АЛЛЕЛЬНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ CSNЗ И CSN2 У БЫКОВ-ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ МОЛОЧНЫХ ПОРОД

АЛЛЕЛЬНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ CSNЗ И CSN2 У БЫКОВ-ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ МОЛОЧНЫХ ПОРОД

Научная статья

Подречнева И.Ю.^1, *, Щеголев П.О.², Белокуров С.Г.³

^{1, 2, 3} ФГБОУ ВО Костромская государственная сельскохозяйственная академия, Караваево, Россия

* Корреспондирующий автор (irina-podrechneva017[at]rambler.ru)

Аннотация

В статье приведены результаты сравнительного анализа частот аллелей и генотипов по генам CSNЗ и CSN2. Высокая частота желательного генотипа CSNЗ^ВВ встречается среди бурых пород – джерсейской, бурой швицкой и костромской – от 0,4000 у быков костромской до 0,6933 у джерсейской породы. Оценка распространения желательного генотипа CSN2^А2А2 показала, что лидируют две породы – швицкая и костромская с частотой встречаемости генотипа 0,9090 и 0,6250 соответственно. Удой дочерей быков-производителей с комплексными генотипами – CSNЗ^ВВ CSN2^А2А2 и  CSNЗ^АВ CSN2^А2А2 был выше, чем у сверстниц на 455 и 474 кг (Р<0,05) молока соответственно. Таким образом, быки с данными комплексными генотипами являются наиболее ценными в селекционном отношении. Анализ распространения желательных комплексных генотипов – CSNЗ^ВВ CSN2^А2А2 и  CSNЗ^АВ CSN2^А2А2 у быков-производителей восьми пород показал, что лидируют две породы – швицкая и костромская с частотой встречаемости генотипов – 0,7273 и 0,5000 соответственно. Следует отметить костромскую породу крупного рогатого скота, которая является одной из лучших отечественных пород. Именно акцент на сыропригодность и диетические свойства молока костромских буренок дает возможность сохранить эту ценную, малочисленную отечественную породу.

Ключевые слова: быки-производители, полиморфизм, ген CSNЗ, ген CSN2, частота встречаемости, молочная продуктивность.

ALLEAL POLYMORPHISM OF CSN3 AND CSN2 GENES MILK-BREEDING BULLS

Research article

Podrechneva I.Y.^1, *, Schegolev P.O.², Belokurov S.G.³

^{1, 2, 3}  Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education Kostroma State Agricultural Academy, Karavaevo, Russia

* Corresponding author (irina-podrechneva017[at]rambler.ru)

Abstract

The article presents the results of a comparative analysis of the frequencies of alleles and genotypes for the CSN3 and CSN2 genes. The high frequency of the desired CSNZVV genotype is found among brown breeds - Jersey, Brown Schwyz and Kostroma - from 0.4000 in Kostroma bulls to 0.6933 in Jersey. Assessment of the distribution of the desired genotype CSN2^A2A2 showed that two breeds are leading - Schwyz and Kostroma with a frequency of occurrence of the genotype 0.9090 and 0.6250, respectively. The milk yield of the daughters of manufacturing bulls with complex genotypes - CSNЗ^ВВ CSN2^А2А2 and CSNЗ^АВ CSN2^А2А2 was higher than that of peers by 455 and 474 kg (P <0.05) of milk, respectively. Thus, bulls with these complex genotypes are the most valuable in breeding terms. Analysis of the distribution of the desired complex genotypes - CSN3^ВВ CSN2^A2A2 and CSN3^АB CSN2^A2A2 among bulls of eight breeds showed that two breeds are leading - Schwyz and Kostroma with genotype frequencies of 0.7273 and 0.5000, respectively. It should be noted the Kostroma breed of cattle, which is one of the best domestic breeds. It is the emphasis on the cheese suitability and dietary properties of milk from Kostroma cows that makes it possible to preserve this valuable, small domestic breed.

Keywords: manufacturing bulls, polymorphism, CSN3 gene, CSN2 gene, frequency of occurrence, milk productivity.

В странах с развитым молочным скотоводством внедрена оценка животных, особенно быков-производителей по генам, контролирующим синтез белков молока. Принимая во внимание современные тенденции селекции крупного рогатого скота с точки зрения технологических свойств молока, информация о генотипах аллелей молочных белков является существенным фактором, который должен быть учтен в селекционной работе, особенно в стратегии выбора быков-производителей [3].

