Полиморфизм генов гормона роста и пролактина в связи с признаками качества молока у крупного рогатого скота ярославской породы

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2012, № 2

УДК 636.2.034:575.113

ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ ГОРМОНА РОСТА И ПРОЛАКТИНА В СВЯЗИ С ПРИЗНАКАМИ КАЧЕСТВА МОЛОКА У КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА ЯРОСЛАВСКОЙ ПОРОДЫ*

И.В. ЛАЗЕБНАЯ1, О.Е. ЛАЗЕБНЫЙ2, В.Ф. МАКСИМЕНКО3, Г.Е. СУЛИМОВА1

Исследовали зависимость молочной продуктивности ярославской породы крупного рогатого скота от генотипов генов гормона роста bGH и пролактина bPRL соответственно по AIuI и RsaI сайтам рестрикции. Установлены комплексные генотипы этих генов, ассоциированные с более высоким и низким процентным содержанием молочного жира и белка. Полученные закономерности могут быть использованы для выявления животных, перспективных в отношении молочной продуктивности, при раннем тестировании кандидатов в племенное или товарное стадо.

Ключевые слова: гены bGH и bPRL, ярославская порода, ПЦР-ПДРФ, молочная продуктивность.

Keywords: bPRL and bGH genes, Yaroslavl cattle breed, PCR-RFLP, milk production.

Интенсификация селекционной и сельскохозяйственной деятельности в настоящее время требует привлечения генетических данных, основанных на ДНК-анализе, наряду с использованием традиционных, проверенных временем технологий. Это особенно актуально для селекционно ценных признаков, проявляющихся лишь у половозрелых животных, в частности признаков молочной продуктивности у крупного рогатого скота (КРС), которые у коров можно оценить только после первого отела, а у быков — по продуктивности их дочерей. Поэтому предпринимаются исследования генов, непосредственно или опосредованно влияющих на параметры молочной продуктивности. К первой группе относятся гены белков, входящих в состав молока, таких как казеины и лактоальбумин (1, 2), ко второй — гены, продукты которых вовлечены в обменные или регуляторные процессы. Во второй группе особое место занимают гены пролактина (bPRL) и гормона роста (bGH), кодирующие соответствующие гормоны (3, 4). Последние через свои рецепторы активируют транскрипцию генов-мишеней, среди которых гены белков молока.

Имеются обширные данные о разнообразных локализованных в этих генах однонуклеотидных заменах (SNP — single nucleotide polymorphism), ассоциированных с признаками качества молока. Так, известно о связи трансверсии C-G в 5-м экзоне гена гормона роста bGH (2141-я нуклеотидная позиция) с параметрами молочной продуктивности у КРС. Эта замена сопровождается исчезновением сайта рестрикции для AluI-эндонуклеазы и заменой в белковом продукте гена bGH аминокислоты лейцин на аминокислоту валин (Leu на Val) в позиции 127. Установлена сильная положительная зависимость удоя от LL генотипа по гену bGH по сравнению с LV генотипом у коров черно-пестрой и голштино-фриз-ской пород (5, 6). В тоже время у коров голштинской и польской чернопестрой пород отмечена позитивная корреляция удоя, количества молочного жира и белка с V-аллелем (7, 8).

Для гена bPRL описана синонимичная A-G транзиция (кодон 103-й аминокислоты продукта гена), локализованная в 3-м экзоне гена, приводящая к появлению полиморфного RsaI-сайта (9). Ряд авторов указывают

* Работа выполнена при поддержке подпрограммы Президиума РАН «Генофонды и генетическое разнообразие», госконтракта 02.740.11.0281 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и гранта поддержки ведущих научных школ (НШ-4442.2010.4).

на положительную связь генотипов AA и AB с удоем и белковомолочно-стью у польской черно-пестрой, голштино-фризской и бурой швицкой пород (10-12). Иные зависимости установлены для коров красно-пестрой породы КРС (13).

