Dynamics of weight growth in young Kazakh White-Headed breed with different levels оf somatotropic axis gene expression

Full Text

Введение.

Рациональная организация отрасли мясного скотоводства во многом связана с интенсивным использованием животных с высоким генетическим потенциалом продуктивности и своевременной выбраковкой неперспективных особей из стада ради экономии ресурсов (Джуламанов К.М. и др., 2022). В этой связи крайне востребованным направлением повышения конкурентоспособности производства говядины является внедрение инновационных технологий оценки, отбора и прогнозирования хозяйственной ценности мясного скота (Ruchay A et al., 2022). Важным критерием применимости новых методов в племенном деле выступает возможность проведения селекционных мероприятий с наивысшей точностью на более ранних стадиях развития молодняка. Значительное ускорение темпов генетического совершенствования сельскохозяйственных животных способно обеспечить использование молекулярно-биологических маркеров (Амерханов Х.А. и др., 2023). Так, селекционно-племенная работа на основе данных о геноме и фенотипа позволяет повысить эффективность улучшения скота на 15-30 % по сравнению с отбором исключительно по продуктивным качествам (Столповский Ю.А. и др., 2020).

Для мясного скотоводства важным интегральным показателем продуктивности является живая масса. Её изменчивость в процессе роста и развития детерминируется как наследственными, так и паратипическими факторами (Насамбаев Е.Г. и др., 2023). Причём наследование живой массы, как и других количественных признаков, происходит под действием множества генов. Так, по данным Белой Е.В. и др. (2022), отъёмная масса молодняка казахской белоголовой породы обусловлена влиянием 16 SNP высокой значимости, а среднесуточного прироста – 36 SNP. Кроме того, часть полиморфизмов оказывают положительный эффект на выраженность признака, другая часть – отрицательный. Большой массив данных, определяющих генетический потенциал мясной продуктивности крупного рогатого скота, существенно ограничивает внедрение понятной селекционной стратегии с помощью маркеров в практику племенной работы. В связи с этим необходим выбор наиболее значимых генов с гарантированным эффектом на рост и развитие мясного скота. Высоким потенциалом для прикладного использования в скотоводстве отличаются гены соматотропной оси, так как они ассоциированы с важнейшими обменными процессами организма животных (Седых Т.А. и др., 2020; Miroshnikov SA et al., 2021).

Цель исследования.

Оценить выраженность показателей живой массы и среднесуточного прироста у молодняка казахской белоголовой породы с различным уровнем экспрессии генов соматотропной оси.

Материал и методы исследования.

Объект исследования. Бычки (n=28) и тёлки (n=22) казахской белоголовой породы скота из СПК племзавод «Красный Октябрь» Волгоградской области.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями нормативных актов: Модельный закон Межпарламентской Ассамблеи государств-участников Содружества Независимых Государств "Об обращении с животными", ст. 20 (постановление МА государств-участников СНГ № 29-17 от 31.10.2007 г.), Руководство по работе с лабораторными животными (http://fncbst.ru/?page_id=3553). При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов.

Схема эксперимента. Динамику живой массы и среднесуточного прироста молодняка казахской белоголовой породы определяли по результатам ежемесячного взвешивания от рождения до 15-месячного возраста. Содержание поголовья было организовано согласно технологии, принятой в мясном скотоводстве: летом – на пастбище, зимой – в помещениях лёгкого типа с кормлением на выгульной площадке и свободным доступом к воде.

Молодняк генотипировали по полиморфизмам IGF-1 C422T – гена инсулиноподобного фактора роста, GH L127V – гена гормона роста и GHR F279Y – гена рецептора гормона роста. Для генотипирования у животных проводили забор цельной крови, из которой изолировали ДНК, используя набор «DIAtom^tmDNAPrep» (IsoGeneLab). Для проведения ПЦР применяли наборы «GenePakPCRCore» (IsoGeneLab). Генотипирование проводили методом ПЦР-ПДРФ на программируемом термоциклере «Терцик» (ДНК-технология) с использованием праймеров, разработанных в НПФ «Литех»: IGF-1 C422T – F:5’-attacaaagctgcctgcccc-3’ и R:5’-accttacccgtatgaaaggaatatacgt-3’; GH L127V – F: 5’- gctgctcctgagccttcg -3’ и R: 5’- gcggcggcacttcatgaccct -3’, GHR F279Y – F: 5’- atatgtagcagtgacaatat -3’и R: 5’- acgtttcactgggttgatga -3’.

