крупного рогатого скота (КРС) не удалось выявить локусов количественных признаков (quantitative trait loci, QTL), универсально ассоциированных с желательными хозяйственно ценными признаками. Как правило, это объясняется влиянием генотипической среды (породные особенности), адаптацией животных к условиям окружающей среды, качеством кормления и условиями содержания (1, 2). В прогнозировании потенциала КРС может помочь изучение SNP (single nucleotide polymorphism), связанных с генами, вовле-

ченными в формирование продуктивных свойств и показателей качества продукции. Особый интерес представляют гены метаболизма липидов, так как, например, процентное содержание жира в молоке имеет существенно больший коэффициент наследуемости, чем общий удой (0,60 против 0,18). Молочная продуктивность рассматривается чаще всего как сочетание показателей общего удоя, процента белка и процента жира, а системы, регулирующие процессы лактации у млекопитающих, составляют часть систем общего метаболизма и иммунитета, которые участвуют в адаптации животных к условиям внешней среды (1). Поэтому следует рассматривать связь анализируемого гена не только с признаками молочной продуктивности, но и с целым комплексов хозяйственно ценных признаков.

Метаболизм липидов в организме животного имеет очень большое значение, и в его регуляции задействовано 107 генов, 240 белков и 80 метаболитов. Стеароил-КоА-десатураза (SCD, EC 1.14.99.5) катализирует десату-рацию пальмитиновой и стеариновой кислот с образованием мононенасыщенных жирных кислот (пальмитолеиновой и олеиновой) в адипоцитах млекопитающих (3). При дефиците фермента SCD у животных понижается содержание жира в тканях, повышается чувствительность к инсулину и, как следствие, ускоряется обмен веществ. При выключении гена SCD1 наблюдается метаболическое истощение, атрофия сальных желез, нарушение эпи-дермального липидного барьера кожи, терморегуляции и устойчивости к холоду (4, 5). Фермент SCD проявляет защитное антиапоптотическое действие посредством косвенной регуляции запасов триглицеридов в клетке (6).

Ген SCD1 крупного рогатого скота расположен в 26-й хромосоме и состоит из 6 экзонов и 5 интронов (7). Данные об ассоциациях различных SNP (как интронных, так и экзонных) гена SCD1 с хозяйственно полезными признаками разных пород неоднозначны. Так, сообщалось о результатах полногеномного анализа ассоциаций с продуктивными и репродуктивными признаками коров голштинской породы (8) и северного красного молочного скота (9), в которых для гена SCD1 такую связь не обнаружили. В других исследованиях (10) с помощью двухступенчатого ассоциативного анализа 50000 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) для выявления геномных областей, связанных с присутствием в коровьем молоке определенных жирных кислот, установлено, что только у двух генов (DGAT1 на хромосоме BTA14 и SCD1 — на хромосоме BTA26) такой полиморфизм оказывает сильное влияние на содержание ненасыщенных жирных кислот (С40-С180) и жирных кислот со средней длинной цепи. Также отмечается связь гена SCD1 с количеством ненасыщенных жирных кислот в молоке (11). При поиске ассоциаций 51 SNP для 37 генов-кандидатов с присутствием в образцах молока 47 жирных кислот из 9 групп установлена положительная корреляция между аллелем Т гена SCD1 (SNP ге41255693) с количеством С20:0 и С22Л ш-9 в молочном жире (12). Именно жировой состав, соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяет диетические свойства молока. Основываясь на приведенных данных литературы, можно предположить, что некоторые SNP гена SCD1 могут рассматриваться как потенциальные маркеры при прогнозировании качественного состава молока. Также следует отметить, что особое значение имеет порода крупного рогатого скота (из-за межпородных различий генов, полиморфизм которых ассоциирован с показателями молочной продуктивности). Имеются исследования, указывающие на зависимость качественного состава молока (содержание насыщенных и ненасыщенных жирных кислот) от породы. При этом отмечается отрицательная генетическая корреляция между содержанием ненасыщенных жирных кислот и жира (13).

В некоторых породах наблюдается высокая степень полиморфизма SCD1, что свидетельствует о включении этого гена в районы «отпечатков естественного отбора». Японскими исследователями установлен высокий полиморфизм в 5-м экзоне гена SCD1, и в выборке японских черных коров описано 8 SNP в указанном регионе (14). В то же время только 3 из этих SNP обнаружили у джерсейской и голштинской пород (15) и среди 12 итальянских пород КРС (16).

