Элементный состав шерсти коров в зависимости от полиморфиза гена tg5

Разведение, селекция, генетика 43

УДК 636.085:577.17:591.11

Элементный состав шерсти коров в зависимости от полиморфиза гена TG5

В.М. Габидулин1, С.А. Алимова1, А.А. Салихов2, В.В. Борисова3, Т.А. Климова1

1 ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук»

2 Оренбургский филиал ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова»

3 ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Аннотация. Проведено исследование по определению генотипов в зависимости от полиморфизма гена TG5 и их элементного статуса шерсти на коровах абердин-ангусской породы стада племзавода ООО «Суерь» Курганской области. Выявлено, что у исследованных 100 коров к гомозиготному генотипу АА гена TG5 отнесены 10 (10 %) животных и 90 (90 %) - к гетерозиготному генотипу АТ и ТТ. Установлено, что ранжированные коровы по гомозиготному и гетерозиготному генотипам различались по элементному статусу, оценённого по шерсти. Так, в у коров гомозиготной группы достоверно меньше концентрация макроэлемента магния на 13,4 %, но при этом установлено достоверное превосходство над сверстницами гетерозиготной группы по микроэлементам: йоду - на 5,4 %, хрому - на 9,1 %, селену - на 3,7 %. При этом достоверно уступают по условно эссенциальному элементу стронцию на 17,8 % и достоверно превосходят по токсичным элементам: алюминий - на 3,1 % и ртуть - на 2 %. Вместе с тем коровы гомозиготного варианта AA достоверно превосходили сверстниц по концентрации йода и селена. Связь биоэлементного статуса с генотипами AT и TT подтверждается достоверным преимуществом их носителей по содержанию элементов йода на 5,4 % (P<0,05) и селена - на 3,7 % (P<0,05). По результатам показателей элементного состава отобранных животных было установлено отсутствие достоверных различий по большинству химических элементов.

Ключевые слова: мясной скот, коровы, абердин-ангусская порода, ДНК-маркеры, полиморфизм, ген TG5.

Введение.

Производство продукции животноводства является приоритетным направлением в мировой политике. Обеспечение населения качественными продуктами питания является важнейшей задачей агропромышленного комплекса стран, в том числе и России.

В «Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года» обозначена основная проблема мясной промышленности, которая заключается в недостатке собственной сырьевой базы [1].

В связи с этим первостепенной целью развития мясной отрасли является увеличение объёмов производства российского мяса. Решение этой задачи сформировано в «Доктрине продовольственной безопасности РФ» и выполнение её гарантированно позволит обеспечить население нашей страны безопасной и качественной продукцией [2].

Последние экономические показатели и развитие производства Российской Федерации в условиях санкций мирового сообщества стимулируют наращивание выпуска российского мяса и мясных продуктов.

Большую роль в решении продовольственной проблемы населения играет важное направление производства в сельском хозяйстве - мясное скотоводство.

Генетическое улучшение качества говядины принесёт пользу как производителям, так и потребителям и может быть достигнуто путём отбора животных с помощью традиционных программ, а также улучшения породы мясного скота с использованием генетических маркеров [3].

Программы выбора, включающие либо подмножества маркеров в избранных областях генома, например, маркеры для роста и эффективности корма, а также качества туши или тест с двойной мускулатурой ДНК, а также большое количество маркеров, покрывающих весь геном в

44 Разведение, селекция, генетика

геномном отборе, который привёл к 32 %-ному повышению точности по сравнению со средними родительскими значениями размножения, привлёк внимание исследователей и производителей говядины [4]. В мясном скотоводстве США ассоциация American Angus начала включать информацию о генетических маркерах с панели из 50 000 маркеров в свою еженедельную программу оценки EPD [5]. American Simmental Association применила маркерную поддержку EPD для нежности говядины, а Североамериканский фонд лимузин объявил начало выпуска EPD с геномным усилением [6, 7].

Что касается многопородного мясного скота, который составляет значительную долю в России, геномный отбор всё ещё находится на стадии разработки. Однако непосредственные применения панели ДНК-маркеров могут включать поиск генома для регионов, которые могут содержать причинные мутации, лежащие в основе генетического изменения характеристик качества говядины [8-10].

Цель исследования.

Изучить элементный состав шерсти в зависимости от полиморфизма гена TG5.

Материал и методы исследования

Объект исследования. Чистопородные коровы абердин-ангусской породы племзавода ООО «Суерь» Курганской области.

