Характеристика генетической структуры селекционного поголовья аулиекольской и казахской белоголовой пород по полиморфным генам соматотропинового каскада

Характеристика генетической структуры селекционного поголовья аулиекольской и казахской белоголовой пород по полиморфным генам соматотропинового каскада

И.С.Бейшова, к. с.-х.н, Костанайский ГУ; Б.Б. Траисов,

д.с.-х.н., профессор, Западно-Казахстанский АТУ; В.И.Косилов, д.с.-х.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Мясное скотоводство является перспективной отраслью животноводства и важным резервом увеличения производства высококачественного мяса говядины [1 — 4]. Для успешного его развития необходимо проводить углублённую селекционную работу с учётом современных достижений генетики. При этом следует иметь в виду, что оценка животных по генетическим маркерам является более эффективной, если в неё включены гены

одного физиологического пути, так как в таком случае экспрессия одного гена влияет на экспрессию всех остальных. Следовательно, при анализе комплексного влияния полиморфизмов на исследуемые признаки обнаруживаются парные сочетания с потенцирующим действием [5].

Большой интерес для повышения мясной продуктивности крупного рогатого скота представляют гены соматотропинового каскада, белковые продукты которых являются ключевыми звеньями одной гуморальной цепи, участвующей как в процессе лактации, так и в процессах роста и развития млекопитающих (ЪРИ-1, ЪОН, ЬОНЯ, ЪЮР-1) [6]. Изучение полиморфизмов этих генов является

перспективным с точки зрения поиска маркеров, ассоциированных с признаками и молочной, и мясной продуктивности у крупного рогатого скота.

Материал и методы исследования. Молекулярно-генетическое исследование, а также обработку полученных результатов проводили в отделе молекулярно-генетических исследований научно-инновационного центра КГУ им. А. Байтурсынова.

Исследование проводили на 296 гол. крупного рогатого скота казахской белоголовой породы ТОО «Жанабек» и 284 гол. животных аулиекольской породы ТОО «Каркын».

Для анализа ассоциации генов соматотропного каскада с мясной продуктивностью для каждой из пород были сформированы две группы — основная и контрольная. За контрольную группу аулиекольской породы были приняты 90 гол. коров из стада ТОО «Рамазан-Карасу» — казахской белоголовой — 50 гол. из стада ТОО «Караман-К».

Материалом для исследования послужила кровь, взятая в стерильные вакуумные пробирки, с содержанием антикоагулянта. Образцы крови изучали в лабораторных условиях.

Предметом исследования служили полиморфные гены соматотропного каскада (ЬРН-1, ЬОИ, ЬОНЯ и ЬЮР-1). Материалом для исследования были образцы ДНК, выделенные из крови коров казахской белоголовой и аулиекольской пород.

Результаты исследования. На первом этапе исследования были определены частоты встречаемости аллелей и генотипов по каждому полиморфизму в обеих выборках. По ЬРН-Б^ полиморфизму носителей редкого аллеля ЬРН-Б1и1А было выявлено 2 особи (генотип ЬР^-БШР0) у коров аулиекольской породы, а среди коров казахской белоголовой животных — носителей аллеля ЬРН-Б1и1А не выявлено. Поэтому обработка имеющихся данных по этому полиморфизму не представляется возможной.

Анализ генетической структуры исследуемых популяций включал сравнение распределения частот аллелей между выборками одной породы,

межпородный анализ.

Также был проведён анализ соответствия наблюдаемых частот генотипов теоретически ожидаемому равновесному распределению в соответствии с законом Харди—Вайнберга.

В таблице 1 приведены результаты анализа распределения частот аллелей исследуемых генов в двух популяциях аулиекольского крупного рогатого скота: основной и котрольной.

Анализ полученных данных свидетельствует, что характер распределения частот аллелей исследуемых генов совпадает в основной и контрольной группах аулиекольской породы.

Результаты анализа распределения частот аллелей исследуемых генов в основной и контрольной группах казахской белоголовой породы приведены в таблице 2.