В литературе имеется сообщения о связи различных SNP гена SCD1 с показателями молочной продуктивности коров. Так, для голштинской породы китайской селекции при анализе 5 SNP, расположенных как в ин-тронных, так и в экзонных областях (g.6926A>G, 3-й интрон; g.8646A>G, 4-й интрон; g.10153A>G, g.10213T>C и g.10329C>T, 5-й экзон), установлено, что животные — носители гетерозиготных генотипов по каждому из анализируемых SNP имели достоверно высокие показатели по удою за 305 сут лактации, выходу молочного жира и белка (17).

Мы изучили полиморфизм гена SCD1 (5-й экзон) в связи с хозяйственно полезными признаками коров айрширской породы отечественной селекции. Полученные результаты расширяют представления о биологических путях синтеза молочного жира и могут быть использованы для более эффективного отбора на улучшение диетических свойств молока в изученной популяции коров.

Цель выполненной работы заключалась в изучении полиморфизма гена SCD1 по SNP rs41255693C>T (NC 007327.6, позиция 2144708, (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/snp_ref.cgi?rs=41255693) и его связи с хозяйственно полезными признаками в популяции айрширских коров отечественной селекции типа Новоладожский.

Методика. Исследование проводили на коровах-первотелках айрширской породы (n = 201) (ОАО ПЗ «Новоладожский», Ленинградская обл., 2015 год). Кровь для выделения ДНК отбирали из хвостовой вены в пробирки K3EDTA с последующим хранением образцов при -20 °С. ДНК выделяли фенольным методом (18).

Для генотипирования использовали метод ПЦР-ПДРФ (PCR-RFLP, restriction fragment length polymorphism). Полимеразную цепную реакцию проводили в 10 мкл реакционной смеси (67 мМ Трис-HCl, pH 8,6; 2,5 мМ MgCl2, 16,6 мМ NHOH, 0,125 мМ каждого dNTP (dATP, dGTP, dCTP, dTTP), 0,5 мкМ каждого праймера, 50-100 нг геномной ДНК и 2,5 ед. Taq ДНК-полимеразы (ООО «Сибэнзим», Россия) с использованием пары праймеров F — 5'-CCT-AAG-CAG-CAG-ACC-ACT-AG-3', R — 5'-TGG-GCT-CAA-CGT-CAC-CTG-3' (ЗАО «Евроген», Россия) на амплификаторе Thermal Cycler T1000 («Bio-Rad Laboratories, Inc.», США) по следующей схеме: первоначальная денатурация — 1 мин при 94 °С; 35 циклов: 30 с при 95 °С, 30 с при 56 °С, 30 с при 72 °С; завершающая элонгация — 10 мин при 72 °С. Для определения генотипов животных полученный амплификат обрабатывали эндонуклеазой FauI (ООО «Сибэнзим», Россия). Смесь инкубировали при 55 °С в течение 2 ч последующим разделением фрагментов электрофорезом в 3 % агарозном геле, содержащим 0,1 мкг/мл бромистого этидия. Сигнал фиксировали с помощью видеосистемы гель-документирования Gel Imager-2 (ООО «Компания Хеликон», Россия). Идентификацию рестриктов проводили относительно ДНК-маркера молекулярных масс GeneRuler Ultra Low Range DNA Ladder («Fermentas», Литва).

Данные по хозяйственно полезным признакам животных были взяты из электронной базы ИАС «Селэкс» ОАО ПЗ «Новоладожский». Племенную ценность (ПЦ) коров рассчитывали в компьютерной программе

СГС-ВНИИГРЖ (19). Учитывались следующие параметры: ПЦ по удою за 305 и 100 сут лактации; процентное содержание жира и белка; выход молочного жира и белка; ПЦ по массе при рождении, в возрасте 10, 12 и 18 мес; живая масса при 1-м осеменении и после 1-го отёла; возраст 1-го осеменения и 1-го отёла; продолжительность сервис-периода.