 Каппа-казеин (CSNЗ) – одна из фракций казеина и ген, контролирующий его образование в молоке, имеет 10 аллельных вариантов из которых выделено два, встречающихся наиболее часто – А и В, в трех различных сочетаниях генотипов – АА, АВ, ВВ. При производстве сыра из молока коров с генотипом CSNЗ ^ВВ, время коагуляции было короче на 24%, консистенция сгустка была лучше, а выход готовой продукции на 6% больше, чем при производстве сыра из молока коров, несущих гомозиготный генотип CSNЗ ^АА.

В последнее время все чаще исследователи обращают внимание на бата-казеин (CSN2),  его роль менее известна зоотехникам. Бета казеин имеет в составе 209 аминокислот как минимум в 12 вариантах.  В результате точечной мутации в VII экзоне гена бета-казеина (хромосома 6) замена цитозина на аденин привела к конверсии пролина (аллель А2, кодон ССТ) на гистидин (аллель А1, кодон САТ). На основании этой изменчивости молоко делится на две группы – А1 и А2 [10]. Считается, что данная мутация возникла около 5000 лет назад и широко распространилась в раз­личных породах крупного рогатого скота. Исследования, проведенные в 19 странах (Великобритания, Финляндия, Ирландия, Швеция, Дания, Фран­ция, Германия, Исландия, Норвегия, Австрия, Швейцария, США, Япония, Израиль, Австралия, Новая Зеландия, Венгрия, Венесуэла и Канада) показали, что существует связь между потреблением β-казеина А1 и различными заболеваниями [6], [7], [9].

При расщеплении ферментами ЖКТ молока, содержащего фракцию бета-казеина А1 (полученного от коров с иными от А2А2 генотипами), образуется пептид р – казоформин 7 (ВСМ7) в значительно большем количестве, чем при соответствую­щем расщеплении молока, содержащего фракцию р-казеина А2 (полученного от коров с генотипом А2А2). Более высокий уровень опиоидного пептида ВСМ7 связан с более высокими показателями заболеваемости ишемической болезнью сердца, нев­рологическими расстройствами, такими как аутизм и шизофрения; ВСМ-7 – возможная причина неожиданного синдрома младенческой смерти. [8].

 В исследовании проанализированы данные по 142 быкам-производителям молочных и молочно-мясных пород, представленных на официальных сайтах АО «Головной центр по воспроизводству сельскохозяйственных животных» и ОАО «Ярославское по племенной работе» и имеющих оценку по генам CSNЗ и CSN2.

Результаты обработаны методом вариационной статистики с использованием программных возможностей «Microsoft Excel 2010».

Частоту генотипов рассчитывали по формуле:

где p – частота генотипа; n – количество особей, имеющих определённый генотип, N – общее число особей. Частоту аллелей рассчитывали по формуле:

где p – частота аллеля A,

q – частота аллеля B,

nAA, nAB,  nBB – число особей с данным  генотипом,

N – общее число особей.

Данные по распространению генотипов каппа-казеина у быков-производителей восьми молочных пород приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Полиморфизм гена CSN3 у быков-производителей пород молочного направления продуктивности

Порода	Частота встречаемости генотипов и аллелей CSN3
	генотипы			аллели
	АА	АВ	ВВ	А	В
Черно-пестрая (n=17)	0,5294	0,4706	–	0,7647	0,2352
Голштинская (n=92)	0,5000	0,3587	0,1413	0,8044	0,1956
Айширская (n=20)	0,8000	0,2000	–	0,8000	0,2000
Симментальская (n=18)	0,5556	0,3889	0,0555	0,7778	0,2222
Ярославская (n=39)	0,6154	0,2820	0,1026	0,8205	0,1795
Джерсейская (n=13)	0,0769	0,2308	0,6923	0,1538	0,8462
Бурая швицкая (n=16)	0,1875	0,3125	0,5000	0,3437	0,6563
Костромская (n=10)	–	0,6000	0,4000	0,3000	0,7000

 

