Генетическая структура популяций голштинского скота отечественной и зарубежной селекции по гену GPX-1
Автор: Гайнутдинова Э.Р., Шакиров Ш.К., Сафина Н.Ю., Фаттахова З.Ф.
Статья в выпуске: 1 т.253, 2023 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены данные ДНК-тестирования крупного рогатого скота голштинской породы по гену GPX-1, изучена структура татарстанской популяции в сравнении с мировым опытом. Генетическое типирование проводилось методом ПЦР-ПДРФ с последующим электрофоретическим разделением в агарозном геле в присутствии бромида этидия. В условиях СХПК «ПЗ им. Ленина» и КФХ «Мухаметшин З.З.» проведена идентификация крупного рогатого скота по локусу гена GPX-1 - BsC41, оценено генетическое равновесие и структура популяций. В результате генодиагностики были идентифицированы два аллеля и три генотипа. В отечественной популяции частота встречаемости аллелей C и T составила 0,502 и 0,498; генотипов CC, TC и TT - 20,0, 60,3 и 19,7 % соответственно. В зарубежной популяции частота встречаемости аллелей C и T составила 0,513 и 0,487; генотипов CC, TC и TT - 23,0, 56,7 и 20,3 % соответственно. Тестирование методом хи-квардат показало, что генетическое равновесие Харди-Вайнберга в исследуемых популяциях достоверно смещено в сторону гомозигот. Различие в генетической структуре популяций отечественной и зарубежной селекции может быть вызвано использованием спермопродукции быков различных линий.
Ген, аллель, глутатионпероксидаза-1 (gpx-1), полиморфизм, крупный рогатый скот
Короткий адрес: https://sciup.org/142237110
IDR: 142237110 | УДК: 636.082.2:636.034 | DOI: 10.31588/2413_4201_1883_1_253_54
Genetic structure on the GPX-1 gene in populations of Holstin cattle of domestic and foreign selection
The article presents the data of DNA testing of Holstein cattle by the GPX-1 gene. The structure of the Tatarstan population was studied in comparison with world experience. Genotyping was carried out by PCR-RFLP followed by electrophoretic separation in agarose gel in the presence of ethidium bromide. In the conditions of the Dairy farm “named Lenin” and CF “Mukhametshin Z.Z.” carried out the identification of cattle by the locus of GPX-1 - BsC4 I, assessed the genetic equilibrium and structure of the populations. As a result of gene diagnostics, two alleles and three genotypes were identified. In domestic Holstein herd the frequency of occurrence of alleles C and T was 0.502 and 0.498; genotypes CC, TC and TT -20.0, 60.3, и 19.7 %, respectively. In foreign Holstein herd the frequency of occurrence of alleles C and T was 0.513 and 0.487; genotypes CC, TC and TT - 23.0, 57.7 and 20.3 %, respectively. Chi-quad testing showed that the studied populations were in Hardy-Weinberg disequilibrium. The difference in the genetic structure of the populations of domestic and foreign breeding can be caused by the use of sperm production of bulls of different lines.
Текст научной статьи Генетическая структура популяций голштинского скота отечественной и зарубежной селекции по гену GPX-1
Глутатионпероксидаза 1 – это фермент, защищающий организм от окислительного повреждения. GPX-1 экспрессируется в почках, печени и мышцах, выполняет функцию катализатора в восстановлении гидроперекисей и пероксида водорода до воды, защищает от токсического действия биомолекулы. Этот фермент является конечным регулятором метаболического пути, который расщепляет реактивные формы кислорода, ограничивая его взаимодействие с оксидом азота, медью или железом и, таким образом, предотвращает образование клеточных оксидантов [2, 5]. Сниженные значения содержания глутатионпероксидазы-1 в крови являются индикатором окислительного стресса в организме [6].
Ген GPX-1 крупного рогатого скота картирован на BTA22 , содержит 1 интрон и 2 экзона [8]. Мутация в положении 189 п.н. на локусе Bsc4 I (SNP Pro → Leu ; переход C/T) гена GPX-1 может контролировать интенсивность биосинтеза в структуре гена и в дальнейшем воздействовать на конфигурацию протеина [9].
Цель работы: изучить генетическую структуру популяций голштинского скота отечественной и зарубежной селекции по гену глутатионпероксидаза-1 ( GPX-1).
Материал и методы исследований. Исследования проводились в двух хозяйствах Республики Татарстан: в КФХ «Мухаметшин» Сабинского района – 231 корова голштинской породы зарубежной селекции и в СХПК «Племзавод им. Ленина» Атнинского района – 295 коров голштинской породы отечественной селекции.
