Эффективность генетического маркирования в селекции скота костромской породы

ЗООТЕХНИЯ

УДК 636.2.082.12

Эффективность генетического маркирования в селекции скота костромской породы

Баранов Александр Васильевич, доктор биол. наук, директор, Баранова Надежда Сергеевна,* доктор с.-х. наук, зав. кафедрой, Егоров Олег Степанович,** научный сотрудник, Подречнева Ирина Юрьевна*, аспирант ФГБНУ «Костромской НИИСХ», г. Кострома, Россия * ФГБОУ ВПО Костромская ГСХА, г. Кострома, Россия

**Региональный информационно-селекционный центр ФГБОУ ВПО Костромской ГСХА, г. Кострома, Россия

E-mail: knish.dir@mail.ru

В статье приведены результаты многолетних исследований групп крови у скота костромской породы и использования их в качестве генетических маркеров в селекции. Выявлены генетические особенности ведущих заводских линий и родственных групп по специфике и частоте встречаемости определенных аллелей ЕАВ-локуса групп крови, проведено их маркирование. При выведении нового заводского молочного типа скота «Караваевский КК-1» широко использовали генетические маркеры, подтвердившие его особенности. Получены данные, подтверждающие более высокую племенную ценность гомозиготных по ЕАВ-локусу групп крови быков-производителей по сравнению с гетерозиготными (+495 кг по удою и +0,12% по содержанию жира). Сохранение желательных маркерных аллелей родоначальников или быков-улучшателей по молочной продуктивности дают основание применять генетические маркеры при отборе. Использование генетических маркеров при анализе результатов подбора и его планировании позволило выявить наиболее оптимальные варианты, способствующие поддержанию генетических особенностей породы, сохранению генофонда и повышению уровня молочной продуктивности. Генетические маркеры можно использовать при оценке и отборе коров, устойчивых к различным заболеваниям. Более устойчивыми (в 2,4раза) к заболеванию маститами были коровы с генотипом V/V ЕАВ-локуса групп крови. Выявлено, что гетерогенный подбор с учетом маркеров способствует повышению оплодотворяемости маточного поголовья по сравнению с гомогенным с 28,5 до 50,2% и увеличению многоплодных отелов с 9,2 до 18,5%.

Ключевые слова: группа крови, генетическое маркирование, селекция, костромская порода, заводские линии, родственные группы, отбор, подбор, быки-производители, плодовитость, воспроизводство

Совершенствование существующих и создание новых пород, внутрипородных и заводских типов молочного скота, обладающих высокой молочной продуктивностью и хорошими адаптационными способностями, является одной из главных задач селекции. В целях ускорения селекции, наряду с традиционными, следует использовать новые генетические методы и приемы, способные в значительной степени повысить эффективность осуществляемой племенной работы. Одним из таких методов является генетическое маркирование по группам крови и использование генетических маркеров при решении ряда теоретических и практических задач селекции.

Наш опыт работы показывает возможности использования метода генетического

маркирования при совершенствовании одной из лучших отечественных пород крупного рогатого скота - костромской, которой в 2014 году исполнилось 70 лет со дня утверждения и которая обладает целым рядом ценных хозяйственно-полезных признаков.

Главная особенность и преимущество костромской породы заключается в ее молочной продуктивности. В современных условиях коровы костромской породы при промышленной технологии и двухразовом доении способны давать 10-11 тысяч килограммов молока за лактацию. По убойному выходу и качеству мяса костромская порода приближается к специализированным мясным породам. Животные костромской породы хорошо приспособлены к промышленной технологии производства молока благодаря

крепкой конституции и прочному копытному рогу. Отмечена высокая резистентность скота костромской породы к таким заболеваниям, как туберкулез, бруцеллез и лейкоз. У животных выявлено 13 аллелей гена BOLA-DRB3, около 19% которых составляют аллели, определяющие устойчивость к лейкозу. Важным хозяйственно-полезным качеством костромской породы скота является ее высокая плодовитость. По нашим данным, на основе анализа более 30 тыс. отелов 2,3% составили многоплодные [1, 2, 3].