Таким образом, распределение частот аллелей генов соматотропинового каскада совпадает в основной и контрольной группах животных казахской белоголовой породы. Аллель, являющийся наиболее распространённым в основной группе, является наиболее распространённым в контрольной группе.

По данным, приведённым в таблицах 1 и 2, можно отметить, что для каждого из исследуемых полиморфизмов аллель, который является редким среди животных аулиекольской породы, также оказывался редким среди животных казахской белоголовой породы.

Относительно полиморфизма bPit- 1-HinFI редким в обеих выборках является аллель bPit- 1-HinFIA. Его частота составляет 0,34 и 0,31 у представителей аулиекольского и казахского белоголового скота.

Эти данные соответствуют результатам Zhao et al., полученным при исследовании ангусского мясного скота. В частности, в его работах частота аллеля bPit-1-HinFIA составляет 0,33. По данным Yang et al., соотношение аллелей A/B у Nanyang cattle, Qinchuan cattle, Jiaxianhong cattle, Izhen cattle, Luxi cattle и у голштинского скота соста-

1. Оценка распределения относительных частот аллелей исследуемых генов в основной

Полиморфизм Аллель Основная группа Контрольная группа Р

наблюдаемая частота относительная частота аллелей наблюдаемая частота относительная частота аллелей

bPit-1-HinFI bPit-1-НшИА 196 0,345±0,002 58 0,322±0,005 0,893

bPit-1-HinFm 372 0,6550,002 122 0,678±0,005

bGH-AluI bGH-AluIL 379 0,667±0,002 110 0,611±0,005 0,989

bGH-AluIV 189 0,333±0,002 70 0,389±0,005

bGHR-SspI bGHR-SspIF 544 0,958±0,000 154 0,856±0,004 0,921

bGHR-SspIY 24 0,042±0,000 26 0,856±0,004

/GF-SnaBI IGF-SnaBIA 222 0,387±0,002 74 0,411±0,005 0,559

IGF-SnaBIB 352 0,613±0,002 106 0,589±0,005

Примечание. Р-расчётный уровень значимости для оценки вероятности различия между относительными частотами. Различие между группами значимо при Р< 0,05

2. Оценка распределения относительных частот аллелей исследуемых генов в основной

Полиморфизм Аллель Основная группа Контрольная группа Р

наблюдаемая частота относительная частота аллелей наблюдаемая частота относительная частота аллелей

ЬРгМ-ИтИ ЪИЫ-ИтИА 189 0,319±0,002 29 0,290±0,009 0,857

ЪИЫ-ИтИВ 403 0,681±0,002 71 0,710±0,009

bGH-AluI ЪОИ-АМЬ 489 0,826±0,001 77 0,770±0,008 0,999

ЪОИ-АШУ 103 0,174±0,001 23 0,230±0,008

bGHR-SspI ЪОШ^рШ 541 0,914±0,000 63 0,630±0,009 0,972

ЪОШ^рТУ 51 0,086±0,000 37 0,370±0,009

IGF-SnaБI ЮЕ-БпаША 200 0,338±0,001 27 0,270±0,008 0,812

ЮЕ-БпаБШ 392 0,662±0,001 73 0,730±0,0088

Примечание. Р - расчётный уровень значимости для оценки вероятности различия между относительными частотами. Различие между группами значимо при Р< 0,05

вило соответственно 0,444/0,556-0,477/0,523, 0,538/0,462, 0,421/0,579, 0,523/0,477, 0,475/0,525. В то же время у пород молочного направления частота аллеля ЬРН- 1-ffinFP несколько ниже по сравнению с данными мясных пород. Так, Re-naville е! а1 при исследовании голштинского скота установлены частоты аллелей ЬРН- 1-ffinFP и ЬРН-1-HinFP 0,18 и 0,82 соответственно. По данным наших белорусских коллег, частота этого аллеля у представителей голштинской и чёрно-пёстрой пород составляет 0,21 и 0,23 соответственно.

Таким образом, можно отметить, что данные анализа частоты встречаемости аллеля ЬРН- 1-HinFP у разных авторов отличаются в разных популяциях одной породы.

