Генетические факторы риска развития хромоты у свиней: мини-обзор

Хромота остается актуальной проблемой свиноводства. Она представляет собой распространенное клиническое проявление этиологически неоднородных патологий опорно-двигательного аппарата, которое наблю- дается у свиней разных возрастных групп и служит второй по частоте причиной вынужденной выбраковки. На развитие хромоты влияют многочисленные факторы, такие как рацион питания, травмы скелета, заболевания ног, инфекционные болезни, скрытые метаболические заболевания и наследственность (1). Также значительную роль играет генетическая предрасположенность.

Целью настоящего обзора стало обобщение современных данных о вкладе генетических факторов в развитие хромоты у свиней и оценка перспектив использования выявленных генетических маркеров в селекции животных, устойчивых к патологиям конечностей.

Гены развития скелета. Ассоциативные исследования кан-дидатных генов, вовлеченных в развитие скелета и минеральный обмен у свиней, позволили S.K. Onteru с соавт. (2) выявить гены CALCR , HDBP , CALCA , MTHFR , OXTR , IHH , ANKH , LRCH1 и OPN , связанные с признаками строения ног и тела. Краткая характеристика генов, ассоциированных с хромотой у свиней, представлена в таблице.

Гены, ассоциированные с хромотой у свиней

Ген	Название	SSC1           Функция белка		1 Ссылки
MAN1A1	Маннозидаза альфа, член 1 класса 1A	1	Гликозилирование белков	(41, 42)
CALCA	Кальцитонина/кальцитонин-ген-родственный пептид	2	Регуляция фосфорно-кальциевого обмена (кальцитонин); развитие нейрогенного воспаления, вазодилататор (кальцитонин-ген-род-ственный пептид)	(2, 4, 5)
TPO	Тиреоидная пероксидаза	3	Биосинтез гормонов щитовидной железы	(15)
LRPPRC	Богатый лейцином белок, содержащий пентатрикопептид-ный повтор	3	Организация цитоскелета, везикулярный транспорт	(46)
MSH2	MutS гомолог 2, ген кишечной палочки	3	Репарация неспаренных оснований ДНК	(46)
LPIN1	Липин-1	3	Участие в метаболизме липидов, адипогенез	(41, 45)
KRT8	Кератин 8	5	Поддержание структурной целостности клеток, передача сигналов и клеточная дифференцировка	(17)
CCND2	Циклин D2	5	Регуляция клеточного цикла	(46)
A2ML1	Альфа-2-макроглобулин-по-добный белок 1	5	Ингибитор протеаз	(34)
MTHFR	Метилентетрагидрофолатре-дуктаза	6	Участие в метаболизме фолиевой кислоты. Мутации в гене MTHFR приводят к повышению содержания гомоцистеина в крови, что препятствует образованию поперечных связей коллагена в костном матриксе	(2, 7)
TGF β 1	Трансформирующий фактор роста бета 1	6	Участие в процессах эндохондрального окостенения, образования остеофитов	(18)
FAF1	Fas-ассоциированный фактор 1	6	Негативный модулятор дифференцировки остеобластов, индуцированной сигнальным путем Wnt	(17)
ZBTB40	Белок 40, содержащий цинковый палец и домен BTB	6	Способствует остеогенезу и подавляет остео-кластогенез	(19-21)
Lin28a	Гомолог А белка lin-28, связывающего РНК	6	Усиление дифференцировки клеток-предшественников в остеобласты, повышение активность митохондрий и защита клеток внутреннего слоя надкостницы от клеточного старения	(19, 22, 23)
CNR2	Каннабиноидный рецептор 2го типа	6	Регуляция дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток в остеобласты	(19, 24)
RYR1	Рианодиновый рецептор 1-го типа	6	Сокращение скелетных мышц	(30, 60)
WRAP73	Белок, содержащий WD-повторы с антисмысловой последовательностью к TP73	6	Участие в процессе оссификации	(46)
SRSF11	Фактор сплайсинга 11, богатого аргинином и серином	6	Регуляция сплайсинга пре-мРНК	(41, 44)
CTH	Цистатионин-гамма-лиаза	6	Участие в метаболизме серосодержащих аминокислот	(41)
SRF	Фактор ответа сыворотки	7	В качестве фактора транскрипции SRF регулирует экспрессию генов, участвующих в различных биологических процессах. В остеобластах регулирует минерализацию и постнатальное развитие костей	(15)

