Состояние аллельных форм генов CAPN1, cast и сочетаемость разных линий в популяции брединского мясного типа симменталов

52 Разведение, селекция, генетика

УДК 636.082.11:636.22/28.082.13

Состояние аллельных форм генов CAPN1, CAST и сочетаемость разных линий в популяции брединского мясного типа симменталов

С.Д. Тюлебаев1, М.Д. Кадышева1, С.М. Канатпаев2, В.Г. Литовченко3

1 ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства»

2 ООО «Совхоз Бердинский»

3 ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет»

Аннотация. В статье анализируются результаты исследования по выявлению лучших сочетаний спаривания животных разных линий в популяции мясных симменталов. Оценивается влияние быков-производителей канадской селекции на процесс наращивания живой массы по периодам роста животных. Приводятся данные о превосходстве по живой массе сыновей канадских быков-производителей Бредока и Пиона при одинаковом уровне кормления над потомками отечественного быка-производителя брединского типа Спартака в возрасте 15 мес. на 29,7 и 36,4 кг соответственно, а в возрасте 23 мес. - на 63,8 и 48,5 кг, при этом указывается на долгорослость испытуемых бычков, среднесуточный прирост живой массы которых составил за период от 21 до 23 мес. 629,5-811,2 г, что является очень высоким показателем в скотоводстве.

ПЦР в реальном времени, проведённый с использованием праймеров по гену CAPN1, показал достаточно неожиданный результат по наличию в выборе животных генотипа СС. Экспрессия этого гена в соответствующем полиморфном состоянии приводит к изменению в аминокислотной последовательности конкретного белка гуанина на аденин, это способствует изменению свойств этого белка, что влияет на послеубойное созревание мышечной массы. В результате, в исследованной микропопуляции 72,2 % всего поголовья оказались носителями желательного аллеля гена CAPN1.

Исследования на проявление полиморфизма другого гена, влияющего на нежность говядины - CAST, проведённые на этих же образцах, показали более скромные результаты. Желательный генотип гена CAST в микропопуляции брединского мясного типа симменталов проявился лишь в 7,1 % случаев, тогда как особей с гетерозиготной составляющей было в два раза больше - 14,3 %. Больше всего оказалось животных-носителей гомозиготы АА, а именно 78,0 % от всей выборки.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, симментал, брединский мясной, живая масса скота, ДНК, ген, аллель.

Введение.

Современные вызовы цивилизационного процесса в мире показывают, что проблема производства пищевого белка ещё долгое время будет определяющей в вопросах питания человека. Замена натуральных продуктов синтетическими на сегодняшний день маловероятна. Не ясны их перспективы и в плане долгосрочного здоровья человека и вообще человечества. Поэтому в этом быстро меняющемся, многонаселённом мире прогнозируется возврат человека к важнейшему из ценностей его физического существования - питанию. Как предсказывают эксперты [1-4], в будущем во всём мире набольшим ростом цен будет отличаться продукция сельского хозяйства, в том числе и мяса, поэтому уже сейчас необходимо создавать селекционные формы животных, способных давать больше продукции с заданными параметрами качества. Так, например, с развитием мирового прогресса уменьшается физическая активность человека. Снижаются энергозатраты, связанные с работой мышц, следовательно, в организм должно поступать меньше энергии с пищей. Всё более востребованными становятся животные с низким содержанием в мышцах жира, в то же время обладающие мясом с высокими вкусовыми качествами, нежностью и сочностью [5-9]. С развитием молекулярно-генетических методов исследования в животноводстве, в частности в мясном скотоводстве такая избирательная селекция становится возможной, даже необходимой. Внедрение в отрасли мясного скотоводства новых инновационных методов, в частности ДНК-технологии поз-

Разведение, селекция, генетика

воляет выявлять гены-маркеры всевозможных признаков животных, таких как интенсивность роста молодняка, качественные показатели мяса, молока, уровень молочной продуктивности коров-матерей и ещё множество признаков, о которых мы даже не догадываемся, вплоть до психико-эмоциональной характеристик животных, использование которых в практическом производстве мяса дало бы значительное движение вперёд [10-13].