С помощью готового набора «АмплиПрайм» ДНК-сорб-В (Некст БИО, Россия) из биологического материала выделяли ДНК, которая впоследствии подвергалась тестированию по локусу гена GPX-1-Bsc4 I (Bacillus schlegelii) . Полиморфизм гена GPX-1 (переход C → T; С189Т) выявляли методом ПЦР с последующей рестрикцией при оптимизированных температурновременных режимах [4, 9, 10]. Частоту аллелей и генотипов рассчитывали по методикам Е.К. Меркурьевой и Г.Н. Шагина-Березовского [3]. Генетическое равновесие в исследуемых популяциях крупного рогатого скота определяли согласно закону Харди-Вайнберга, вариабельность между наблюдаемым и ожидаемым распределением тестировали методом хи-квадрат.
В ранее опубликованной работе [1] и последующих наших исследованиях на коровах-первотелках в СХПК «ПЗ им. Ленина», выявленные аллели и генотипы гена GPX-1 получили одинаковую частоту встречаемости. В связи с этим полученные данные были объединены.
Результат исследований. Проведенное ДНК-тестирование коров голштинской породы отечественной селекции СХПК «Племзавод им. Ленина» показало, что исследуемое поголовье представлено всеми возможными аллелями и генотипами гена GPX-1 (Таблица 1).
В наблюдаемом распределении наибольшее количество голов насчитывается среди носителей гетерозиготного генотипа ТС (60,3 %), а гомозиготные особи, имеющие генотипы СС и ТТ, представлены группами по 20,0 и 19,7 % соответственно. Частота встречаемости аллелей составила С – 0,502 и Т – 0,498, что свидетельствует о небольшом перевесе в сторону аллеля С.
Вариабельность между наблюдаемым и ожидаемым распределением генотипов установлена на уровне χ2=12,62, который выше допустимых значений (%2 крит (0,001) = 13,8). В популяции отечественной селекции в ожидаемом распределении наблюдается достоверное смещение в сторону наращивания гомозиготности.
Таблица 1 – Частота встречаемости аллелей и генотипов гена GPX-1
|
Хозяйство |
с = й * Рн |
Генотипы |
Аллели |
х2 |
||||||
|
CC |
TC |
TT |
C |
T |
||||||
|
n |
% |
n |
% |
n |
% |
|||||
|
СХПК «ПЗ им. Ленина» отечественная селекция (n=295) |
Н* |
59 |
20,0 |
178 |
60,3 |
58 |
19,7 |
0,502 |
0,498 |
12,62 |
|
О** |
74,3 |
25,2 |
147,5 |
50,0 |
73,3 |
24,8 |
||||
|
КФХ «Мухаметшин З.З.» зарубежная селекция (n=231) |
Н |
53 |
23,0 |
131 |
56,7 |
47 |
20,3 |
0,513 |
0,487 |
4,21 |
|
О |
60,8 |
26,3 |
115,4 |
50,0 |
54,8 |
23,7 |
||||
Н* – наблюдаемое, О** – ожидаемое
Рисунок 1 – Генетическая структура популяций по гену GPX-1 отечественной и зарубежной селекции крупного рогатого скота РТ
В процессе генотипирования особей голштинской породы зарубежной селекции «КФХ «Мухаметшин З.З.» было также установлено численное превосходство коров с гетерозиготным генотипом TC (56,7 %), вторая по численности группа коров имела гомозиготный генотип СС (23,0 %) и меньше всего было особей с генотипом ТТ (20,3 %). Частота встречаемости аллелей С и Т гена GPX-1 составила 0,513 и 0,487 соответственно, демонстрируя незначительное доминирование аллеля С.
Вариабельность между наблюдаемым и ожидаемым распределением генотипов установлена на уровне χ2 = 4,21, который ниже критических значений (х 2 крит (0,05) = 5,99). В популяции зарубежной селекции в ожидаемом распределении наблюдается небольшое смещение в сторону увеличения гомозиготных генотипов, что свидетельствует о нарушении генетического равновесия.
На диаграммах можно увидеть, что в популяции коров зарубежной селекции сокращается число гетерозиготных особей TC и увеличивается поголовье гомозиготных СС и TT-животных (Рисунок 1).
Исследования индийских авторов, направленные на изучение полиморфизма гена GPX-1 крупного рогатого скота пород Нимари и Малви, в результатах сообщают о генетическом биоразнообразии и вариативности в популяциях [7, 9].