	Ïðîäîëæåíèå òàáëèöû
CUL7	Куллин-7	7	Участие в пролиферации и дифференцировке хондроцитов в зоне роста костей	(15)
PTK7	Протеинтирозинкиназа 7	7	Участие в формировании эмбриональных структур и морфогенезе позвоночных	(15)
VEGFA	Фактор роста эндотелия сосудов A	7	Участие в ангиогенезе, остеогенезе и ремоделировании костной ткани	(15)
VRTN	Белок, ассоциированный с развитием позвонков (верт-нин)	7	Полиморфный вариант в гене VRTN ассоциирован с числом грудных позвонков, сосков и длиной туловища	(46, 58)
PPARD	Рецептор дельта, активируемый пролифераторами пероксисом	7	Участие в метаболизме липидов, развитии хряща, пролиферации и дифференцировке хондроцитов	(46-48)
HDBP (GC)	Витамин-D-связывающий белок	8	Участие в метаболизме витамина D, способствует резорбции костной ткани	(2, 4)
OPN	Секретируемый фосфопротеин 1 (остеопонтин)	8	Участие в ремоделировании костной ткани, воспалительных реакциях, иммунном ответе	(2, 11, 12)
CALCR	Рецептор кальцитонина	9	Регуляция метаболизма костной ткани и гомеостаза кальция	(2, 3)
MMP3	Ген матриксной металлопротеиназы 3	9	Участие в разрушении внеклеточного матрикса при заболеваниях суставов	(18)
CCDC3	Белок 3, содержащий биспи-ральный домен	10	Регуляция накопления липидов, адипогенеза, метаболизма в печени, участие в образовании опухолей	(31, 39)
LRCH1	Белок 1, содержащий богатые лейцином повторы и домен гомологии с кальпонином	11	Участие в ответе хондроцитов на механическую нагрузку посредством взаимодействия с цитоскелетом	(2, 10)
PRKAR1A	Регуляторная субъединица альфа цАМФ-зависимой про-теинкиназы 1-го типа	12	Регуляция остеогенной дифференцировки	(15)
GH1	Ген гормона роста	12	Стимуляция роста, регуляция метаболизма	(46)
MSI2	РНК-связывающий белок Musashi-2	12	Регуляция роста эпителия, миграции керати-ноцитов, апоптоза, фокальной адгезии	(34, 37)
OXTR	Рецептор окситоцина	13	Рецепторы окситоцина на поверхности остеобластов связывают гормон окситоцин, что способствует дифференцировке и активному функционированию последних	(2, 6)
PTH1R	Рецептор паратиреоидного гормона 1-го типа	13	Рецептор опосредует действие ПТГ, который регулирует обмен кальция и фосфора, поддерживая нормальный уровень МПКТ	(17)
IGF2BP2	Белок 2, связывающий мРНК инсулиноподобного фактора роста 2	13	Регуляция трансляции инсулиноподобного фактора роста 2	(46)
ROBO2	Трансмембранный рецептор 2	13	Участие в навигации аксонов в развивающейся нервной системе	(34, 36)
ROBO1	Трансмембранный рецептор 1	13	Участие в развитии мозга, в миграции клеток-предшественников нейронов	(33, 36)
ULK4	unc-51-подобная киназа 4	13	Участие в нейрогенезе и развитии коры головного мозга	(31)
TBX5	Транскрипционный фактор 5, содержащий T-box	14	Контроль экспрессии гена GJA5 , кодирующего коннексин 40. Пониженная экспрессия GJA5 приводит к аномальному формированию суставов	(29)
IHH	Сигнальная молекула Indian hedgehog	15	Участие в пролиферации и дифференцировке хондроцитов	(2, 8)
MSTN	Миостатин	15	Ингибирование роста скелетных мышц	(50, 54, 55)
ANKH	Регулятор переноса неорганического пирофосфата	16	Облегчает транспорт пирофосфата из клеток. Мутации в гене ANKH могут приводить к кра-ниометафизарной дисплазии и хондрокальцинозу	(2, 9)
MYO10	Миозин X	16	Участие в дифференцировке и слиянии остеокластов; отсутствие миозина X может привести к повышенной резорбции костной ткани	(13, 14)
RHEB	Гомолог Ras, связывающегося с mTORC1	18	Регуляция хондрогенеза, усиление остеогенеза, увеличение экспрессии остеогенных маркеров	(15)
MINDY4 Деубиквитиназа 4 из нового (FAM188B) семейства деубиквитинирую-щих ферментов, содержащих мотив, взаимодействующий с убиквитином		18	Регуляция клеточного цикла и апоптоза	(31, 40)
Примечание . SSC — обозначение хромосом свиньи. ПТГ — паратиреоидный гормон. МПКТ — минеральная плотность костной ткани.