В наших исследованиях по совершенствованию нового мясного типа симментальской породы, а также поиска эффективного кросса, которые проводятся в рамках научной программы ФГБНУ ВНИИМС, используя методы молекулярной генетики, появилась возможность давать прижизненную оценку продуктивных свойств мясных животных по наличию отдельных маркеров [14].

Цель исследования.

Выявление животных-носителей генов-маркеров качественных показателей мясной продукции, которых следует использовать в дальнейшей селекционной работе с популяцией, а также изучении динамики весового роста животных разных кроссов канадских симменталов с бредин-ским мясным типом.

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Бычки 12-месячного возраста (на момент взятия субстратов), полученные от использования наиболее сочетающихся с маточным поголовьем линии Фараона быков-производителей мясных симменталов канадской селекции.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями Russian Regulations, 1987 (Order No.755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Health) and «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1966)». При выполнении исследований были приняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.

Схема эксперимента. Опыт проводился в хозяйственных условиях ООО «Совместное хозяйствование Брединский» на юге Челябинской области в зоне степей.

Для формирования базы данных по сочетаемости животных различных структурных единиц породы были изучены рост и развитие бычков до 23-месячного возраста с последующим убоем

3 голов из каждой группы. Для этого маток брединского мясного типа линии Фараона осеменили быками-производителями брединского мясного типа (Спартак) и канадскими быками-производителями (Бредок и Пион). Полученный молодняк был сформирован в 3 группы по 15 голов в каждой: I группа состояла из потомков Спартака, II - потомков Бредока, III - Пиона. Животные содержались по технологии, принятой в специализированном мясном скотоводстве.

В ходе исследований проведён молекулярно-генетический мониторинг животных, полученных от использования вышеуказанных быков-производителей на матках брединского мясного типа линии Фараона.

Оборудование и технические средства. Использовались оборудование и технические средства Испытательного центра ФГБНУ ВНИИМС (аттестат аккредитации № № ИЛ^и.2ШФ59 от 02.12.2015 г.). Кровь получали из вены на корне хвоста, которую вносили в вакуумные пробирки с содержанием 300 мкл этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), отличающиеся сиреневыми пробками. В лаборатории выделили ДНК с помощью специфичного набора реагентов (ДНК-экстран) фирмы «Синтол». ПЦР проводили на программируемом амплификаторе АНК-32 («Син-тол»), при этом использовались праймеры для амплификации аллелей ген-маркеров CAPN1 и CAST, имеющих отношение к экспрессии ферментов, участвующих в послеубойном созревании мяса.

Статистическая обработка. Данные экспериментов подвергнуты вариационному и дисперсионному анализу с помощью офисного программного комплекса «Microsoft Office» с применением программы «Excel» («Microsoft», США) с обработкой данных в «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США).

54 Разведение, селекция, генетика

Результаты исследования.

Уровень кормления, который был одинаковым для всех групп, способствовал получению достаточно высокой живой массы в основные возрастные даты (табл. 1).

Таблица 1. Живая масса и интенсивность роста опытных бычков, полученных от разных быков-производителей

Показатель Потомство быков-производителей

Спартак Бредок Пион

Живая масса, кг: в 8 мес. 234,8±2,95 255,5±3,88 250,2±4,20

в 15 мес. 444,4±6,01 474,1±4,32 480,8±3,98

в 18 мес. 527,2±5,47 564,5±4,99 566,2±4,79

в 21 мес. 598,3±4,89 650,5±4,63 640,2±4,12

в 23 мес. 636,5±5,21 700,3±4,64 685,0±3,21

Среднесуточный прирост

живой массы, г: 8-15 мес. 986,2±19,51 1026,3±6,14 1082,6±10,07

15-18 мес. 909,3±34,56 993,4±19,07 938,4±25,01

18-21 мес. 786,2±31,98 945,0±21,33 813,2±33,63

21-23 мес. 629,5±25,82 811,2±17,20 734,4±28,01

Уже к отъёму живая масса животных составляла 234,8-225,5 кг. При этом потомство канадских симменталов превосходило животных брединского мясного типа: потомки Бредока - на 20,7 кг, а потомство Пиона - на 15,4 кг.