Цель работы - оценка эффективности метода генетического маркирования в селекции скота костромской породы.

Материал и методы. Исследования проводили в 1979-2012 гг. на коровах костромской породы, быках костромской и бурой швицкой пород разной селекции из США, Канады, Австрии, а также их потомках, полученных в результате подбора в 10 племенных хозяйствах Костромской области.

Антигены групп крови определяли в лабораториях ВИЖа и селекционного центра Костромской ГСХА с помощью гемолитических тестов по общепринятой методике, используя иммуноспецифические сыворотки, проверенные в международных сравнительных испытаниях [4].

В тесте использовали 48...65 сывороток, выявляющих антигены 10 систем групп крови. Семейно-генетическим анализом результатов тестов определяли аллели, контролирующие группы крови и генотипы по этим аллелям. Одновременно с этим определяли достоверность записи происхождения. Для выявления маркеров линий и родственных групп сравнивали линии по специфике и частоте встречаемости аллелей по маточному поголовью и быкам-производителям, учитывая наличие оценки семени и желательного генотипа. Для определения оптимальных вариантов подбора сравнивали продуктивность коров, родители которых различались или были сходны по аллелям групп крови, а также между группами полусестер по отцу с разными генотипами. Племенную ценность гомозиготных по В-локусу групп крови быков-производителей выявляли путем сравнения продуктивности их дочерей с дочерями гетерозиготных быков. Оценку генотипа гетерозиготных производителей проводили путем сравнения про-

дуктивности полусестер - дочерей каждого быка, унаследовавших тот или иной маркер отца (альтернативные аллели).

Материалы исследований обрабатывали на ПЭВМ с использованием программного приложения Microsoft Excel 2007, используя методы популяционного анализа и биометрии.

Результаты и их обсуждение. Имму-ногенетические исследования в ведущих племенных стадах породы проводили по разным направлениям. Так, наши исследования позволили определить генетические особенности ведущих заводских линий и родственных групп костромского скота по специфике и частоте встречаемости определенных аллелей, провести генетическое маркирование, и путем целенаправленного подбора поддержать их специфику. Данные по частоте основных аллелей ЕАВ-локуса групп крови у быков-производителей ведущих линий и родственных групп костромской породы приведены в таблице 1.

Породы комбинированного направления продуктивности, в том числе и костромская, характеризуются наличием животных разных внутрипородных типов, которые различаются как по экстерьеру и конституции, так и по молочной продуктивности. Эти различия, несомненно, обусловлены и генетическими факторами. Оценка животных разных производственных типов с учетом унаследованных маркеров генотипа быков-производителей подтверждает это мнение. Так, в результате отбора среди дочерей быков Долг 7398, Бэн 171249, Нельсланд 3135 с желаемыми маркерами доля животных молочного типа составила 40,7, 50,0, 53,0% соответственно.

В результате многолетней целенаправленной селекционной работы с костромской породой был создан новый заводской молочный тип скота «Караваевский КК-1», который наряду с высокой продуктивностью, высоким содержанием жира и белка в молоке имел генетические особенности, подтвержденные исследованиями групп крови. Продуктивность 1504 голов нового типа составила 6608 кг с содержанием жира в молоке - 4,03% и содержанием белка - 3,64%. Из 17 ЕАВ-аллелей, присущих швицким быкам американской селекции, используемых в процессе создания нового типа костромского скота - 12 были новыми для породы и использованы в качестве

генетических маркеров при выведении заводского типа скота. В процессе выведения нового типа были получены животные разных генотипов, молочная продуктивность которых зависела от наследования маркерных аллелей Таблица 1

Частота основных аллелей ЕАВ-локуса групп крови у быков-производителей ведущих линий и родственных групп

швицких быков. Так, %-кровные первотелки, унаследовавшие в ЕАВ-локусе оба швицких аллеля, достоверно превосходили своих сверстниц с одним швицким аллелем на 378 кг молока при одинаковой жирномолочности [5].