Ранее у коров костромской породы мы исследовали связь процентного содержания жира в молоке с полиморфизмом генов гормона роста и пролактина по рассматриваемым SNP (14). Была определена генетическая структура трех стад и получены оценки общей изменчивости по каждому из маркеров. Хотя достоверной корреляции с жирностью молока (%) не установили, была зафиксирована некоторая тенденция, отражающая связь указанного признака продуктивности с AluI-полиморфизмом гена bGH. Эти же маркеры использовали С.Р. Хатами с соавт. (15) для изучения генетической изменчивости и поиска ее ассоциаций с молочной продуктивностью у черно-пестрого и ярославского скота. Удалось выявить влияние генотипов гена bGH(Alul) на жирность молока (%) у ярославской породы крупного рогатого скота. Однако при этом, как и в большинстве других работ, не рассматривалось совместное влияние генов на признаки молочной продуктивности.

В рамках настоящего исследования перед нами стояла задача оценить индивидуальное и совместное действие генов bGH(Alul) и bPRL(Rsal) на удой, белково- и жирномолочность (%) у коров ярославской породы.

Методика. Методом ПЦР-ПДРФ (полиморфизм длин рестрикционных фрагментов) исследовали полиморфизм bPRL(Rsal) и bGH(Alul) у 113 чистокровных коров ярославской породы из племенных хозяйств «Михайловское» (п = 59, 2003 год) и «Горшиха» (п = 54, 2003 год) (Ярославская обл.). ДНК выделяли из цельной крови (200 мкл) животного с использованием набора реагентов DIAtomTM DNA Prep («IsoGeneLab», г. Москва). Фрагменты генов bPRL (156 п.н.) и bGH (223 п.н.) амплифи-цировали по стандартным методикам (9) с применением набора GenePak™ PCRCore («IsoGeneLab», г. Москва) в термоциклере Терцик («DNA-Tech-nology Corp.», Россия). Использовали RsaI- и AluI-эндонуклеазы рестрикции в соответствии с рекомендациями фирмы-производителя («MBI Fermentas», Литва).

Попарное сравнение значений наблюдаемой гетерозиготности у исследованных пород проводили с помощью точного критерия Фишера (F). Связь полиморфизма генов bGH и bPRL с продуктивностью (удой, процентное содержание жира и белка в молоке в трех первых лактациях) оценивали методом дисперсионного анализа с применением программы Statistica 6.0.

Результаты. Между стадами не обнаружили достоверных различий по распределению частот генотипов и аллелей генов bPRL и bGH (соответственно G2 = 0,338, d.f. = 2, P = 0,845 и G2 = 4,522, d.f. = 2, P = 0,104), поэтому выборки объединили и далее анализ выполняли в обобщенной выборке.

Как следует из представленных данных (табл. 1), в изученной группе животных были выявлены все возможные генотипы генов гормона роста и пролактина по анализируемым SNP и, соответственно, все комплексные генотипы. Распределение частот генотипов отдельных генов отвечало критерию равновесного состояния по Харди-Вайнбергу: bPRL — х2 = 0,120, P = 0,729; bGH — х2 = 1,982, P = 0,152. Оценки ожидаемой гетерозиготности (He) соответствовали значениям наблюдаемой гетерозиготности (Ho) по обоим генам и составляли для гена bPRL соответственно 0,442+0,047 и 0,461+0,066, для гена bGH — 0,558+0,047 и 0,497+0,028. Довольно высокая

степень гетерозиготности по гену ЬРВ!^ у ярославской породы достоверно не отклонялась от установленных нами ранее величин у костромской и якутской пород (Р > 0,05) (14, 16), но отличалась от таковых у российских красно-пестрой и черно-пестрой пород (соответственно Р < 0,05 и Р < 0,001), для которых эти показатели были рассчитаны нами на основании данных о частоте генотипов, представленных в литературе (13, 17). Величины Не и Н0 гена ЬОН у ярославского скота оказались сопоставимы с высокими значениями, характерными для изученной нами выборки якутского КРС (Р > 0,05) (16), и были достоверно выше, чем у черно-пестрого польского скота (Р < 0,001; рассчитано на основании частот генотипов, приведенных Ь.В. Zwierzchowski с соавт.) (8), а также у костромского скота (Р < 0,01), что было показано нами ранее (14).

