Влияние генетических аспектов на динамику молочной продуктивности голштинского скота

УДК 636.082.12

влияние генетических аспектов на динамику молочной продуктивности голштинского скота

Ю.Р. ЮЛЬМЕТЬЕВА1, кандидат биологических наук, зав. лабораторией

Ф.Ф. ЗИННАТОВА1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Е.Н. РАЧКОВА2, аспирант

Л.В. ШАМСИЕВА2, аспирант Ш.К. ШАКИРОВ1, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, руководитель научно-технологического центра

1Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Оренбургский тракт, 48, Казань, 420059, Российская Федерация

2Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана, Сибирский тракт, 35, Казань, 420029, Российская Федерация

Резюме. В проведенном эксперименте исследованы 126 коров-первотелок голштинской породы, принадлежащих сельскохозяйственному производственному кооперативу «Племенной завод им. Ленина» Атнинского района Республики Татарстан. Исследования проводили в 2014-2015 гг. Цель исследования - изучение полиморфизма гена пролактина коров-первотелок и выявление корреляции его генотипов с молочной продуктивностью. Для выделения ДНК проведен забор крови у изучаемых особей. С помощью полимеразной цепной реакции и последующей рестрикции фрагментов изучен полиморфизм гена пролактина и его влияние на молочную продуктивность первотелок. Исследованиями установлено следующее распределение генотипов по изучаемому гену: коров-первотелок с генотипом АА в стаде оказалось 97 голов (77%), особей объединенной группы с генотипом АВ + ВВ - 29 голов (23%), из которых сверстниц с генотипом АВ - 27 голов (21%), и ВВ - 2 головы (2%). Достоверно выявлено, что у коров-первотелок с генотипом АА превосходство в надоях за стандартную лактацию, относительно животных объединенной группы (АВ + ВВ), составило 248 кг, или 4,1%. Однако, массовая доля белка в молоке у коров-первотелок, имеющих генотип АА, была ниже животных объединенной группы при этом разница составила 0,1%. Существенных различий в характере типа лактации у первотелок разных генотипов не установлено. Коэффициент постоянства лактации у коров-первотелок с генотипом АА равен 98%, против средних данных по объединенной группе с генотипами АВ + ВВ - 92%. Коэффициент наследуемости по удою составляет 0,4 у коров-первотелок с генотипом АВ + ВВ, что говорит о высокой степени наследуемости продуктивных качеств дочерями от матерей. Животные с генотипом АА имели более низкую наследуемость по удою, 0,2. Таким образом, в изученной популяции первотелки с генотипом АА отличались более высокими показателями надоев молока, но уступали сверстницам по содержанию белка в молоке. Ключевые слова: ген, генотип, пролактин, полиморфизм, первотелки, коэффициент наследуемости, молочная продуктивность, лактационная кривая.

Для цитирования: Влияние генетических аспектов на динамику молочной продуктивности голштинского скота / Ю.Р. Юльметьева, Ф.Ф. Зиннатова, Е.Н. Рачкова, Л.В. Шамсиева, Ш.К. Шакиров//Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 11. С. 99-101.

Достижения современной молекулярной генетики позволяют исследовать гены, связанные с хозяйственно-полезными признаками сельскохозяйственных животных. Определение аллельных вариантов генов позволит дополнительно к тради-

ционному отбору животных проводить селекцию непосредственно на уровне ДНК [1]. Преимущество ДНК-анализа заключается в том, что можно определить генотип животного независимо от пола, возраста и физиологического состояния, что служит важным фактором в селекционной работе [2].

Ген пролактина - потенциальный генетический маркер продуктивных признаков молочного скота, качества получаемого молока. У крупного рогатого скота ген PRL расположен на 23-й хромосоме и состоит из пяти экзонов и четырёх интронов. Пролактин - это полипептидный гормон с множественными функциями,секретируется, в основном,клетками передней доли гипофиза [3]. Он играет важную роль в регуляции развития молочной железы, секреции молока, молочного белка и экспрессии генов [4].

Продуктивные качества животных могут быть улучшены за счет селекционной работы, а также изменением условий его кормления и содержания. Оценка наследственного потенциала продуктивности животных в раннем возрасте позволяет в значительной степени повысить эффективность зоотехнических мероприятий, а применение математических моделей, учитывающих индивидуальные продуктивные качества животных, дает возможность снизить затраты на получение единицы животноводческой продукции и повысить уровень управления процессом производства продукции животноводства.

