Генетическая характеристика голштинской породы крупного рогатого скота с использованием микросателлитных ДНК-маркеров

Генетическая характеристика голштинской породы крупного рогатого скота с использованием микросателлитных ДНК-маркеров

М.А. Часовщикова, д.с.-х.н., пофессор, ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья

Микросателлиты — это варьирующие участки или локусы в ядерной ДНК или ДНК органелл, состоящие из тандемно повторяющихся мономеров. Используются в качестве молекулярных маркеров при исследовании генетического разнообразия, принадлежности к популяции, родства, эволюционных процессов. Это сравнительно новая технология генетической экспертизы, которая стала популярной в девяностые годы XX века [1, 2]. Впервые она была применена в дактилоскопии ДНК и идентификации человека, но очень быстро вошла в область идентификации животных. Под руководством Международного общества генетики животных (ISAG) была создана панель из не менее 12 микросателлитных маркеров для контроля происхождения крупного рогатого скота, которая используется во всем мире. Эта панель включает следующие микросателлитные маркеры: BM 1814, BM 1818, BM 2113, ETH 3, ETH 10, ETH 225, IN RA 23, SPS 115, TGLA 53, TGLA 122, TGLA 126, TGLA 227 [2]. При исследовании ДНК в стадах крупного рогатого скота России используют панели, включающие 11—15 коротких тандемных повторов [3—6].

Цель работы заключалась в исследовании генетической структуры стада голштинской породы с использованием 15 микросателлитных маркеров ДНК.

Материал и методы исследования. Исследование микросателлитной ДНК проведены в 2018 г. в одном из племенных репродукторов по разведению голштинской породы крупного рогатого скота Тюменской области. В качестве биологического материала для выделения ДНК использовали образцы стабильной крови племенных нетелей голштинской породы (n = 35). Анализ ДНК и постановку полимеразной цепной реакции проводили согласно методическим рекомендациям по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве [7] в Центре геномных технологий государственного аграрного университета Северного Зауралья (г. Тюмень). Исследование микросателлитной ДНК проведено по 15 локусам. Набор маркеров включал следующие микросателлиты: BM 1818, BM 1824, BM 2113, CSRM 60, CSSM 66, ETH 3, ETH 10, ETH 225, ILST 6, INRA 23, SPS 115, TGLA 53, TGLA 122, TGLA 126, TGLA 227. Частота встречаемости аллелей, число информативных аллелей, наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, индекс фиксации Райта рассчитаны по общепринятым методикам [8, 9].

Результаты исследования. Проанализировав полиморфизм 15 локусов нуклеотидных последовательностей ДНК у нетелей голштинской породы, установили 102 аллеля, диапазон размеров которых варьировал от 81 до 288 Ьр. В изучаемых локусах идентифицировано от 4 до 13 аллелей. Среднее число аллелей на локус составляло 7,2 (табл. 1).

1. Характеристика полиморфизма микросателлитов

Число Число

Локус Аллели аллелей информативных

на локус аллелей на локус

BM 1818 258-270 6 3,3

BM 1824 178-188 4 3,0

BM 2113 125-143 6 3,3

CSRM 60 92-102 5 3,0

CSSM 66 181-197 7 4,3

ETH 3 117-129 5 3,7

ETH 10 209-225 8 5,3

ETH 225 140-152 11 3,7

ILST 6 288-296 5 3,5

INRA 23 200-218 8 5,0

SPS 115 248-260 6 3,3

TGLA 53 154-186 13 6,3

TGLA 122 143-183 11 6,7

TGLA 126 115-123 4 4,0

TGLA 227 81-103 9 9,0

X - 7,2 4,6

- 0,71 0,52

Общее число аллелей в локусах и их распределение по локусам является показателем вариабельности генетического потенциала популяции. Как правило, увеличение числа аллелей и их равномерное распределение по локусам указывает на повышение генетической вариабельности. В то же время чем больше в локусе аллелей, тем он более информативен для характеристики популяции. Среднее число информативных аллелей, характеризующее уровень полиморфности подконтрольного стада, составляло 4,6 ед. Из всех исследованных локусов минимальной полиморфностью обладали ВМ 1824 и СБЯМ 60 — 3,0 ед., а общее количество локусов с наименьшей, чем в среднем, информативностью равнялось 10. Наибольшей полиморфностью обладал локус TGLA 227 с уровнем 9,0 ед. В группу с наибольшей информативностью (5,0—6,7 ед.) также вошли локусы ШЯА 23, TGLA 53, TGLA 122 и ЕТН 10.

Частота встречаемости аллелей в исследуемом стаде голштинского скота колебалась от 0,014 до 0,600 (табл. 2).