ПЦР-программа: 1) для полиморфизма IGF-1 C422T: «горячий старт» – 3 мин при +95 °С; 35 циклов: денатурация – 30 c при +95 °С; отжиг – 30 c при +64 °С; синтез – 30 c при +72 °С; достройка –10 мин при +72 °С;

2) для полиморфизма GH L127V: «горячий старт» – 5 мин при +95 ºС; 35 циклов: денатурация – 45 с при +94 ºС, отжиг – 45 с при +65 ºС, синтез – 45 с при +72 ºС; достройка – 7 мин при +72 ºС;

3) для полиморфизма GHR F279Y: «горячий старт» – 5 мин при +95 ºС; 35 циклов: денатурация – 30 с при +95 ºС, отжиг – 60 с при +60 ºС, синтез – 30 с при +72 ºС; достройка – 10 мин при +72 ºС.

Для рестрикции амплифицированных участков генов использовали рестриктаза: для IGF-1 C422T – SnaBI, для GH L127V – AluI, для GHR F279Y – SspI.

Расщепление продуктов проводили при +37 ºС. Идентификация продуктов для гена инсулиноподобного фактора роста: IGF-1^CC – 249 п.н.; IGF-1^TT – 223, 26 п.н.; IGF-1^CT – 249, 223, 26 п.н.; для гена гормона роста: GH^VV – 223 п.н.; GH^LV – 223, 171, 52 п.н.; GH^LL – 171, 52 п.н.; для гена рецептора гормона роста: GHR^YY – 182 п.н.; GHR^FF – 158, 24 п.н.; GHR^FY – 182, 158, 24 п.н. Полученные продукты разделяли методом горизонтального электрофореза в 1х трис-боратного буфера при напряжении 80 В в 2,5 %-ном агарозном геле с окрашиванием бромистого этидия. После чего гель анализировали в ультрафиолетовом свете на трансиллюминаторе «UVT-1», фотографирование с помощью системы «VITran v.1.0». Определение длины фрагментов проводили с помощью маркера молекулярных масс «GenePakR DNA Ladder M 50» (IsoGene Lab).

Оборудование и технические средства. Взвешивание молодняка производили на платформенных весах «ВСП4-Ж» (Россия). Исследования крови выполнялись на оборудовании лаборатории иммуногенетики и ДНК-технологий ВНИИОК-филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр» (свидетельство ПЖ-77 № 008326 от 18.04.2018 г) и в ЦКП БСТ РАН (http://цкп-бст.рф). Для генотипирования использовали пробирки с 600 мкл этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), набор для выделения ДНК «DIAtomtmDNAPrep» («IsoGeneLab», Москва, Россия), наборы для проведения ПЦР «GenePakPCRCore» («IsoGeneLab», Москва, Россия), термоциклер «Терцик» («ДНК-технология», Россия), праймеры (НПФ «Литех», Россия), рестриктазы SnaBI, AluI и SspI, трансиллюминатор «UVT-1», систему «VITran v.1.0», маркер молекулярных масс «GenePakR DNA Ladder M 50» («IsoGene Lab», Москва, Россия).

Статистическая обработка. Анализ данных проводили с помощью офисного программного комплекса «Microsoft Office» с применением «Excel» («Microsoft», США) с обработкой данных в «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США) по алгоритмам описательной статистики. Определение значимости различий между групповыми средними проводили по Критерию Фишера (F-критерий), при этом критический уровень значимости в данном исследовании принимался P≤0,05.

Результаты исследований.