Методы ранней оценки продуктивности скота имеют универсальный характер и могут с равным успехом применяться как на крупном специализированном животноводческом предприятии,так и на малой ферме [5].

Целью данного исследования было изучение полиморфизма гена пролактина коров-первотелок и взаимосвязи его генотипов с удоем и качественными показателями молока, определение коэффициента наследуемости молочной продуктивности. Это дополнит существующие знания об экспрессии гена PRL голштинского скота в Татарстане и позволит определять генетически заложенную молочную продуктивность у телят, снизив тем самым затраты на выращивание племенного молодняка.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в условиях сельскохозяйственного производственного кооператива «Племенной завод им. Ленина» Атнинского района Республики Татарстан на 126 коровах-первотелках голштинской породы в 2014-2015 гг.

Пробы крови для исследований отбирали у животных из хвостовой вены в вакуумные пробирки с ЭДТА.

Выделение ДНК проводили с помощью набора для выделения «ДНК-Сорб В» (ИнтерЛабСервис, Россия) согласно методике, предоставленной фирмой-изготовителем.

Аллели гена PRL определяли методом полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ), с предварительной амплификацией этих фрагментов с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) на программируемом термоциклере МуСус1ег (BioRad, США), с использованием праймеров:

Таблица 1. Продуктивность женских и мужских предков в зависимости от полиморфизма гена про-лактина

Генотип первотелок Удой матери, кг Родительский индекс быка

удой, кг массовая доля жира, %

AA 6467 ± 64,6*** 12741 ± 105,9 3,92 ± 0,023

AB + ВВ 6155 ± 139,1 12889 ± 283,7 4,02 ± 0,05

в среднем по стаду 6382 ± 58,7 12768 ± 101,4 3,9 ± 0,021

Примечание: здесь и далее * - Р < 0,05, ** - Р < 0,01, *** - Р < 0,001

PRL1: 5'-CGAGTCCTTATGAGCTTGATTCTT-3', PRL2: 5'-GCCTTCCAGAAGTCGTTTGTTTTC-3'. Протокол ПЦР: 95°C - 3 мин; 34 цикла: 95°C - 30 с, 59°С - 60 с, 72°C - 35 с.

Для выявления аллелей гена PRL, ПЦР фрагменты обрабатывали рестриктазой RsaI (СибЭнзим, Россия) в соответствии с рекомендациями производителя. 20 мкл ПЦР-продукта расщепляли с использованием 5 ед. эндонуклеазы рестрикции в течение 16 ч при 37°С. Результаты анализировали методом гель-электрофореза в 2,5% агарозном геле. Полученные данные фиксировали с помощью системы BioRad XR.

Статистическую обработку данных производили в программе Excel методами вычисления биометрических параметров [6].

Частоту встречаемости генотипов определяли по формуле Г.Н. Шангина-Березовского [7]: Р = n/N,

где р - частота определения генотипа, n - количество особей, имеющих определенный генотип, N - общее число особей.

Частоту отдельных аллелей определяли по формулам Е.К. Меркурьевой [7]: РА= (2nAA+ nAB) : 2N qB = (2nBB + nAB) : 2N,

где PB - частота аллеля А, qB - частота аллеля В, N - общее число аллелей.

Коэффициент наследуемости (h2) определяли с использованием коэффициентов корреляции (r) [7]:

h2 = 2r ,

где r„

коэффициент корреляции между фено-

типами матерей и дочерей.

результаты и обсуждение. За время исследований, генотипы гена пролактина были успешно определены для всех 126 коров-первотелок, включенных в данный анализ. При изучении частоты встречаемости аллелей гена пролактина, стало очевидно преобладание аллеля А, частота встречаемости которого составляет 0,88, частота аллеля В - 0,12.

Установлено, что 97 коров-первотелок, или 77% от общей выборки, имели генотип АА, 21% - генотип АВ и лишь 2% - генотип ВВ. Однако из-за низкой численности животных с генотипом ВВ, эта группа сложна для биометрической обработки, поэтому животных с генотипами АВ и ВВ объединили в одну группу.

Мы сопоставили ожидаемое и реальное число коров по каждому генотипу и произвели расчеты. Получили значение хи-квадрата равное 5,2. Из этого следует, что фактическое значение показателя уровня значимости больше табличного, уровень достоверности - 95%, следовательно, в данной по-

пуляции достоверно сохранилось генное равновесие в локусе пролактина.

Ожидаемую племенную ценность (родительский индекс) быков-производителей рассчитывали на основании показателей продуктивности их женских предков (табл. 1).