1. Частота генотипов и аллелей генов ЬРЯЦКнаТ) и ЬСН

Генотип 1 Частота генотипа, +s.e. | Аллель гена | Частота аллеля, +s.e.

Ген bPRL

AA AB BB 0,425+0,047 0,442+0,047 0,133+0,032 A B Ген bGH 0,б4б+0,040 0,354+0,053

VV 0,159+0,034 V 0,438+0,050

VL 0,558+0,047 L 0,5б2+0,044

LL 0,283+0,042

K о м п л е к с н ы е г е н о т и п ы г е н о в bPRL и bGH

AALL [1] 0,106+0,029

AAVL [2] 0,257+0,041

AAVV [3] 0,0б2+0,023

ABLL [4] 0,142+0,033

ABVL [5] 0,239+0,040

ABVV [б] 0,0б2+0,023

BBLL [7] 0,035+0,017

BBVL [8] 0,0б2+0,023

BBVV [9] 0,035+0,017

П р и м е ч а н и е. В квадратных скобках указаны номера комплексных генотипов в порядке перечисления в таблице; в.е. — стандартная ошибка.

При оценке самостоятельного влияние генов пролактина (ЯваГ-маркер) и гормона роста (А1и1-маркер), а также их совместного влияния на параметры молочной продуктивности у ярославского скота с использованием метода дисперсионного анализа были выявлены достоверные ассоциации между комплексными генотипами генов и процентным содержанием в молоке белка (Б = 2,93, = 2, ё.£2 = 104, Р = 0,041, 1-я лактация) и жира (Б = 2,59, = 2, ё.£2 = 104, Р = 0,041, 1-я лактация).

2. Достоверность различий

Признак молочной Генотип животных с разным проявлением признака

продуктивности повышенное содержание | пониженное содержание

Содержание жира в молоке ABVV[б], P6[4 9] = 0,008 ABLL [4]

BBVL [8], P§[4, 9] = 0,009 BBVV [9]

Содержание белка в молоке AAVV [3], P3[1 б 9] = 0,017 AALL [1]

ABLL [4], P4[1 б’ 9] = 0,008 ABVV[б]

BBLL [7], Py[1, б, 9] = 0,020 BBVV [9]

П р и м е ч а н и е. Описание генотипов см. в таблице 1. Р — достоверность различий между генотипом, определяющим повышенное содержание жира и белка, и группой генотипов, определяющих их пониженное содержание; в квадратных скобках указаны номера комплексных генотипов в порядке перечисления в таблице 1.

Сравнительный апостериорный (post-hoc) анализ параметров молочной продуктивности у исследованных животных с разными комплексными

генотипами позволил выявить генотипы, характеризующиеся более высоким или низким содержанием жира или белка в молоке (табл. 2). Так, были показаны достоверные различия средних значений процентного содержания жира в молоке между животными с генотипами ЛБУУ [6] и ББУЬ [8] и группой животных с генотипами ЛБЬЬ [4] и ББУУ [9] (вероятность соответственно Рб[4, 9] = 0,008 и Р8[4, 9] = 0,009), а также установлены различия средних показателей белковомолочности между коровами с генотипами ААУУ [3], ЛБЬЬ [4] и ББЬЬ [7] и группой животных с генотипами ЛЛЬЬ [1], ЛБУУ [6] и ББУУ [9] (соответствующие показатели составляют

Р3[1, 6, 9] = 0,°17, Р4[1, 6, 9] = 0,0°8, Р7[1, 6, 9] = 0,020) (см. табЛ. 2).