ЕАВ-аллели Линии и родственные группы

Каро Ладок Салат Мастер Меридиан Концентрат

«Ь» 0,1078 0,2917 0,0882 0,0426 0,0167 -

Q 0,0392 0,1500 - - 0,1166 0,0185

O' 0,0784 0,833 0,1176 0,0319 0,0500 -

Ol - - 0,0882 - - 0,0815

^г 0,0196 - 0,0882 - - -

G2D' 0,0784 - - - - -

- - - - 0,0500 -

ЮТ" 0,0686 0,1083 0,2647 0,0319 0,0500 0,1296

Y2GYG" 0,0784 - 0,294 - - -

BlPlY2G'Y' - - - 0,0639 0,0500 -

GзOlTlY2E'зF'2 0,0196 0,0500 - 0,4255 0,2000 0,2408

B2GзQTlA'l P' 0,1274 0,1083 0,0588 0,0532 0,0167 0,0185

B1О3Y2A'E'G'P'Q'Y' 0,0098 0,0333 0,2128 0,2128 0,3500 0,1296

Y2A'2D'E'l - - - - - 0,0926

Решающую роль в повышении генетического прогресса породы играют быки-производители. Анализ групп крови быков-производителей с разным индексом племенной ценности (ИПЦ) показал, что они различаются как по специфике, так и по частоте маркерных аллелей. Полученные данные подтверждают правильность выбранного нами направления в селекции быков-производителей для получения животных новых генераций. Особое внимание следует уделить селекции гомозиготных по маркер-

ным генам групп крови быков-производителей, поскольку наши данные подтверждают более высокую племенную ценность гомозиготных быков по ЕАВ-локусу групп крови по сравнению с гетерозиготными (табл. 2). Так, удой 236 дочерей семи гомозиготных быков на 495 кг ^<0,001) превышал удой 766 сверстниц, полученных от гетерозиготных быков. По содержанию жира в молоке дочери гомозиготных быков на 0,12% ^<0,001) превышали своих сверстниц.

Таблица 2

Сравнение продуктивности дочерей гомо- и гетерозиготных по ЕАВ-локусу групп крови быков-производителей

Группа быков Число Число Продуктивность дочерей за 1 лактацию

быков дочерей удой, кг жир, %

Гомозиготные 7 236 4815±66 4,12±0,02

Гетерозиготные 87 766 4320±37 4,00±0,01

Разница - - +495 +0,12

Примечание: Г<0,001

Из семи гомозиготных быков - шесть имели категорию по удою, причем пять - А1 и один бык А3. По содержанию жира в молоке

- пять быков имели категорию, из них четыре

- Б1. Три быка-производителя оценены с категорией А1Б1. При получении гомозиготных

быков желательно применение инбридинга, который позволит поддержать в потомстве сходство с родоначальником линии или быком-лидером и закрепить его выдающиеся качества. Пример получения гомозиготных инбредных быков показан на рисунке.

Бьюти Карл 162559

а,а, 1, у^ г I аолу,1гг/

Войка 8695

USIPSSE Тик 3814

Рис. Схема получения инбредных быков Вереск 2543 и Тик 3814

С целью получения продолжателей методом тесного инбридинга на Бьюти-Карла 162559 были получены два быка-производителя Вереск 2543 II-II и Тик 3818 в степени II-I, который повторил генотип своего отца по ЕАВ-локусу групп крови, унаследовал его ценные качества, оценен по потомству и признан улучшателем с катего-

Таблица 3

Продуктивность дочерей и внучек Гамблера в зависимости от унаследования маркерных

рией А1Б1. Сохранение маркерных аллелей родоначальников или быков-улучшателей и ценных генетических задатков по молочной продуктивности дает нам основание использовать генетические маркеры при отборе. Так, разница в продуктивности дочерей знаменитого швицкого быка Гамб-лер 160083 с разными ЕАВ-аллелями составила 1269 кг в пользу дочерей с алле-лем BlOзУ2A'2E'зG'P'Q'У' (табл. 3).

