ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОЛШТИНСКОГО КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА ПО ДНК-МИКРОСАТЕЛЛИТАМ

Вестник ДВО РАН. 2020. № 4

УДК 636.082.13 DOI: 10.37102/08697698.2020.212.4.008

Е.Б. ШУКЮРОВА, А.А. ЛУКАШИНА, А Н. БУЗЬКО

Генетическая характеристика голштинского крупного рогатого скота по ДНК-микросателлитам

Представлена генетическая характеристика 300 голов крупного рогатого скота голштинской породы, завезенных с Северного Зауралья в Хабаровский край, по 15 микросателлитным локусам ДНК. Установлено, что в исследуемой группе животных число аллелей на локус составляет 8,8, при этом эффективных аллелей — 4,5. Выявлено всего 132 аллеля, из них часто встречались четыре — 102 (локус CSRM 60), 117 (локус ETH 3), 117 (локус TGLA 126), 258 (локус SPS 115). Частота их встречаемости от 0,538 до 0,587. Наибольшим уровнем генетического разнообразия характеризовался локус TGLA 122, в нем установлено максимальное число аллелей — 20. Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности по всем изученным локусам составлял 0,700. Высокий уровень гетерозиготности свидетельствует о генетическом разнообразии соответствующих локусов генома животных.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, голштинская порода, микросателлиты, аллели, число эффективных аллелей, гетерозиготность.

Genetic characteristics of Holstein cattle by DNA microsatellites. E.B. SHUKYUROVA1, A.A. LUKASHINA, A.N. BUZKO2 (1Far Eastern Research Institute of Agriculture, FEB RAS, Khabarovsk Region, Vostochnoe village, 2"Sergeevskoe" LLC, Khabarovsk Region, Sergeevka village).

The results of genetic characteristic of 300 heads of Holstein cattle, brought from the Northern Trans-Urals at Khabarovsk Region by 15 microsatellite loci of DNA are presented in this article. It was determined that in he group of animals being understudy the number of alleles on one locus was 8.8 while effective alleles — 4.5. In general 132 alleles were revealed, four of them met often: 102 (locus CSRM 60), 117 (locus ETH 3), 117 (locus TGLA 126), 258 (locus SPS 115) with frequency from 0.538 to 0.587. The greatest level of genetic variety was characterised by locus TGLA 122, it had a maximum number of alleles — 20. The middle level of the observed and expected heterozygosity for all the studied loci was 0.700. The high level of heterozygosity testifies to the genetic variety of corresponding animal genome loci.

Key words: cattle, Holstein breed, microsatellites, alleles, the number of effective alleles, heterozygosity.

Характеристика генофонда, поддержание и сохранение биологического разнообразия видов домашних животных являются актуальными задачами современной биологической науки [5]. Интенсификация современного животноводства требует развития теоретических основ и совершенствования организационных форм селекции сельскохозяйственных животных за счет привлечения новых методов оценки генотипов животных. В практику племенной работы стали внедрять маркерную систему оценки родословных, включающую определение степени гетерозиготности, контроль передачи геномной информации из поколения в поколение и оценку фактического генотипического сходства пробанда с выдающимися предками [6]. В настоящее время существует 10 типов различных систем генетических маркеров [3, 7]. Практически все виды сельскохозяйственных

*ШУКЮРОВА Елена Борисовна - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, ЛУКАШИНА Анастасия Алексеевна - младший научный сотрудник (Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства ДВО РАН, Хабаровский край, с. Восточное), БУЗЬКО Андрей Николаевич - главный зоотехник (ООО «Сергеевское», Хабаровский край, с. Сергеевка). *Е-таП: dvniishimgen@mail.ru

животных хорошо изучены с помощью этих систем, за исключением ДНК-маркеров. Наиболее информативными оказались сравнительно недавно открытые генетические маркеры, принадлежащие к повторяющейся фракции геномной ДНК, - микросателлиты [10]. Микросателлиты представляют собой фрагменты ДНК с большим количеством тандемно повторяющихся идентичных «мотивов», обычно называемых «повторами» - короткими последовательностями из нескольких пар нуклеотидов. Микросателлиты высокополиморфны, имеют десятки аллелей в каждом локусе и высокие темпы мутирования. Аллели микросателлитного локуса отличаются друг от друга в основном числом повторов и длиной [2, 9].