Ген CALCR кодирует рецептор кальцитонина, участвующий в регу- ляции метаболизма костной ткани и гомеостаза кальция. Изменения в гене CALCR связаны с минеральной плотностью костной ткани (МПКТ) и риском развития переломов и остеопороза. Кальцитонин связывается с этим рецептором и ингибирует резорбцию костей остеокластами, он также играет роль в регуляции кальция в почках (3).

Ген HDBP кодирует витамин D-связывающий белок, влияющий на метаболизм витамина D и резорбцию костей. Он участвует в переносе витамина D, который необходим для усвоения кальция и минерализации костей (4).

Ген CALCA кодирует кальцитонин-ген родственный пептид (CGRP), который выполняет множество функций, в числе которых увеличение диаметра кровеносных сосудов, передача боли и развитие воспаления. Другие белковые продукты гена CALCA — это кальцитонин и катакальцин, необходимые для регулирования содержания кальция в крови. Пептидный гормон кальцитонин вызывает снижение концентрации кальция и фосфата в крови, способствуя включению этих ионов в костную ткань (5).

Ген OXTR кодирует рецептор окситоцина — гормона, влияющего на социальное поведение. Связывание окситоцина с его рецепторами на поверхности клеток костной ткани способствует дифференцировке остеобластов, что приводит к увеличению образования костей и улучшению их микроархитектуры без влияния на их разрушение (6).

Кодируемая геном MTHFR метилентетрагидрофолатредуктаза представляет собой фермент, участвующий в метаболизме фолиевой кислоты, которая необходима для роста и развития клеток. MTHFR — один из важных генов-кандидатов, которые влияют на патогенез остеопороза у человека (7).

Ген IHH кодирует сигнальную молекулу Indian hedgehog и участвует в пролиферации и дифференцировке хондроцитов. Белок IHH действует как сигнальная молекула, влияя на формирование хряща и кости посредством взаимодействия с другими белками (8).

Ген ANKH кодирует гомолог белка прогрессирующего анкилоза у мышей, который облегчает транспорт пирофосфата из клеток, что важно для предотвращения аномальной минерализации костей и хрящей. Мутации в гене ANKH могут приводить к таким состояниям, как краниометафи-зарная дисплазия и хондрокальциноз, которые характеризуются аномальным ростом костей и кальцификацией. Биаллельные инактивирующие мутации в гене ANKH/Ank (человек/мышь) вызывают тяжелую форму артрита. Низкие внеклеточные концентрации ингибитора минерализации пирофосфата лежат в основе кальцификации суставов у мышей и людей, лишенных соответственно функционального Ank или ANKH (9).

Белок LRCH1 принимает участие в реакции хондроцитов на механическую нагрузку посредством взаимодействия с цитоскелетом. У человека однонуклеотидный полиморфизм (SNP) в гене LRCH1 ассоциирован с остеоартрозом коленного сустава (10). Белок внеклеточного матрикса и цитокин остеопонтин, предположительно, участвует в ремоделировании костей (11). Остеопонтин связан со многими воспалительными состояниями, вызванными инфекциями, аллергическими реакциями, аутоиммунными реакциями и повреждением тканей (12).

Неправильное развитие или дефекты в строении задних конечностей могут приводить к хромоте, болям и снижению продуктивности животного. Вариант Chr16:g.6458337C>T (c.616G>A, p.Ala206Thr) в гене MYO10 показал статистически значимую ассоциацию с конформацией задних конечностей у хряков Swiss Large White (13). MYO10 влияет на активность остеокластов (клеток, рассасывающих костную ткань), участвуя в дифференцировке и 596

слиянии остеокластов, и его отсутствие может привести к повышенной резорбции костной ткани из-за усиленного остеокластогенеза. Остеокласты с пониженным содержанием MYO10 не способны сливаться в многоядерные клетки и деминерализовать субстрат фосфата кальция. У мышей с потерей функции MYO10 наблюдается остеопоротический дефицит, который, вероятно, обусловлен повышенным генезом остеокластов и резорбцией костей (14).

