AN ASSESSMENT OF GENETIC AND REPRODUCTIVE RISK OF HOLSTEIN CATTLE

ОЦЕНКА ГЕНЕТИЧЕСКОГО И РЕПРОДУКТИВНОГО РИСКА КОРОВ ГОЛШТИНСКОЙ ПОРОДЫ

Научная статья

Бакай Ф.Р.¹, Лепёхина Т.В.², Кровикова А.Н.^3, *

¹ ORCID: 0000-0002-7417-4308;

² ORCID: 0000-0003-2490-5974;

³ ORCID: 0000-0003-0355-3156;

^{1, 2, 3} Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К.И. Скрябина, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (anna.krovikova[at]mail.ru)

Аннотация

Данная работа и ее практическое значение состоит в обосновании возможности и необходимости индивидуальной цитогенетической оценки высокопродуктивных коров. Представленные индивидуальные подходы к цитогенетической оценке практически пригодны для тестирования по уровню неконституциональной кариотипической изменчивости. Установленные параметры могут быть использованы как породные нормативы для голштинского скота. Уровни генетического риска (низкий, средний и высокий), представленные в статье показывают, что оценка по кариотипическому статусу подтверждают наличие больших или меньших нарушений репродуктивных функций у высокопродуктивных коров. Высокий уровень генетического риска, по сравнению с низким и средним, свидетельствуют о повышении вероятности нарушения воспроизводительных функций. Как показали результаты исследований, если подразделять коров на тяжелые поражения репродуктивных функций (аборт, мертворождения), различия в связи с уровнем генетического риска становятся более заметными. Наиболее ярко это выражено в группе с высоким генетическим риском из 64 коров с сервис-периодом более 121 суток отмечены у 5 коров (7,81 %) случаи мертворожденных телят при продолжительном индифференс-периоде до 51 суток. У коров с индифференс -периодом от 51 суток и выше такие нарушения как мертворождения и аборты выявлены у 7 голов, что составило (10,94 %).

Ключевые слова: крупно рогатый скот, голштинская порода, продуктивность, сервис-период, индифференс-период, кариологический мониторинг, хромосома, аберрации.

AN ASSESSMENT OF GENETIC AND REPRODUCTIVE RISK OF HOLSTEIN CATTLE

Research article

Bakay F.R.¹, Lepyokhina T.V.², Krovikova A.N.^3, *

¹ ORCID: 0000-0002-7417-4308;

² ORCID: 0000-0003-2490-5974;

³ ORCID: 0000-0003-0355-3156;

^{1, 2, 3} Skryabin Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology, Moscow, Russia

* Corresponding author (anna.krovikova[at]mail.ru)

Abstract

The practical significance of the current article lies in substantiating the possibility and necessity of an individual cytogenetic assessment of high-producing cows. The presented individual approaches to cytogenetic assessment are virtually suitable for testing by the level of unconstitutional karyotypic variability. The established parameters can be used as breed standards for Holstein cattle. The levels of genetic risk (low, medium, and high) presented in the article show that the karyotypic status assessment confirms the presence of greater or lesser reproductive function disorders in high-producing cows. Compared with low and medium, the high level of genetic risk indicates an increase in the likelihood of reproductive dysfunction. As the research results demonstrate, if cows are divided into severe lesions of reproductive functions (abortion, stillbirths), differences in connection with the level of genetic risk become more noticeable. This is most pronounced in the group with a high genetic risk of 64 cows with a service period of more than 121 days, cases of stillborn calves with a prolonged indifference period of up to 51 days were noted in 5 cows (7.81%). In cows with an indifferent period of 51 days and above, such disorders as stillbirths and abortions were detected in 7 heads, which amounted to (10.94%).

Keywords: cattle, Holstein breed, productivity, service period, indifference period, karyological monitoring, chromosome, aberrations.

Актуальность

Полученный успех в животноводстве при использованииголштинской породы для улучшения хозяйственно-полезных признаков коров черно-пестрой породы ни у кого не вызывает сомнения [11], [6], [7], [9]. При увеличении продуктивности у коров наблюдается интенсивность функционирования всего организма, «лактационная доминанта» т.е. высокая молочная продуктивность имеет место быть и это как правило связано с нарушениями репродуктивных функций [11], [4], [5]. В племенной работе важно учитывать все признаки, но также важно использовать для воспроизводства только таких коров, которые способны передать потомству, как высокую продуктивность, так и отсутствие нарушений воспроизводительных качеств. Особые требования предъявляются к племенным быкам, однако негативная информация в отношении накопления генетического груза и передача их возможна и от коров, своему потомству [8]. О влиянии генотипа на продуктивные и репродуктивные функции коров указывалось в работах Бакай А.В. с его соратниками [4], [5], [7].