Статистическую обработку данных выполняли в программах AtteStat (http://www.studmed.ru/programma-attestat-1205_1778bebd8f9.html) и Microsoft Excel. Оценивали частоту встречаемости генотипов и аллелей, ее отклонение от равновесия Харди-Вайнберга с применением критерия х2. Рассчитывали средние значения признаков (M) и отклонения от среднего (±m). Статистическую значимость различий средних значений хозяйственно полезных признаков между группами животных с разным генотипом определяли по ¿-критерию Стьюдента (20).

Результаты. Айрширская порода на сегодняшний день широко распространена в России, причем 25 % всего поголовья сосредоточено в Ленинградской области. Коровы этой породы выделяются высокими удоями, жирномолочностью и белковомолочностью (21). Для исследования мы отобрали группа коров-первотелок типа Новоладожский, принадлежащих ОАО ПЗ «Новоладожский». Хозяйство на протяжении многих лет остается лидером по молочной продуктивности в айрширской породе молочного скота в России, причем генетический потенциал молочной продуктивности в стаде увеличивается как из поколения в поколение, так и из года в год (22). В этом хозяйстве стадо совершенствуется за счет привлечения племенных ресурсов скандинавских стран и около 80 % поголовья имеет финское происхождение. Тип содержания беспривязный, животные имеют свободный доступ к силосу и сенажу круглогодично, концентрированный корм рассчитывается индивидуально в зависимости от продуктивности каждой коровы.

В хозяйстве обеспечена полная реализация генетического продуктивного потенциала животных, поэтому на продуктивные признаки с большей вероятностью будут влиять аллели генов. По данным производственного отчета на начало 2016 года, продуктивность коров-первотелок за 305 сут составила 7619 кг молока с содержанием жира 4,25 % и белка 3,50 %; средний показатель живой массы — 563 кг. Молоко айрширских коров высоко ценится по технологическим свойствам, а именно по качественным характеристикам молочного жира и рекомендуется для производства сыров и масла (23).

» ГТ гг гг гг гт пг в практическом аспекте

диетические свойства молока и их улучшение привлекают внимание селекционеров в связи с проблемами здорового питания. В то же время изучение связи однонук-леотидных полиморфизмов генов липидного обмена в популяции айрширских коров, отличающихся от других пород высокой жирномолочностью, позволяет лучше понять процессы биосинтеза молочного жира и механизмы их регуляции. Результаты таких исследований дают возможность выявлять животных с наиболее ценными генотипами, что позволит повысить

Электрофореграмма FauI-рестриктов продуктов ПЦР-амплификации участка гена стеароил-КоА-десатуразы SCD1 (SNP rs41255693) у коров айршир-ской породы: М — маркер молекулярных масс GeneRuler Ultra Low Range DNA Ladder («Fermentas», Литва; от 10 до 300 п.н.), генотип СС — размеры фрагментов 105 и 58 п.н., генотип СТ — 163, 105 и 58 п.н. (ОАО ПЗ «Новоладожский», Ленинградская обл., 2015 год).

эффективность селекционной работы в хозяйстве.

На рисунке представлена электрофореграмма разделения рестрик-тов полученных ПЦР-продуктов. После обработки апмпликонов размером 163 п.н. эндонуклеазой FauI наличие сайта рестрикции определяло аллель С, а отсутствие — аллель Т. Генотипу СС соответствовали фрагменты 105 и 58 п.н., генотипу СТ — 163, 105 и 58 п.н., генотипу ТТ — 163 п.н.

Основываясь на полученных электрофореграммах, определили частоту генотипов и аллелей, выявленных у коров айрширской породы в изученной популяции по SNP rs41255693 гена SCD1. В исследуемой выборке с высокой частотой встречались гомозиготы СС (0,731) и аллель С (0,858). Генотип ТТ был выявлен только у трех животных (0,015), а частота аллеля Т составила 0,142. Частота гетерозигот СТ (Ho) равнялась 0,254, Н — 0,243 (р = 0,05). В выборке не наблюдалось значимого отклонения фактического распределения частот генотипов от теоретически ожидаемого согласно закону распределения Харди-Вайнберга (х2 = 0,338).

