Влияние воздействия генов CSN3 и LGB на показатели молочной продуктивности коров (обзор)

Влияние воздействия генов CSN3 И LGB на показатели молочной продуктивности коров (обзор)*

А.В. Харламов, д.с.-х.н., профессор, В.А. Панин, д.с.-х.н., ФГБНУ ФНЦ БСТРАН, В.И. Косилов, д.с.-х.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Цель представленного обзора заключается в выявлении основных стадий взаимодействия аллелей генов CSN3/P-LGB с их обладателем (особью). Поставлена задача детально рассмотреть вопросы, связанные с полиморфизмом сочетаний аллелей гена CSN3, P-LGB и PRL и их влиянием на молочную продуктивность коров.

В современной селекции является важным обнаружение полиморфизма совмещений участков гена, обнаруживающихся в процессе селекционной работы. Выявленный полиморфизм аллелей гена на уровне ДНК разрешает проводить тестирование аллелей маркерных генов, кроме молочных коров, ещё и быков, молодняка и популяции дикого скота. В результате анализа результатов изучения воздействия полиморфизма аллелей генов CSN3 и LGB на некоторые показатели молочной продуктивности коров, состав белка и качество молока, а также современных тенденций в геномной селекции коров молочного направления продуктивности с целью увеличения результативности отбора установлено, что основополагающим развитием тенденции методов геномной селекции является повышение точности племенной оценки коров [1—3].

Видимые внешние проявления генов являются зависимыми от совместимости генотипов. Например, в исследованиях ряда авторов [4, 5] выявлена выраженная межпородная дифференциация по количеству аллелей «молочных» генов. Частота встречаемости статистически достоверно определена более высокой у коров молочных пород в сравнении с коровами пород двойного направления продуктивности. Тем не менее у многих особей молочных пород не выявляется связи между наличием желательных аллелей «молочных» генов по различным локусам. Характеристика показателей молочной продуктивности пород с различным сочетанием генотипов позволяет делать прогноз молочной продуктивности конкретных популяций. При условии соответствующего подбора отцов и матерей желательные гены и их комбинации смогут вовлекаться в действительный селекционный процесс, что будет способствовать скапливанию в популяции или стаде особей с желательными генотипами и, как результат, увеличению показателей молочной продуктивности. При всём том изменение генного равновесия является нежелательным в плане снижения количества характерных аллелей,

воздействующих на адаптационную способность коров. Применение молекулярно-генетических методов раннего прогнозирования величины и направленности продуктивных качеств особи увеличивает темпы селекционного прогресса на половину и способствует получению существенного экономического эффекта [6]. При выполнении исследования на коровах голштинской породы канадской селекции выявлено 30 комбинированных генотипов CSN, BLG, PRL и GH, отмечается большее количество случаев встречаемости генотипа АА, АВ, АА, УУ (17%) [7].

Самого большого внимания заслуживают ДНК-маркеры локусов количественных признаков При этом более важной является оценка коров по генетическим маркерам, объединенным с QTL для качеств, проявляющихся на поздних стадиях в фенотипе или лишь у особей одного пола, и так же для качеств, величина проявления которых зависит в основном от внешних факторов. Кроме того, ген «типирование коров» способствует оценке состояния генетической структуры популяции и уровня единообразия [8, 9].

В процессе исследования коров симментальской и некоторых других пород по некоторым генам GH, PRL, CSN3 было выявлено 26 комплексных генотипов в группе бестужевских коров (п=250), в группе чёрно-пёстрых коров (п=250) выявлено 22 генотипа, в группе симментальских особей (п=100) — 31. Установлено, что у чёрно-пёстрых особей частота встречаемости генотипов АА/АА и LV/СD зафиксирована самой высокой (15,2—17,4%), а у бестужевских и симментальских особей частота встречаемости генотипов LV/СD и АВ/АА составила от 8,1 до 13,4% [10]. Обнаружено что более подходящим способом при генотипиро-вании полиморфных генов считается ПЦР, завершающаяся дальнейшим анализом полиморфизма длин рестрикционных фрагментов. Основой ПЦР является экозона ГУ [11—13].