Желание селекционеров получить высокую продуктивность, обязывает их работать над генетическим совершенствованием стада. Поэтому оценка генотипического статуса коров важна и актуальна. Цитогенетическая оценка коров, вначале ставившая цель установления определенной структуры нормального кариотипа животных, в настоящее время переносит свой интерес к изучению частоте и спектра встречаемости и причин возникновения нарушений кариотипа. А далее выяснение их связи с воспроизводительными качествами коров. При известном перечне признаков неконституциональной кариотипической изменчивости у коров, необходимо найти способы классификации высокопродуктивных коров по уровням кариотипических характеристик с определенной целью выработки подходов к оценке кариотипического статуса.

Цель работы заключалась в изучении кариотипической нестабильности у коров голштинской породы. 

Материал и методы исследований

Для исследования кариотипической изменчивости у коров голштинской породы с продуктивностью более 8000 кг молока за лактацию проводили индивидуальный кариологический мониторинг. Для сравнительного анализа цитогенетических показателей, коров с нарушениями репродуктивных функций разделили на группы. Животные находились в равных условиях, были в возрасте 5 лет и принадлежали по происхождению к ведущим линиям голштинской породы. Исследования и анализ хромосом проводили в лейкоцитах периферической крови. Кровь для исследований брали до утреннего кормления коров из яремной вены. В стерильные гепаринизированные флаконы. Для культивирования лимфоцитов крови in vitro c целью получения делящихся клеток и последующего анализа метафазных хромосом использовали тест – набор «Лимфокар». Лейкоциты помещали в среду, где находился фитогемагглютинин (ФГА). Культивирование клеток строго по инструкции при температуре 37-38 градусов в термостате, в присутствии антибиотиков. Культивирование продолжалось 72 часа, за 1,5 часа во флаконы с культурой клеток вводили колхицин (0,004% водный раствор, 02,мл на каждый флакон). Каждый флакон был подписан с присвоением индивидуального номера коровы. После снятия культуры, дальнейшая обработка – гипотонизацию, и фиксацию клеток на стеклах осуществляли по прописи. Предварительно все обезжиренные стекла были охлаждены в морозильной камере. Препараты окрашивали. Рутинная окраска, красителем Гимза (азур-эозин), время окраски 45 минут. Изучали метафазные пластинки под микроскопом МБИ -15. Микроскопирование проводили под увеличением 1300-1500 крат исключительно с масляной иммерсией. Подсчитывали уровень: анеуплоидии, полиплоидии, структурные нарушения хромосом и ассоциации хромосом. У каждого животного просматривали и анализировали не менее 100 метафаз. Метафазные пластинки с видимым разбросом хромосом фотографировали. За оценку генетического риска было принято трехбалльное ранжирование каждого уровня основных составляющих оценок признаков: Н - низкий 1 балл; С - 2 балла средний; В - 3 балла высокий. Таким образом, можно видеть, что генетический риск в баллах является обычным количественным признаком. Классифицировали признаки по внутригрупповой изменчивости признака. Средний класс представляли коровы со значениями генетического риска в пределах ±0,5σ от средней арифметической; к низкому уровню генетического риска отнесены коровы со значениями от -0,5 σ и более чем -1,5 σ; к высокому уровню особи со значением более + 1,5 σ и выше. В категорию генетических факторов мы отнесли кариотипический статус коров, фенотипическими факторами в наших исследованиях были признаны продолжительность сервис-периода, индифференс-периода (от отела до первой охоты),а также интервал от первого до плодотворного осеменения. Для оценки генетического и репродуктивного риска высокопродуктивные коровы, имевшие различные воспроизводительные качества, были сформированы в группы в зависимости от продолжительности сервис-периода. Первая группа коров имела сервис – период до 120 суток, что при высокой продуктивности в настоящее время явление известное. Вторую группу коров представляли животные с сервис-периодом от 121 суток и выше. Для более для полного анализа в пределах групп коровы были распределены на подгруппы в зависимости от продолжительности индифференс-периода. 1-я подгруппа коровы имели индифференс-период до 50 суток и без нарушений; 2-я подгруппа индифференс период более 51 суток и без нарушений репродуктивных функций; 3-я подгруппа индифференс-период до 50 суток с наличием абортов и мертворождений; 4-я подгруппа-коровы имели индифференс -период более 51 суток и наблюдались случаи мертворождений и абортов. В пределах группы отдельно вели учет частоты возникновения абортов и мертворождений. Статистическая обработка, полученных данных проведена на компьютере, с вычислением общепринятых показателей проводили по формулам и алгоритмам.