Проявление хозяйственно полезных признаков в группах коров айрширской породы с разными генотипами по гену стеароил-КоА-десатуразы SCD1

Показатель Генотип

СС

ПЦ по удою за 305 сут -20,25±23,47a 11,76±37,76b -289,66±92,31c

ПЦ по удою за 100 сут -4,02±6,38d -0,11±10,87e -58,00±23,11f

ПЦ по доле жира (%) 0,007±0,008 0,010±0,010 -0,060±0,10

ПЦ по доле белка (%) -0,006±0,005 0,004±0,008 -0,060±0,040

Выход жира, кг 315,89±4,17g 325,22±6,77h 260,35±13,02i

Выход белка, кг 265,14±3,21g 273,90±5,10h 215,36±11,86i

ПЦ по ЖМ при рождении, кг 0,29±0,25 -0,10±0,38 0,43±2,64

ПЦ по ЖМ в 10 мес, кг 0,50±1,80 5,47±2,81 -12,80±18,40

ПЦ по ЖМ в 12 мес, кг 0,79±1,89 4,50±3,01 -8,43±11,30

ПЦ по ЖМ в 18 мес, кг -0,72±2,69 7,26±4,34 -10,76±14,27

ПЦ по ЖМ в 1-е осеменение, кг -1,23±1,78 -0,34±2,58 1,10±4,48

ПЦ по ЖМ после 1-го отёла, кг -1,56±1,13 0,43±1,54 -6,00±4,04

Возраст 1-го осеменения, мес 17,18±0,13 16,90±0,24 17,07±0,09

Возраст 1-го отёла, мес. 26,37±0,14 26,35±0,31 25,82±0,72

1-я лактация, сервис-период, мес 106,78±5,26 111,35±8,30 156,75±36,72

Примечание. Аллель С — наличие сайта рестрикции нуклеазой FauI, аллель Т — отсутствие такого сайта. ПЦ — а, с; ь, с Различия статистически значимы при р < 0,01.

в е, f Различия статистически значимы при р < 0,02. 8, ч ь, 1 Различия статистически значимы при р < 0,001.

после обработки апмпликонов 163 п.н. эндо-племенная ценность, ЖМ — живая масса.

В исследованной выборке коров группы с генотипами СС и СТ оказались наиболее многочисленными и превосходили животных с генотипом ТТ по ряду показателей: ПЦ по удою за 305 сут лактации (р < 0,01), ПЦ по удою за 100 сут лактации (p < 0,02), выход молочного белка, кг (p < 0,001) и выход молочного жира, кг (p < 0,001). Генотип ТТ встречался редко, и животные с таким генотипом достоверно уступали остальным по показателям молочной продуктивности, а также имели низкую скорость роста и более длительный сервис-период, однако следует учитывать, что эти данные получены на малой выборке, то есть для окончательных выводов требуются дальнейшие исследования.

Мы не обнаружили достоверной взаимосвязи SNP rs41255693 гена SCD1 с такими признаками, как рост и развитие, репродуктивные качества коров (возраст 1-го осеменения, возраст 1-го отёла, продолжительность сервис-периода).

Частота аллелей генов — одна из главных характеристик породы или популяции. При исследовании аллелофонда КРС разных пород по SNP rs41255693 гена SCD1 выявлены различия в распределении аллелей и генотипов в зависимости от направления селекции. Так, в выборке коров

породы Brown Swis частота аллеля Т составила 0,15 (24), в костромской породе с увеличением доли кровности по швицкому скоту частота аллеля Т уменьшалась с 0,611 до 0,231 (25). В голштинской породе не выявлены животные — носители генотипа ТТ, а частота гетерозиготного генотипа составила 0,618; среди коров мясных и мясо-молочных пород частота аллеля Т возрастает: у калмыцкой — 0,217, у монгольского скота хогорого — 0,321 (26). Низкая частота аллеля Т наблюдается в популяциях молочного скота с высокой молочной продуктивностью, что согласуется с данными наших исследований.

Имеется ряд работ, в которых показана положительная связь SNP гена SCD1 в 5-м экзоне с выходом жира и процентным содержанием жира в молоке у коров голштинской и джерсейской пород (27), а также с процентом общего молочного жира у коров породы Brown Swis (28). В голштино-фризской породе КРС польской селекции отмечается положительное влияние SNP g.10329C>T (5-й экзон) на содержание белка в молоке (p < 0,05) (24). Полиморфизм в 3-м экзоне гена SCD1 у коров молочного типа (черно-пестрой и айрширской пород) характеризовался относительно пониженной частотой аллельного варианта А при уменьшении процента жира в молоке у айрширских коров (29).