Превосходство внучатого потомства, сохранившего в генотипе ценный маркер деда над внучками, утерявшими его, составило +1759 кг ф<0,05) по удою и +64 кг ф<0,05) по молочному жиру.

Использование при оценке генотипа быков-производителей маркерных аллелей других систем групп крови представляет возможность выявить новые группы сцепления и определить их влияние на проявление продуктивных признаков у потомства. Дочери быка Май 1613, унаследовавшие три плюс аллеля в локусах ЕАВ, ЕАС и ЕАS, имели превосходство по удою на 822 кг над средней продуктивностью всех его дочерей и на 1294 кг дочерей с тремя минус аллелями.

160083 за первую лактацию аллелей

Группы потомков Число Продуктивность за 1 лактацию

животных удой, кг жир, % молочный жир, кг

Дочери, всего 23 5743±262 4,09±0,07 234±10,3

в т.ч. с аллелями:

B1OзY2A'2E'з СТ^Т' 17 6074±279 4,06±0,07 246±10,4

G2 OxE'зF'2O' 6 4805±463 4,16±0,15 202±22,3

Разница +1269* -0,10 +44,0

Внучки, всего 11 5047±397 3,87±0,08 196±13,6

в т.ч. с аллелями:

BlOзY2A'2E'з СТ^Т' 5 5897±685 3,88±0,15 222±20,2

Утерявшие аллели деда 4 4138±52 3,82±0,14 158±7,4

Разница +1759* +0,06 +64*

*p<0,05

Отбор и подбор являются важными методами селекции. Анализ девяти возможных вариантов подбора родителей с учетом их генотипа по В-локусу групп крови показал, что наибольшую продуктивность имели коровы-первотелки, полученные в результате вариантов подбора, обозначенных как АА/ВС, ВС/АА, АВ/ВВ, то есть использова-

ние гомозиготных быков на гетерозиготных коровах и, наоборот, использование гетерозиготных быков на гомозиготных коровах. Использование семени быков-производителей определенного генотипа в племенных стадах и соответствующий подбор к ним маточного поголовья позволил решить следующие вопросы: получить быков-произво-

дителей с маркерами, типичными для каждой линии и тем самым сохранить их генетическую дифференциацию; сохранить генофонд породы и поддерживать его на определенном уровне; избежать негативного влияния инбридинга; повысить генетический потенциал породы по молочной продуктивности.

Используя генетические маркеры, нами предложено уточнить систему подбора и в товарной части породы. Предлагается провести закрепление не просто быков-производителей плановой линии, но и с определенным генотипом по группам крови. Причем, в генотипе используемых быков не должно быть аллелей, маркерных для быков предыдущих двух линий согласно плану ротации.

Генетические маркеры можно успешно использовать при оценке коров, устойчивых к различным заболеваниям. Так, наиболее предрасположенными к заболеванию маститами, оказались коровы с генотипом F/F EAFV-локуса, у которых мастит регистрировался в 21,6% случаев (p<0,05). Более устойчивыми были коровы с генотипом V/V, которые заболевали в 2,4 раза реже, чем с генотипом F/F. Следовательно, использование в процессе отбора и подбора животных с генотипами V/V будет способствовать повышению резистентности стада к заболеванию маститами и снижению экономического ущерба.

При оценке воспроизводительной способности коров также можно использовать генетические маркеры. Многоплодные коровы, как специфическая группа животных, имеют свои особенности. У многоплодных коров костромской породы с наибольшей частотой встречались аллели IiG'G" - 0,2093, «b» - 0,1744, B1G2KE'1F'2O' - 0,1744, I' 0,0698, B1I1Q' - 0,0465, I1Y2F1GTG" -0,0581 и O' - 0,0365. Их общая частота встречаемости составила 0,7690. Низкую частоту встречаемости (0,0116) имели О1, B2P2T2P'B", B1G2KA'1B'O', B1G2T1A'1B'E'3F'2Q', O2E'3G'I', G2O2Q' и Y2 [6].