Результаты исследований

Для того, чтобы подойти к обобщенной оценке кариотипических нарушений, которую мы определили как генетический риск, рассмотрели распределение коров по продолжительности сервис-периода в зависимости от уровня генетического риска таблице 1.

 

Таблица 1 – Распределение высокопродуктивных коров по продолжительности сервис-периода в зависимости от генетического риска

Группы по продолжительности сервис-периода, сутки	n	Уровень генетического риска
		Низкий		Средний		Высокий
		N	%	n	%	n	%
до 120 сут.	80	45	56,25	27	33,75	8	10,00
121 сут и выше	80	2	2,50	14	17,50	64	80,00

 

Каждая группа животных состояла из 80 коров (таблица 1) оказалось, что принадлежность коров к различным уровням генетического риска подтверждается, тем, что в группе коров с продолжительностью сервис-периода до 120 суток оказалось 45 коров, с низким уровнем генетического риска, что составило 56,25%. Среди 80 коров средний уровень генетического риска имели 27коров (33,75 %). Высокий уровень имели 8 коров (10,00 %). Здесь мы можем убедиться, что максимальные значения отдельных аномалий вовсе не приводят неизбежно к максимальному генетическому риску, то есть наиболее выраженному ухудшению воспроизводительных качеств. Животные с нормальными репродуктивными функциями могут иметь иногда высокие значения частных цитогенетических аномалий. И наоборот, при высоких значениях генетического риска нами выявлено 64 коровы (80,00 %), сервис-период которых составлял более 121 суток. И только 2 (2,50 %) коровы из 80 имели низкий уровень генетического риска.Часто у одних и тех же особей одни аномалии выражены сильнее, чем другие, что затрудняет определение генетической полноценности таких животных в этом случае комплексная оценка – уровень генетического риска дает возможность лучшей дифференциации особей по способности образовывать цитогенетически не полноценные клетки. В связи с этим мы рассмотрели распределение коров с разным уровнем генетического риска (низкий, средний и высокий) и выделили подгруппы по продолжительности индифференс-периода у коров с разной продолжительностью сервис-периода (таблица 2).

 

Таблица 2 – Репродуктивная характеристика коров в связи с уровнем генетического риска

Группы по продолжительности сервис-периода, сутки	Группы по продолжительности индифференс-периода, сут.	Уровень генетического риска
		низкий (n=45)		средний (n=27)		высокий (n=8)
		n	%	n	%	n	%
до 120 сут.	До 50 сут - без абортов / без мертворождений	40	88,89	21	77,79	1	12,5
	от 51 сут - без абортов / без мертворождений	5	11,11	4	14,81	6	75,0
	До 50 сут – с абортами / с мертворождениями	-	-	1	3,70	-	-
	До 51 сут – с абортами / с мертворождениями	-	-	1	3,70	1	12,5
121 сут. и выше	Группы по продолжительности индифференс-периода, сут.	низкий (n=2)		средний (n=14)		высокий (n=64)
		n	%	n	%	n	%
	До 50 сут - без абортов / без мертворождений	-	-	5	35,72	3	4,69
	от 51 сут - без абортов / без мертворождений	-	-	4	28,57	49	76,56
	До 50 сут – с абортами / с мертворождениями	-	-	4	28,57	5	7,81
	До 51 сут – с абортами / с мертворождениями	2	100	1	7,14	7	10,94

 

Как показали результаты исследований, если подразделять коров на тяжелые поражения репродуктивных функций (аборт, мертворождения), различия в связи с уровнем генетического риска становятся более заметными. Наиболее ярко это выражено в группе с высоким генетическим риском из 64 коров с сервис-периодом более 121 суток отмечены у 5 коров (7,81 %) случаи мертворожденных телят при продолжительном индифференс-периоде до 51 суток. У коров с индифференс-периодом от 51 суток и выше такие нарушения как мертворождения и аборты выявлены у 7 голов, что составило (10,94 %). В этой же группе, но в подгруппе мы наблюдаем удлиненный индифференс-период от 51 суток и выше у 49 голов. Распределение коров в группе с продолжительностью сервис-периода более 121 суток со средним уровнем генетического риска было следующим: в первой подгруппе 5 коров, во второй 4 коровы, в третьей также 4 коровы и в четвертой 1 голова. С низким уровнем генетического риска оказалось всего 2 головы, однако и они имели нарушения в виде абортов и мертворождений.