Выявлена взаимосвязь между молочной продуктивностью матерей и полиморфизмом изучаемого гена у коров-первотелок. Наибольший удой матерей отмечен для дочерей с генотипом АА, в то время как меньшая продуктивность характерна для матерей исследуемых коров-первотелок с генотипами АВ + ВВ. Так, удой матерей, дочери которых имеют генотип АА, был достоверно больше на 312 кг, или на 5,1% (р < 0,001), удоя матерей, у дочерей которых выявлен генотип АВ и ВВ.

При рассмотрении родительского индекса быка по молочной продуктивности предков преимущество потомков с генотипами АВ + ВВ по гену пролактина было незначительным и составляло 148 кг, или 1,2%. По массовой доле жира в молоке высокий родительский индекс быка также отмечен у коров, имеющих генотипы АВ + ВВ и составляет 4,02%, с различием 0,1% от животных с генотипом АА. Однако, различия по родительскому индексу быка недостоверны и носят лишь характер тенденции.

По молочной продуктивности исследованных животных достоверно наибольший удой установлен у коров-первотелок, имеющих генотип АА (табл. 2). Он составил 6258 кг, против 6010 кг у коров-первотелок с генотипами АВ + ВВ. При этом разница составила 248 кг, или 4,1% (р < 0,05).

По массовой доле жира в молоке коровы-первотелки с разными генотипами достоверно не различались. Однако, по массовой доле белка в молоке достоверно имели преимущество коровы-первотелки с генотипами АВ + ВВ, где этот показатель составил 3,2% против 3,1% (р < 0,001).

При расчетах выхода молочного жира и белка с молоком, коровы - первотелки с генотипом АА превосходили сверстниц с генотипами АВ + ВВ, соответственно, на 20,2 и 5,6 кг или на 11,1% (р < 0,001) и 4,0%. Но полученные различия по выходу молочного белка недостоверны и можно говорить лишь об определенной тенденции.

В ходе наших исследований были построены лактационные кривые по изучаемому поголовью для каждого отдельно взятого генотипа гена пролактина (см. рисунок). Выявлено, что коровы-первотелки с генотипом АА имеют высокую устойчивую лактацию.

По графику лактационных кривых можно наблюдать небольшие различия между ними. Обе кривые

Таблица 2. Молочная продуктивность за полную лактацию коров-первотелок в разрезе полиморфизма гена пролактина

Генотип n Удой, кг Массовая доля жира, % Массовая доля белка, % Молочный жир, кг Молочный белок, кг

АА AB + ВВ 97 27 6258 ± 109,5* 6010±204 4,3 ± 0,12 4,2 ± 0,22 3,1 ± 0,02 3,2 ± 0,04*** 201,9 ± 10,4*** 181,7 ± 16,4 145,1 ± 6,1 139,5 ± 12,4

123456789 10 Месяцы лактации

Рисунок. Лактационная кривая гена пролактин (РР!1_) в разрезе полиморфизма гена пролактина:  - АА; АВ + ВВ.

показывают, что у коров-первотелок высокая и устойчивая лактация. Однако коэффициент ее постоянства несколько различался, и у животных с генотипом АА он составил 98%. У особей с гетерозиготным и гомозиготным генотипами (АВ + ВВ) коэффициент устойчивости был равен 92%.

Наследуемость характеризует количественный признак у группы животных и служит показателем для прогнозирования эффективности селекции по фенотипическим показателям этого признака. Величина коэффициента наследуемости (1п2) служит мерой выражения генетической детерминации изменчивости признака. Степень наследуемости

достаточно высока лишь по генотипам АВ + ВВ, где ее коэффициент составил 0,4. По генотипу АА связь между удоями дочерей и матерей была значительно ниже (0,2). Это говорит о том, что эти животные более чувствительны к условиям содержания. Поэтому для полного раскрытия генетического потенциала следует изменить условия содержания и кормления.

Коэффициент наследуемости между дочерями и их отцами, получился в ходе данного исследования отрицательным, так как для осеменения использовались быки канадской селекции, и поэтому дочери быков и матери быков, которых использовали для осеменения, содержались в различных условиях, что, конечно, оказало влияние на показатели продуктивности, и, как следствие, наследуемость.