Согласно этим данным (см. табл. 2), животные с генотипом ЛБУУ характеризовались высоким процентным содержанием жира и низким — белка. Противоположная зависимость наблюдалась у особей с генотипом ЛБЬЬ. Группа коров с генотипом ББУЬ достоверно отличалась от особей с генотипами ЛБЬЬ и ББУУ более высоким содержанием жира, но в противоположность животным с генотипом ЛБУУ по содержанию белка занимала промежуточное положение и в таблице 2 не представлена. По содержанию жира промежуточное положение занимали генотипы ЛЛУУ и ББЬЬ, характерные для животных, перспективных в отношении процентного содержания молочного белка.

3. Сравнение средних значений

Генотип при повышенном При пониженном содержании

содержании (М+Б.е.) генотип | M+s.e. I А

С о д е р ж а н и е ж и р а в м о л о к е

АБУУ [6] (4,72+0,13) ЛБЬЬ [4] 4,29+0,09 А[6, 4] = 0,43

ББУУ [9] 4,26+0,18 А[6, 9] = 0,46

ББУЬ [8] (4,72+0,13) ЛБЬЬ [4] 4,29+0,09 а[8, 4] = 0,43

ББУУ [9] 4,26+0,18 А[8, 9] = 0,46

С о д е р ж а н и е б е л к а в .е. -н (М+ е к о ч о м

ЛЛУУ [3] (3,42+0,08) ЛЛЬЬ [1] 3,22+0,06 А[3, 1] = 0,20

ЛБУУ [6] 3,22+0,08 А[3, 6] = 0,20

ББУУ [9] 3,18+0,10 А[3, 9] = 0,24

АБЬЬ [4] (3,39+0,05) ЛЛЬЬ [1] 3,22+0,06 а[4, 1] = 0,17

ЛБУУ [6] 3,22+0,08 а[4 ,6] = 0,17

ББУУ [9] 3,18+0,10 а[4, 9] = 0,21

ББЬЬ [7] (3,47+0,10) ЛЛЬЬ [1] 3,22+0,06 а[7, 1] = 0,25

ЛБУУ [6] 3,22+0,08 а[7, 6] = 0,25

ББУУ [9] 3,18+0,10 А[7, 9] = 0,29

П р и м е ч а н и е. Описание генотипов см. в таблице 1. Мр и Мр — средние значения содержания жира и белка (%) в молоке коров с определенным генотипом, ±Б.е. — стандартная ошибка среднего значения, Д — различия между средними значениями содержания жира и белка у коров с разными генотипами, обозначенными нижним индексом, который соответствует номеру генотипа, указанному в квадратных скобках (см. табл. 1).

Различия средних абсолютных значений процентного содержания жира в молоке у животных с генотипами, проявляющими положительную и отрицательную ассоциацию, составляли 0,43-0,47 % (табл. 3). Эти различия существенны при пересчете на общий объем молока. Информация о содержании молочного жира у коров с комплексными генотипами по использованным нами маркерным системам в доступной нам специальной литературе отсутствует.

В то же время известны данные по комплексным генотипам гена ЬОН (по А1и1 и Мвр1 сайтам рестрикции) у черно-пестрого польского крупного рогатого скота, разница между которыми составляет всего 0,10-

0,22 % (8). Для сравнения, различия по жирномолочности, наблюдаемые между животными с А1и1-генотипами гена ЬОН у российской чернопестрой породы — 0,16 % за 1-ю и 0,29 % — за 3-ю лактацию (17).