Оценка племенных ресурсов быков-производителей по гену CSN3 показала, что наибольшая частота желательного генотипа ВВ встречается среди бурых пород – джерсейской, бурой швицкой и костромской – от 0,4000 у быков костромской до 0,6933 у джерсейской породы. Следует отметить, что у быков-производителей костромской породы не выявлено животных, гомозиготных по аллелю А. У быков черно-пестрой, голштинской, айширской, симментальской и ярославской пород преобладает генотип CSN3^АА, с частотой встречаемости от 0,5000 в голштинской до 0,800 в айширской породе. Частота распространения аллеля А варьирует у этих пород – от 0,7647 в черно-пестрой породе до 0,8205 в ярославской породе. В то время как гетерозиготный желательный генотип CSN3 ^ВВ имеет низкую частоту встречаемости от 0,0555 в симментальской до 0,1413 в голштинской породе. Из 20 быков-производителей айширской породы не выявлено животных с генотипом CSN3 ^ВВ.

В последнее время интерес селекционеров направлен на изучение полиморфизма гена CSN2, так как он может повлиять на закупочную цену молока. На волне интереса к молоку А2 многие племенные предприятия стали определять генотип быков-производителей по гену CSN-2 (гену белка β-казеина). Данные по встречаемости аллельных вариантов гена CSN2 у быков-производителей восьми пород приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Полиморфизм гена CSN2 у быков-производителей пород молочного направления продуктивности

Порода	Частота встречаемости генотипов и аллелей CSN2
	генотипы			аллели
	А1А1	А1А2	А2А2	А1	А2
Черно-пестрая (n=13)	0,1538	0,7696	0,0769	0,5385	0,4615
Голштинская (n=92)	0,1315	0,3815	0,4870	0,3224	0,6776
Айширская (n=11)	0,3636	0,3636	0,2728	0,5454	0,4546
Симментальская (n=7)	0,4285	0,4285	0,1430	0,6429	0,3571
Ярославская (n=8)	0,5000	0,3750	0,1250	0,6875	0,3125
Джерсейская (n=13)	0,1540	0,5384	0,3076	0,4231	0,5769
Бурая швицкая (n=11)	0,0910	–	0,9090	0,0909	0,9091
Костромская (n=8)	–	0,3750	0,6250	0,1875	0,8125

 

Оценка распространения желательного генотипа CSN2^А2А2 среди быков-производителей молочного направления продуктивности показала, что лидируют две породы – швицкая и костромская, с частотой встречаемости – 0,9090 и 0,6250 соответственно. Это дает возможность быстрого получения стад с желательным генотипом CSN2^А2А2.

Если же принять во внимание частоту распространения аллеля А2 у быков-производителей разных пород, то  выше – у швицкой породы (0,9091), костромской (0,8125) и голштинской (0,6776).

Однако следует признать, что получение стад, полностью состоящих из коров с желательными комплексными генотипами – CSNЗ^АВ CSN2^А2А2 и  CSNЗ^ВВ CSN2^А2А2, это длительная и трудоёмкая зоотехническая работа. В связи с этим необходимо ответить на вопрос: возможно ли отбирать гетеро- и гомозиготных животных по гену CSN 3 и гомозиготных по гену CSN 2, не ухудшая при этом молочную продуктивность?

Для ответа на этот вопрос нами проанализирована разность по продуктивности между дочерьми быков- производителей с разными генотипами и их сверстницами (рис. 1).

Рис. 1– Средняя разность по удою между дочерьми быков-производителей  разных генотипов и их сверстницами

 

На рисунке видно, что только у дочерей быков с генотипами CSNЗ^ВВ CSN2^А2А2 и CSNЗ^АВ CSN2^А2А2 разность по удою по сравнению со средним значением по всем генотипам была выше на 455 и 474 кг (Р<0,05) соответственно.

Таким образом, быки с данными генотипами являются наиболее ценными в селекционном отношении. После определения желательных генотипов по генам CSNЗ и CSN2 возникает вопрос: в каких молочных породах крупного рогатого скота данные генотипы преобладают (табл. 3)?