Микросателлиты являются нейтральными маркерами, обладают высокой изменчивостью и показывают высокий уровень аллельного разнообразия. Это делает возможным их использование для оценки генетического разнообразия популяций. Значительный полиморфизм микросателлитов и кодоминантное наследование обеспечивают возможность исследований на достоверность происхождения потомства, проведения теста на диагностику эффекта «бутылочного горлышка» в популяции и выполнения генетической категоризации пород. Микросателлиты наследуются из поколения в поколение и обладают относительно высокой скоростью мутаций, что позволяет использовать их при оценке дивергенции и для установления эволюционно-генетических связей между популяциями. Таким образом, микросателлиты обладают рядом свойств, которые делают их наиболее практичными маркерами [9].

Цель данной работы - оценить генетическую структуру крупного рогатого скота гол-штинской породы, завезенного из Северного Зауралья в Хабаровский край, по полиморфным микросателлитным ДНК-маркерам.

Материал и методы

Объектом исследования служил племенной крупный рогатый скот голштин-ской породы в количестве 300 голов, завезенных в ООО «Сергеевское» Хабаровского края в 2019 г. из Тюменской области. Племенные голштины были приобретены в ООО «ПК «Молоко», которое является одним из самых крупных и динамично развивающихся компаний по производству и переработке молока в Тюменской области. В Тюменскую область голштинский скот был завезен в 2009 г. из Венгрии. В 2013 г. предприятие получило статус племенного репродуктора для разведения чистопородного крупного рогатого скота и приступило к реализации высокопродуктивных коров голштинской породы (https://www. dairynews.ru/company/russia/ufo/tyumenskaya-oblast/proizvodstvennaya-kompaniya-moloko-ooo-pk-moloko (дата обращения: 14.02.2020)). К 2017 г. маточное поголовье хозяйства составляло более 1700 голов, продуктивность достигла 6939 кг молока за 305 дней лактации (http://old.mcx.ru/documents/section/v7_show/3831.htm (дата обращения: 14.02.2020)).

Генетическая аттестация скота была проведена по 15 локусам микросателлитной ДНК. Анализ ДНК и постановку полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводили согласно методическим рекомендациям [2] в Центре геномных технологий Государственного аграрного университета Северного Зауралья (г. Тюмень). Набор маркеров включал следующие локусы микросателлитов: BM 1818, BM 1824, BM 2113, CSRM 60, CSSM 66, ETH 3, ETH 10, ETH 225, ILST 6, INRA 23, SPS 115, TGLA 53, TGLA 122, TGLA 126, TGLA 227.

Частота встречаемости аллелей, число эффективных аллелей, наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, индекс фиксации Райта рассчитаны по общепринятым методикам

[1, 4].

Результаты и обсуждение

Голштинский крупный рогатый скот обладает самым высоким в мире потенциалом молочности и комплексом качеств, обеспечивающих лучшую приспособляемость к производственным условиям.

Анализ 15 микросателлитных локусов коров голштинской породы выявил 132 аллеля (табл. 1). Частота встречаемости аллелей в исследуемой группе животных варьировала от 0,020 до 0,587. С наибольшей частотой (от 0,538 до 0,587) встречались четыре аллеля: 102 (локус CSRM 60), 117 (локус ETH 3), 117 (локус TGLA 126), 248 (локус SPS 115). С минимальной частотой встречался 31 аллель - от 0,002 до 0,008.

Таблица 1

Частота встречаемости аллелей 15 микросателлитных локусов крупного рогатого скота голштинской породы