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 Cuide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Waschington, D.C. 1966)». При выполнении исследований были приняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.

Схема эксперимента. Для выявления наличия генотипов гена TG5 и характеристики элементного статуса в стаде ООО «Суерь» Курганской области были отобраны цельная кровь из ярёмной вены и образцы шерсти с холки животных с участка 5^5 см у клинически здоровых 100 коров абер-дин-ангусской породы, содержащихся в одинаковых условиях одного хозяйства.

Полученную кровь вносили в пробирки с 60 мкл этилендиаминтетра уксусной кислоты (ЭДТА) до конечного объёма 10 мл. Собранный материал использовали для выделения ДНК и проведения ПЦР. Протокол ПЦР: иницирующая денатурация ДНК в течение 5 мин при температуре +95 °С, затем 320 цикла амплификации, денатурация +94 °С (30 с), отжиг +60 °С (30 с) и элонгация +72 °С (30 с), заключительный синтез - при температуре +72 °С в течение 10 мин в программируемом амплификаторе АНК-32.

Оборудование и технические средства. Выделение ДНК из крови проводили с использованием комплекта реагентов для выделения геномной ДНК из цельной крови «ДНК-Экстран-1» («Синтол», Россия). Для амплификации фрагментов генов использовались праймеры (FAM, R6G). ПЦР проводили в термоцикле «My Cycler», программируемом амплификаторе АНК-32 («Синтол», Россия).

Анализ исследуемых образцов шерсти осуществлялся по 25 химическим элементам в лаборатории АНО «Центра биотической медицины» (г. Москва, регистрационный номер в государственном реестре - Росс. RU0001. 513118 от 29 мая 2003; Registration Certificate of ISO 9001: 2000, Number 4017-5.04.06). Точность определяемых параметров достигалась путём использования методов атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии (АЭС-ИСП и МС-ИСП) на оборудовании Elan 9000 («Perkin Elmer», США) и Optima 2000V («Perkin Elmer», США), обеспечивающих достижение точности 109-1012 (клеток/литр).

Разведение, селекция, генетика 45

Статистическая обработка. Полученный материал обрабатывали с помощью общепринятого параметрического метода (t-критерий Стьюдента). Во всех процедурах статистического анализа рассчитывали достигнутый уровень значимости (P), при этом критический уровень значимости в данном исследовании принимался меньшим или равным 0,05 с использованием пакета программ «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США).

Результаты исследований.

По результатам анализа полиморфизма гена TG5 у исследуемых 100 коров было выявлено, что 10 % животных имеют гомозиготный генотип АА. Частота встречаемости аллеля А у коров составила 10 %, аллеля Т - 0 % и 90 % - гетерозиготного генотипа АТ и гомозиготного ТТ гена TG5. Вместе с тем выявленный низкий уровень гомозиготности, свидетельствует о высокой степени гетерозиготности популяции.

Дальнейшим этапом исследования явилось изучение взаимосвязи полиморфизма гена TG5 c показателями элементного статуса коров.

Результаты оценки элементного статуса шерсти достоверно выявили различия по некоторым элементам (табл. 1).

Таблица 1. Содержание макро- и микроэлементов в шерсти животных, мкг/г

Коровы гомозиготного Коровы гетерозиготного генотипа АТ

Элемент генотипа АА re^-TG5

М±m М±m

Макроэлементы

Ca 2428,000±127,352 2532,600±69,933

K 1775,000±Ш,191 1762,600±235,622

Mg 482,200±24,530* 556,600±22,843

Na 1046,200±103,644 928,200±173,087

P 266,400±10,769 255,600±8,026

Микроэлементы

Co 0,080±0,006 0,073±0,009

Cr 0,235±0,028** 0,139±0,021

Cu 5,546±0,118 5,256±0,195

Fe 96,242±12,631 81,606±15,466

I 1,255±0,075* 1,087±0,096

Mn 56,438±7,430 62,974±2,748

Se 0,323±0,008* 0,284±0,013

Zn 108,224±2,771 119,682±6,618

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

В образцах шерсти коров гомозиготной группы выявлено достоверно меньшее содержание макроэлемента магния - на 13,4 %, но при этом они достоверно превосходят сверстниц гетерозиготной группы по микроэлементам йода на 5,4 %, хрома - на 9,1 %, селена - на 3,7 %. При этом достоверно уступают условно эссенциальному элементу стронцию на 17,8 % и достоверно превосходят по токсичным элементам алюминий на 3,1 % и ртуть - на 2 % (табл. 2).