Таким образом, гены развития скелета у свиней участвуют в процессах остеогенеза и хондрогенеза, определяя правильное формирование суставов, длину и прочность конечностей. Их изучение необходимо для выявления генетических причин хромоты у свиней, поскольку мутации в этих генах могут приводить к структурным аномалиям развития скелета, провоцирующим хромоту.

Гены метаболизма костной ткани. Низкая МПКТ становится основной причиной переломов костей и остеомаляции, служит фактором риска развития хромоты у свиней (15). Взрослым свиньям с большей массой тела требуется более высокая прочность конечностей. Повышение МПКТ может способствовать снижению вероятности выбраковки животного по причине перелома конечностей.

В ряде работ были идентифицированы гены-кандидаты, влияющие на минеральный гомеостаз и определяющие восприимчивость к структурной прочности и слабости ног у свиней (16). Обнаружен SNP в гене PTH1R , который ассоциирован с остеохондрозом (17). Сам рецептор опосредует действие паратиреоидного гормона (ПТГ), который участвует в регуляции обмена фосфора и кальция в организме, поддерживая нормальное количество МПКТ. При низком содержании кальция в сыворотке крови происходит секреция ПТГ, что усиливает экскрецию фосфора. ПТГ, связываясь со своим рецептором PTH1R, запускает каскад реакций, в результате чего кальцидиол превращается в активную форму витамина D. Как известно, витамин D играет ключевую роль в поддержании минерального гомеостаза и метаболизма костной ткани (16).

W. Laenoi с соавт. (18) изучили ассоциацию хромоты с вариантами генов металлопротеиназы 3 ( MMP3 ) и трансформирующего фактора роста бета 1 ( TGF β 1 ). Показано, что у свиней F 2 ресурсной популяции, полученной в результате скрещивания животных пород дюрок и пьетрен, полиморфный локус g.158C>T в гене MMP3 ассоциирован с остеохондрозом и МПКТ, g.180G>A в гене TGF β 1 — с состоянием задних конечностей (18). Варианты c.1672C>T в гене рецептора паратиреоидного гормона I типа ( PTH1R ) и g.380914T>C в гене фактора 1, ассоциированного с Fas ( FAF1 ), связаны с поражением костей и суставов, а вариант g.8039G>A в гене кератина ( KRT8 ) — с МПКТ (17).

В результате полногеномного анализа ассоциаций (genome-wide association studies, GWAS) у свиней пород дюрок, ландрас и йоркшир определены гены TPO , SRF , CUL7 , PTK7 , RHEB , VEGFA и PRKAR1A , ассоциированные с прочностью конечностей (15). Гены SRF , CUL7 , VEGFA и PTK7 связаны с развитием костей и гомеостазом костной ткани, PRKAR1A — важный регулятор остеогенной дифференцировки (15).

J.-H. Nan с соавт. (19) определили коэффициент наследуемости МПКТ у свиней: для породы ландрас он составил 0,21, для породы йоркшир – 0,31 (19). На 6-й хромосоме были выбраны потенциальные QTL, ассоциированные с МПКТ у свиней, а в качестве генов-кандидатов предложены ZBTB40 , Lin28a и CNR2 (19).

Согласно данным литературы, ген фактора транскрипции ZBTB40

ассоциирован с МПКТ у людей (20). Известно, что ZBTB40 вовлечен в процесс остеогенеза и подавляет остеокластогенез (21). Белок, кодируемый геном Lin28a , усиливает дифференцировку клеток-предшественников в остеобласты, повышает активность митохондрий и защищает клетки внутреннего слоя надкостницы от клеточного старения (22). Lin28a способствует восстановлению хрящей и костей после травм ушей и пальцев (23). Ген CNR2 кодирует каннабиноидный рецептор второго типа, который регулирует метаболизм костной ткани (24).