Есть исследования, в которых не отмечается ассоциаций между геном SCD1 и живой массой животных (14, 30, 31), что подтверждается и нашими данными.

Сообщалось о негативном влиянии SNP T878C SCD1 на репродуктивные показатели голштинских коров и, как следствие, о снижении рентабельности молочных стад (32). В исследованной нами популяции айр-ширских коров связь гена SCD1 с репродуктивными качествами коров нами не выявлена, что можно объяснить как породными особенностями, так и влиянием среды (качество кормления и условия содержания).

Подводя итог, отметим, что в большинстве исследований выявлена связь полиморфных вариантов гена SCD1 с качественным составом молока (содержанием насыщенных и ненасыщенных жирных кислот), а также с выходом общего жира. Таким образом, есть основания считать, что реализация генетического потенциала животных может обеспечить продукцию молока высокого качества. Этому также будет способствовать полноценное кормление и содержание как факторы, обеспечивающие максимальное фенотипическое проявление задатков, заложенных в генотипе.

Итак, по результатам проведенных исследований в изученной выборке коров айрширской породы установлен полиморфизм по гену SCD1 (SNP rs41255693). При этом, несмотря на значительное количество гетеро-зигот СТ (частота 0,254), преобладали гомозиготы СС (частота 0,731), а генотип ТТ имели только три коровы (его частота составила 0,015). Отмечена высокая частота аллеля С (0,858), а аллель Т определен как редкий (0,142). Малочисленная группа животных с генотипом ТТ отличается низким темпом роста, имеет более продолжительный сервис-период, а также достоверно уступает животным с генотипами СС и СТ по ПЦ по удою за 305 (р < 0,01) и 100 сут лактации (р < 0,02), по выходу молочного белка и молочного жира (р < 0,001). Не установлено достоверной связи SNP rs41255693 гена SCD1 с показателями живой массы коров от рождения до достижения возраста 1-й лактации. К желательным относятся генотипы СС и СТ. При этом лучшими показателями молочной продуктивности и хорошей скоростью роста выделялись гетерозиготы СТ. Отбор животных с желательными генотипами по гену SCD1 значительно повысит эффектив-

ность селекционной работы в изученной популяции, а применение молекулярных методов позволит отбирать животных с необходимыми генотипами в более раннем возрасте, что ускорит процесс формирования стада с более высоким потенциалом продуктивности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Глаз ко В.И. Проблемы «селекции с помощью маркеров». Farm Animal, 2013, 2: 16-22.

2. Struken E.M., Laurenson Y.C.S.M., Brockmann G.A. Go with the flow-biology and genetics of the lactation cycle. Front. Genet., 2015, 6: 118 (doi: 10.3389/fgene.2015.00118).

3. Колчанов Н.А, Воевода М.И., Кузнецова Т.Н., Мордвинов В.А., Игнатьева Е.В. Генные сети липидного метаболизма. Бюллетень СО РАМН, 2006, 2(120): 29-42.

4. Ntambi J.M., Miyazaki M., Stoehr J.P., Lan H., Kendziorski C. M., Yan-dell B. S., Song Y., Cohen P., Friedman J.M., A11 i e A.D. Loss of stearoyl-CoA desaturase-1 function protects mice against adiposity. PNAS USA, 2002, 99(17): 11482-11486 (doi: 10.1073/pnas.132384699).

5. Sampath H., Flowers M.T., Liu X., Paton C.M., Sullivan R., Chu K., Zhao M., Ntambi J.M. Skin-specific deletion of stearoyl-CoA desaturase-1 alters skin lipid composition and protects mice from high fat diet-induced obesity. J. Biol. Chem., 2009, 284(30): 19961-19973 (doi: 10.1074/jbc.M109.014225).

6. Li Z.Z., Berk M., McIntyre T.M., Feldstein A.E. Hepatic lipid partitioning and liver damage in nonalcoholic fatty liver disease: role of stearoyl-CoA desaturase. J. Biol. Chem., 2009, 284(9): 5637-5644 (doi: 10.1074/jbc.M807616200).