По результатам показателей элементного состава отобранных животных было установлено отсутствие достоверных различий по большинству химических элементов.

46 Разведение, селекция, генетика

Таблица 2. Содержание токсичных и условно эссенциальных элементов в шерсти животных, мкг/г

Коровы гомозиготного Коровы гетерозиготного генотипа АТ

Элемент генотипа АА гена-TG5

М±т М±т

Условно эссенциальные элементы

В 7,874±0,005 7,944±0,472

Li 0,687±0,057 0,712±0,117

М 0,337±0,023 0,301±0,016

Si 12,180±1,341 15,090±0,662

Sr 15,212±1,515* 18,506±0,289

V 0,207±0,024 0,151±0,025

Токсичные элементы

А1 67,052±7,420* 41,104±8,297

As 0,083±0,004 0,070±0,005

Cd 0,010±0,001 0,012±0,001

^ 0,004±0,000** 0,002±0,000

РЬ 0,215±0,018 0,242±0,026

Sn 0,010±0,001 0,008±0,002

Для наглядной иллюстрации различия показателей элементного статуса у групп животных гомозиготного генотипа АА, гетерозиготного генотипа АТ и гомозиготного ТТ гена TG5 представлены на рисунке 1.

120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 -20,00 -40,00

¡111 т

"ИМ!!!

и <

— СУ го

^ о_ ^ со

Химические элементы

Рисунок 1 - Элементный профиль коров гомозиготного генотипа АА в сравнении со сверстницами гетерозиготного генотипа АТ и гомозиготного ТТ гена TG5

Обсуждение полученных результатов.

На эффективность производства продукции животноводства оказывают влияние множество факторов, одним из наиболее значимых является генетический потенциал животных. Использование информативных данных ДНК-маркеров позволяет вести отбор в раннем возрасте, а также характеризует полигенную природу наследования.

Разведение, селекция, генетика 47

Так, генотипирование стад по отдельным ДНК-маркерам даёт возможность создания групп животных, различающихся потенциалом продуктивности, качественным составом продукции, уровнем и направленностью обмена веществ и энергии в организме животных [11, 12].

В ходе наших исследований мы распределили стадо абердин-ангусской породы племзавода ООО «Суерь» Курганской области в соответствии с принадлежностью животных к разным генотипам по ДНК-маркеру TG5, играющему важную роль в регуляции липидного обмена у крупного рогатого скота. Таким образом, для эксперимента группы формировали из носителей 3 вариантов набора аллелей (АА, АТ, ТТ), каждый из которых характеризуется продуктивными и племенными особенностями.

В то же время имеются данные о том, что генотип также определяет характерный биоэлементный состав органов и тканей животных [13]. Определённый состав и соотношение химических элементов необходим живому организму для организации целого ряда физиологических функций и обменных процессов, дефицит некоторых из них приводит к снижению функциональных возможностей организма, что является последствием снижения продуктивности и даже заболеваниям

[14].

В связи с этим нами была поставлена задача диагностировать концентрацию отдельных биоэлементов в зависимости от генотипирования абердин-ангусского скота по ДНК-маркеру ти-реоглобулина (TG5). Нами установлено, что элементный статус исследуемого стада генетически детерминирован.

В частности, коровы гомозиготного варианта АА достоверно превосходили сверстниц по концентрации йода и селена. Связь биоэлементного статуса с генотипами АТ и ТТ подтверждается достоверным преимуществом их носителей по содержанию элементов йода на 5,4 % (Р<0,05) и селена - на 3,7 % (Р<0,05). Химические элементы йод и селен функционально тесно связаны между собой, так как второй входит в состав фермента йодтиронин дейодиназы, обеспечивающего трансформацию тироксина в трийодтиронин. Дефицит в организме животных этих двух микроэлементов может служить одним из главных факторов риска в провоцировании йододефицитных состояний [14]. Недостаток селена вызывает признаки гипотиреоидизма, в результате чего снижается уровень обменных процессов в организме и невозможна полная реализация генетического потенциала продуктивности животных [15]. Стабильный природный стронций, который нерадиоактивен, играет свою роль в ходе формирования костно-мышечных тканей молодого организма. Главное биологическое значение стронция состоит в его участии в процессах оссификации (формирования костной ткани), а также его накапливание происходит с возрастом и напрямую связано с характером питания.

