Генетическая устойчивость свиней к стрессам и колибактериозам

DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10613 УДК 636.018:636.4:575.162

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СВИНЕЙ К СТРЕССАМ И КОЛИБАКТЕРИОЗАМ*

О. В. КОСТЮНИНА, доктор биологических наук, руководитель лаборатории (e-mail: kostolan@yandex.ru) М. С. ФОРНАРА, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Н. В. БАРДУКОВ, младший научный сотрудник Т. В. КАРПУШКИНА, научный сотрудник Н. А. ЗИНОВЬЕВА, доктор биологических наук, академик РАН, директор

Федеральный научный центр животноводства -ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста, пос. Дубровицы, 60, Подольский р-н, Московская обл., 142132, Российская Федерация

Резюме. Изучали распространение у свиней мутаций в генах RYR1, DMD, ECR F18/FUT1 и MUC4, ассоциированных с чувствительностью к стрессам и колибактериозам. Материалом для исследований в период с 2005 по 2018 гг. послужили образцы ткани (ушной выщип) из ДНК-коллекции Всероссийского научно-исследовательского института животноводства им. Л. К. Эрнста. Полиморфизм генов RYR1 и DMD изучали на совокупной популяции свиней пород крупная белая и йоркшир (1346 и 498 голов соответственно), ландрас (1131 и 1248 голов соответственно), дюрок (408 и 178 голов) и пьетрен (155 и 80 голов соответственно). Полиморфизм ДНК-маркеров ECR F18/FUT1 и MUC4 исследовали в популяциях крупной белой породы и йоркшир (886 и 1205 голов соответственно), ландрас (566 и 288 голов), дюрок (436 и 159 голов). Для ге-нотипирования использовали тест-системы, разработанные в институте. Скрининг по RYR1 показал, что наиболее часто аллель n, обусловливающий чувствительность к стрессу, встречался у свиней породы пьетрен - в среднем по породе 0,190. У животных пород ландрас, дюрок и корня крупной белой этот аллель встречался с частотой 0,011, 0,015 и 0,011 соответственно. По гену DMD носители аллеля T, ассоциированного со стрессом, были зафиксированы только у свиней породы ландрас. Частота его встречаемости составила в среднем по выборке 0,118. По гену ECR F18/FUT1 наиболее часто (0,689...0,782) встречался аллель G, обусловливающий чувствительность к послеотьемной диарее, а по гену MUC4 нежелательный аллель G встречался со средней частотой 0,082...0,326. Использование в селекционно-племенных программах ДНК-диагностики устойчивости свиней к стрессам и заболеваниям может способствовать снижению инцидентности колибактериоза и элиминации носителей чувствительных к стрессу аллелей.

Ключевые слова: свиньи, ДНК-маркер, стресс-устойчивость, рианодиновый рецептор, дистрофин, крупная белая, ландрас, дюрок, пьетрен, колибактериоз.

Для цитирования: Генетическая устойчивость свиней к стрессам и колибактериозам / О. В. Костюнина, М. С. Форнара, Н. В. Бардуков и др. // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 6. С. 53-55. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10613.

Генетический прогресс в животноводстве достигается использованием определенных селекционных стратегий, эффективность которых может быть повышена включением в программы племенной работы ДНК-маркеров, обусловливающих количественные признаки, устойчивость к различным заболеваниям и генетические дефекты.

Серьезный экономический ущерб производителям свинины может наносить подверженность животных стрессам. По сведениям M. J. Ritter с соавторами [1], в

2006 г. потери свиноводческой отрасли США, вызванные воздействием транспортного стресса, составили около 46 млн долл. Для исключения из разведения животных, чувствительных к стрессам, нашли применение ДНК-маркеры рианодинового рецептора (ЯУЯ1) и дистрофина (DMD). Мутация в гене ЯУЯ1, открытая в 1991 г. Fujii [2], связана с возникновением злокачественного гипертермического синдрома. В 2012 г. группой ученых под руководством N011116^1811 D. J. [3] у свиней пород гемпшир и ландрас была обнаружена мутация в гене DMD, носители которой в результате воздействия различных стресс-факторов оказались подвержены сердечным приступам.