В работе R. Jagtap и др. (2012) аллели C и T в породе Малви имели частоту 0,741 и 0,249 соответственно, а генотипы СС – 53,8%, TC – 42,3 и TT – 3,9 % [7]. Опытное поголовье этой же породы в исследовании S.Singh и др. (2011) представлено аллелями С и Т с распределением – 0,870 и 0,130 [9]. А животным породы Нимари соответствовали следующие значения: аллель С – 0,930 и аллель Т – 0,070. Максимальное количество животных, являлись носителями гомозиготного генотипа CC – 86,0 %, гетерозиготная группа TC насчитывала лишь 14,0% от общего числа, а особи, имеющие генотип TT, среди этой породы не обнаружены.
Анализ полученных данных по генотипированию скота в Индии, как и в нашем эксперименте, указывает на то, что «нормальный» аллель С имеет преимущество над «мутантным» аллелем Т в опытных популяциях различной селекции.
Заключение. В результате исследования татарстанской популяции крупного рогатого скота голштинской породы отечественной и зарубежной селекции были идентифицированы все возможные варианты аллелей и генотипов гена GPX-1 , что свидетельствует о генетическом биоразнообразии и полиморфности изучаемых популяций. Различие в генетической структуре популяций отечественной и зарубежной селекции может быть вызвано использованием спермопродукции быков различного происхождения.
Статья написана в рамках государственного задания Экологогенетические подходы к созданию и сохранению ресурсов растений и животных, расширению их адаптивного потенциала и биоразнообразия, разработка сберегающих агротехнологий с целью повышения устойчивости производства высококачественной продукции, достижения безопасности для здоровья человека и окружающей среды. Номер регистрации: 122011800138-7.
Список литературы Генетическая структура популяций голштинского скота отечественной и зарубежной селекции по гену GPX-1
- Гайнутдинова, Э. Р. Воспроизводительные качества голштинского скота с разными генотипами гена глутатионпероксидаза-1(GPX-1) / Э. Р. Гайнутдинова, Н. Ю. Сафина, Ш. К. Шакиров // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2020. - Т 244 (4). - С. 65-68. 10.31588/ 2413-4201-1883-244-4-65-68.
- Матейкович, П. А. Глутатионпероксидаза как фермент системы антиоксидантной защиты клеток / П. А. Матейкович // International Scientific Journal. - 2016. - T 3. - № 6. - С. 3-28.
- Меркурьева, Е. К. Генетика с основами биометрии / Е. К. Меркурьева, Г. Н. Шангин-Березовский. - М: Колос, 1983. - 400 с.
- Сафина, Н. Ю. ДНК-тестирование полиморфизма гена GPX-1 крупного рогатого скота / Н. Ю. Сафина, Ш. К. Шакиров, Э. Р. Гайнутдинова, З. Ф. Фаттахова // Молочное и мясное скотоводство. - 2020. - № 7. - С. 37-40. -.
- Behne, D. Mammalian Selenium-Containing Proteins / D. Behne, A. Kyriakopoulos // Annu Rev Nutr. - 2001. -№ 21. - P. 453-473. - 10.1146/ annurev.nutr.21.1.453.
- Casado, A. Lipid peroxidation and antioxidant enzyme activities in vascular and Alzheimer disease / A. Casado, M. Lopez-Fernandez, M. Casado [et al.] // Neurochem Res. - 2008. - Vol. 33(3). - P. 450-458. -.
- Japtar, R. Molecular investigator of glutathione peroxidase-1(GPX-1) gene in Malvi cattle (Bos indicus) for draught capacity - a comparative study / R. Jagtar, S. Singh // Indian journal of Animal Sciences. - 2012. -82 (2). - P.180-182.
- Mullenbach, G. T. Selenocysteine's mechanism of incorporation and evolution revealed in c-DNAs of three glutathione peroxidases / G. T. Mullenbach, A. Tabrizi, B. D. Irvine [et al.] // Protein Engineering. - 1988. - 2 (3). - P. 239-246. -.
- Vafin, R. R. Development of pcr methods for cattle genotyping by allelic variants of dgat1 gene // R. R. Vafin, F. F.Zinnatova, Y. R. Yulmetyeva, S. K. Shakirov [et al.] // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. - 2016. - Т. 7. - № 2. - P. 2075-2080.
- Singh, S. Molecular and Biochemical Evaluation of Indian Draft Breeds of Cattle (Bos indicus) / S. Singh, S. Sharma, J. S. Arora [et al.] // Biochem Genet. - 2011. - № 49. - P. 242-250. -.
