ДИАГНОСТИКА АЛЛЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНА POU1F1 ПРИ ОЦЕНКЕ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ КОРОВ ГОЛШТИНСКОЙ ПОРОДЫ

Гетманцева Л.В.¹, Аль-Дулайми Б.А.², Романец Т.С.³, Радюк Д.В.⁴, Михтоджова Ш.Д.⁵

¹ORCID: 0000-0003-1868-3148, Кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВО Донской государственный аграрный университет, ²ORCID: 0000-0001-7890-5166, магистрант, ³ORCID: 0000-0003-2421-8963, Аспирант, ⁴ORCID: 0000-0001-9123-431X, студент, ⁵ORCID: 0000-0002-1040-7379, студент

ДИАГНОСТИКА АЛЛЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНА POU1F1 ПРИ ОЦЕНКЕ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ КОРОВ ГОЛШТИНСКОЙ ПОРОДЫ

Аннотация

Статья посвящена изучению полиморфизма гена POU1F1 и его связи с молочной продуктивностью коров голштинской породы. В связи с этим у пятидесяти животных были отобраны образцы биологического материала. Для выделения геномной ДНК использовали коммерческие наборы. Анализ полиморфизма проводили по стандартной методике.

Результаты проведенных исследований показали, что фактор полиморфизма гена POU1F1 оказывает достоверное влияние на среднесуточный удой и удой за 305 дней лактации у коров голштинской породы. Также установлено, что наибольшее влияние на признаки оказывают аллели, а не генотипы.

Проведенные исследования дают основания полагать, что диагностика аллельных вариантов гена POU1F1 может быть использована в практической работе для отбора телок, генетически предрасположенных к наиболее высоким удоям молока.

Ключевые слова: голштинская порода, полиморфизма гена POU1F1, молочная продуктивность.

Getmantseva L.V.¹, Al-Dulaimi B.A.², Romanets T.S.³, Radyuk D.V.⁴, Mikhtodzhova Sh.D.⁵

¹ORCID: 0000-0003-1868-3148, PhD in Agriculture, FSBEI of Higher Education – Don State Agrarian University, ²ORCID: 0000-0001-7890-5166, master student, ³ORCID: 0000-0003-2421-8963, postgraduate student, ⁴ORCID: 0000-0001-9123-431X, student, ⁵ORCID: 0000-0002-1040-7379, student

DIAGNOSTICS OF ALLOY VARIANTS OF POU1F1 GENE AT THE ASSESSMENT OF DAIRY PRODUCTIVITY OF HOLSTEIN BREED COWS

Abstact

The authors study the polymorphism of the POU1F1 gene and its relation to the milk productivity of Holstein breed cows. As part of study the samples of biological materials were taken from 50 animals, commercial sets were used to isolate genomic DNA, and polymorphism was analyzed according to a standard procedure.The results of the studies showed that the polymorphism of the POU1F1 gene has a significant effect on the average daily milk yield and milk yield for 305 days of lactation in Holstein breed cows. The authors also found out that alleles, but not genotypes, have the greatest influence on the symptoms.The conducted studies allow to suggest that the diagnosis of allelic variants of the POU1F1 gene can be used in practical work to select heifers genetically predisposed to the highest milk yields.

Keywords: Holstein breed, POU1F1 gene polymorphism, milk productivity.

Изучение генетических основ селекционно-значимых признаков с.-х. животных, характеризующихся полигенным типом наследования, имеет принципиальное значение для эффективного развития отрасли животноводства. В селекционной работе необходимо использовать методы, позволяющие на ранней стадии определять животных с наилучшим генетическим потенциалом, обладающих не только высокой продуктивностью, но и способных стойко передавать данные качества потомству.

Новый этап анализа генетических основ количественных признаков связан с появлением метода полногеномного анализа ассоциаций (GWAS, англ. whole-genome associated study) и развитием технологии нового поколения секвенирования (NGS, англ. next generation sequencing technologies). В последние годы GWAS успешно применяется в изучении домашних животных: крупного рогатого скота, свиней, лошадей, собак, овец и кур и др. [1, С. 221-237]. Высокая плотность SNP маркеров позволяет точно идентифицировать связь между локусами, ограниченными SNP маркерами и признаками, учитывая неравновесие по сцеплению, локализовать целевые гены.

Несмотря на высокую эффективность и производительность метода GWAS, высокая стоимость реализации данного метода на сегодняшний день, выступает лимитирующим фактором его широкого распространения в селекционных программах. Альтернативным подходом в практической селекции могут служить мононуклеотидные замены (SNP, англ. Single nucleotide polymorphism), определенные в генах, которые связаны с селекционно-ценными признаками с.-х. животных. В связи с этим, особо актуальным в теоретическом и практическом отношении является исследование полиморфизма генов, способных выступить в качестве генетических маркеров молочной продуктивности коров.