Более благополучная картина в отношении падежа и абортов сложилась в первой группе коров с продолжительностью сервис-периода до 120 суток. У этих коров не наблюдались ни аборты, ни мертворожденные телята. Большая часть коров приходила в охоту до 50 суток и 40 коров не имели нарушений, равно как и 5 коров из подгруппы с продолжительностью индифференс-периода более 51 суток. В группе со средним уровнем генетического риска из 27 коров (со средним уровнем генетического риска) 21 имели индифференс -период до 50 суток, 4 коровы были осеменены позже, но отелы прошли благополучно. И только 1 корова с индифференс-периодом до 50 суток имела аборт и одна корова отелилась, но теленок родился мертвым в группе с индифференс-периодом более 51 суток. Материалы таблицы 2 более убедительно говорят о роли кариотипических дефектов в этиологии ухудшения воспроизводительных качеств коров. Так оплодотвориться после первого осеменения коровы с низким уровнем генетического риска имеют вдвое больше шансов, чем коровы со средним уровнем генетического риска. Носительство высокого и даже среднего генетического риска увеличивает вероятность ухудшения воспроизводительных способностей у высокопродуктивных коров.

Рис. 1 – Кариотип коровы, анеуплоидия

Рис. 2 – Кариотип коровы с нарушениями

Рис. 3 – Ассоциации хромосом

 