 

Таблица 3 – Частота комплексных генотипов по генам CSNЗ и CSN2

Порода	Частота генотипов  по генам  CSNЗ / CSN2
	АА			АВ			ВВ
	А1А1	А1А2	А2А2	А1А1	А1А2	А2А2	А1А1	А1А2	А2А2
Черно-пестрая (n=13)	0,0770	0,3076	0,2038	–	0,4116	–	–	–	–
Голштинская (n=92)	0,0790	0,0391	0,0131	0,1579	0,1579	0,0657	0,2235	0,1710	0,0928
Айширская (n=11)	0,1428	–	–	–	0,5714	–	0,2858	–	–
Симментальская (n=7)	0,1428	–	0,1428	0,1428	0,4286	–	0,2858	–	–
Ярославская (n=8)	0,1250	–	–	0,2500	0,3750	–	0,1250	–	0,1250
Джерсейская (n=13)	–	–	0,0770	–	0,0770	0,1538	0,1538	0,4614	0,0770
Бурая швицкая (n=11)	–	–	0,1818	–	–	0,0909	0,0909	–	0,6364
Костромская (n=8)	–	–	–	–	0,3750	0,2500	–	0,1250	0,2500

Анализ распространения желательных комплексных генотипов CSNЗ^ВВ CSN2^А2А2, CSNЗ^ВВ CSN2^А2А2 у быков-производителей восьми пород показал, что лидируют две породы –швицкая и костромская с частотой встречаемости – 0,7273 и 0,5000 соответственно. Особое внимание следует обратить на костромскую породу крупного рогатого скота, которая является одной из лучших отечественных пород. В настоящее время относительная численность скота костромской породы в РФ составляет всего 0,37% от всего поголовья коров молочного направления продуктивности. Именно акцент на технологические и диетические свойства молока костромских буренок даст возможность сохранить ценную отечественную породу. Дальнейшая работа должна быть направлена на создание референтных популяций с улучшенными качественными показателями молока. Это позволит сохранить малочисленные, ценные отечественные породы крупного рогатого скота, неспособные на сегодняшний день конкурировать с обильно молочными импортными породами.

Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Гончаренко Г.М. Сравнительная оценка сыропригодности молока симментальской и красной степной породы с учётом генотипов k-казеина / Г.М. Гончаренко, Т.С. Горячева, Н.М. Рудишина, Н.С. Медведева, Е.Г. Акулич // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2013 – Т. 110, № 12 – С. 113-117.
2. Ельчанинов В.В. Номенклатура и биохимические свойства казеинов коровьего молока. Каппа-казеин / В.В. Ельчанинов, А.В. Кригер // Сыроделие и маслоделие. – 2008 – № 5– С. 53-56.
3. Овсянникова Г.В. Использование мирового генофонда молочного скота в созда­нии сырьевой базы молочной промышленности Черноземья / Г.В. Овсянникова // Вестник Санкт-Петербург международной академии холода. ­– 2017. – № 1. – С.7-12.
4. Сулимова Г.Е. Уникальность костромской породы крупного рогатого скота с позиции молекулярной генетики / Г.Е. Сулимова, И.В. Лазебная, А.В. Перчун, В.Н. Воронкова, М.Н. Рузина, Г.А. Бадин // Достижения науки и техники АПК. – 2011. – № 9. – С. 52-54.
5. Тюлькин С Технологические свойства молока коров с разными генотипами каппаказеина / С. Тюлькин, Т. Ахметов, М. Нургалиев // Молочное и мясное скотоводство. – 2011. – № 8. – С. 4-5.
6. Haq М. R. Comparative evaluation of cow (3-casein variants (A1/A2) consumption on Th2-mediated in­flammatory response in mouse gut / M. R. Haq, R. Kapila, R. Sharma, V. Saliganti, S. Kapila // Eur J Nutr. - 2014. - № 53(4). - P. 1039-1049. doi: 10.1007Л00394-013-0606-7.
7. Parashar A. A1 milk and its controversy-a review / A. Parashar, R. K. Saini // International Journal of Bioassays. - 2015. - № 4.12. - P. 4611-4619.
8. Kaminski S. Polymorphism of bovine beta-casein and its potential effect on human health / S. Kaminski, A. Cieslinska, E. Kostyra//J. Appl. Genet. - 2007. - №48. - P. 189-198. DOI: 10.1007/BF03195213.
9. Parashar A. A1 milk and its controversy-a review / A. Parashar, R. K. Saini // International Journal of Bioassays. - 2015. - № 4. - P. 4611-4619.
10. Tyulkin S. Technological properties of milk of cows with different genotypes of kappa-casein and beta-lactoglobulin / Tyulkin S.,Vafin R., Zagidullin L.,Akhetov T., Petrov A.,and Diel F. // Foods and Raw Materials, 2018, vol. 6, no. 1, pp. 154–162. DOI 10.21603/2308-4057– 2018–1–154–162154–162. DOI 10.21603/2308-4057-2018-1-154-162.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Goncharenko G.M. Sravnitel'naya otsenka syroprigodnosti moloka simmental'skoy i krasnoy stepnoy porody s uchotom genotipov k-kazeina [Comparative evaluation of cheese suitability of milk of Simmental and red steppe breed, taking into account the genotypes of k-casein] / G.M. Goncharenko, T.S. Goryacheva, N.M. Rudishina, N.S. Medvedeva, E.G. Akulich // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Altai State Agrarian University]. – 2013 – V. 110. – No. 12 – P. 113-117. [in Russian]
2. Elchaninov V.V. Nomenklatura i biokhimicheskiye svoystva kazeinov korov'yego moloka. Kappa-kazein [Nomenclature and biochemical properties of cow's milk caseins. Kappa casein] / V.V. Elchaninov, A.V. Krieger // Syrodeliye i maslodeliye [Cheesemaking and butter-making]. – 2008 – No. 5 – P. 53-56. [in Russian]
3. Ovsyannikova G.V. Ispol'zovaniye mirovogo genofonda molochnogo skota v sozda¬nii syr'yevoy bazy molochnoy promyshlennosti Chernozem'ya [Use of world gene pool of dairy cattle in creation of raw material base of dairy industry of the Chernozem region] / G.V. Ovsyannikova // Vestnik Sankt-Peterburg mezhdunarodnoy akademii kholoda [Bulletin of St. Petersburg International Academy of Refrigeration]. – 2017. – No. 1. – P.7-12. [in Russian]
4. Sulimova G.E. Unikal'nost' kostromskoy porody krupnogo rogatogo skota s pozitsii molekulyarnoy genetiki [Uniqueness of Kostroma cattle from position of molecular genetics] / G.E. Sulimova, I.V. Lazebnaya, A.V. Perchun, V.N. Voronkova, M.N. Ruzina, G.A. Badin // Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of science and technology of agribusiness]. – 2011. – No. 9. – P. 52-54. [in Russian]
5. Tyulkin S Tekhnologicheskiye svoystva moloka korov s raznymi genotipami kappakazeina [Technological properties of milk of cows with different genotypes of kappa casein] / S. Tyulkin, T. Akhmetov, M. Nurgaliev // Molochnoye i myasnoye skotovodstvo [Dairy and beef cattle breeding]. – 2011. – No. 8. – P. 4-5. [in Russian]
6. Haq М. R. Comparative evaluation of cow (3-casein variants (A1/A2) consumption on Th2-mediated in­flammatory response in mouse gut / M. R. Haq, R. Kapila, R. Sharma, V. Saliganti, S. Kapila // Eur J Nutr. – 2014. – No. 53(4). – P. 1039-1049. doi: 10.1007Л00394-013-0606-7
7. Parashar A. A1 milk and its controversy-a review / A. Parashar, R. K. Saini // International Journal of Bioassays. – 2015. – No. 4.12. – P. 4611-4619.
8. Kaminski S. Polymorphism of bovine beta-casein and its potential effect on human health / S. Kaminski, A. Cieslinska, E. Kostyra//J. Appl. Genet. – 2007. – No.48. – P. 189-198. DOI: 10.1007/BF03195213.
9. Parashar A. A1 milk and its controversy-a review / A. Parashar, R. K. Saini // International Journal of Bioassays. – 2015. – No. 4. – P. 4611-4619.
10. Tyulkin S. Technological properties of milk of cows with different genotypes of kappa-casein and beta-lactoglobulin / Tyulkin S.,Vafin R., Zagidullin L.,Akhetov T., Petrov A.,and Diel F. // Foods and Raw Materials, 2018, vol. 6, no. 1, pp. 154–162. DOI 10.21603/2308-4057– 2018–1–154–162154–162. DOI 10.21603/2308-4057-2018-1-154-162.