Другая проблема, обусловливающая ощутимые экономические потери свиноводства - подверженность животных колибактериозу. На него приходится более 20 % всех инфекционных заболеваний свиней. По сведениям различных авторов его инцидентность среди поросят составляет от 6 % до 40 %, а смертность достигает 70 % [4, 5]. Было показано участие генов ЕСЯ Р18/РиТ1 и МиС4 в развитии колибактериозов у поросят [6, 7]. Элиминация животных-носителей мутаций, ассоциированных с чувствительностью к диарее, рассматривается сегодня в качестве одной из стратегий снижения заболеваемости колибактериозом и, как следствие, повышения сохранности поросят.

Цель работы - изучение распространения мутаций в генах ЯУЯ1, DMD, ЕСЯР18/РиТ1 и МиС4, ассоциированных с нежелательными фенотипами (чувствительностью к стрессам и колибактериозу), у свиней пород крупная белая, ландрас, дюрок и пьетрен.

Условия, материалы и методы. Исследования выполняли в 2005-2018 гг. в лаборатории молекулярных основ селекции ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста в рамках проведения молекулярно-генетической экспертизы племенного поголовья. Материалом служили пробы ткани (ушной выщип) свиней различных пород. В ходе работы были сформированы репрезентативные выборки животных заводских популяций свиней, сгруппированные по породной принадлежности: пьетрен, ландрас, дюрок и корня крупной белой - для определения частоты встречаемости мутантного аллеля п по гену ЯУЯ1 (п = от 155 до 1346 голов) и Тпо гену DMD (п = от 80 до 1248 гол.);

ландрас, дюрок и корня крупной белой - для определения частоты встречаемости желательного аллеля А по гену ЕСЯ Р18/РиТ1 (п = от 436 до 886 голов) и С по гену MUC4 (п = от 159 до 1205 голов).

В группу свиней корня крупной белой породы были включены особи породы йоркшир, исходя из того, что животные этих пород согласно результатам микро-сателлитного анализа имели общее происхождение [8]. У свиней породы пьетрен полиморфизм по ДНК-маркерам ЕСЯ Р18/РиТ1 и MUC4 не изучали.

Выделение ДНК и постановку ПЦР осуществляли в соответствии с методическими рекомендациями [9]. Определяли полиморфизм в генах ЯУЯ1, DMD, ЕСЯ

*Работа проведена в рамках выполнения задания Федерального агентства научных организаций (ФАНО) ГЗ № АААА-А18-118021590138-1.

Таблица 1. Исследуемые мутации в ДНК-маркерах

Признак 1 Ген 1 № в Gene Bank Мутация 1 п*

Чувствительность Г^УМ и15965 С296Т 3040

к стрессам омо NW003612750 С201Т 2004

Чувствительность вон пв/пт и70883 в915Л 1888

к колибактериозу мис4 DQ848681 С8227в 1652

*п - количество генотипированныхживотных Р18/РиТ1 и МиС4, ассоциированных с чувствительностью к стрессам и колибактериозам (табл. 1). Для генотипирования по ДНК-маркерам использовали тест-системы, разработанные в ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л. К. Эрнста [10, 11, 12, 13]. При выполнении исследований использовали оборудование Центра коллективного пользования научным оборудованием «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста.