7. Bernard L., Leroux C., Hayes H., Gautier M., Chilliard Y., Martin P. Characterization of the caprine stearoyl-CoA desaturase gene and its mRNA showing an unusually long 3'-UTR sequence arising from a single exon. Gene, 2001, 281(1): 53-61 (doi: 10.1016/S0378-1119(01)00822-8).

8. Сермягин А.А., Гладырь Е.А., Харитонов С.Н., Ермилов А.Н., Стрекоз о в Н.И., Брем Г., Зиновьева Н.А. Полногеномный анализ ассоциаций с продуктивными и репродуктивными признаками у молочного скота в российской популяции голштинской породы. Сельскохозяйственная биология, 2016, 5(2): 182-193 (doi: 10.15389/agrobiology.2016.2.182rus).

9. Iso-Touru T., Sahana G., G u l db r a nd t s e n B., Lund M.S., Vilkki J. Genome-wide association analysis of milk yield traits in Nordic Red Cattle using imputed whole genome sequence variants. BMC Genetics, 2016, 17(1): 55 (doi: 10.1186/s12863-016-0363-8).

10. B o u w m a n A.C., Bovenhuis H., Vi s k e r M.H., van Arendonk J.A. Genome-wide association of milk fatty acids in Dutch dairy cattle. BMC Genetics, 2011, 12(1): 43 (doi: 10.1186/1471-2156-12-43).

11. Rincon G., Islas-Trejo A., Castillo A.R., Bauman D.E., German B.J., M e d r a n o J.F. Polymorphisms in genes in the SREBP1 signalling pathway and SCD are associated with milk fatty acid composition in Holstein cattle. Journal of Dairy Research, 2012, 79(1): 66-75 (doi: 10.1017/S002202991100080X).

12. Pegolo S., Cecchinato A., Mele M., Conte G., Schiavon S., Bittante G. Effects of candidate gene polymorphisms on the detailed fatty acids profile determined by gas chromatography in bovine milk. Journal of Dairy Science, 2016, 99(6): 4558-4573 (doi: 10.3168/jds.2015-10420).

13. Arnould V.M.R., Soyeurt H. Genetic variability of milk fatty acids. J. Appl. Genet., 2009, 50(1): 29-39 (doi: 10.1007/BF03195649).

14. Taniguchi M., Utsugi T., Oyama K., Mannen H., Kobayashi M., Tana-be Y., Ogino A., Tsuji S. Genotype of stearoyl-CoA desaturase is associated with fatty acid composition in Japanese Black cattle. Mamm. Genome, 2004, 15(2): 142-148 (doi: 10.1007/s00335-003-2286-8).

15. Kgwatalala P.M., Ibeagha-Awemu E.M., Hayes J.F., Zhao X. Single nucleo-tide polymorphisms in the open reading frame of the stearoyl-CoA desaturase gene and resulting genetic variants in Canadian Holstein and Jersey cows. DNA Sequence, 2007, 18(5): 357-362 (doi: 10.1080/10425170701291921).

16.Milanesi E., Nicoloso L., Crepaldi P. Stearoyl CoA desaturase gene polymorphism in Italian cattle breeds. Journal of Animal Breeding and Genetics, 200, 125(1): 63-67 (doi: 10.1111/j.1439-0388.2007.00697.x).

17. Alim M.A., Fan Y.P., Wu X.P., Xie Y., Zhang Y., Zhang S.L., Sun D.X., Zhang Y., Zhang Q., Liu L., Guo G. Genetic effects of stearoyl-coenzyme A desaturase (SCD) polymorphism on milk production traits in the Chinese dairy population. Mol. Biol. Rep., 2012, 39(9): 8733-8740 (doi: 10.1007/s11033-012-1733-6).

18. Терлецкий В.П, Племяшов К.В., Тыщенко В.И., Дементьева Н.В. Использование современных молекулярно-генетических методов в генотипировании сельскохозяйственных животных: Методическое пособие. СПб-Пушкин, 2014.

19. Сергеев С.М., Тулинова О.В. Селекционно-генетическая статистика — ВНИИ-ГРЖ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ РФ, № 2015663613, 2015.

20. Меркурьева Е.К. Биометрия в животноводстве. М., 1977.