Достоверная разница стронция на 17,8 % в пользу животных гетерозиготного генотипа позволила сделать выводы о том, что рацион питания, богатый кальцием, ведёт к незначительной задержке стронция в организме и, наоборот, недостаток кальция в рационе провоцирует накопление излишков стронция в организме животных.

Известно, что селен является антагонистом токсичных элементов [16]. Однако в нашем проведённом исследовании животные гомозиготного генотипа АА гена-TG5 имели преимущества над группой гетерозиготного генотипа АТ и гомозиготного ТТ по показателям селена на 3,7 %, а также по токсичным элементам алюминия на 3,1 %, и ртути - на 2 %, что противоречит вышеуказанному мнению. Нами выявлен коэффициент корреляции селена с алюминием и ртутью. Так, по первому соединению взаимосвязь составила г=0,425 (Р<0,05), по второму - г=0,532 (Р<0,05). Выявленная особенность исследований является результатом малой выборки коров гомозиготного генотипа АА гена.

Установленные особенности в элементном статусе коров-носителей разных генотипов по гену TG5, по нашему мнению, обусловлены различиями в уровне липидного обмена у животных.

48 Разведение, селекция, генетика

Выводы.

По результатам наших исследований по элементному статусу шерсти установлено, что у животных I группы - носителей желательного гомозиготного генотипа АА rern-TG5 более активен синтез обмена веществ относительно сверстниц II группы - гетерозиготного генотипа АТ гена TG5.

Следовательно, показатели элементного статуса шерсти могут служить дополнительным корректором при углублённой селекции высокопродуктивного мясного скота абердин-ангусской породы стада «ООО» Суерь Курганской области.

Исследования выполнены в соответствии с планом НИР на 2018-2020 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН

Литература

1. Мирошников С.А. Мясное скотоводство России: современное состояние и перспективы развития // Мясное скотоводство - приоритеты и перспективы развития: материалы междунар. науч.-практ. конф. / под общ. ред. чл.-корр. РАН С.А. Мирошникова. Оренбург, 2018. С. 33-34.

2. Каюмов Ф.Г., Шевхужев А.Ф. Состояние и перспективы развития мясного скотоводства в России // Зоотехния. 2016. № 11. С. 2-6.

3. Калашников Л.А. Современное состояние и проблемы использования методов анализа ДНК в генетической экспертизе племенных животных // Аграрная Россия. 2002. № 5. С. 30-40.

4. Зиннатова Ф.Ф., Зиннатов Ф.Ф. Роль генов липидного обмена (DGAT1, TG-5) в улучшении хозяйственно-полезных признаков крупного рогатого скота // Учёные записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Баумана. 2014. № 3. С. 164-168.

5. Verband der ausgewählten SNP mit Rahmen und Geschmack Panel bewertet die Qualität der Fleischqualität kommerzielle Rinderpopulation Aberdeen Angussie / J.L. Gill, S.C. Bischof, С. McCor-quodale, J.L. Williams und P. Wiener Würstchen // Genetics Selection Evolution. 2009. Band 41. P. 5458.

6. Genetic parameters for carcass and ultrasound traits in Hereford and admixed Simmental beef cattle: Accuracy of evaluating carcass traits / H. Su, B. Golden, L. Hyde, S. Sanders, D. Garrick // Journal of Animal Science. 2017 No. 95(11). P. 4718-4727. doi: 10.2527/jas2017.1865.

7. Accuracy of direct genomic breeding values for nationally evaluated traits in US Limousin and Simmental beef cattle / Mahdi Saatchi, Robert D. Schnabel, Megan M. Rolf, Jeremy F. Taylor, Dorian J. Garrick // Genetics Selection Evolution. 2012. 44(1). P. 166-182.

8. Габидулин В.М., Алимова С.А., Тарасов М.В. Влияние полиморфизма гена тиреоглобул-лина (TG5) на продуктивность стада мясного скота в ООО «Суерь» абердин-ангусской породы австралийской селекции в зоне Зауралья // Вестник мясного скотоводства. 2016. № 3(95). С. 21-26.

9. Габидулин В.М., Алимова С.А., Тюлебаев С.Д. Современные методы эффективного использования генофонда абердин-ангусского скота австралийской селекции с использованием ДНК-маркеров // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 2. С. 28-31.

10. Состояние аллельных форм генов CAPN1, CAST и сочитаемость разных линий в популяций брединского мясного типа симменталов / С.Д. Тюлебаев, М.Д. Кадышева, С.М. Канатпаев, В.Г. Литовченко // Вестник мясного скотоводства. 2017. № 2(98). С. 52-57.