Распределение частот аллелей ЬОИ- А1иР и ЬОИ-АиР гена гормона роста, по нашим данным, составляет 0,67/0,33 и 0,83/0,17 для аулиекольской и казахской белоголовой пород. Эти данные соотносимы с результатами исследования литовской популяции крупного рогатого скота чёрно-пёстрой породы: соотношение аллелей ЬОИ- АиР и ЬОИ-АиР составляет 0,7 и 0,3 соответственно [7]. В то же время в различных популяциях голштинского скота это соотношение варьирует для аллеля ЬОИ-АиР от 0,74 до 0,93, а для аллеля ЬОИ-АиР — от 0,07 до 0,26 [8].

Частоты аллелей полиморфизма Ь^ОF-1-SnaBI, установленные нами в популяциях коров аулиеколь-ской и казахской белоголовой пород, несколько отличаются от результатов других исследователей, полученных на породах молочного направления. Так, для представителей голштинской породы частота аллеля Ь^ОF-1-SnaBP составляет 0,562; 0,52; 0,55 и 0,56, по данным Siadkowska, Нте8 и Li. Частота аллеля Ь^ОF-1-SnaBP, по данным этих авторов, составляет соответственно 0,44; 0,48; 0,45 и 0,44. В нашем исследовании соотношение частоты аллеля Ь^ОF-1-SnaBP к аллелю Ь1ОЕ-1-SnaBP составило 0,39/0,61 и 0,34/0,66 для коров аулиекольской и казахской белоголовой пород соответственно. Наблюдаемое расхождение может

быть вызвано особенностями селекции анализируемых пород.

Таким образом, можно отметить, что обе основные выборки репрезентативны относительно казахстанских популяций крупного рогатого скота аулиекольской и казахской белоголовой пород по характеру распределения аллелей.

Статистическая оценка различия двух пород по характеру распределения частот аллелей проводилась отдельно для основных и контрольных групп путём нахождения расчётного уровня значимости Р по значению 1-критерия и числу степеней свободы из таблиц распределения Стьюдента. Различие между породами значимо при Р<0,05. Результаты межпородного сравнения распределения частот аллелей исследуемых генов в основных группах аулиекольского и казахского белоголового скота приведены в таблице 3.

При сравнении основных групп отмечено, что по двум генам, ЬОИ и ЬОИЯ — аулиекольская и казахская белоголовая породы значимо различаются между собой. Так, частота аллеля ЬОИ-АиР в популяции коров аулиекольской породы составляет 0,33 и значительно выше по сравнению с популяцией коров казахской белоголовой породы (0,17).

Это наблюдение позволяет сделать несколько предположений. Во-первых, аллель ЬОИ-А1и17

3. Оценка распределения относительных частот аллелей исследуемых генов в основных и контрольных группах аулиекольского и казахского белоголового скота

Полиморфизм Группа Значение расчётного уровня значимости Р

ШМ-ИшИ основная 0,350

контрольная 0,989

ШЯ-АШ основная 0,000

контрольная 0,0073

bGHR-SspI основная 0,002

контрольная 0,007

IGF-SnaБI основная 0,060

контрольная 0,982

может быть положительно ассоциирован с продуктивностью аулиекольской породы породы, что приводит в ходе искусственного отбора к увеличению его частоты, либо в популяции коров казахской белоголовой породы он оказывает негативный эффект на хозяйственно полезные признаки и элиминируется из популяции.

Во-вторых, аллель ЬОИ-Ми!1 может быть положительно ассоциирован с продуктивностью коров казахской белоголовой породы и отрицательно влиять на продуктивность животных аулиекольской породы, что также может приводить к наблюдаемым различиям в распределении частот этих аллелей в результате искусственного отбора. В любом случае полученная информация позволяет предположить наличие ассоциации А1и1-полиморфизма гена со-матотропина с признаками продуктивности, однако не позволяет делать окончательных выводов относительно характера связи и признаков, на которые она распространяется.