Генетический прогресс породы, отдельного стада зависит, в первую очередь, от племенной ценности используемых быков-производителей. Наряду с оценкой быков по продуктивности дочерей, необходимо учитывать их плодовитость. В линии Ладка КТКС-253 процент многоплодных коров был ниже уровня среднего по стаду в 1,2 раза и составил 2,7% (p<0,05). Причем наивысший показатель отмечен у быка Таран 6460 - 7,3%

ф<0,05), имевшего генотип по ЕАВ-локусу групп крови BlG2KY2E'lF'2O' и ^О'О", а у быка Левый 4383 из 68 дочерей с многоплодными отелами не отмечено ни одной. Данный бык имел генотип B2G3QT1A'1P'/ B1G2KY2E'1F'2O'. В родственной группе Меридиана 90827 при среднем показателе многоплодных дочерей 2,1%, различия у отдельных быков-производителей также существенны. У быка Нельсланд 3035 с генотипом B2P2Y2G'Y'/I1Y2E'1G'I'G" из 292 дочерей 11 имели многоплодные отелы, что составило 3,8% ф<0,05). В то же время ни одна из 141 дочерей быка Георг 211233, имевшего генотип BlOзY2A'2E'зG'P'Q'Y'ДlY2E'зY'G", не отелилась близнецами.

Известно, что при гетерогенном подборе оплодотворяемость маточного поголовья выше, чем при гомогенном, это объясняется генетической разнородностью спариваемых животных. В стаде ОАО «Племзавод «Кара-ваево» наилучшей оплодотворяемостью характеризовались спариваемые особи, когда оба аллеля в их генотипе были разные (50,2%), а самой низкой (28,5%) - одинаковые.

При изучении многоплодия коров костромской породы нами был проведен анализ рождения двоен при разной сочетаемости родительских пар с использованием сочетаемости ЕАВ-аллелей. При подборе быка, имеющего в генотипе оба аллеля, отличных от аллелей генотипа коровы, многоплодные отелы составили 18,5%, если один аллель был сходным - 15,9%, а оба аллеля одинаковы - 9,2%.

Выводы. Таким образом, генетическое маркирование нашло широкое применение в селекции скота костромской породы, позволило оценить и сохранить ее генофонд в целом и отдельных структурных единиц. Практическое использование генетических маркеров при отборе и целенаправленном племенном подборе способствовало созданию нового заводского молочного типа скота и совершенствованию системы разведения, что дало возможность значительно повысить генетический потенциал породы по молочной продуктивности и тем самым ее конкурентоспособность.

Список литературы

1. Баранов А.В., Шалугин Б.В. Оценка и рациональное использование генофонда костромской породы скота // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 9. С. 48-51.

2. Сулимова Г.Е., Лазебная И.В., Штыфурко Т.А. и др. Анализ генофонда костромской породы крупного рогатого скота с использованием ДНК-маркеров для генов каппа-казеина, пролактина, гормона роста и BOLA-DRB3 // Актуальные проблемы науки в АПК: Материалы 59-й Между н. на-учно-практ. конференции. Т.3. Кострома: Изд. КГСХА, 2008. С. 183-185.

3. Баранова Н.С. Многоплодие коров - теория и практика // Молочное и мясное скотоводство. 2001. № 6. С. 26-30.

4. Сороковой П.Ф. Методические рекомендации по исследованию и использованию групп крови в селекции крупного рогатого скота. Дубро-вицы, 1974. 40 с.

5. Баранов А.В. Генетическое маркирование и его использование при совершенствовании системы разведения молочного скота: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. 1997. 34 с.

6. Баранова Н.С., Баранов А.В. Генетическая оценка плодовитости молочного скота // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2008. № 11. С. 170-172.