11. Герасимов Н.П., Дубовскова М.П. Влияние полиморфизма ДНК-маркеров на химический состав говядины герефордских бычков // Повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на внутренних и внешних рынках: материалы Междунар. агро-пром. конгресса. СПб.: Экспофорум, 2017. С. 126-128

12. Дубовскова М.П., Герасимов Н.П. Формирование базы данных селекционных и генетических параметров с учётом полиморфизма ДНК-маркеров скота герефордской породы // Молочное и мясное скотоводство. 2017. № 5. С. 11-13.

13. Элементный статус коров мясного направления продуктивности в Оренбургской области / А.В. Харламов, А.Н. Фролов, О.А. Завьялов, И.В. Маркова // Животноводство и кормопроизводство. 2018. Т. 101. № 1. С. 51-58.

Разведение, селекция, генетика 49

14. Мирошников С.А., Лебедев С.В. Диапазон концентраций (референтные значения) химических элементов в теле животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 6(112). С. 241-243.

15. Решетник Л.А., Парфенова Е.О. Биогеохимическое и клиническое значение селена для здоровья человека // Микроэлементы в медицине. 2001. № 2. С. 2-8.

16. Selenium concentration in blood and hair of holstein dairy cows / G. Christodoulopoulos, N. Rou-bies, H. Karatzias, A. Papasteriadis // Biological Trace Element Research. 2003. Feb. 91(2). Р. 145-150.

Габидулин Вячеслав Михайлович, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник отдела разведения мясного скота ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-74, e-mail: vniims.or@mail.ru

Алимова Светлана Анатольевна, кандидат сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник отдела разведения мясного скота ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-74, e-mail: vniims.or@mail.ru

Салихов Азат Асгатович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры менеджмента и торгового дела Оренбургского филиала ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова», 460000, г. Оренбург, ул. Пушкинская, дом 53, тел.: 8(3532)77-66-40

Борисова Виктория Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий молочной лабораторией ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет», 460014, Оренбург, ул. Челюскинцев 18, тел.: 8(3532)77-93-28, тел.: 8-9226-20-12-22 e-mail: 89226201222@mail.ru

Климова Татьяна Андреевна, специалист-техник микробиологической лаборатории Испытательного центра ЦКП ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-39-97, е-mail: icvniims.or@mail.ru

Поступила в редакцию 12 ноября 2018 года

UDC 636.085:577.17:591.11

Gabidulin Vyacheslav Mikhaylovich1, Alimova Svetlana Anatolevna1, Salikhov Azat Asgatovich2, Borisova Victoria Vladimirovna3, Klimova Tatiana Andreevna1

1FSBSI «Federal Research Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences», e-mail: vniims.or@mail.ru

2 Orenburg Branch of the FSBEI HE «Russian Economic University named after G.V. Plekhanov»

3 FSBEI HE «Orenburg State Agrarian University», e-mail: 89226201222@mail.ru Hair elemental composition of cows depending on TG5 polymorphism

Summary. The study was performed to determine the genotypes depending on the TG5 gene polymorphism and its elemental status of hair on the Aberdeen-Angus cows of the herd of LLC Suyer LLC breeding plant in the Kurgan Region. It was revealed that, out of 100 studied cows, 10 (10 %) of animals were attributed to the homozygous AA genotype of TG5 gene and 90 (90 %) to AT and TT heterozygous genotype. It was established that ranked by the homozygous and heterozygous genotype cows differed by elemental status estimated by hair. Thus, cows of the homozygous group had significantly lower concentration of magnesium macrocell by 13.4 %, but also had significant excess over the herd mates of the heterozygous group by the following microelements: iodine - by 5.4 %, chromium - by 9.1 %, selenium - by 3.7 %. At the same time, the value of conditionally essential element strontium is significantly lower by 17.8 % and of toxic elements is reliably higher - aluminum by 3.1% and mercury - by 2 %. At the same time, cows of the homozygous AA-variant had significantly higher concentration of iodine and selenium in comparison to the herd mates. The relationship of the bioelement status with the AT and TT genotypes is confirmed by the significant excess of their carriers in the content of iodine elements by 5.4 % (P<0.05) and selenium - by 3.7 % (P<0.05). According to the results of the elemental composition of selected animals, no significant differences in the majority of chemical elements were revealed. Key words: beef cattle, Aberdeen Angus, DNA-marker, polymorphism, TG5 gene.