21. Тулинова О.В., Васильева Е.Н. Современное состояние и перспективы совершенствования молочного скота айрширской породы Российской Федерации. Генетика и разведение животных, 2017, 2: 3-16.

22. Тулинова О.В., Васильева Е.Н., Трошкин Е.А., Соловей Г.П., Соловей В.Б. Генетический потенциал айрширского скота племенного завода «Новоладожский» Ленинградской области. Молочное и мясное скотоводство, 2015, 5: 22-25.

23. Овсянникова Г.В., Копырина Л.Ю. Влияние породы на технологические свойства молока. Современные наукоемкие технологии, 2014, 5-1: 190-191.

24. Cecchinato A., Ribeca C., Chessa S., C ip o l a t-G o t e t C., Maretto F., Casellas J., Bittante G. Candidate gene association analysis for milk yield, composition, urea nitrogen and somatic cell scores in Brown Swiss cows. Animal, 2014, 8(7): 1062-1070 (doi: 10.1017/S1751731114001098).

25. Перчун А., Лазебная И., Белокуров С., Сулимова Г. Анализ полиморфизма генов bGH, RORC и SCD у крупного рогатого скота костромской породы с учетом кровности по швицкой породе. Молочное и мясное скотоводство, 2013, 2: 12-14.

26. Сулимова Г.Е., Федюнин А.А., Климов Е.А., Столповский Ю.А. Оценка генетического потенциала отечественного скота по признакам высокого качества мяса на основе ДНК-маркерных систем. Проблемы биологии продуктивных животных, 2011, 1: 62-64.

27. Kemper K.E., Reich C.M., Bowman P.J., vander J a g t C.J., Chamberlain A.J., Mason B.A., Hayes B.J., Goddard M.E. Improved precision of QTL mapping using a nonlinear Bayesian method in a multi-breed population leads to greater accuracy of a crossbreed genomic predictions. Gen. Sel. Evol., 2015, 47(1): 29 (doi: 10.1186/s12711-014-0074-4).

28. Kulig H., Kowalewksa-Luczak I., Zukowski K., Kunicka M. SCD1 SNP in relation to breeding value of milk production traits in Polish Holstein-Friesian cows. Acta Sci-entiarum Polonorum. Zootechnica, 2012, 12(1): 41-48.

29. Глазко В.И., Андрейченко И.Н., Ковальчук С.Н., Глазко Т.Т., Косов-с ки й Г.Ю. Гены-кандидаты контроля характеристик молочной продуктивности крупного рогатого скота. Российская сельскохозяйственная наука, 2016, 5: 45-50.

30. Matsuhashi T., Maruyama S., Uemoto Y., Kobayashi N., Mannen H., Abe T., Sakaguchi S., Kobayashi E. Effects of bovine fatty acid synthase, stearoyl-coenzyme A desaturase, sterol regulatory element-binding protein 1, and growth hormone gene polymorphisms on fatty acid composition and carcass traits in Japanese Black cattle. J. Anim. Sci., 2011, 89(1): 12-22 (doi: 10.2527/jas.2010-3121).

31. Li C., Aldai N., Vinsky M., Dugan M.E.R., McAllister T.A. Association analyses of single nucleotide polymorphisms in bovine stearoyl-CoA desaturase and fatty acid synthase genes with fatty acid composition in commercial cross-bred beef steers. Anim. Genet., 2012, 43(1): 93-97 (doi: 10.1111/j.1365-2052.2011.02217.x).

32. Asadollahpour Nanaei H., Ansari Mahyari S., Edriss M.A. Effect of LEPR, ABCG2 and SCD1 gene polymorphisms on reproductive traits in the Iranian Holstein cattle. Reprod. Dom. Anim., 2014, 49(5): 769-774 (doi: 10.1111/rda.12365).