Одним из генов, представляющих интерес в данном направлении, является ген гипофизарного фактора транскрипции (POU1F1). Факторы транскрипции представляют собой группу белков, способных взаимодействовать с регионами ДНК, расположенными в регуляторных областях генов, инициируя программу увеличения или уменьшения транскрипции [2, С. 203-210]. Гипофизарный фактор транскрипции регулирует экспрессию генов гормона роста (GH), пролактина (PRLR) и тиреотропного гормона (TSH) [3, С. 523-540]. У крупного рогатого скота ген POU1F1 (Gene ID: 282315) расположен в 1 хромосоме.

Целью работы является изучение полиморфизма гена POU1F1 и его связи с молочной продуктивностью коров голштинской породы, завезенных в племенные хозяйства Ростовской области РФ.

Материалы и методы

Молекулярно-генетические исследования проводили в лаборатории молекулярной диагностики и биотехнологии с.-х. животных ДонГАУ. Для оценки влияния полиморфизма гена POU1F1 на продуктивные качества коров была отобрана группа животных (n=50) с одинаковыми сроками первого отела (январь-февраль 2015 г.). Геномную ДНК выделяли из образцов крови. Кровь отбирали из подхвостовой вены в вакуумные пробирки с ЭДТА в количестве 1-2 мл. Для выделения геномной ДНК использовали наборы реагентов «DIAtomTMDNAPrep» (IsoGeneLab, Москва). Полиморфизм гена определяли методом ПЦР-ПДРФ.

Для амплификации фрагмента гена POU1F1 длиной 451 п.н. использовали олигонуклеотидные праймеры: F5ʹ-ААА ССА ТСА ТСТ ССС ТТС ТТ-3ʹ и R 5ʹ - ААТ GTA CAA TGT GCC TTC TGA G -3ʹ [4]. Режим амплификации: первый цикл 94°С - 5 мин; последующие 35 циклов – 94°С - 30с, отжиг 56°С - 30с, элонгация 72°С – 45с; заключительный цикл – 72°С -10 мин. Рестрикцию амплифицированного фрагмента проводили рестриктазой HinfI (ООО «СибЭнзим-М»). Размер продуктов рестрикции определяли методом электрофореза в 2%-м агарозном геле. Генотипу АА соответствовал один фрагмент длинной 451 п.н.; генотипу ВВ – два фрагмента 244- и 207 п.н. и генотипу АВ три фрагмента 451-, 244- и 207 п.н.

Исследования проводили на коровах-первотелках голштинской породы племенного хозяйства Ростовской области. Для оценки молочной продуктивности коров использовали данные документов первичного зоотехнического учета, племенные карточки коров 2-МОЛ, данные программы «Селэкс».

Учитывали следующие показатели: продолжительность лактации (дни); удой за 305 дней лактации (кг) и среднесуточный удой (кг). Для измерения статистического влияния полиморфизма гена на признаки использовали однофакторный дисперсионный анализ. Ген POU1F1 рассматривали как фактор с тремя градациями (генотипы АА, АВ и ВВ).

Результаты исследования

Молекулярно-генетические исследования коров голштинской породы показали полиморфизм гена POU1F1, обусловленный аллелями А и В. Наибольшую частоту в исследуемой группе коров имел аллель В и генотип ВВ (рис.1).

 

Рис. 1 – Частота аллелей и генотипов гена POU1F1

 

В течение периода лактации величина суточного удоя подвержена изменению. После отела суточные удои возрастают и достигают максимальных значений (конец первого – начало второго месяца) и постепенно снижаются к запуску. Графическое изображение хода лактации отражает особенности лактационной кривой, которые зависят от индивидуальных показателей. При изучении лактационных кривых коров, с учетом генотипов гена POU1F1, результаты показали, что за весь лактационный период коровы с генотипами АА и АВ имели более высокие среднесуточные удои, по сравнению с коровами, имеющими генотип АА (рис.2).

 

Рис. 2 – Лактационные кривые коров различных генотипов гена POU1F1

 

Результаты однофакторного анализа показали, что фактор полиморфизма гена POU1F1 достоверно влияет на среднесуточный удой коров и удой за 305 дней лактации (табл.). Наличие генотипа ВВ у коров, по сравнению с генотипом АА, связано с лучшими показателями среднесуточного удоя на 3,8 кг и удоя за 305 дней лактации на 1158,2 кг. Следует отметить, что не было различий между коровами генотипов ВВ и АВ. Мы предположили, что в данном случае наибольшее влияние на признаки оказывают не генотипы, а аллели. Для проверки нашей гипотезы фактор гена POU1F1 разбили на две градации (наличие аллеля В и отсутствие аллеля В) и в результате достоверность влияния фактора на анализируемые признаки (среднесуточный удой и удой за 305 дней лактации) достигла Р = 0,009.