Остеохондроз также считается одной из ведущих причин хромоты у свиней. Это заболевание характеризуется первичным поражением суставного хряща, а впоследствии и подлежащей кости. В основе развития остеохондроза лежит генетическая предрасположенность к указанной патологии (25). Коэффициент наследуемости остеохондроза у разных пород свиней оценивается в диапазоне от 0,1 до 0,5 (26). Свиньи породы ландрас более предрасположены к остеохондрозу, чем животные пород йоркшир, гемпшир или дюрок (27). У свиней, полученных от скрещивания дикого кабана с породой крупная белая, определен QTL на 5-й хромосоме, ассоциированный с остеохондрозом, в регионе, гомологичном участку 12-й хромосомы человека (12q14—q24), где расположен потенциальный ген-кандидат, хрящевой гомеопротеин 1 ( CART1 ) (28). Выявлено 19 SNP, ассоциированных с остеохондральными поражениями у свиней (29). Один из полиморфных вариантов c.54T>C находится в гене TBX5 , который участвует в росте и созревании костей, контролируя экспрессию гена GJA5 . Мутации в любом из этих генов снижают экспрессию GJA5 и приводят к аномальному формированию суставов (29). У свиней пород ландрас, дюрок и крупная белая вариант c.1843C>T в гене RYR1 ассоциирован с остеохондрозом, причем аллель Ñ демонстрирует протективный эффект (30).

Гены метаболизма костной ткани вносят существенный вклад в регуляцию обмена фосфора и кальция, активность остеобластов и остеокластов, обеспечивая баланс между резорбцией и формированием костей. Изменения в этих генах могут приводить к снижению МПКТ, повышая риск развития хромоты у свиней.

Гены, ассоциированные с образованием шишек и наростов на задних конечностях свиней. Шишки и наросты в области скакательного сустава задних конечностей (capped hock) представляют собой не содержащие патогенной микрофлоры доброкачественные новообразования соединительной ткани (31) и становятся существенной проблемой для производителей свинины. Подобные дефекты не только ухудшают внешний вид племенных животных, но и сказываются на их способности к свободному передвижению. Такая проблема может затрагивать до 20 % поголовья свиней на фермах (32).

Выявлено 26 полиморфных вариантов, которые ассоциированы с образованием шишек на задних конечностях свиней породы ландрас, из них 15 располагались в генах, участвующих в процессах, связанных с воспалительной реакцией, онкогенезом (33). L. Getmantseva с соавт. (34) обнаружили у свиней породы ландрас 38 SNP, а у свиней породы дюрок — 32 SNP, ассоциированных с образованием шишек на задних конечностях. Полиморфные локусы, расположенные в генах A2ML1 , ROBO2 и MSI2 , ассоциированы с признаком у свиней обеих пород. Ген A2ML1 кодирует альфа-2-макроглобулин-подобный белок 1, ингибитор протеаз. Мутации в этом гене встречаются при синдроме Нунан (35), характеризующимся низкорослостью, врожденными пороками сердца и скелетными аномалиями. Ген ROBO2 кодирует трансмембранный рецептор, необходимый для развития 598

нервной системы (36). РНК-связывающий белок MSI2 участвует во многих процессах, таких как рост эпителия, миграция кератиноцитов, апоптоз, фокальная адгезия (37).

S. Bakoev с соавт. (31) провели ассоциативное исследование полиморфных локусов с общим числом рожденных поросят и предрасположенностью к образованию шишек на скакательных суставах задних конечностей у свиней породы крупная белая. Выявлено шесть SNP, статистически значимо связанных с дефектами задних конечностей, причем три из них располагались в интронах генов ULK4 , CCDC3 и MINDY4 . Ген ULK4 играет значимую роль в нейрогенезе и развитии коры головного мозга на различных стадиях развития. У трехпородных гибридов свиней (дюрок ½ ландрас ½ йоркшир) SNP в этом гене ассоциирован с таким параметром, как высота в холке (38). Ген CCDC3 кодирует белок 3, содержащий биспиральный домен. Он регулирует накопление липидов, адипогенез, метаболизм в печени, участвует в образовании опухолей (39). Ген MINDY4 участвует в развитии злокачественных новообразований, действуя как онкоген (40).

Использование подхода CNV-GWAS, сочетающего поиск вариантов числа копий (copy number variants, CNV) из данных массива SNP и выявление ассоциаций с интересующим фенотипическим признаком, позволило определить три региона вариации числа копий (copy number variation region, CNVR) на 1-й, 3-й и 6-й хромосомах, ассоциированных с дефектами конечностей у свиней крупной белой породы (41). CNVR на 1-й хромосоме перекрывается с геном MAN1A1 , CNVR на 6-й хромосоме охватывает гены SRSF11 и CTH , CNVR на 3-й хромосоме расположен в непосредственной близости от гена LPIN1 (41). Маннозидаза MAN1A1 участвует в гликозилировании белков. Кроме того, предполагается ее роль в процессе дегенерации межпозвоночных дисков (42). У товарных гибридов второго поколения, где в качестве отцовской породы использовались хряки породы дюрок, SNP в гене MAN1A1 ассоциирован с прогнозируемым остаточным потреблением корма (43). Фактор сплайсинга SRSF11 у свиней, вероятно, вовлечен в адипогенез в мышцах (44). Ген CTH регулирует метаболизм серосодержащих аминокислот, недостаточное количество которых приводит к ослаблению иммунных реакций (41). SNP rs335068804 (c.93C>T) в гене LPIN1 , ответственном за метаболизм липидов, ассоциирован с содержанием внутримышечного жира у свиней (45).