К 15-месячному возрасту превосходство Бредока над Спартаком составляло уже 29,7 кг, а потомки Пиона превосходили сверстников от Спартака на 36,4 кг. С возрастом эта разница увеличивалась. Следует обратить внимание на то, что если до 15-месячного возраста потомство Бредока и Пиона росло сравнительно одинаково, то после 15-месячного возраста потенциал роста сыновей Бредока оказался значительно выше, чем у сыновей Пиона. За период от 18- до 21-месячного возраста сыновья Бредока имели среднесуточный прирост живой массы 945 г, превосходя аналогичный показатель потомков Пиона на 131,8 г или 16,2 %, а потомков Спартака - на 158,8 г или на 20,2 %. В следующий период от 21- до 23-месячного возраста интенсивность роста не ослабевала, что указывает на долгосрочность мясных симменталов. В итоге в 23-месячном возрасте перед контрольным убоем живая масса опытных животных составляла 636,5-700,3 кг.

Важным моментом модификации методов оценки животных, способов прижизненного прогнозирования качества мяса является использование маркеров, имеющих отношение к нежности и мраморности говядины. Так, из содержащегося в базе данных NCBJ материала нами было выявлено, что полиморфизм гена CAPN1 связан с формированием нежности мяса [15]. Этот ген кальпаи-на - кальций-зависимой протеазы, в одном из своих полиморфных состояний способен к изменению (в аминокислотной последовательности) одного из оснований на другое - гуанина на аденин. Это способствует модификации мышечной ткани во время послеубойного содержания мяса и влияет на повышение нежности говядины. Ещё одной нуклеотидной последовательностью, способной влиять на нежность мяса, является ген кальпастина (CAST). Для проверки состояния этих генов нами в ООО «Совхоз Брединский» Челябинской области было проведено изъятие образцов крови у 36 коров брединского мясного типа возраста 4-5 лет. Образцы крови подверглись обработке реагентами для выделения геномной ДНК, которые в последующем служили материалом для амплификации фрагментов гена CAPN1 и CACT (табл. 2).

Анализ результатов наших исследований показал, что по гену CAPN1 получен достаточно неожиданный, очень высокий результат по наличию в выборке желательного генотипа CC. В микропопуляции 72,2 % всего поголовья оказались носителями гена нежности, 25 % животных имели гетерозиготу по этому гену и лишь 2,78 % были гомозиготной по генотипу GG.

Разведение, селекция, генетика

Таблица 2. Частота встречаемости генотипов и частот аллелей гена САРМ в популяции брединского мясного типа

Частоты GG GC CC*

Частота встречаемо- n % n % n %

сти генотипа, %

1 2,78 9 25,00 26 72,22

Частота аллелей G 0,153 C 0,847

Примечание: СС* - желательный генотип

На основе теоретических предпосылок популяционной генетики, на основании соотношения Харди Вайберга частоты гомозигот в популяции равны квадратам частот аллелей, так как сумма частот гомо- и гетерозиготных генотипов равна 1. По частотам встречаемости аллелей этого гена аллель G составлял 0,153, а аллель С - 0,847. Высокая степень встречаемости аллеля С и в целом генотипа СС по гену CAPN1 предполагает высокую возможность степени нежности говядины. В то же время наличие полиморфизма по ещё одному гену CAST, который регулирует активность калпаинов при послеубойном созревании мяса и их взаимодействие с геном CAPN1, повышает ассоциацию данного показателя с реальными признаками нежности мяса (табл. 3).

Таблица 3. Частота встречаемости желательных генотипов и частот аллелей гена CAST в микропопуляции брединского мясного типа

Частоты AA AG GG*

Частота встречаемости генотипа, % n % n % n %

22 78,6 4 14,3 2 7,1

Частота аллелей А 0,857 G 0,143

Примечание: GG* - желательный генотип

Желательный генотип гена CAST в микропопуляции брединского мясного типа, обозначенный символом GG, проявился в отличии от его предшественника, незначительно. Лишь 7,1 % скота имели данный генотип, тогда как особей с гетерозиготной составляющей было в два раза больше (14,3 %). Больше всего оказалось носителей гомозиготы АА, а именно 78,6 % от всей выборки.

Обсуждение полученных результатов.