У исследованных нами ярославских коров различия по средним значениям процентного содержания белка между комплексными генотипами, ассоциированными с повышенными и пониженными показателями белковомолочности, колебались в пределах 0,17-0,29 % (см. табл. 3), что также экономически значимо (18, 19). Отметим, что у российской чернопестрой породы различия по этому признаку между группами животных с RsaI-генотипами гена bPRL меньше, чем у ярославской породы, и составляют 0,05 % за 1-ю и 0,09 % — за 3-ю лактацию (17, 18),

Выполненное исследование показало, что у ярославской породы проявляется совместное влияние генов bPRL и bGH на процентное содержание молочного белка и жира. Для каждого признака есть определенные комплексные генотипы, имеющие достоверно положительную или отрицательную связь с признаком, причем нет генотипа, положительно влияющего на оба признака. Выявлены генотипы, ассоциированные с высокими показателями по одному признаку и низкими — по другому, а также генотипы, ассоциированные с максимальными средними значениями по одному признаку и хорошими показателями — по другому. Обнаруженные зависимости могли бы быть использованы для отбора высокопродуктивных животных с разной степенью выраженности того или иного признака продуктивности. Кроме того, необходимо учитывать, что только один комплексный генотип BBVV неблагоприятен для обоих рассматриваемых признаков, однако животных с этим генотипом нельзя выбраковывать, поскольку они — двойные гомозиготы и при скрещиваниях могут стать источниками генотипов, ценных в отношении жирномолочности (ABVV и BBVL), а также белковомолочности (AAVV и BBLL). Следует отметить, что суммарные частоты перспективных генотипов по процентному содержанию жира и белка составляют соответственно 12,4 и 23,9 %.

Таким образом, у ярославской породы крупного рогатого скота показана ассоциация ряда комплексных генотипов генов гормона роста bGH и пролактина bPRL с высоким и низким процентным содержанием молочного жира и белка. Оценка совместного действия генов и его учет предоставляют возможность осуществлять более тонкий анализ продуктивного потенциала животных. Полученные закономерности могут быть использованы для выявления животных, перспективных в отношении жирно- и белковомолочности, при раннем тестировании кандидатов в племенное или товарное стадо.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. M a n g a I., R i h a J., D v o r a k J. Comparison of influence markers CSN3 and CSN2 on milk performance traits in Czech spotted and Holstein cattle tested at first, fifth and higher lactation. Acta fytotechnica et zootechnica, 2006, 9: 13-15.

2. T s i a r a s A.M., B a r g o u l i G.G., B a n o s G. et al. Effect of kappa-casein and beta-lactoglobulin loci on milk performance traits and reproductive performance of Holstein cows. J. Dairy Sci., 2005, 88(1): 327-334.

3. F r e e m a n M.E., K a n y i c s k a B., L e r a n t A., N a g y G. Prolactin, structure, function, and regulation of secretion. Physiol. Rev., 2000, 80: 1523-1631.

4. B u r t o n J.L., M c B r i d e B.W., B l o c k E. et al. A review of bovine growth hormone. Can. J. Anim. Sci., 1994, 74: 167-201.

5. L u c y M.C., H a u s e r S.D., E p p a r d P.J. et al. Variants of somatotropin in cattle: gene frequencies in major dairy breeds and associated milk production. Domest. Anim. Endocrinol., 1993, 10: 325-333.

6. L e e B.K., L i n G.F., C r o o k e r B.A. et al. Association of somatotropin (bST) gene polymorphism at the 5th exon with selection for milk yield in Holstein cows. Domest. Anim. Endocrinol., 1996, 13: 373-381.

7. S a b o u r M.P., L i n C.Y., S m i t h C. Association of genetic variants of bovine growth hormone with milk production traits in Holstein cattle. J. Anim. Breed. Genet., 1997, 114: 435-442.

8. Z w i e r z c h o w s k i L., K r z y z e w s k i J., S t r z a l k o w s k a N. et al. Effect of

polymorphism of growth hormon (GH), Pit-1, and leptin (LEP) genes, cow’s age, lactation

stage and somatic cell count on milk yield and composition of Polish Black-and-White cows. Anim. Sci. Pap. Rep., 2002, 20(4): 213-227.

9. M i t r a A., S c h l e e P., B a l a k r i s h n a n C.R. et al. Polymorphisms at growth hormone and prolactin loci in Indian cattle and buffalo. J. Anim. Breed. Genet., 1995, 112: 71-74.