Генотипирование молодняка по трём генам соматотропной оси дало возможность определить влияние генотипа на весовой рост как по каждому полиморфизму в отдельности, так и сравнить уровень экспрессии генов на фенотип в возрастном аспекте (табл. 1, 2). Максимальная живая масса при рождении (29,1 кг) отмечалась у бычков с генотипом GHR^YY, что превышало минимальный показатель гетерозиготных по гену гормона роста сверстников на 1,3 кг (4,68 %). К 8-месяч-ному возрасту дистанция между крайними вариантами увеличилась до 8,5 кг (3,70 %), при наибольшей массивности особей с генотипом GH^VV и наименьшей – у гетерозигот по гену рецептора гормона роста. Таким образом, на величину фенотипической изменчивости весового роста бычков казахской белоголовой породы в подсосный период существенное влияние оказали полиморфизмы GH L127V и GHR F279Y.

 

Таблица 1. Динамика живой массы бычков в зависимости от полиморфизма IGF-1 C422T, GH L127V и GHR F279Y

Table 1. Dynamics of live weight of bulls depending on IGF-1 C422T, GH L127V and GHR F279Y polymorphisms

Возраст, мес. / Age, months	Живая масса, кг / Live weight, kg
IGF-1 C422T
	AA	AB	BB
При рождении / At birth	29,0±0,63	28,8±0,21	27,9±0,55
8	233,0±8,07	236,1±5,98	233,9±5,76
12	347,7±4,16	353,8±6,30	342,7±6,95
15	433,0±10,77	439,4±5,71a	413,2±9,59a
GH L127V
	LL	LV	VV
При рождении / At birth	29,0±0,32a	27,8±0,46a	29,0±0,41
8	235,1±5,01	232,7±6,95	238,5±5,63
12	347,6±5,64	346,1±5,97	358,2±11,01
15	425,8±7,44	429,2±9,60	436,7±8,28
GHR F279Y
	FF	FY	YY
При рождении / At birth	28,2±0,46	28,6±0,29	29,1±0,55
8	236,7±5,62	230,0±6,04	237,0±7,90
12	345,7±6,43	348,8±6,78	353,1±6,51
15	421,9±8,58	432,6±8,78	435,3±9,39

Примечание: значения с одинаковыми индексами в строке различаются ^a – P≤0,05

Note: values with the same indices in the row differ ^a – P≤0.05

 

В дальнейшем вариабельность живой массы бычков поддерживалась с участием полиморфизма IGF-1 C422T. Так, минимальная выраженность фенотипа в 12 месяцев регистрировалась у носителей генотипа IGF-1^BB, которые уступали на 15,5 кг (4,33 %) сверстникам с генотипом GH^VV. В 15-месячном возрасте наибольшая разница (26,2 кг или 6,34 %) по живой массе установлена у гетерозиготных и гомозиготных носителей B-аллеля при полиморфизме IGF-1 C422T.

Анализ данных весового роста тёлок подтвердил вклад изучаемых полиморфизмов в фенотипическую изменчивость массивности тела (табл. 2). Однако роль гена IGF-1 в вариабельности живой массы была более заметна. Так, в период выращивания до отъёма максимальной и минимальной выраженностью массы тела характеризовались гомозиготные и гетерозиготные носители A-аллеля при полиморфизме IGF-1 C422T соответственно. В 12-месячном возрасте наибольшая разница регистрировалась между генотипами IGF-1^AA и GHR^FF, которая достигала 16,8 кг (5,69 %) в пользу первых. Но уже к 15 месяцам уровень экспрессии полиморфизма IGF-1 C422T имел промежуточное значение на формирование весового роста телок казахской белоголовой породы. На этом этапе выращивания максимальной живой массой отличались носители генотипа GH^VV и наименьшей – у GHR^FF при разнице 19,7 кг (5,84 %).