Таким образом, необходимо проводить индивидуальное цитогенетическое тестирование коров для выявления кариотипической нестабильности, которая вносит огромный вклад в снижение воспроизводства. Индивидуальная цитогенетическая оценка призвана дифференцировать животных, которые имеют высокий уровень генетического риска, поскольку высокопродуктивные коровы с различными воспроизводительными качествами различаются по уровню генетического риска.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Алексеевич, Л.А. Генетика одомашненных животных / Л.А. Алексеевич, Л.В. Барабанова, И.Л. Суллер. – С.П. Ломоносов. – 2000. – 318 с.
2. Бакай, А. Показатели плодовитости высокопродуктивных коров и их связь с продуктивностью / А. Бакай, А. Голубев // Главный зоотехник. – 2011. – № 12. – С. 6-8.
3. Бакай, А.В. Воспроизводительные качества коров черно-пестрой породы с разным уровнем кариотипической нестабильности / А.В. Бакай, Ф.Р. Бакай, К.С. Мехтиева // Международный научно-исследовательский журнал. - 2021. - № 1-2 (103). - С. 94-97.
4. Бакай, А.В. Корреляция между показателями кариотипической нестабильности у коров с разными формами нарушений репродуктивных функций / А.В. Бакай, Н.М. Костомахин, Ф.Р. Бакай // Главный зоотехник. - 2018. - № 11. - С. 23-33.
5. Бакай, А.В. Цитогенетическая оценка племенных животных / А.В. Бакай, А.С. Семёнов // Сб. науч. Тр. – М.: МГАВМиБ, 2002. – С.33-36.
6. Бакай, Ф.Р. Анализ показателей молочной продуктивности у коров голштинской породы / Ф.Р. Бакай, К.С. Мехтиева, Ю.С. Козлов // Символ науки: международный научный журнал. - 2021. - № 5. - С. 43-44.
7. Иолчиев Б.С. Изучение кариотипов крупного рогатого скота и их гибридов с европейским зубром / Б.С. Иолчиев, П.М. Кленовицкий, Н.И. Стрекозов // Материалы научно-практической конференции «Повышение конкурентноспособности животноводства и задачи кадрового обеспечения». – Быково, Московской области. – 2001. – С. 35-36.
8. Кленовицкий П.М. Введение в прикладную цитогенетику одомашненных животных / П.М. Кленовицкий, Б.С. Иолчиев, А.А. Никишов и др. //Дубровицы, 2003 - С.56.
9. Кленовицкий П.М. Хромосомы одомашненных животных и родственных им видов / П.М. Кленовицкий, А.А. Никишов, Б.С. Иолчиев и др. – Дубровицы, ВИЖ. – 2002. – 75 с.
10. Мехтиева, К.С. Кариотипическая нестабильность у коров черно-пестрой породы с легкой и тяжелой формой отела / К.С. Мехтиева // Новейшие достижения и успехи развития сельскохозяйственных наук. сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. - 2016. - С. 8-10.
11. Мехтиева, К.С. Характеристика хозяйственно-биологических и воспроизводительных качеств коров черно-пестрой породы разных генераций: Дис. Кандидата биологических наук: 06.02.01 / К.С. Мехтиева; ФГБОУ ВО Московская Государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина. – Москва, 2017.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Alekseevich, L.A. Genetika odomashnennyh zhivotnyh [Genetics of Domesticated Animals] / L.A. Alekseevich, V. Barabanova, I.L. Suller. – S.P. Lomonosov. – 2000. – p. 318 [in Russian]
2. Bakaj, A. Pokazateli plodovitosti vysokoproduktivnyh korov i ih svjaz' s produktivnost'ju [Indicators of Fertility of Highly Productive Cows and Their Relationship With Productivity] / A. Bakaj, A. Golubev // Glavnyj zootehnik [Chief Zootechnician]. – 2011. – № 12. – pp. 6-8. [in Russian]
3. Bakaj, A.V. Vosproizvoditel'nye kachestva korov cherno-pestroj porody s raznym urovnem kariotipicheskoj nestabil'nosti [Reproductive ability of cows taking into account parasitic factors] / A.V. Bakaj, F.R. Bakaj, K.S. Mehtieva // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. - 2021. - № 1-2 (103). - pp. 94-97. [in Russian]
4. Bakaj, A.V. Korreljacija mezhdu pokazateljami kariotipicheskoj nestabil'nosti u korov s raznymi formami narushenij reproduktivnyh funkcij [Correlation Between Indicators of Karyotypic Instability in Cows With Different Forms of Reproductive Disorders] / A.V. Bakaj, N.M. Kostomahin, F.R. Bakaj // Glavnyj zootehnik [Chief Zootechnician]. - 2018. - № 11. - pp. 23-33. [in Russian]
5. Bakaj, A.V. Citogeneticheskaja ocenka plemennyh zhivotnyh [Cytogenetic Assessment of Breeding Animals] / V. Bakaj, A.S. Semjonov // Sb. nauch. Tr. [Collection of Scientific Works] – M.: MGAVMiB, 2002. – pp. 33-36. [in Russian]
6. Bakaj, F.R. Analiz pokazatelej molochnoj produktivnosti u korov golshtinskoj porody [Analysis of Milk Productivity Indicators in Holstein Cows] / F.R. Bakaj, K.S. Mehtieva, Ju.S. Kozlov // Simvol nauki: mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal [Symbol of Science: International Scientific Journal]. - 2021. - № 5. - pp. 43-44. [in Russian]
7. Iolchiev B.S. Izuchenie kariotipov krupnogo rogatogo skota i ih gibridov s evropejskim zubrom [The Study of Karyotypes of Cattle and Their Hybrids With European Bison] / B.S. Iolchiev, P.M. Klenovickij, N.I. Strekozov // Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii «Povyshenie konkurentnosposobnosti zhivotnovodstva i zadachi kadrovogo obespechenija» [Proceedings of the Scientific and Practical Conference “Increasing the Competitiveness of Animal Husbandry and the Tasks of Staffing”]. – Bykovo, Moskovskoj oblasti. – 2001. – pp. 35-36. [in Russian]
8. Klenovickij P.M. Vvedenie v prikladnuju citogenetiku odomashnennyh zhivotnyh [Introduction to Applied Cytogenetics of Domesticated Animals] / P.M. Klenovickij, B.S. Iolchiev, A.A. Nikishov et al. // Dubrovicy, 2003 - p. 56. [in Russian]
9. Klenovickij P.M. Hromosomy odomashnennyh zhivotnyh i rodstvennyh im vidov [Chromosomes of Domesticated Animals and Related Species] / P.M. Klenovickij, B.S. Iolchiev, A.A. Nikishov et al.. – Dubrovicy, VIZh. – 2002. – p. 75 [in Russian]
10. Mehtieva, K.S. Kariotipicheskaja nestabil'nost' u korov cherno-pestroj porody s legkoj i tjazheloj formoj otela [Karyotypic Instability in Black-And-White Cows With Mild and Severe Calving] / K.S. Mehtieva // Novejshie dostizhenija i uspehi razvitija sel'skohozjajstvennyh nauk. sbornik nauchnyh trudov po itogam mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. [In the Collection: The Latest Achievements and Successes of the Development of Agricultural Sciences. Collection of Scientific Papers on the Results of the International Scientific and Practical Conference.] - 2016. - pp. 8-10. [in Russian]
11. Mehtieva, K.S. Harakteristika hozjajstvenno-biologicheskih i vosproizvoditel'nyh kachestv korov cherno-pestroj porody raznyh generacij: Dis. Kandidata biologicheskih nauk: 06.02.01 [Characteristics of Economic, Biological and Reproductive Qualities of Black-And-White Cows of Different Generations]: Candidate’s thesis. Biological Sciences: 06.02.01 / S. Mehtieva //; FGBOU VO Moskovskaja Gosudarstvennaja akademija veterinarnoj mediciny i biotehnologii imeni K.I. Skrjabina. – Moskva, 2017.- 128. [in Russian]