Число Число

Локус Аллель Частота Локус Аллель Частота

аллелей аллелей

ETH 3 129 147 0,245 TGLA 122 143 159 0,267

131 3 0,005 161 42 0,070

117 317 0,528 171 24 0,040

127 65 0,108 183 73 0,122

121 11 0,018 151 61 0,102

125 50 0,083 159 13 0,022

119 7 0,012 173 4 0,008

163 86 0,144

149 105 0,176

157 2 0,003

167 1 0,002

CSSM 66 185 115 0,194 141 6 0,010

189 248 0,418 153 4 0,007

193 96 0,162 145 1 0,002

187 49 0,083 147 1 0,002

183 57 0,096 181 2 0,003

195 3 0,005 169 6 0,010

181 17 0,029 155 2 0,003

191 3 0,005 165 3 0,005

197 4 0,007 139 1 0,002

INRA 23 202 95 0,159 SPS 115 248 351 0,587

210 160 0,268 252 140 0,234

214 192 0,322 254 23 0,038

206 125 0,210 256 68 0,114

208 12 0,020 260 10 0,017

198 2 0,003 258 4 0,007

200 5 0,008 246 2 0,003

216 4 0,007

260 1 0,002

BM 1818 266 269 0,450 ETH 225 148 241 0,403

262 257 0,430 150 233 0,390

270 8 0,013 152 32 0,054

264 26 0,043 140 66 0,110

260 8 0,013 146 12 0,020

268 23 0,039 144 13 0,022

258 5 0,008 142 1 0,002

206 2 0,003

ILST 6 288 203 0,339 TGLA 53 166 29 0,053

294 279 0,467 168 73 0,134

292 101 0,169 158 72 0,132

290 7 0,012 160 103 0,190

296 7 0,012 154 23 0,042

300 1 0,002 176 40 0,074

Локус Аллель Число аллелей Частота Локус Аллель Число аллелей Частота

ЕТН 10 217 103 0,183 TGLA 53 184 16 0,029

219 256 0,456 172 15 0,028

213 43 0,077 162 104 0,191

223 61 0,109 170 16 0,029

209 39 0,069 182 11 0,020

225 49 0,090 186 16 0,029

221 7 0,012 180 22 0,040

215 3 0,005 174 3 0,006

123 1 0,002 164 1 0,002

TGLA 227 87 51 0,089 CSRM 60 92 130 0,217

89 143 0,250 102 311 0,518

83 29 0,051 96 59 0,098

97 91 0,160 100 51 0,085

103 50 0,090 98 49 0,082

81 55 0,100 ВМ2113 135 203 0,340

91 108 0,189 137 44 0,074

85 4 0,007 127 160 0,268

95 16 0,028 133 10 0,017

99 7 0,012 125 114 0,191

93 7 0,012 139 57 0,096

101 9 0,016 127 143 7 1 0,012 0,002

TGLA 126 115 161 0,269 ВМ 1824 180 92 0,154

117 322 0,538 188 261 0,436

121 34 0,057 182 52 0,087

119 33 0,055 178 188 0,314

123 48 0,080 190 5 0,008

Всего в изученных локусах установлено от 5 (TGLA 126, CSRM 60, ВМ 1824) до 20 аллелей (TGLA 122). Среднее число аллелей на локус составляло 8,8 (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика 15 микросателлитных локусов крупного рогатого скота голштинской породы

Локус Аллели Число аллелей Число эффективных

на локус аллелей

ЕТН 3 117-131 7 2,8

С88М 66 181-197 9 3,9

1ЖА 23 198-260 9 4,1

ВМ 1818 206-270 8 2,6

^Т 6 288-300 6 2,8

TGLA 227 81-103 12 6,5

TGLA 126 115-123 5 2,7

TGLA 122 139-183 20 14,3

8Р8 115 246-260 7 2,4

Ета 225 140-152 7 3,0

TGLA 53 154-186 15 8,3

CSRM 60 92-102 5 2,9

ВМ 2113 125-143 8 4,2

ВМ 1824 178-190 5 3,1

Ета 10 123-225 9 3,7

х - 8,8 4,5

8х - 1,1 0,8

Примечание. Здесь и в табл. 3 х - среднее арифметическое значение, 8--стандартное отклонение.

Для оценки генетического разнообразия (уровня полиморфности) было рассчитано число эффективных аллелей. Число эффективных аллелей является функцией от доли полиморфных локусов, числа аллелей на локус и выравненности частот аллелей и, таким образом, может рассматриваться как мера генетического разнообразия популяции. Чем меньше число эффективных аллелей, тем ниже генетическое разнообразие в популяции. Расчеты показали, что число действующих аллелей колебалось от 2,4 в локусе SPS 115 до 14,3 в локусе TGLA 122. Средний показатель числа эффективных аллелей исследуемых локусов составил 4,5. Из общего числа 12 локусов имели количество аллелей меньше среднего числа эффективных аллелей, а оставшиеся 3 - больше.

В популяционно-генетических исследованиях оценка гетерозиготности очень важна. Гетерозиготы несут разные аллели, и степень наблюдаемой гетерозиготности служит показателем генетической изменчивости в популяции. Гетерозиготность имеет положительное значение для адаптации животных к изменяющимся условиям среды, что подтверждается многочисленными исследованиями. У гетерозиготных особей повышена жизнеспособность.

Наравне с наблюдаемой гетерозиготностью нами определялся показатель ожидаемой гетерозиготности, который точнее характеризует разнообразие исследуемой популяции. Наибольшие уровни наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности (0,857 и 0,930 соответственно) были обнаружен в локусе TGLA 122, а наименьшие (0,530 и 0,586 соответственно) - в локусе SPS 115 (табл. 3). Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял примерно 0,700.