Наибольшей частотой отличались аллели 102 (локус СБЯМ 60), 117 (ЕТН 3), 294 (^БТ 6) и 248 (локус БРБ 115) - 0,529-0,600. В свою очередь

2. Частота аллелей 15 микросателлитов, р

Локус Аллель Частота Локус Аллель Частота Локус Аллель Частота

258 0,014 117 0,529 162 0,086

262 0,443 121 0,043 166 0,071

BM 1818 264 0,043 ETH 3 125 0,100 168 0,100

266 0,414 127 0,086 170 0,043

268 0,071 129 0,243 TGLA 53 172 0,057

270 0,014 209 0,114 174 0,043

178 0,300 213 0,100 176 0,086

BM 1824 180 0,243 215 0,014 180 0,029

182 0,086 ETH 10 217 0,214 182 0,014

188 0,371 219 0,414 186 0,029

125 0,200 221 0,029 143 0,229

127 0,329 223 0,057 147 0,029

BM 2113 135 0,343 225 0,057 149 0,271

137 0,057 140 0,143 151 0,100

139 0,057 144 0,029 157 0,014

143 0,014 ETH 225 148 0,443 TGLA 122 159 0,071

92 0,186 150 0,314 161 0,129

96 0,086 152 0,071 163 0,043

CSRM 60 98 0,071 288 0,271 169 0,043

100 0,100 290 0,014 181 0,014

102 0,557 ILST 6 292 0,100 183 0,057

181 0,057 294 0,600 115 0,414

183 0,086 296 0,014 TGLA 126 117 0,471

185 0,057 200 0,014 121 0,071

CSSM 66 187 0,086 202 0,200 123 0,043

189 0,471 206 0,200 81 0,143

193 0,229 ШЕЛ 23 208 0,043 83 0,029

197 0,014 210 0,257 87 0,100

248 0,600 214 0,257 89 0,329

252 0,214 216 0,014 TGLA 227 91 0,100

SPS 115 254 0,029 218 0,014 95 0,100

256 0,114 154 0,014 97 0,086

258 0,029 TGLA 53 158 0,057 101 0,071

260 0,014 160 0,129 103 0,043

наименьшей частотой, от 0,014 до 0,043, характеризовались 30 аллей из 12 локусов.

В популяционно-генетических исследованиях важной составной частью является оценка гете-розиготности. Гетерозиготность возникает при слиянии разнокачественных гамет и наблюдается у организмов, гомологичные хромосомы которых имеют разные аллели гена. Известно, что гетерозиготность играет положительную роль в процессе адаптации, при повышении гетерозигот-ности животные приобретают ряд преимуществ, в том числе повышается жизнеспособность, что особенно важно для импортируемого поголовья, потомками которого является подконтрольная группа животных. В связи с этим нами представлена и проанализирована наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность (табл. 3).

Так, наибольшим уровнем наблюдаемой ге-терозиготности среди 15 исследуемых локусов характеризовался локус TGLA 227 — 0,905, наименьшим - ВМ 1824 и СБЯМ 60 - 0,667. В то же время ожидаемая гетерозиготность, которая по сути точнее отражает уровень аллельного разнообразия, была наибольшей по локусу TGLA 53 и составляла 0,941, а наименьшей — 0,556 по

локусу ^БТ6. Средний уровень фактической и ожидаемой гетерозиготности составлял 0,755 и 0,706 соответственно.

Для того чтобы установить отклонения гетерозиготных генотипов от теоретически ожидаемых рассчитали индекс фиксации, который показывает нехватку гетерозигот в популяции - при положительном выражении, или их избыток - при отрицательном выражении. В исследуемом стаде в среднем наблюдался незначительный избыток гетерозигот (-0,070). Анализируя каждый локус в отдельности, установили, что в большинстве из них наблюдался избыток гетерозигот. Недостаток гетерозигот отмечали лишь по трём локусам: ВМ 1824, ВМ 2113, 53. Таким образом,

подконтрольное поголовье нетелей голштинской породы характеризуется высокой степенью гете-розиготности, система случайного скрещивания в стаде преобладает над инбридингом.

Выводы. Исследование полиморфизма 15 ло-кусных микросателлитов показало, что в стаде голштинского скота среднее число аллелей на локус составляло 7,2 с числом информативных аллелей — 4,6. Максимальная частота встречаемости (р = 0,600) характерна для аллелей 248 и 294,