 

Таблица 2. Динамика живой массы тёлок в зависимости от полиморфизма IGF-1 C422T, GH L127V и GHR F279Y

Table 2. Dynamics of live weight of heifers depending on IGF-1 C422T, GH L127V and GHR F279Y polymorphisms

Возраст, мес. / Age, months	Живая масса, кг / Live weight, kg
IGF-1 C422T
	AA	AB	BB
При рождении / At birth	27,0±0,32a	25,7±0,26a	26,1±0,40
8	224,4±1,96a, b	209,9±4,19a	209,9±4,15b
12	311,8±3,12	298,3±4,23	296,3±5,51
15	350,4±5,78	350,9±4,07	344,6±8,92
GH L127V
	LL	LV	VV
При рождении / At birth	26,3±0,33	26,1±0,35	25,7±0,33
8	214,5±3,89	210,6±4,81	216,7±2,96
12	300,2±4,33	299,3±5,13	306,7±5,49
15	342,8±5,32	352,7±5,10	357,0±9,64
GHR F279Y
	FF	FY	YY
При рождении / At birth	25,8±0,31	26,3±0,33	26,2±0,48
8	210,7±6,00	212,8±3,38	216,3±5,73
12	295,0±5,56	301,6±4,31	305,0±5,73
15	337,3±6,94	352,8±5,42	353,5±4,11

Примечание: значения с одинаковыми индексами в строке различаются ^{a, b} – P≤0,05

Note: values with the same indices in the row differ ^{a, b} – P≤0.05

 

Таким образом, полиморфизм в гене инсулиноподобного фактора роста играет существенную роль в вариабельности живой массы тёлок на ранних стадиях онтогенеза, а у бычков – в более поздних возрастных периодах.

Влияние генетического фактора на интенсивность роста молодняка казахской белоголовой породы в отдельные периоды было различным (табл. 3, 4). При этом на заключительном этапе выращивания оно усиливалось, что свидетельствует о значительном вкладе паратипических факторов в фенотипическую изменчивость среднесуточного прироста на более ранних стадиях развития организма. Так, в подсосный период различия между крайними вариантами выраженности признака у бычков были минимальными и составляли 33,0 г (3,98 %) между генотипами GH^VV и GHR^FY. За весь послеотъёмный этап выращивания (8-15 мес.) эта разница достигала 113,0 г (13,43 %) среди гетерозиготных и гомозиготных носителей B-аллеля при полиморфизме IGF-1 C422T. Причём, если в начале послеотъёмного периода (8-12 мес.) дистанция между максимальным значением среднесуточного прироста у генотипа GH^VV и минимальным у IGF-1^BB составляла 89,6 г (10,05 %), то к концу этого технологического этапа (12-15 мес.) она увеличилась до 165,9 г (21,42 %) среди гетерозиготных и гомозиготных носителей B-аллеля при полиморфизме IGF-1 C422T.

 

Таблица 3. Динамика среднесуточного прироста бычков в зависимости от полиморфизма IGF-1 C422T, GH L127V и GHR F279Y

Table 3. Dynamics of average daily gain of bulls depending on IGF-1 C422T, GH L127V and GHR F279Y polymorphisms

Возраст, мес. / Age, months	Среднесуточный прирост, г / Average daily gain, g
IGF-1 C422T
	AA	AB	BB
0-8	839,5±34,65	852,9±24,26	847,8±23,29
8-12	940,0±69,61	965,2±42,84	891,9±59,48
12-15	937,7±130,70	940,4±61,31	774,5±43,49
8-15	939,2±80,69	954,7±36,98	841,7±44,88
0-15	886,0±23,35	900,5±12,60a	844,9±21,28a
GH L127V
	LL	LV	VV
0-8	848,1±20,88	843,4±28,18	862,0±23,99
8-12	922,5±52,12	929,4±46,77	981,5±70,94
12-15	858,7±70,90	913,0±68,83	862,5±49,50
8-15	895,4±47,30	922,3±48,51	930,7±39,62
0-15	870,2±16,29	880,3±20,86	864,0±18,94
GHR F279Y
	FF	FY	YY
0-8	858,4±22,45	829,0±25,04	855,4±33,33
8-12	892,9±47,52	973,6±58,86	952,1±60,07
12-15	837,7±44,17	920,6±82,70	902,6±115,90
8-15	869,2±38,81	951,0±52,42	931,1±68,66