Таблица 3

Уровень гетерозиготности по 15 микросателлитным локусам крупного рогатого скота голштинской породы

Локус Гетерозиготность Индекс фиксации Райта

ожидаемая наблюдаемая

ETH 3 0,642 0,673 -0,050

CSSM 66 0,744 0,720 0,032

INRA 23 0,755 0,753 0,003

BM 1818 0,609 0,620 -0,020

ILST 6 0,638 0,647 -0,010

TGLA 227 0,846 0,733 0,134

TGLA 126 0,626 0,597 0,046

TGLA 122 0,930 0,857 0,078

SPS 115 0,586 0,530 0,096

ETH 225 0,670 0,667 0,004

TGLA 53 0,880 0,707 0,197

CSRM 60 0,661 0,680 -0,030

BM 2113 0,761 0,790 -0,040

BM 1824 0,680 0,797 -0,170

ETH 10 0,728 0,717 0,015

x 0,700 0,700 0,019

Sx 0,030 0,020 -

Для оценки отклонения гетерозиготных генотипов от теоретически ожидаемых показателей использовали значение индекса фиксации Райта (Fis), который отражает состояние исследуемой группы по отношению к гетерозиготным генотипам. Величина индекса может иметь положительные и отрицательные значения: в первом случае это свидетельствует о нехватке гетерозигот, во втором - указывает на их избыток. Из табл. 3 видно, что нехватка гетерозигот была по локусам CSSM 66, INRA 23, TGLA 227, TGLA 126, TGLA 122, SPS 115, ETH 225, TGLA 53 и ETH 10, при этом индекс фиксации находился в диапазоне от 0,003 до 0,197. Избыток гетерозигот наблюдался по шести локусам, индекс

фиксации для них колебался в диапазоне от -0,170 по локусу BM 1824 до -0,010 по локусу ILST 6. В среднем по 15 локусам индекс фиксации составлял 0,019, что свидетельствует о недостатке гетерозигот.

Заключение

В исследуемой группе крупного рогатого скота голштинской породы среднее число микросателлитных аллелей на локус составляло 8,8, из них эффективных аллелей -4,5. Увеличение числа аллелей в локусе сопровождается повышением генетического разнообразия (уровня полиморфности). Наибольшим уровнем полиморфности характеризовался локус TGLA 122: здесь выявлено 20 аллелей. Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял 0,700, индекс фиксации Райта имел величину 0,019.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика. М.: Мир, 1988. 336 с.

2. Зиновьева Н.А., Попов А.Н., Эрнст Л.К. Методические рекомендации по использованию метода полиме-разной цепной реакции в животноводстве. Дубровицы: ВИЖ, 1998. 47 с.

3. Марзанов Н.С., Девришов Д.А., Марзанова С.Н., Комкова Е.А., Озеров М.Ю., Кантанен Ю. Генетическое маркирование, сохранение биоразнообразия и проблемы разведения животных // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 2. С. 3-14.

4. Меркурьева Е.К. Генетические основы селекции в скотоводстве. М.: Колос, 1977. 174 с.

5. Улимбашев М.Б., Кулинцев В.В., Селионова М.И., Улимбашева Р.А., Абилов Б.Т. Рациональное использование генофонда ценных пород животных с целью сохранения биологического разнообразия // Юг России: экология, развитие. 2018. Т. 13, № 2. С. 165-183.

6. Храброва Л.А., Труфанов В.Г. Применение ДНК-технологии для оценки потенциала лошадей // Коневодство и конный спорт. 2015. № 1. С. 20-22.

7. Cockett N.E., Shay T.L., Smit M. Analysis of the sheep genome // Physiol. Genomics. 2001. Vol. 7. P. 69-78.

8. Henderson S.T., Petes T.D. Instability of simple sequence DNA in Saccharomyces cerevisiae // Mol. Cell. Biol. 1992. Vol. 12. P. 2749-2757.

9. Maleviciute J., Baltrenaite L., Miceikiené I. Domestic cattle breed diversity in Lithuania // Vet. Med. and Zootechn. 2002. Vol. 20. P. 87-91.

10. Tapio M., Miceikiené I., Vilkki J., Kantanen J. Comparison of microsatellite and blood protein diversity in sheep: inconsistencies in fragmented breeds // Mol. Ecol. 2003. Vol. 12 (8). P. 2045-2056.