книги2 / dnk_2024

МинистерствосельскогохозяйстваРоссийскойФедерации Уральскийгосударственныйаграрныйуниверситет

О. А. БЫКОВА,А. В. СТЕПАНОВ, О. В. КОСТЮНИНА,О. А. ШЕВКУНОВ

ПОВЫШЕНИЕ ПРОДУКТИВНЫХПОКАЗАТЕЛЕЙ И КАЧЕСТВАМОЛОКА КРУПНОГОРОГАТОГОСКОТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДНК-МАРКЕРОВ

НАУЧНО-­ПРАКТИЧЕСКИЕРЕКОМЕНДАЦИИ

Екатеринбург ИздательствоУральскогоГАУ

2024

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Молочное скотоводство претерпевает в последнее десятилетие се- рьезныетрансформации,касающиесянетолькоцифровизациитех- нологиипроизводствамолока,ноиселекционно-­племеннойработы в популяции крупного рогатого скота молочного направления про- дуктивности.Переднаучнымсообществомстоитзадачаразработки эффективного алгоритма, позволяющего прогнозировать уровень продуктивных показателей молочных стад крупного рогатого скота

[1–4].

Ученымиразработаныметодысканированиягеномадляанализа биоразнообразиявнутрипородныхгруппимеждупородами,получе- ныкартысцеплениягеновсвысокимразрешением.Данныеметоды внесли весомый вклад в развитие селекционной работы с крупным рогатым скотом при формировании фенотипических признаков. Следует отметить, что разработанная многоаллельная расчетная модель дает возможность вести учет и оценивать вклад каждого га- плотипавкачествеаддитивнойидоминантнойпеременнойвцелях реализациигеномногопрогнозаиоценкиживотныхпоплеменным качествам[5].

Еще совсем недавно лишь родословная животных и оценка покачествупотомствапозволялаоцениватьихпотенциальнуюпро- дуктивность и вероятность проявления наследственных болезней. Запоследнеедесятилетиедостижениямолекулярнойгенетикиивоз- никновение принципиально новых подходов к оценке племенной ценностикрупногорогатогоскотанаосновеДНК-маркеровпозволи- ликардинальноизменитькачествоселекционно-­племеннойработы. Глобальнаязадачаотраслиплеменногоживотноводства– эторазра- ботка,апробацияиэффективноевнедрениетехнологиймаркер-ассо- циированнойигеномнойселекции.Данноенаправлениепозволяет обнаруживать генные сочетания, которые являются ассоциирован- нымиспоказателямимолочнойпродуктивностиживотных,ихроста иразвития,спроявлениемпризнаковфертильности[6].

5

Достижениявобластигенетическихтехнологийпривеликсуще- ственному снижению затрат на генотипирование.Эти достижения открылиновуюэрувгенетическойоценкескота,добавивновыйтип информацииктрадиционнымметодамразведенияживотных.Впро- шломгенетическаяоценкаосновываласьнафенотипическихзаписях

иинформацииородословнойснаилучшимлинейнымнепредвзятым прогнозом (BLUP).Несмотря на сложности,лежащие в основе био- логии,традиционныеметодыгенетическойоценкиоказалибольшое влияниенаулучшениеживотноводства.Обычноиспользоваласьмо- дельживотного,т. е.модель,включающаяплеменнуюценностькаж- догоживотного,гдематрицаотношенийчислителяиспользовалась для определения генетических связей между животными. Доступ- ность дешевыхгеномных данных в больших количествахпозволяет напрямуюи,следовательно,болееточноопределятьвзаимоотноше- ниямеждуиндивидами.Этопривелокразработкематрицыгеномных отношений с использованием большого количества независимых SNP (однонуклеотидных полиморфизмов), которые могут в скором времениполностьюдоминироватьвгенетическихоценках[7].

ВыявлениеДНК-маркеров,которыеассоциированысуровнеммо- лочнойпродуктивностикоров,считаетсянасегодняшнийденьнаи- болееперспективнымнаправлениемплеменнойработы.Спомощью ДНК-методоввыявляетсягенотипкоровнезависимоотпола,возраста илифизиологическогосостояния.Данныйфактявляетсязначимым

иэффективнымзвеномвселекционно-­племеннойработескрупным рогатымскотом.Значительноеместоотводитсяанализуполиморф- ныхвариантовотдельныхгенов,связанныхсуровнемпродуктивно- стиживотных.Анализчастоталлелей,встречающихсявпопуляциях крупногорогатогоскота,даетвозможностьизученияэффективности полиморфизмовуотдельныхгруппкороввусловияхгенотипической среды.Этопозволяетнаиболееэффективноработатьвнаправлении совершенствованияселекционногопроцесса,нараннихэтапахосу- ществлять прогноз показателей продуктивности, контролируя при этомпоявлениеразличныхгенетическиханомалий[8–15].

Обнаружениеиидентификациянаследственныхгаплотиповмогут быть использованы не только для уточнения эволюционной дина- мики различных популяций, но и для выявления признаков отбо- ра и геномных областей, представляющих интерес, которые будут

6

использоваться как в программах сохранения, так и в программах разведениясельскохозяйственныхживотных[16].

В связи с вышеизложенным комплексная оценка результатов, полученных с помощью ДНК-технологий,в совокупности с показа- телямипродуктивностикоровдостаточноперспективна.Существует необходимостьсистемногопроведенияанализамолекулярныхмеха- низмовформированияпараметровроста,развитияимолочнойпро- дуктивностистадкрупногорогатогоскота.Даннаяработапозволит эффективновыбиратьгены-кандидатыдляассоциативныхисследо- ваний и дальнейшего их использования в селекционно-­племенной работе.