Наличие у 72,2 % исследуемой выборки желательного аллеля гена CAPN1, ассоциированного с нежностью мяса у животных симментальской породы, стало некоторой неожиданностью, поскольку эта порода никогда не славилась говядиной с особой нежностью [16, 17]. В то же время общеизвестно, что нежность мяса зависит и от такого гистологического факта, как толщина сечения мышечного волокна, различающаяся у разных пород, которая у симментальского скота считалась достаточно значительной и которая в наших исследованиях не определялась. Поэтому, по нашему мнению, в предстоящих исследованиях на подтверждение или неподтверждение факта влияния полиморфизма генов, ассоциированных с нежностью говядины на реальные свойства говядины, кроме прочих факторов должен быть обозначен фактор породы.

Выводы.

Таким образом, в наших исследованиях была дополнена база данных по сочетаемости различных структурных единиц породы по признаку наращивания живой массы, а также проведён анализ закономерностей проявления единичного нуклеотидного полиморфизма по генам CAPN1 и CAST в микропопуляции симменталов брединского мясного типа.

56 Разведение, селекция, генетика

Литература

1. Барко А.В., Беззаботов Ю.С. Научные подходы и решения проблем производства продукции питания // Тезисы докладов XXXII научной конференции студентов и молодых учёных вузов Южного федерального округа. Краснодар, 2005. С. 4.

2. Анализ проблемы безопасности продуктов питания в свете глобальных проблем цивилизации // Экологическая безопасность в АПК. Реферативный журнал. 2007. № 4. С. 1089.

3. Щетинин М.П., Себекина А.Ю. О проблемах питания и здоровья населения // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: сб. материалов одиннадцатой между-нар. науч.-практ. конф. Барнаул, 2008. С. 14-17.

4. Каримова А.З., Хабибуллина Р.Н. Проблема питания современного человека // Проблемы повышения производственно-технической и социально-экономической эффективности обеспечения качества продукции и услуг: материалы второй междунар. науч.-практ. конф. / под ред. И.Т. Насретдинова. Казань, 2014. С. 30-32.

5. Мазуровский Л.З., Кадисова Г.Н., Тюлебаев С.Д. Мясные качества симменталов // Зоотехния. 1995. № 3. С. 9-11.

6. Качество мяса крупного рогатого скота различных генотипов / А.А. Кочетков, Ф.Г. Каю-мов, С.Д. Тюлебаев, А.Б. Карсакбаев // Всё о мясе. 2010. № 2. С. 44-45.

7. Новая порода - русская комолая / Ф. Каюмов, Ш. Макаев, В. Габидулин, А. Белоусов // Животноводство России. 2008. № 6. С. 51-52.

8. Закономерность использования энергии рационов коровами чёрно-пёстрой породы при введении в рацион пробиотической добавки «Ветоспорин-актив» / И.В. Миронова, В.И. Косилов, А.А. Нигматьянов, Н.М. Губашев // Актуальные направления развития сельскохозяйственного производства в современных тенденциях аграрной науки: сб. науч. тр., посвящ. 100-летию Уральской с.-х. опытной станции. Уральск, 2014. С. 259-265.

9. Фролов А.Н., Баширов В.Д., Кизаев М.А. Продуктивные качества бычков симментальской породы и её помесей с герефордами // Вестник мясного скотоводства. 2010. Вып. 63(2). С. 7175.

10. Легошин Г.П. Инновации в технологии селекции и разведении мясного скота // Мясная индустрия. 2012. № 8. С. 4-9.

11. Сурундаева Л.Г., Маевская Л.А., Косян Д.Б. Использование ДНК-маркеров для выявления полиморфизма гена CAPN1 у скота мясных пород // Вестник мясного скотоводства. 2012. № 4(78). С. 41-45.

12. Анализ некоторых селекционно-генетических параметров оценки быков-производителей с учётом аллельных форм генов GDF5 и TG5 / С.Д. Тюлебаев, М.Д. Кадышева, С.М. Канатпаев, В.Г. Литовченко, С.С. Польских // Вестник мясного скотоводства. 2016. № 3(95). С. 58-64.