Примечание: значения с одинаковыми индексами в строке различаются ^a – P≤0,05

Note: values with the same indices in the row differ ^a – P≤0.05

 

Особенности детерминации среднесуточного прироста у молодняка казахской белоголовой породы подтвердились на поголовье тёлок (табл. 4). В подсосный период различия между альтернативными гомозиготными генотипами при полиморфизме IGF-1 C422T составляли 56,3 г (7,45 %), а в послеотъёмный гетерозиготные особи по гену гормона роста превосходили носителей генотипа IGF-1^AA на 75,7 г (12,8 %).

Аналогично бычкам более сильное воздействие генетического фактора на динамику среднесуточного прироста тёлок наблюдалось во второй части послеотъёмного периода (12-15 мес.), что выражалось в существенной разнице величины признака у носителей GH^VV-генотипа и сверстниц с IGF-1^AA вариантом, которая составляла 161,6 г (38,1 %). В начале этого технологического этапа (8-12 мес.) максимальная разница между отдельными генотипами молодняка достигала лишь 46,7 г (6,76 %), зафиксированная между GH^VV и GHR^FF особями.

 

Таблица 4. Динамика среднесуточного прироста тёлок в зависимости от полиморфизма IGF-1 C422T, GH L127V и GHR F279Y

Table 4. Dynamics of average daily gain of heifers depending on IGF-1 C422T, GH L127V and GHR F279Y polymorphisms

Возраст, мес. / Age, months	Среднесуточный прирост, г / Average daily gain, g
IGF-1 C422T
	AA	AB	BB
0-8	812,3±7,87a, b	758,0±16,70a	756,0±16,01b
8-12	716,6±13,27	724,8±9,66	708,6±20,04
12-15	424,4±36,11	578,0±55,46	530,6±64,69
8-15	591,6±22,81	662,1±27,65	632,4±37,95
0-15	709,2±12,85	713,0±9,11	698,1±19,08
GH L127V
	LL	LV	VV
0-8	774,5±14,91	759,0±19,03	786,0±10,89
8-12	702,7±12,32	727,8±11,17	738,0±21,73
12-15	468,3±50,85	586,0±58,10	553,0±47,89
8-15	602,4±27,28	667,3±29,20	658,7±32,84
0-15	694,0±11,69	716,0±10,94	726,3±20,54
GHR F279Y
	FF	FY	YY
0-8	760,6±24,08	767,5±13,19	782,6±21,81
8-12	691,3±17,15	728,1±11,80	727,0±9,57
12-15	465,5±96,53	562,5±35,87	533,0±64,94
8-15	594,7±49,63	657,4±20,52	644,0±31,35
0-15	683,0±15,47	715,8±11,75	717,8±9,05

Примечание: значения с одинаковыми индексами в строке различаются ^{a, b} – P≤0,05

Note: values with the same indices in the row differ ^{a, b} – P≤0,05

 

Обсуждение полученных результатов.

Эффективность ДНК-маркерной селекции ограничивается полигенным наследованием количественных признаков. Так, Белая Е.В. с коллегами (2023) при полногеномном исследовании бычков казахской белоголовой породы выявили 81 однонуклеотидный полиморфизм, детерминирующие величину среднесуточного прироста. Оценку и отбор молодняка с высоким генетическим потенциалом на основании данных такого количества переменных не представляется возможным в практической племенной работе в мясном скотоводстве. Поэтому поиск наиболее значимых ассоциаций участков генома с продуктивностью имеет высокое прикладное значение. В наших исследованиях изучалась связь весового роста казахского белоголового скота с полиморфизмами генов соматотропной оси, выполняющих ключевую роль в координации белкового и энергетического обменов в постнатальном онтогенезе (Ulyanov VA et al., 2021).