Целью исследований являлась идентификация ДНК-маркеров, ассоциированныхсфертильностьюипродуктивнымихарактеристи- камиголштинизированногочерно-­пестрогоскотауральскоготипа.

1.Реализацияцелипредусматриваларешениеследующихзадач:

2.Сформироватьэкспериментальнуюгруппуживотных.

3.Сформировать базу данных хозяйственно полезных (эконо- мическизначимых)признаковживотныхэкспериментальной группы.

4.Провести полногеномное генотипирование и получить пол- ногеномные генетические профили животных эксперимен- тальнойвыборки.

5.Провести предварительные GWAS-исследования по поиску геномныхрегионов,ассоциированныхсхозяйственнополез- нымипризнакамиживотных.

Выполнить аннотацию генов, находящихся в области или непо- средственной близости от геномных регионов, ассоциированных схозяйственнополезнымипризнаками.

7

1.СПЕКТРГЕНОВ,АССОЦИИРОВАННЫХ

СМОЛОЧНОЙПРОДУКТИВНОСТЬЮ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

Прогноз молочной продуктивности крупного рогатого скота яв- ляется неотъемлемой частью эффективной селекционной работы на племенных предприятиях нашей страны. При реализации дан- ного направления специалисты применяют традиционные методы получения продукции «с заданными свойствами­ » и разрабатывают новые.Все больший интерес в молочном скотоводстве получает ис- пользование ДНК-маркеров, связанных с уровнем продуктивности икачествоммолокакоров[17–22;47;48].

Идентификация ДНК-маркеров, ассоциированных с молочной продуктивностьюскота,являетсяоднимизактуальныхнаправлений преимущественно в связи с процессом интенсификации отрасли. От уровня точности оценки и прогнозирования племенной цен- ности животных зависит исход селекционно-­племенной работы. Впроцессепромышленногопроизводствамолокаприменениевы- сокоинтенсивных технологий не всегда позволяет специалистам выявить достоинства или недостатки молочных коров, либо по- тенциал животных оценивается уже непосредственно во время их эксплуатации[23;24].

Одним из главных преимуществ использования ДНК-маркеров являетсяранняяоценкагенотипаживотных,котораянесвязанаспо- лом, возрастом и физиологическим состоянием и позволяет зна- чительно сократить время для оценки молочного стада по уровню собственнойпродуктивности[25].

Результатыисследованийученыхсвидетельствуютотом,чтомар- керы в тесной взаимосвязи с локусами продуктивных признаков передаютсяпотомству,чтодаетвозможностьмаркироватьпоказате- ли,характеризующиепродуктивныекачестваживотных.Используя сцепление маркеров с продуктивностью, селекционеры с большой

9

точностью и достоверностью могут вести отбор коров, которые об- ладаютнеобходимымиаллелямигенов[26–33].

Полиморфизмгенов,ассоциированныхспараметрамимолочной продуктивности, позволяет вести селекцию домашних животных

сучетом ценных генотипов в отношении хозяйственно полезных признаков [34]. Установленный для крупного рогатого скота (КРС) спектргенов-­кандидатовнасвязьспризнакамимолочнойпродуктив- ностивключаетвсебягеныосновныхбелковмолока(лактальбуминов иказеинов),геныгормонов,стимулирующихихэкспрессию,атакже гены, продукты которых регулируют обмен протеинов и липидов ворганизме[35;36;38].

Каппа-казеинобеспечиваетоптимальныетехнологическиесвой­ ствамолокаприпроизводствесыра,поэтомуегогенрассматривают в качестве одного из основных маркеров племенной ценности КРС [15]. Ген каппа-­казеина (CSN3) у представителей вида Bos taurus L. находится на 6 й хромосоме. Из десяти описанных аллелей этого генанаиболеечастовстречаютсяаллельныевариантыAиB,которые отличаются двумя аминокислотными заменами в 136 м Thr(A)/Ile(B) и 148 м Asp(A)/Ala(B) положениях полипептидной цепи. Многими исследователями установлена ассоциация β-аллеля гена CSN2 с бо- лее высоким содержанием белка в молоке и выходом сыра, а также

случшими коагуляционными свой­ствами молока у КРС [39; 42; 43].

Бета-казеин(CSN2)состоитиз209аминокислот,егосодержание составляет 46–61 % от общего казеина. Ген имеет длину 10338 п. о.

исостоит из 9 экзонов и 8 интронов. Наличие в генотипе аллеля CSN2Bбета-казеинакоррелируетсповышеннымсодержаниемжира

иказеина.Такжеустановленоналичиедостовернойразностипоудою междугенотипами(CSN2AA>CSN2AB>CSN2BB).

Генальфа-­лактоальбумина(ALA)имеетразмер2784п. о.исодержит 4экзонаи3интрона[42;43].Внастоящеевремяизвестно3варианта данного гена (ALA А, ALA В и ALA С). Наиболее часто встречаются вариантыALAАиALAВ. ВариантALAАотличаетсяотвариантаALA В аминокислотной заменой в позиции 263. Генотип αLABB альфа-­ лактальбуминаассоциировансболеевысокиминадоями,агенотип αLAAB– сболеевысокимсодержаниембелкаижиравмолоке.

Ген лактоглобулина (BLG, LGB) располагается на 11 й хромосоме коров, имеет размер 4662 п. о. и состоит из 7 экзонов и 6 интронов,

10