Также установлено значимое различие пород по полиморфизму Ь0ИВ.-^р1. По нашим данным, частота аллеля Ь0ИВ.-^р1г составила 0,042 и 0,086 у представителей аулиекольской и казахской белоголовой пород соответственно. Отмечено, что частота этого аллеля значительно варьирует по данным разных авторов. Так, по данным Fontanesy & а1., частота аллеля ЬОИЯ-SspIr у представителей джерсейской, голштино-фризской и симментальской пород составляет 0,05, 0,27 и 0,10 соответственно. Частота аллеля ЬОИЯ^р¥ у представителей этих пород достигает соответственно 0,95, 0,73 и 0,90 [9]. По данным УШа1а & а1, у финского айрширского скота соотношение частот аллеля ЬОИЯ^р¥ и ЬОИЯ^р1г составляет 0,89 и 0,11. Таким образом, наши данные соответствуют информации, опубликованной ранее другими авторами. Необходимо отметить, что по распределению частот аллелей ЬОИЯ^р1г и ЬОИЯ^р¥, анализируемые породы значимо различаются между собой.

Нами был проведён внутрипородный анализ соответствия наблюдаемого распределения генотипов для исследуемых полиморфных генов теоретически ожидаемому, по закону Харди—Вайнберга, среди животных основных и контрольных групп аулие-кольской и казахской белоголовой пород.

Оценку значимости наблюдаемых отклонений проводили с помощью критерия х2. Отклонение наблюдаемых частот генотипов от теоретически ожидаемых по закону Харди—Вайнберга значимо при х2^ 3,84. Полученные данные представлены в таблице 4.

По таблице 4 видно, что основная и контрольная группы аулиекольской породы характеризуются соответствием наблюдаемого распределения генотипов теоретически ожидаемому по закону Харди—Вайнберга и не различаются между собой. Это свидетельствует в пользу репрезентаивности основной выборки.

Результаты внутрипородного анализа для групп казахской белоголовой породы представлены в таблице 5.

По данным таблицы 5 следует, что обе выборки характеризуются соответствием наблюдаемых частот генотипов теоретически ожидаемым по закону Харди—Вайнберга.

Соответствие наблюдаемого числа генотипов ожидаемому по закону Харди—Вайнберга в выборках обеих пород свидетельствует об отсутствии выраженного давления искусственного отбора в исследованных популяциях.

Выводы. 1. Констатировано и подтверждено статистически достоверное отсутствие различий между основными и контрольными группами по характеру распределения частот аллелей для всех исследуемых полиморфизмов, что свидетельствует в пользу репрезентативности основных выборок.

2. Показано, что выявленные частоты аллельных вариантов исследованных генов соматотропинового каскада соответствуют данным, опубликованным другими авторами.

4. Распределение частот генотипов полиморфных генов соматотропинового каскада в основной и контрольной группах аулиекольского скота

Поли- Генотип Основная группа Контрольная

морфизм п наблюдаемое п ожидаемое х2 п наблюдаемое п ожидаемое х2

ЪРП-1 -НтИ ЪРи-^НтВ!^ 32 34 0,17 11 9 0,64

ЪРН-1-Н тИАВ 132 129 36 39

ЪРН-1-Нт¥1ВВ 122 124 43 41

ЪОН-АЫ! ЪОН-АЫ11 128 127 0,09 35 34 0,38

ЪОН-АЫ11Г 125 127 40 43

ЪОН-АЫ!"' 33 32 15 14

ЪОНЯ-^р! ЪОНЯ-^р!™ 263 261 13,36 65 66 0,56

ЪОНЯ-&5рРг 18 23 24 22

ЪОНЯ-55р1гг 3 1 1 2

ЫО¥-1- Ъ10Р-1-5шБ1м 59 43 16,00 16 15 0,12

БпаБ! ЪЮР-1-5паБ1АВ 104 136 42 44

ЪЮР-1-5шБ1ВВ 124 108 32 31

5. Распределение частот генотипов полиморфных генов соматотропинового каскада в основной и контрольной группах казахского белоголового скота