Полиморфизм IGF-1 C472T у крупного рогатого скота связан с фенотипической изменчивостью весового роста и мясной продуктивности, что объясняет его широкое использование в MAS-селекции с мясными породами (Ardicli S et al., 2019). Бейшова И.С. (2018) представила данные о влиянии гена IGF-1 на живую массу коров и тёлок казахской белоголовой породы, согласно которым носители BB-генотипа уступали сверстницам по величине массы тела во все возрастные периоды (12, 18 и 24 месяца). Эти результаты согласуются с нашими исследованиями, подтверждающими ухудшающий эффект гомоготизации B-аллеля на весовой рост бычков и тёлок казахской белоголовой породы. Причём бычки с генотипом IGF-1BB характеризовались минимальными показателями живой массы на заключительных этапах выращивания среди всех изученных генотипов. В то время как у тёлок AA-генотип ассоциировался с максимальной выраженностью признака при рождении, в 8 и 12 месяцев.

Влияние полиморфизма GH L127V на динамику живой массы бычков казахской белоголовой породы отмечали в своей работе Селионова М.И. и Плахтюкова В.Р. (2020). Носители VV-генотипа значительно превосходили по массивности сверстников в 8- и 12-месячном возрасте, что также подтверждено нашими исследованиями на тёлках и бычках. Кроме того, гомозиготные бычки с V-аллелью проявляли наивысшую продуктивность в 8 и 12 месяцев среди всех вариантов из трёх анализируемых полиморфизмов генов соматотропной оси, у тёлок данное достижение регистрировалось в 15-месячном возрасте. По данным ассоциативного анализа, проведённым Горловым И.Ф. с коллегами (2023), V-аллель гена гормона роста является предпочтительной для русской комолой, казахской белоголовой и калмыцкой пород.

Использование полиморфизма GHR F279Y для отбора мясного скота с высоким генетическим потенциалом продуктивности обусловлено заметными различиями по величине живой массы у носителей разных генотипов. Об этом свидетельствует работа Nametov AM с коллегами (2022), проведённая на бычках казахской белоголовой породы. Результаты показали убедительное превосходство YY-генотипа по живой массе в 18 и 24 месяца на 7,12-7,37 % относительно FF-сверстников, что позволило выделить Y-аллель в качестве желательной для породы. Однако контрольное выращивание абердин-ангусских бычков под наблюдением Dushayeva LZ с соавторами (2021) не выявило значительных различий по весовому росту между носителями гомозиготных генотипов, которые варьировали в пределах 1,4-1,7 %. Тем не менее наши результаты изучения роста и развития бычков и тёлок казахской белоголовой породы согласованы с данными предыдущих исследований. Однако полиморфизм GHR F279Y у опытного поголовья не был связан с крайними вариантами выраженности признаков живой массы и среднесуточного прироста среди всех изучаемых генов соматотропной оси.

Заключение.

Получены данные по ассоциации генов соматотропной оси с интенсивностью весового роста у молодняка казахской белоголовой породы. Среди изученных маркеров наибольшее влияние на изменчивость живой массы оказали полиморфизмы IGF-1 C472T и GH L127V. В частности, A-аллель гена IGF-1 в гомозиготном состоянии у тёлок ассоциировалась с максимальной продуктивностью до годовалого возраста, а в гетерозиготном – у бычков в 15 месяцев. В свою очередь VV-генотип гена гормона роста связан с повышенной массивностью тела бычков при отъёме и в 12 месяцев, а тёлок – в 15-месячном возрасте.

About the authors

Nikolay P Gerasimov

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nick.gerasimov@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-2295-5150

Dr. Sci. (Biology), Senior Researcher, Breeding and Genetic Center for Beef Cattle Breeds

Russian Federation, 29, 9 Yanvarya St., Orenburg, 460000

Nikolay P Gerasimov

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences

Email: sangakovak@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-9843-4572

postgraduate student of Breeding and Genetic Center for Beef Cattle Breeds

Russian Federation, 29, 9 Yanvarya St., Orenburg, 460000

References