При выполнении изучения показателей молочной продуктивности помесных коров (чёрно-пёстрая х голштинская), имеющих разные комбинации генотипов CSN3, LGB, выявлена большая продолжительность лактации у индивидуумов, имевших совмещение генотипов АВ/АВ — 298 сут. и АВ/ВВ — 301 сут. [14]. Продолжительность лактации у них оказалась больше на 2—10 сут. в сравнении с обладательницами генотипов CSN3, LGB. В другом исследовании оценивались генетические параметры основных молочных белков с использованием двумерных и многозначных

* Исследование выполнено в соответствии с планом НИР на 2019 — 2021 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН

моделей, основанных на геномных отношениях между коровами. Рассмотрение охватывало кроме общего процентного содержания белка ещё и состав: S1-казеин (Ш), S2-CN, р-С^ к-Ш, а-лактальбумин и Р-лактоглобулин, а также к-CN и а S1-CN-8P. Оценки наследуемости (модель с несколькими признаками) изменялись от низких (0,05 для Р-С^ до высоких (0,78 для к-С^. Генетические корреляции между молочными белками и процентом общего молочного белка в целом были низкими, что указывает на возможность изменения состава белка путём селекционного процесса с небольшим влиянием на общий процент белка молока [15]. Следует отметить, что только в ряде ранее опубликованных исследований оценивались генетические параметры конкретных белков молока [16, 17] и их посттрансляционные подформы [18]. И ещё, что более существенно, ни в одном из предыдущих исследований не были оценены генетические параметры профиля молочного белка с использованием анализа с несколькими признаками. В исследованиях на костромской породе коров, обладавших комплексным генотипом CSN3, bPRL, bGH, было обнаружено, что обладавшие генотипом АВ, АА, животные выделяют молоко, содержащее более высокий процент жира относительно коров — носительниц генотипов АВ/АА^ и ВВ/АА^ [19].

Результативность селекционного процесса в отрасли молочного скотоводства на нынешнем периоде её формирования определяется комплексным использованием в ней передовых методов ДНК-технологии [20]. В последнее время образцом потенциальных маркеров молочной продуктивности коров служат аллели генов P-LGB (бета-лактоглобулин), PRL (пролактин) и CSN (казеины), которые являются основными белками молока [21]. Основным сывороточным белком молока коров является P-LGB. Бета-лактоглобулин относится к кислотоустойчивым белкам молока, в нормальном состоянии обладающим рН = 6,5. Данный белок находится в молоке в виде дисперсии. В процессе понижения или повышения показателя рН совершается расщепление P-LGB [20].

В большинстве стран мира продукты, изготовляемые из молока, — это важный источник животного белка в рационе населения. Основными белками коровьего молока считаются казеин (С^, аС1-, аС2-, Р-, и К-С^ находящиеся в относительном соотношении 4:1:4:1 (ж/б). В составе молока присутствуют два сывороточных белка: Р-ЛГ (Р-лактоглобулин) и а-Ла (а-лактальбумин), которые находятся во взаимном сооношении 3: 1(ж/б) в молоке [21—23]. Общий доход, зависящий от содержания количества белка в молоке, является важной частью в системе оплаты за молоко, и поэтому изучение белкового состава молока в зависимости от генотипа было включено в задачи развития молочного скотоводства [24]. Много-

образные генетические комбинации генов CN оказывают воздействие на количественное содержание CN в составе молока, а также на показатели сыропригодности молока [25—27]. Обнаружено при проведении исследования, что образцы молока с низкой коагулирующей способностью получены от коров датской голштинской и датской джерси пород, обладающих преобладающей комбинацией генотипов BB при a S1-CN, A2/A2 при ß-CN и AA при K-CN [28]. Также при проведении исследований обнаружено, что как количество содержащихся в молоке специфических казеиновых белков, так и их посттрансляционных модификаций оказывают огромное воздействие на его коагуляционные свойства [26, 29]. Поэтому детальное исследование структуры молочного белка привлекло повышенное внимание многих исследователей.

Первоначальное строение белков коровьего молока заключается цепью из 162 аминокислот. Последующий фрагмент белков сформирован ß-складчатыми слоями, a-спиралями а также неуправляемыми структурами [30]. Структурное строение фракции ß-лактоглобулина является достаточно сложным строением. В нём складчатыми слоями в форме линий представлены ß-фракции, а спиралью — a-фракции [31]. Молочный белок ß-лактоглобулин считается липокалиновым белком [32].

В процессе проведения эксперимента исследователями определено, что LGB активно воздействует на перенос ретинола, а также жирных кислот. ß-лактоглобулин активизирует протекание метаболизма липидов [33, 34], напрямую воздействуя на пассивную передачу иммунитета телятам [35].

Кроме того, обнаружена повышенная активность А-аллели гена ß-LGB при сравнении с В-аллелью в отношении Staphylococcus aureus и Streptococcus uberis [36]. Изучая структуру гена ß-LGB молочных коров, был сделан вывод, что ген ß-LGB молочного скота располагается в одиннадцатой хромосоме, составлен из семи экзонов и шести интронов [37].