Достоверных различий для лактационного периода и общего удоя за лактацию, связанных с полиморфизмом гена POU1F1, в исследуемой группе определено не было.

 

Таблица 1 – Показатели молочной продуктивности коров различных генотипов гена POU1F1

Генотип	Лактационный период, дн.	Общий удой за лактацию, кг	Среднесуточный удой, кг	Удой за 305 дн. лактации, кг
АА	380,00 ± 44,95	7484,61 ± 631,66	20,01 ± 0,75	6104,73 ±228,98
АВ	391,11 ± 22,97	9357,13 ± 600,31	23,93 ± 0,74	7299,5 ± 224,50
ВВ	375,64 ± 16,92	8949,81 ± 475,79	23,81 ± 0,69	7262,92 ± 212,17
P-значение	0,85	0,26	0,035	0,035

 

Проведенные исследования показали, что наличие аллеля В гена POU1F1 связано с более высокими удоями. Аналогичные результаты были получены при изучении влияния полиморфизма гена POU1F1 на молочную продуктивность коров красно-степной породы [4, С. 142-146], [5, С. 29-33]. Результаты исследований коров голштинской породы, разводимых в Иране, также показали влияние полиморфизма гена POU1F1 на удой за 305 дн. лактации, но с лучшими показателями продуктивности был связан гетерозиготный генотип АВ [6, С. 503-507]. В своей работе Jia X. с соавторами [7, С. 1359-1365] предпринимали попытку оценить совместное влияние генов POU1F1 и PRL на продуктивность молочных коров. Результаты показали влияние отдельно для каждого гена, но при совместном учете их влияние не суммировалось и эффект гена POU1F1 был более значимым.

Таким образом, исследования, проведенные в различных условиях, показывают достоверное влияние полиморфизма гена POU1F1 на молочную продуктивность коров и возможность его использования в качестве генетического маркера в селекционно-племенной работе молочного скотоводства.

Выводы

Проведенные исследования показали наличие полиморфизма гена POU1F1 у коров голштинской породы и его связь с признаками молочной продуктивности. С лучшими показателями среднесуточного удоя и удоя за 305 дней лактации связан аллельный вариант В гена POU1F1. Диагностика аллельных вариантов гена POU1F1 может быть использована в практической работе для отбора телок, генетически предрасположенных к высоким среднесуточным удоям.

Список литературы / References

1. Meuwissen T. Accelerating improvement of livestock with genomic selection / T. Meuwissen, B. Hayes, M. Goddard // Annu. Rev. Anim. Biosci. – 2013. – Vol. 1. - P. 221–237.
2. Chung H. Molecular cloning of Pit-1 cDNA from porcine anterior pituitary and its involvement in pituitary stimulation by growth hormone releasing / H. Chung, T. Kato, K. Tomizawa, Y. Kato // Exp Clin Endocrinol Diabetes. – 1998. - Vol. 106. - P. 203–210.
3. Cohen L. Role of Pit-1 in the gene expression of growth hormone, prolactin and thyrotropin / L. Cohen, F. Wondisford, S. Radovick // Endocrinol Metab Clin North Am. – 1996. Vol. 25. - P. 523–540.
4. Carsai T. The Polymorphism of Pituitary Factor 1 (POU1F1) in Cattle / T. Carsai, V. Balteanu, A. Vlaic, V. Cosier // Anim Sci and Biotech. – 2012. Vol. 45(1). - P. 142-146.
5. Leonova M.A. Genetic markers of cow milk productiveness of the red steppe breed / M.A. Leonova, L.V. Getmantseva, A.Yu. Kolosov, V.N. Pristupa // Science almanac of Black Sea region countries. – 2015. Vol. 1 (1). - P. 29-33.
6. Heidari M. Effect of polymorphic variants of GH, Pit-1, and beta-LG genes on milk production of Holstein cows / M. Heidari, M. Azari, S. Hasani, A. Khanahmadi, S. Zerehdaran // Rus. J. Genet. – 2012. Vol. 48. - P. 503–507. doi:10.1134/S1022795412040060
7. Jia X. Polymorphism of POU1F1 gene and PRL gene and their combined effects on milk performance traits in Chinese Holstein cattle / X. Jia, C. Wang, G. Yang, J. Huang, et al // Yi Chuan. – 2011. Vol. 33. - P. 1359-1365.