аллеля. Частота встречаемости нежелательного аллеля Т у животных породы ландрас в среднем составила 13,22 %, причем в отдельных группах свиней гомозиготные носители встречались с частотой 2,3...50,0 % У свиней пород ландрас, дюрок и корня крупной белой по ДНК-маркеру ЕСН Р18/РиТ1 наиболее часто отмечали аллель G, обусловливающий чувствительность к послеотъемной диарее. В популяциях корня крупной белой породы и ландрас средняя частота

Таблица 2. Распространение носителей мутантных аллелей по RYR1 и DMD у свиней различных пород

Порода RYR1 DMD

число групп количество генотипированных животных (п), голов (в среднем), % пп (в среднем), % число групп количество генотипированных животных (п), голов ТС (в среднем), % Т0/ТТ (в среднем), %

Крупная белая, йоркшир* 18 1346 2,23 0 2 498 0 0 Ландрас 17 1131 2,12 0 6 1248 2,80 10,42 Дюрок 7 408 2,94 0 2 178 0 0 Пьетрен 5 155 34,84 1,94 2 80 0 0

*по ЯУЯ1 крупная белая - 14 групп (1258 голов), йоркшир - 4 группы (88 голов); по DMD - 2 группы крупной белой по-

роды

Результаты и обсуждение. Выявлено наличие носителей дефектов по генам НУН1 и DMD в популяциях наиболее распространенных пород - крупной белой, ландрас, дюрок и пьетрен (табл. 2). Наиболее часто нежелательный аллель п по гену НУН1 встречался у свиней породы пьетрен - в среднем 0,190. У животных пород ландрас, дюрок и корня крупной белой его отмечали с частотой 0,011, 0,015 и 0,011 соответственно. Гомозиготные носители (пп) были зафиксированы только в одной группе свиней породы пьетрен с частотой 42,86 %. Гетерозиготные особи (Nn) встречались в трех

группах с частотой 30,00...57,14 %. У свиней породы ландрас носителей аллеля п отмечали в шести группах с частотой 1,09...39,39 %. В пяти группах свиней корня крупной белой породы были зафиксированы носители генотипа Nn с частотой 0,59...21,95 %. Гетерозиготные особи породы дюрок выявлены только в одной группе, частота их встречаемости составила 8,05 %.

По гену DMD все изучаемые породы свиней, за исключением ландрас, были свободны от мутантного

аллеля G составила 0,764 и 0,782 соответственно. В восьми группах свиней корня крупной белой породы были зафиксированы особи с генотипом АА (презум-птивно устойчивые к послеотъемной диарее) с частотой 3,85...25,00 %. В семи группах свиней породы ландрас генотип АА встречался с частотой 1,35...21,74 %. Наиболее высокая частота встречаемости желательного аллеля А зафиксирована у свиней породы дюрок - в среднем по породе 0,311 с варьированием от 0 до 0,571. Частота генотипа АА в четырех из семи групп достигала 18,75...38,60 % (табл. 3).

По результатам исследований группы ученых под руководством С. В. J0rgensen [7] было показано, что с устойчивостью к колибактериозам ассоциирован аллель С гена МиС4. Анализ полиморфизма по этому гену в изученных популяциях в среднем по породе показал, что наиболее часто желательный аллель С наблюдали у свиней породы дюрок - 0,918 (табл. 4).

Внутри групп породы дюрок частота желательного генотипа СС составила 83,06...88,57 %, а генотип

Таблица 4. Распределение частот генотипов и аллелей MUC4 у свиней различных пород

Порода Число групп Число голов, п Распределение генотипов, % Распределение аллелей

СС 1 СG I GG С I G

Крупная белая, йорк-

шир* 17 1205 46,72 41,41 11,87 0,674 0,326

Ландрас 3 288 34,03 53,82 12,15 0,609 0,391

Дюрок 2 159 84,28 15,09 0,63 0,918 0,082

*крупная белая - 14 групп

Таблица 3. Распределение частот генотипов и аллелей ECR F18/FUT1 у свиней различных пород

Порода Число групп Количество голов, п Распределение генотипов, % Распределение аллелей

AA 1 AG GG A I G

Крупная белая, йоркшир* 14 886 5,42 36,46 58,13 0,236 0,764

Ландрас 13 566 4,42 34,81 60,78 0,218 0,782

Дюрок 7 436 16,06 30,05 53,90 0,311 0,689

*крупная белая - 10 групп

GG в одной из групп не был диагностирован, а во второй встречался с частотой 2,86%. Значительно реже аллель С фиксировали у свиней корня крупной белой породы и ландрас - в среднем 0,674 и 0,609 соответственно. Частота встречаемости животных корня крупной белой породы с желательным гомозиготным генотипом СС варьировала от 12,5 до 90,0 % в зависимости от принадлежности к группе. У свиней породы ландрас частота генотипа СС составила 23,08...55,56 %.