10. D y b u s A., G r z e s i a k W., S z a t k o w s k a I. et al. Association between the growth hormone combined genotypes and dairy traits in Polish Black-and-White cows. Anim. Sci. Pap. Rep., 2004, 22(2): 185-194.

11. C h u n g E.R., R h i m T.J., H a n S.K. Associations between PCR-RFLP markers of growth

hormone and prolactin genes and production traits in dairy cattle. Korean J. Anim. Sci., 1996, 38: 321-336.

12. C h r e n e k P., H u b a J., O r a v c o v a M. et al. Genotypes of bGH and bPRL genes in relationships to milk production. Proc. EAAP 50th Annual Meeting, Book of Abstracts. Zurich, 1999: 40.

13. A l i p a n a h M., K a l a s h n i k o v a L., R o d i o n o v G. Association of prolactin gene variants with milk production traits in Russian Red Pied cattle. Iranian J. Biotechnol., 2007, 5(3): 158-161.

14. Л а з е б н а я И.В., Л а з е б н ы й О.Е., Р у з и н а М.Н., Б а д и н Г.А., С у л и м о в а Г.Е. Полиморфизм генов гормона роста bGH и пролактина bPRL и изучение его связи с процентным содержанием жира в молоке у коров костромской породы. С.-х. биол., 2011, 4: 46-51.

15. X а т а м и С.Р., Л а з е б н ы й О.Е., М а к с и м е н к о В.Ф., С у л и м о в а Г.Е. ДНК-полиморфизм генов гормона роста и пролактина у ярославского и черно-пестрого скота в связи с молочной продуктивностью. Генетика, 2005, 41: 229-236.

16. L a z e b n a y a I.V., L a z e b n y O.E., S u l i m o v a G.E. Study of genetic variation in Yakutian cattle (Bos taurus L.) using the prolactin bPRL, growth hormone bGH, and transcription factor bPit-1 genes. Russ. J. Genet., 2010, 46(3): 377-380.

17. Г о р я ч е в а Т.С., Г о н ч а р е н к о Г.М. Генетические варианты к-казеина и пролактина в связи с молочной продуктивностью коров черно-пестрой породы. С.-х. биол., 2010, 4: 51-54.

18. M a t t o s K.K., L a m a S.N.D., M a r t i n e z M.L.M. et al. Association of bGH and Pit-1 gene variants with milk production traits in dairy Gyr bulls. Pesq. Agropec. Bras., 2004, 39(2): 147-150.

19. Z h o u G.L., J i n H.G., L i u C. et al. Association of genetic polymorphism in GH gene with milk production traits in Beijing Holstein cows. J. Biosci., 2005, 30: 595-598.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН,

119991 г. Москва, ул. Губкина, 3, e-mail: Lazebnaya@mail.ru;

2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН,

119334 г. Москва, ул. Вавилова, 26, e-mail: Lazebny@mail.ru;

3ТНУ Ярославский НИИ животноводства и кормопроизводства Россельхозакадемии,

150517 Ярославская обл., Ярославский р-н, пос. Михайловский, ул. Ленина, 1

POLYMORPHISM OF GROWTH HORMONE AND PROLACTIN GENES IN CONNECTION WITH MILK QUALITY DETERMINANTS IN CATTLE OF THE YAROSLAVSKAYA BREED

I.V. Lazebnaya1, O.E. Lazebnyi2, V.F. Maximenko3, G.E. Sulimova1

S u m m a r y

The authors investigated the dependence between milk productivity of cattle of the Yaroslavskaya breed and bGH and bPRL genes of growth hormone and prolactin, respectively, in AluI and RsaI restriction sites. The complex genotypes of these genes were established, which determined more high and low percentage of milk fat and protein. The obtained principles can be used for revelation of animals, having prospects in relation to milk productivity at the early detection of the applicant to pedigree or commercial stock.

Поступила в редакцию 26 сентября 2011 года