выводы. Показатели удоя за 305 дн. лактации коров-первотелок, имеющих генотип АА в локусе пролактина, превосходили коров с генотипами АВ + ВВ при высокой жирности молока. Таким образом, скрининг гена пролактина коров может быть полезен при отборе коров с более высоким удоем и показателями качества молока. Но для полного раскрытия заложенного генетического потенциала также имеют важное значение и факторы содержания и кормления. Ввиду малой выборки полученные результаты носят характер тенденции. Для их подтверждения необходимы дальнейшие исследования гена пролактина и его взаимосвязи с молочной продуктивностью крупного рогатого скота.

Литература.

1. Chrenek P., Huba J., Oraveova M. Genotypes of bGH and bPRL genes in relationship to milk production // Proc. EAAP 50th Annual Meeting, Book of Abstract. 1999. P. 40.

2. Борисова B.B., Белоусов A.M. Наследуемость молочной продуктивности симментальского скота разной линейной принадлежности //Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета. 2014. № 1. С. 92-94.

3. Rorie R.W., Howland E.M., Lester T.D. Evaluation of a Polymorphism in the Prolactin Gene as a Potential Genetic Marker for Mastitis Susceptibility and Milk Production // Arkansas Animal Science Department Report. 2009. P. 32-34.

4. Закирова Г.М., Султанов Р.Р., Зиннатова Ф.Ф. Полиморфизм гена пролактина у коров татарстанского типа холмогорского скота // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2011. № 205. С. 61-64.

5. Методы комплексной оценки и ранней диагностики продуктивности сельскохозяйственных животных: учебник / В.И. Щербатов, И.Н.Тузов, А.Г. Дикарев, Л.В. Музыкантова. Краснодар: КубГАУ, 2014. 292 с.

6. Меркурьева Е.К., Шангин-Березовский Г.Н. Генетика с основами биометрии. М.: Колос, 1983. С. 170-199.

influence of genetic aspects on the dynamics of milk productivity

of holstein cattle

Yu.R. Yulmetieva1, F.F. Zinnatova1, E.N. Rachkova2, L.V. Shamsieva2, Sh.K. Shakirov1

1Tatar Research Institute of Agriculture, Orenburgsky Trakt, 48, Kazan, 420059, Russian Federation 2N.E. Bauman Kazan Academy of Veterinary Medicine, Sibirsky Trakt, 35, Kazan, 420029, Russian Federation Summary. In this experiment we studied 126 heifers of Holstein breed from the agricultural cooperative "Plemennoj Zavod Imeni Lenina" in Atninsk district of the Republic of Tatarstan. The studies were carried out in 2014-2015. The aim of this experiment was to study the polymorphism of prolactin gene of heifers and to identify the correlations between its genotypes and milk productivity. Blood samples were collected from studied heifers to isolate DNA. With the use of polymerase chain reaction and subsequent restriction of the fragments the polymorphism of prolactin gene and its effect on milk production of heifers was studied. These studies showed the following distribution of genotypes for the studied gene: there were 97 head (77%) of heifers with the AA genotype, 29 head (23%) from the combined group with (AB + BB) genotypes. There were 27 head (21%) with AB genotype and 2 heifers (2%) with BB genotype. It was reliably identified that heifers with AA genotype have the superiority in milk production per a standard lactation in relation to the combined group (AB + BB). It was 248 kg, or 4.1%. However, the mass fraction of protein in the milk of heifers with AA genotype was lower than in animals from the combined group, and the difference was 0.1%. There were no significant differences in the type of lactation in heifers with different genotypes. The coefficient of the lactation constancy for heifers with AA genotype was 98%, for the combined group (AB + BB)-92%. The coefficient of heritability on the milk yield is 0.4 for cows with (AB + BB) genotype, which indicates the high degree of heritability of productive qualities. The animals with AA genotype had lower heritability in this indicator, 0.2. Thus, in the studied population heifers with AA genotype had a higher milk yield, but lower protein content in milk.

Keywords: gene, genotype, prolactin, polymorphism, heifers, coefficient of heritability, milk yield, lactation curve. Author Details: Yu.R. Yulmetieva, Cand. Sc. (Biol.), head of laboratory; F.F. Zinnatova, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow; E.N. Rachkova, post-graduate student (e-mail: katrinrach1992@yandex.ru); L.V. Shamsieva, post-graduate student; Sh.K. Shakirov, D. Sc. (Agr.), prof., head of .

For citation: Yulmetieva Yu.R., Zinnatova F.F., Rachkova E.N., Shamsieva L.V., Shakirov Sh.K. Influence of Genetic Aspects on the Dynamics of Milk Productivity of Holstein Cattle. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. Vol. 29. No 11. Pp. 99-101 (in Russ.).