Выводы. Проведенные исследования по изучению распространения мутаций в генах RYR1, DMD, ECRF18/ FUT1 и MUC4, ассоциированных с нежелательными фенотипами (чувствительностью к стрессам и колибактериозам), у свиней различных пород показали, что частота встречаемости нежелательных вариантов по гену RYR1 относительно невелика, но имеются особи, в генотипе которых присутствует аллель п. Также учитывая высокую частоту аллеля п у свиней породы пьетрен (в среднем по породе 0,190), необходимо проводить тестирование ее представителей с целью своевременного выявления и элиминации носителей. При

исследовании по гену DMD следует обратить внимание на свиней породы ландрас, среди которых встречаются особи-носители мутантного аллеля Т (в среднем по выборке 0,118). Скрининг свиней этой породы по DMD позволит предотвратить распространение вредной мутации в популяциях ландраса и гибридов, полученных с их использованием.Анализ распространения аллелей и генотипов по генам ECRF18/FUT1 и MUC4 показал, что у исследованных свиней присутствуют различные генетические варианты по этим ДНК-маркерам - аллель G, обусловливающий чувствительность свиней к послео-тьемной диарее, встречался с частотой 0,689...0,782 и 0,082...0,326 соответственно.

Рекомендуем для обязательного внедрения в программы генетического контроля племенных животных России тест-системы ДНК-диагностики генетических дефектов свиней. Несмотря на то, что сейчас нет абсолютно точного теста, позволяющего вести прямой отбор устойчивых к колибактериозам свиней, использование косвенных методов будет способствовать повышению частоты желательных генетических вариантов в популяции.

Литература.

1. Transport losses in market weight pigs: I. A review of definitions, incidence and economic impact/M. J. Ritter, M. Ellis, N. L. Berry, etc. // Professional Animal Scientist. 2009. Vol. 25. Pp. 404-414.

2. Identification of a mutation in porcine ryanodine receptor associated with malignant hyperthermia / J. Fujii, K. Otsu, F. Zorzato, etc. // Science. 1991. Vol. 253. Issue 5018. Pp. 448-451. DOI: 10.1126/science.1862346

3. A defect in dystrophin causes a novel porcine stress syndrome / D. J. Nonneman, T. Brown-Brandl, S. A. Jones, etc. // BMC Genomics. 2012. № 13. Pp. 233.

4. Коромыслов Г. Ф., Фёдоров Ю. Н. Иммунологические основы сохранения молодняка // Бюл. ВНИИ эксперим. ветеринарии. Вып. 66. 1988. . 3-7.

5. Francis D. H. Use of immunofluorescence, and seroagglutination in the diagnosis of porcine colibacillosis // Am. J. vet. Res. 1983. Vol. 44. No. 10. Pp. 1884-1888.

6. A molecular test for the detection of E. coli F18 receptors: a breakthrough in the struggle against oedema and post-weaning diarrhea in swine / P. Vogeli, E. Meijerink, R. Fries, etc.// Schweiz. Arch. Tierheikd. 1997. Vol. 139. Pp. 479-484.

7. Porcine polymorphisms and methods for detecting them/C. B. J rgensen, S. Cirera, A. L.Archibald, etc.//International application published under the patent cooperation treaty (PCT). PCT/DK2003/000807 or W02004/048606-A2. 2004.

8. Введение в молекулярную генную диагностику сельскохозяйственных животных / Н. А. Зиновьева, Е. А. Гладырь, Л. К. Эрнст и др. Дубровицы: ВИЖ, 2002. 112 с.