Вывод. Результаты обзора исследований свидетельствуют о возросшем интересе к поиску генов, определяющих молочную продуктивность коров, и использованию методов геномного редактирования с целью создания молочного скота с выраженным эффектом увеличения молочной продуктивности и качества молока. В этой связи гены CSN3 и LGB перспективны для дальнейшего изучения у коров молочных пород, разработки надёжных праймеров и их использования при генотипи-ровании молочного скота. Особую актуальность выполнение исследований в области геномной селекции коров молочных пород приобретает в природно-климатических условиях Оренбургской области, так как ранее подобных исследований на популяции разводимого в регионе молочного скота не проводилось.

Литература

1. Lund M.S. A common reference population from four European Holstein populations increases reliability of genomic predictions / M.S. Lund, A.P. Roos, A.G. Vries [et al] // Sel. Evol. 2011, P. 43:43.

2. Gengler N. Capitalizing on fine milk composition for breeding and management of dairy cows / N. Gengler, H. Soyeurt,

F.Dehareng [et al] // Journal of Dairy Science. 2015. № 99(5). P. 4071-4079.

3. Zhou L. Genomic predictions based on ajoint reference population for the Nordic Red cattle breeds / L. Zhou, B. Heringstad,

G. Su [et al] // J. Dairy Sci. 2014. № 97(7). P. 4485-4496.

4. Харченко П.Н., Глазко В.И., Ванюшин Б.Ф. ДНК-технологии в развитии агробиологии. М., 2006. С. 38-43.

5. Бейшова И.С., Траисов Б.Б., Косилов В.И. Влияние парных сочетаний генов гормона роста и инсулиноподобного фактора роста-1 на признаки мясной продуктивности скота аулиекольской породы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 4 (72). С. 267-271.

6. Бейшова И.С., Траисов Б.Б., Косилов В.И. Ассоциация snabi-полиморфизма гена инсулиноподобного фактора-1 (bigf-1) с мясной продуктивностью крупного рогатого скота аулиекольской породы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 3 (71). С. 221-226.

7. Бейшова И.С. Влияние полиморфизма генов соматотро-пинового каскада на мясную продуктивность казахской белоголовой породы / И.С. Бейшова, Т.В. Поддудинская, Б.Б. Траисов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 2 (70). С. 194-199.

8. Бейшова И.С. Оценка ассоциации парных сочетаний полиморфных вариантов генов соматотропинового каскада bpit-1, bgh, bghr и bigf с мясной продуктивностью крупного рогатого скота аулиекольской породы казахстанской селекции / И.С. Бейшова, Е.В. Белая, В.П. Терлецкий [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 1 (69). С. 160-164.

9. Стрекозов Н.И. , Зиновьева Н.А., Горелов П.В. Генетическая характеристика созданных типов скота бурой швицкой и сычёвской пород с использованием полиморфизма микро-сателлитных локусов // Сельскохозяйственная биология. 2009. № 2. С. 10-15.

10. Ильясов А.Г. Влияние различных сочетаний полиморфных вариантов гена каппа-казеина, пролактина и соматропина на молочную продуктивность крупного рогатого скота // Актуальные проблемы генетики и молекулярной биологии. Уфа, 2012. С. 146-153.

11. Denicourt, D., Sabour M. Detection of bovine k-casein genomic variants by the polymerase chain reaction method. Anim. Genet. 1990. № 21. P. 215-216.

12. Medrano, F.J., Cordova A.E. Genotyping of bovine k-casein loci following DNA sequence amplification // Biotechnology. 1990. № 8. Р. 144-146.

13. Barroso, A., Dunner S., Canon J. Detection of Bovine kappa-casein variants A, B, C and E by means of polymerase chain reaction-single strand conformation polymorphism (PCR-SSCP) // J. Anim. Sci. 1998. № 76 (6). P. 1535-1538.

14. Ахметов Т.М., Тюлькин С.В., Валиуллина Э.Ф. Генотипиро-вание коров по локусам каппа казеина, бета-лактоглобулина и BLAD-мутации // Учёные записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины. 2011. № 5. С. 11-17.

15. Gebreyesus G.Short communication: Multi-trait estimation of genetic parameters for milk protein composition in the Danish Holstein / G. Gebreyesus, M.S. Lund, L. Janss [et al.] // Journal of dairy science. 2016. № 99 (4). Р. 2863-2866.

16. Schopen G.C. Genetic parameters for major milk proteins in Dutch Holstein-Friesians / G.C. Schopen, J.M. Heck, H. Bovenhuis [et al] // J Dairy Sci. 2009. № 92(3). Р. 1182-91.