Поли- Основная группа Контрольная

морфизм n наблюдаемое n ожидаемое X2 n наблюдаемое n ожидаемое X2

bPit-1-HinFI bPit-1-HinFI44 32 34 0,17 6 4 1,52

bPit-1-HinFI4B 132 129 17 21

bPit-1-HinF1BB 122 124 27 25

bGH-AluI bGH-AluLL 33 32 0,09 29 30 0,27

bGH-AluILV 125 127 19 18

bGH-AluIVV 128 127 2 3

bGHR-SspI bGHR-SspIFF 263 261 13,36 22 20 1.71

bGHR-SspIFY 18 23 19 23

bGHR-Ssp¥r 3 1 9 70

bIGF-1- bIGF-1 -SnaBI44 59 43 16,00 3 4 0,21

SnaBI bIGF-1 -SnaBI48 104 136 21 20

bIGF-1 -SnaBIBB 124 108 26 27

Примечание: отклонение наблюдаемых частот генотипов от теоретически ожидаемых по закону Харди — Вайнберга значимо при %2> 3,84.

3. Отмечено, что аллель, являющийся редким среди аулиекольского крупного рогатого скота, также является редким в популяции казахского белоголового крупного рогатого скота;

4. Установлено межпородное различие распределения частот аллелей для полиморфизмов ЬОНЯ-Б8р1 и ЮЕ-8паВ\ в основных группах. В контрольных группах это различие сохраняется как тенденция. Это позволяет предположить наличие ассоциации ЬОИ-Ам! и ЮЕ-8паВ\ — полиморфизма с признаками продуктивности у коров аулиеколь-ской и казахской белоголовой пород;

5. Показано, что по обоим полиморфизмам в обеих выборках наблюдаемые частоты генотипов соответствуют теоретически ожидаемым равновесным по закону Харди-Вайнберга как в основных, так и в контрольных группах. Что в свою очередь свидетельствует об отсутствии в исследованных популяциях выраженного давления искусственного отбора по изучаемым полиморфизмам.

Литература

1. Бозымов К.К. Приоритетное развитие специализированного мясного скотоводства — путь к увеличению производства высококачественной говядины/ К.К. Бозымов, Р.К. Абжанов, А.Б. Ахметалиева, В.И. Косилов // Известия Оренбургского

государственного аграрного университета. 2012. № 3(35). С. 129 - 131.

2. Мироненко С.И., Косилов В.И., Жукова О.А. Особенности воспроизводительной функции телок и первотелок на Южном Урале // Вестник мясного скотоводства. 2009. Т. 2. № 62. С. 48 - 56.

3. Косилов В.И., Губашев Н.М., Насамбаев Е.Г. Повышение мясных качеств казахского белоголового скота путем скрещивания // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2007. № 1(13). С. 91 — 93.

4. Шевхужев А., Воюцкий А. Мясная продуктивность бычков калмыцкой и симментальской пород в условиях комплекса// Молочное и мясное скотоводство. 2009. № 8. С. 13 — 14.

5. Белая Е.В., Михайлова М.Е., Батин Н.В. Комбинированные фенотипические эффекты полиморфных вариантов генов соматотропинового каскада (bPit-1, bPRL, bGH, bGHR и bIGF-1) на признаки молочной продуктивности у крупного рогатого скота голштинской породы // Молекулярная и прикладная генетика: сб.науч.тр. 2012. Т. 13. С. 36 — 43.

6. Михайлова М.Е., Белая Е.В.Влияние полиморфных вариантов генов соматотропинового каскада bGH, bGHR и bIGF-1 на признаки молочной продуктивности у крупного рогатого скота голштинской породы // Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2011. Т. 55. № 2. С. 63 — 69.

7. Rta Skinkyt, Lech Zwierzchowski, Laura Riaubait, Lina Baltr nait , Ilona Miceikien Veterinarija ir zootechnika. Distribution of allele frequencies important to milk production traits in lithuanian black & white and lithuanian red cattle. 2005. T. 31 (53). Р. 93 — 97.

8. Pawar R.S., Joshi C.G., Rank D.N. Growth hormone gene polymorphism and its association with lactation yield in dairy cattle // Indianjournal of animal science. 2007. Vol.9. P. 884 — 888.

9. Hossner K.L., Mc Cusker R.H., Dodson M.V. Insulin-like growth factors and their binding proteins in domestic animals. // Journal of Animal Science. 1997. Vol. 64. P. 1 — 15.