9. Фролкин Д. А. Скрининг гена злокачественного гипертермического синдрома (MHS-гена) у свиней: дисс.... канд. биол. наук. Дубровицы, 2000. 103 с.

10. Коновалова Е. Н. Полиморфизм гена рецептора E. coli F18 (ECR F18/FUT1) и его влияние на хозяйственно-полезные признаки свиней: дисс. . канд. биол. наук. Дубровицы, 2003. 95 с.

11. Банникова А. Д. Полиморфизм ДНК-маркеров, ассоциированных с воспроизводительными качествами, у свиней пород крупная белая и йоркшир: дисс. ... канд. биол. наук. Дубровицы, 2012. 129 с.

12. Новый стресс-синдром у свиней, обусловленный мутацией в гене DMD/ О. В. Костюнина, Т. В. Карпушкина, М. С. Фор-нара и др. // Свиноводство. 2015. № 8. С.14-15.

GENETIC RESISTANCE OF PIGS TO STRESSES AND COLIBACTERIOSIS

O. V. Kostyunina, M. S. Fornara, N. V. Bardukov, T. V. Karpushkina, N. A. Zinovieva

Federal Scientific Center of Animal Husbandry - L.K. Ernst All-Russian Research Institute of Animal Husbandry, pos. Dubrovitsy, 60, Podol'skii r-n, Moskovskaya obl., 142132, Russian Federation

Abstract. The authors investigated the distribution of mutations in genes RYR1, DMD, ECRF18/FUT1 and MUC4, associated with a sensibility to stresses and colibacteriosis, in pigs. During the period from 2005 to 2018, the material for the experiment was tissue samples (ear notch) from the DNA-collection of the All-Russian Research Institute for Animal Husbandry. Polymorphism of RYR1 and DMD genes was studied on a total population of Large White and Yorkshire pig breeds (1346 and 498 heads, respectively), Landrace (1131 and 1248 heads), Duroc (408 and 178 heads) and Pietren (155 and 80 heads). Polymorphism of ECR F18/FUT1 and MUC4 DNA markers was studied in populations of Large White and Yorkshire breeds (886 and 1205 animals, respectively), Landrace (566 and 288 heads), Duroc (436 and 159 heads). The genotyping was performed using the test-systems developed in the institute. Screening for RYR1 showed the highest frequency of n allele in Pietren breed with the average value for this breed of 0.190. This allele determines the sensitivity to stresses. In Landrace, Duroc and Large White breeds the frequencies of n allele were 0.011, 0.015 and 0.011, respectively. Carriers of the Tallele of DMD gene, associated with stress susceptibility, were found only in Landrace with the frequency of 0.118. G allele of ECR F18/FUT1 gene, which is associated with the sensitivity to post-weaning diarrhea, was the most frequent in all of the studied pig breeds (0.689-0.782). The undesirable allele G of MUC4 gene was found with the average frequency of 0.082-0.326. The use of DNA diagnostics of genes, which are associated with resistance of pigs to stresses and diseases, can contribute to reducing the incidence of colibacteriosis and eliminating carriers of stress-sensitive alleles in breeding programs.

Keywords: pigs; DNA marker; stress resistance; rhyanodine receptor; dystrophin; Large White; Landrace; Duroc; Pietren; colibacteriosis.

Author Details: O. V. Kostyunina, D. Sc. (Biol.), head of laboratory (e-mail: kostolan@yandex.ru); M. S. Fornara, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow; N. V. Bardukov, junior research fellow; T. V. Karpushkina, research fellow; N. A. Zinovieva, D. Sc. (Biol.), member of the RAS, director.

For citation: Kostyunina O. V., Fornara M. S., Bardukov N. V., Karpushkina T. V., Zinovieva N. A. Genetic Resistance of Pigs to Stresses and Colibacteriosis. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 6. Pp. 53-55 (in Russ.). DOI: 10.24411/02352451-2018-10613.