13. Совершенствование продуктивности скота герефордской породы / М.П. Дубовскова, А.М. Ворожейкин, Н.П. Герасимов, В.И. Колпаков // Вестник мясного скотоводства. 2016. № 3(95). С. 26-33.

14. Лебедько Е.Я., Данилкив Э. Генетические маркеры в селекции скота // Животноводство России. 2009. № 5. С. 53-54.

15. Association of CAPN1 316, CAPN1 4751 and TG5 markers with bovine meat quality traits in Mexico / C.A. Bonilla, M.S. Rubio, A.M. Sifuentes, G.M. Parra-Bracamonte, V.W. Arellano, M.R.D. Méndez, J.M. Berruecos and R. Ortiz // Genetics and Molecular Research. 2010. 9(4). P. 2395-2405.

16. Крыканова Л.М. Размещение скота симментальской породы в странах Европы // Достижения сельскохозяйственной науки и практики. 1979. № 3. С. 10-19.

17. Кравченко Н.А., Винчук Л.Г. Симментальская порода и промышленное производство животноводческой продукции // Вестник сельскохозяйственной науки. 1984. № 4. С. 28-29.

Разведение, селекция, генетика

Тюлебаев Саясат Джакслыкович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий отделом разведения мясного скота ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-74, email: vniims.or@mail.ru

Кадышева Марват Дусангалиевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела разведения мясного скота ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-74, e-mail: vniims.or@mail.ru

Канатпаев Сабет Мухтарович, кандидат сельскохозяйственных наук, директор ООО «Совхоз Брединский», 457340, Челябинская Область, Брединский район, п. Маяк, ул. Борьбы, 1, тел.: 8(35141)3-54-62

Литовченко Виктор Григорьевич, доктор сельскохозяйственных наук, ректор ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет», 457100, г. Троицк, ул. Гагарина 13, тел.: 8(3516)32-00-10, e-mail: litovchenkovg@inbox.ru

Поступила в редакцию 4 мая 2017 года

UDC 636.082.11:636.22/28.082.13

Tyulebaev Sayasat Zhaksylykovich1, Kadysheva Marwat Dusangalievna1, Kanatpaev Sabet Mukhtarovich2, Litovchenko Victor Grigoryevich3

1 FSBSI «All-Russian Research Institute of Beef Cattle Breeding», e-mail: vniims.or@mail.ru

2 LLC «Sovkhoz Bredinsky»

3 FSBEIHE «South Urals State Agrarian University», e-mail: litovchenkovg@inbox.ru The state of allelic forms of CAPN1, CAST genes and compatibility

of different lines in the population of Bredy beef type of Simmentals

Summary. The article analyzes the results of study for identification of the best combinations of mating animals of different lines in the population of beef Simmentals. Influence of sires of Canadian selection on the process of increasing live weight according to the periods of growth of animals is estimated. Data on superiority of live weight of sons of the Canadian sires Bredok and Peony are given with the same level of feeding over their progeny from the Russian sire of Bredy type Spartacus at the age of 15 months by 29,7 and 36,4 kg accordingly. At the age of 23 months sons from Canadian sires advanced by 63,8 and 48,5 kg, while height of test bulls is estimated, the average daily weight gain of them amounted to 21 to 23 months. 629,5-811,2 g is a very high indicator in cattle breeding.

PCR in real time, carried out using primers for CAPN1 gene, showed a rather unexpected result in the selection of genotype CC. Expression of this gene in the corresponding polymorphic state leads to a change of a specific guanine protein to adenine in amino acid sequence, this changes property of the protein and affects post-slaughter maturation of muscle mass. As a result, in the examined micropopulation 72,2 % of the total population were carriers of the desired allele of CAPN1 gene.

Studies for the manifestation of polymorphism of another gene affecting the tenderness of beef - CAST, conducted on the same samples, showed more modest results. The desired genotype of CAST gene in the micropopulation of Bredy beef type of Simmental was manifested only in 7,1 % of cases, whereas species with heterozygous component were twice as large - 14,3 %. Most of all, there were animal carriers of homozygotes AA, namely 78,0 % of the total sample.

Key words: cattle, Simmental, Bredy beef type, live weight of cattle, DNA, gene, allele.