17. Bonfatti V. P. Genetic analysis of detailed milk protein composition and coagulation properties in Simmental cattle.) / V. Bonfatti, A. Cecchinato, L. Gallo [et al] // J. Dairy Sci. 2011, № 94. Р. 5183-5193.

18. Bijl E. Factors influencing casein micelle size in milk of individual cows: genetic variants and glycosylation of k-casein / Bijl E., de Vries R., van Valenberg H. Gallo [et al] // Int Dairy J. 2014, 34:135-41.

19. Перчун А.В. Полиморфизм генов CSN3, bPRL и bGH у коров костромской породы в связи с показателями молочной продуктивности // Фундаментальные исследования. 2012. № 11-2. С. 304-308.

20. Kontopidis G., Holt C., Sawyer L.M. Lactoglobulin: Binding Properties, Structure and Function // Journal of Dairy Science. 2004. № 87. Р. 785-796.

21. Walstra P. Casein sub-micelles: Do they exist // Int Dairy J. 1999. № 9. Р. 189-92.

22. Farrell Jr H.M. Nomenclature of the proteins of cows' milk-sixth revision / Jr H.M. Farrell, R. Jimenez-Flores, G.T. Bleck // J Dairy Sci. 2004. № 87(6). Р. 1641-1674.

23. Fox P.F. Milk: An overview. Burlington: Elsevier Inc, 2009. P. 1-54.

24. Team avlsvurdering, http://www.nordicebv.info/ wp content/ uploads/ 2015/04/ General-description_from-old-home-page_06052015.pdf. 2013.

25. Caroli A.M., Chessa S., Erhardt G.J. Invited review: milk protein polymor-phisms in cattle: effect on animal breeding and human nutrition // J Dairy Sci. 2009. № 92 (11). Р. 5335-5352.

26. Jensen H.B. Milk protein genetic variants and isoforms identified in bovine milk representing extremes in coagulation properties. / Jensen H.B., Holland J.W., Poulsen N.A. [et al] // J Dairy Sci. 2012. № 95(6). Р. 2891-2903.

27. Gustavsson F. Effects of breed and casein genetic variants on protein profile in milk from Swedish Red, Danish Holstein, and Danish Jersey cows / F. Gustavsson, A.J. Buitenhuis, M. Johansson [et al] // J Dairy Sci. 2014. № 97(6). Р. 3866-3877.

28. Poulsen N.A., Bertelsen H.P., Jensen H.B. The occurrence of noncoagulating milk and the association of bovine milk coagulation properties with genetic variants of the caseins in 3 Scandinavian dairy breeds / N.A. Poulsen, H.P. Bertelsen, H.B. Jensen [et al] // J Dairy Sci. 2013. № 96(8). Р. 4830-4842.

29. Jensen H.B. Genetic variation and posttranslational modifications of bovine k-casein: Effects on caseino-macropeptide release during renneting / H.B. Jensen, K. Pedersen, L.B. Johansen [et al] // J Dairy Sci., 2015. № 98. Р. 747-58.

30. Papiz M.Z. The structure of в-lactoglobulin and its similarity to plasma retinol-binding protein / M.Z. Papiz, E. Sawyer, E.E. Eliopoulos [et al] // Nature. 1986, № 324. Рр. 383-385.

31. Kontopidis G., Holt C., Sawyer L.M. Lactoglobulin: Binding Properties, Structure and Function // Journal of Dairy Science. 2004. № 87. Р. 785-96.

32. Flower D.R. The lipocalin protein family: structure and function. // Biochemistry Journal. 1996. № 318. Р. 1-14.

33. Puyol P. Interaction of bovine beta lactoglobulin and other bovine and human proteins with retinol and fatty acids / P. Puyol, M.D. Perez, M. Ena // J. Agricultural Biological Chemistry. 1991. № 10. Р. 49-62.

34. Perez M.D., Calvo M. Interaction of-lactoglobulin with retinol and fatty acids and its role as a possible biological function for this protein: a review // Journal of Dairy Science. 1995. № 78. P. 978-988.

35. Ouwehand A.C. Inhibition ofpathogen adhesion by-lactoglobulin / A.C. Ouwehand, S.J. Salminen, M. Skurnik [et al] // International Dairy Journal. 1997. № 7. Р. 685-692.

36. Chaneton L., Pirez S6ez J.M., Bussmann L.E. Antimicrobial activity of bovine в-lactoglobulin against mastitis-causing bacteria // J. Dairy Sci. 2011. № 94. Р. 138-145.

37. Martin P. The impact of genetic polymorphisms on the protein composition of ruminant milks / P. Martin, M. Szymanowska, L. Zwierzcowski [et al] // Reproduction Nutrition Development. 2002. № 42. Р. 433-459.