3. Гетерозиготность локусных микросателлитов

Локус Гетерозиготность Индекс фиксации

наблюдаемая ожидаемая

BM 1818 0,700 0,625 -0,120

BM 1824 0,667 0,706 0,056

BM 2113 0,700 0,727 0,038

CSRM 60 0,667 0,633 -0,054

CSSM 66 0,769 0,704 -0,092

ETH 3 0,727 0,642 -0,133

ETH 10 0,813 0,752 -0,080

ETH 225 0,727 0,678 -0,071

ILST 6 0,714 0,556 -0,284

INRA 23 0,800 0,785 -0,019

SPS 115 0,700 0,579 -0,208

TGLA 53 0,842 0,941 0,105

TGLA 122 0,850 0,834 -0,019

TGLA 126 0,750 0,599 -0,250

TGLA 227 0,905 0,826 -0,095

X 0,755 0,706 -0,070

0,019 0,028 -

расположенных в локусах SPS 115 и ILST 6 соответственно. Наиболее информативными, с точки зрения гетерозиготности, следует считать восемь локусов: BM 1824, BM 2113, CSSM 66, ETH 10, ETH 225, INRA 023, TGLA 53, TGLA 122, TGLA 227, которые характеризуются наибольшей ожидаемой полиморфностью и, следовательно, могут быть успешно использованы для установления происхождения.

Литература

1. Хабибрахманова Я.А. Генетическая характеристика голштинской породы с использованием микросател-литных маркеров / Я.А. Хабибрахманова, Л.А. Калашникова, Т.Б. Ганченкова [и др.] // Сборник научных трудов Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства. 2014. № 7. С. 511-516.

2. Brenig B., Schütz E. Recent development of allele frequencies and exclusion probabilities of microsatellites used for parentage control in the German Holstein Friesian cattle population // BioMed Central Genetics. 2016. URL: https://doi.org/10.1186/ s12863-016-0327-z (дата обращения: 15.02.19).

3. Стрекозов Н.И. Генетическая характеристика созданных типов скота бурой швицкой и сычевской пород с использованием полиморфизма микросателлитных локусов / Н.И. Стрекозов, Н.А. Зиновьева, П.В. Горелов [и др.] // Сельскохозяйственная биология. 2009. № 2. С. 10-15.

4. Гладырь Е.А. Изучение изменчивости микросателлитов при создании нового типа мясного скота Сибири / Е.А. Гладырь, Г.М. Гончаренко, П.В. Горелов [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 10. С. 30-32.

5. Долматова И.Ю. Характеристика аллелофонда башкирской популяции симментальского скота по микросателлитам / И.Ю. Долматова, П.В. Горелов, А.Д. Ильясов [и др.] // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2012. № 2. С. 52-54.

6. Часовщикова М.А., Шевелёва О.М. Генетическая характеристика крупного рогатого скота герефордской породы Тюменской области с использованием микросателлитных ДНК-маркеров // Вестник Иркутской ГСХА. 2018. № 88. С. 141-150.

7. Зиновьева Н.А., Попов А.Н., Эрнст Л.К. Методические рекомендации по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве. Дубровицы: ВИЖ, 1998. 47 с.

8. Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика. М.: Мир, 1988. 336 с.

9. Меркурьева Е.К. Генетические основы селекции в скотоводстве. М.: Колос, 1977. 174 с.

Рост и развитие чистопородных и помесных бычков

М.С. Прохорова, аспирантка, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; Н.В. Старцева, к.с.-х.н., ФКОУ ВО Пермский институт ФСИН России

Перед агропромышленным комплексом Российской Федерации стоит важная задача — стабильное обеспечение населения страны высококачественными, экологически чистыми и биологически полноценными продуктами питания. Это предполагает наращивание производства животноводческой продукции, в частности, говядины, являющейся источником полноценных белков [1—7].

Известно, что в настоящее время основные объёмы мяса получают при выращивании сверхремонтного молодняка молочных и комбинированных пород крупного рогатого скота, а также выбракованного из основного стада взрослого поголовья.

Наряду с этим имеющееся поголовье крупного рогатого скота в России не может обеспечить получение необходимых объемов мяса-говядины, чтобы полностью удовлетворить потребности населения в этом ценном продукте питания. Поэтому необходимо разработать комплекс мер по рациональному использованию имеющихся в отрасли

породных ресурсов. Перспективным направлением при этом является использование различного рода помесей, полученных при межпородном скрещивании скота лучшего отечественного и мирового генофондов [8—14].

Известно, что в России улучшение технологических свойств и продуктивных качеств чёрно-пёстрого скота проводится с использованием голштинской породы. При этом не всё полученное помесное маточное поголовье используется для ремонта стада. Кроме того, ежегодно по разным причинам выбраковывается часть маточного поголовья, которое отличается достаточно высокими репродуктивными качествами.

Эти животные могут с успехом использоваться в межпородном скрещивании. При удачном подборе пород при скрещивании помесный молодняк при интенсивном выращивании и откорме отличается высоким уровнем мясной продуктивности. В то же время необходима разработка оптимальных вариантов межпородного скрещивания и широкая их апробация.

Материал и методы исследования. Для изучения эффективности скрещивания коров чёрно-пестрой