Всероссийский НИИ генетики и разведения Поступила в редакцию

сельскохозяйственных животных, 6 марта 2017 года

филиал ФГБНУ Федеральный научный центр

животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста,

196625 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, пос. Тярлево,

Московское ш., 55А,

e-mail: labimmgen@mail.ru, otulin@rambler.ru, valeriter@mail.ru, dementevan@mail.ru, mo1969@mail.ru, marina.qpr@gmail.com

Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2017, V. 52, № 6, pp. 1139-1147

ASSOCIATION OF POLYMORPHIC TYPES OF STEAROYL-CoA DESATURASE GENE (SCD1) WITH ECONOMICALLY VALUABLE TRAITS IN RUSSIAN POPULATION OF AYRSHIRE COWS

M.V. Pozovnikova, G.N. Serdyuk, O.V. Tulinova, V.P. Terletskiy, N.V. Dementeva,

O. V. Mitrofanova

Ail-Russian Research Institute for Farm Animal Genetics and Breeding — branch of L.K. Ernst Federal Science Center for Animal Husbandry, Federal Agency of Scientific Organizations, 55A, Moskovskoe sh., pos. Tyarlevo, St. Petersburg—Pushkin, 196625 Russia, e-mail labimmgen@mail.ru, otulin@rambler.ru, valeriter@mail.ru, demente-van@mail.ru, mo1969@mail.ru, marina.qpr@gmail.com (corresponding author) ORCID:

Pozovnikova M.V. orcid.org/0000-0002-8658-2026 Terletskiy V.P. orcid.org/0000-0003-4043-3823

Serdyuk G.N. orcid.org/0000-0002-4907-0742 Dementeva N.V. orcid.org/0000-0003-0210-9344

Tulinova O.V. orcid.org/0000-0002-7731-509X Mitrofanova O.V. orcid.org/0000-0003-4702-2736

The authors declare no conflict of interests

Received March 6, 2017 doi: 10.15389/agrobiology.2017.6.1139eng

Abstract

In modern animal breeding genes involved into biochemical and physiological pathways and having SNP polymorphisms in coding sequences (exon) leading to amino acid replacements in proteins, and in regulatory elements effecting transcription, are considered as promising marker genes. Significant attention is given to study of relations between polymorphisms in lipid metabolism genes such as leptin (LEP), thyroglobulin (TG), diacylglycerol O-acyltransferase 1 (DGAT1) with milk and beef productivity traits in cattle. Little is known about stearoyl-CoA desaturase gene polymorphism and its associations with cattle traits, particularly in Russian populations. Enzyme stearoyl-CoA desaturase plays an important role in fatty acids metabolism. For dairy cattle fat and protein content as well as live weight and rate of weight gain which make an impact on animal puberty age are among the most important traits. In our paper polymorphism of single nucleotide substitution (SNP) rs41255693 in SCD1 gene has been revealed along with analysis of its link with economically important traits in first lactation cows (n = 201) of Ayrshire breed belonging to JSC «PZ Novoladozhskii» of Leningrad region. SNP in rs41255693 region is located at fifth exon of SCD1 gene and characterized by amino acid Ala-Val substitution (allele C > T) and revealed by Faul restriction endonuclease. Allele C is characterized by the presence of restriction site. High frequency of allele C (0.858) and genotype CC (0.731) has been observed in the population under study. Allele T is rare with frequency of 0.142, and TT genotype has been detected in only 3 animals (frequency 0.015). In order to evaluate animal breeding value (BV) comparison with contemporaries has been employed showing deviation of each animal productive trait from that of contemporaries. Animal BV was calculated by the following traits: milk yield for 305 and 100 lactation days, percentage of fat and protein, yield of fat and protein, weight at birth, at 10, 12 and 18 month age, live weight at first service and at first lactation. Beyond, age of first service, first calving and days open were also taken into account. Association between genotypes of SCD1 gene and such parameters as weight gain, animal development and reproductive traits (age at first service, age oat first calving and days open period) has not been established. Nevertheless, it has been demonstrated that data concerning SCD1 gene polymorphism allows for QTL (Quantitative Trait Loci) high fidelity mapping for such traits as milk fat and protein content. Cows of the population under study having CC and CT genotypes exceeded with statistical significance the cows having TT genotype in BV milk yield for 305 days (p < 0.01), BV milk yield for 100 days (p < 0,02), yield of fat, kg (p < 0.001), and yield of protein, kg (p < 0.001).

Keywords: allele, SCD1 genotype, Ayrshire breed, cattle, live weight, days open, calving, mutation, screening.

Адрес сайта журнала в Интернете — www.agrobiology.ru Статьи, события, информация — 10500 просмотров за месяц