Effectiveness of genetic labelling at selection of Kostroma breed cattle Baranov A.V., DSc in biology, director,

Baranova N.S., DSc in agriculture, head of the cathedra*, Egorov O. S., researcher**, Podrechneva I. Yu., post-graduate*

Kostroma Agricultural Research Institute, Kostroma, Russia * Kostroma State Agricultural Academy, Kostroma, Russia

** Regional information and selection centre of Kostroma State Agricultural Academy, Kostroma, Russia

The article adduces the results of longstanding investigations on blood groups in Kostroma cattle breed and using of this knowledge as genetic markers in breeding. The held investigations have allowed revealing genetic peculiarities of leading stud stocks and kindred groups by specificity and frequency of occurrence of certain alleles of EAB locus referring to blood groups; it was conducted their labeling. At breeding of a new stud dairy cattle type "Karavayevo KK-1" genetic markers were used widely which had confirmed its peculiarities. Data have been obtained, which confirm higher pedigree value of bull breeders homozygous in EAB locus blood than of heterozygous ones (+495 kg milk yield and +0.12% of fat content). Preservation of desirable marker alleles of parent bulls or modifier bulls on milk productivity gives rise to using genetic markers while selecting. Using of genetic markers at analyzing of results of selection and its planning allows revealing the most sufficient variants which provide maintenance of breed genetic peculiarities, gene pool preservation and enhancing of milk productivity. Genetic markers can be used at assessing and selecting of cows which are resistant against many types of diseases. Cows with genotype V/V of EAB blood group locus were more (by 2.4 times) garget-resistant. It has been revealed that heterogeneous selection with taking markers into account provides breeding efficiency in dam population to be 50.2%, compared to 28.5% for the homogeneous one, and multiple fetation freshening percent to be 18.5%, compared to 9.2%.

Key words: blood groups, genetic labelling, breeding, Kostroma cattle breed, stud stocks, families, selection, matching, parent bulls, copiousness, reproduction

References

1. Baranov A.V., Shalugin B.V. Otsenka i ratsional'noe ispol'zovanie genofonda kostromskoy porody skota. [Assessing and sufficient use of gene pool of Kostroma cattle breed]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2011. no. 9. pp. 48-51.

2. Sulimova G.E., Lazebnaya I.V., Shtyfurko T.A. i dr. Analiz genofonda kostromskoy porody krupnogo rogatogo skota s ispol'zovaniem DNK-markerov dlya genov kappa-kazeina, prolaktina, gormona rosta i BOLA-DRB3. [Kostroma cattle breed gene pool analysis using DNA markers for kappa-casein, prolactin, somatotropin and BOLA-DRB3 genes]. Aktual'nye problemy nauki v APK: Matererialy 59-y Mezhdun. nauchno-prakt. konferentsii. [Topical scientific problems in agribusiness industry: Materials of 59th international scientific and practical conference]. Kostroma: Kostroma State Agricultural Academy Press, 2008. pp. 183-185.

3. Baranova N.S. Mnogoplodie korov - teoriya i praktika. [Multifetation in cows - theory and practice]. Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. 2001. no. 6. pp. 26-30.

4. Sorokovoy P.F. Metodicheskie rekomendatsii po issledovaniyu i is-pol'zovaniyu grupp krovi v selektsii krupnogo rogatogo skota. [Multifetation in cows -theory and practice]. Dubrovitsy, 1974. 40 p.

5. Baranov A.V. Geneticheskoe markirovanie i ego ispol'zovanie pri sovershenstvovanii sistemy razvedeniya molochnogo skota. Avtoref. diss.... soisk. uch. stepeni d-ra biol. nauk. [Genetic labelling and its use in improving of dairy cattle breeding system. Author's abstract of DSc in biology Thesis]. 1997. 34 p.

6. Baranova N.S., Baranov A.V. Genetiches-kaya otsenka plodovitosti molochnogo skota. [Genetic assessing of prolificacy in dairy cattle]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2008. no. 11. pp. 170-172.