Отбор по здоровой конституции широко использовался в качестве основного подхода к снижению хромоты и слабости ног у свиней. В норме задние конечности должны быть правильно сформированы, обеспечивая равномерную нагрузку на копыта и плавную походку. Выявлены генетические локусы, ассоциированные с такими характеристиками, как качество передних конечностей, спины, задних конечностей и общая конституция, у свиней трех датских пород ландрас, йоркшир и дюрок (46). Идентифицированы гены-кандидаты LRPPRC и PPARD у свиней породы ландрас, WRAP73 у породы дюрок, VRTN у пород йоркшир и дюрок для QTL, которые, вероятно, контролируют черты конформации посредством регуляции развития костей и мышц, а гены IGF2BP2 , GH1 , CCND2 и MSH2 могут оказывать влияние посредством процессов, связанных с ростом (46). Несколько GWAS выявили ассоциацию гена PPARD с длиной конечностей (47) и признаками роста и упитанности (48). T. Le с соавт. (46) сделали вывод, что развитие костей и скелета, метаболизм в мышечной и жировой ткани, процессы роста, вероятно, взаимодействуют друг с другом, определяя общую конформацию и движение свиньи. Однако эти взаимодействия еще предстоит изучить более подробно.

Антагонистическая плейотропия аллелей генов, ассоциированных с хозяйственно-ценными признаками. Современные разведение и селекция свиней сталкиваются с серьезной биологической проблемой, связанной с плейотропным действием генов. Проблема заключается в том, что при селекции на экономически важные признаки, такие как толщина и глубина мышц, значительно увеличивается генетический груз в популяции за счет сохранения «вредных» аллелей, которые в гетерозиготном состоянии положительно влияют на хозяйственно ценные признаки животных (49). Так, селекция на высокую мышечную массу и быстрый рост у свиней основана на отборе аллелей генов, вызывающих гипертрофию мышечной ткани и регулирующих сигнальные пути синтеза белка: это гены миостатина ( MSTN ), миоцитарного фактора ( MYOD1 ) и некоторые другие (50, 51). Здоровье конечностей, напротив, зависит от генов, обеспечивающих прочность соединительной ткани и стабильность суставов: это гены коллагенов, которые формируют структурный каркас связок и сухожилий, состоящих из коллагеновых и эластиновых волокон (52). Суть генетического конфликта заключается в том, что гены, ответственные за мышечную гипертрофию, отличаются от генов, регулирующих прочность соединительной ткани, и, по сути, отбор на мясную продуктивность может напрямую ухудшать здоровье конечностей у свиней.

Если рассматривать этот конфликт с точки зрения биомеханики, то при очень быстром росте мышечной массы суставы, сухожилия и связочный аппарат животных не успевают функционально адаптироваться к нагрузке. При высокой силе сокращения мышц при ходьбе механическая прочность сухожилий постепенно снижается. Как следствие, возникают травмы хрящей и связок, разрывы сухожилий. Сочетание высокой мышечной массы и недостаточной прочности связочного аппарата приводит к повышению риска развития дегенеративных изменений суставов (53).

Для увеличения толщины мышц требуются активные анаболические процессы и значительное количество белка. Для реализации этих процессов необходима энергия, и в связи с высокой нагрузкой на организм усиливаются метаболические процессы, увеличивается потребление кислорода, накапливаются продукты распада. При метаболическом воспалении ухудшается здоровье суставов.

Известный пример такого конфликта — обратная генетическая корреляция между слабыми конечностями и ростом мышц, их толщиной. Этот конфликт связан с мутацией в гене миостатина ( MSTN ), который служит фактором роста и дифференцировки и принимает участие в регуляции количества и размера скелетных миоцитов (50). Ген MSTN регулирует рост скелетных мышц и детерминирует количество миофибрилл, особенно в период пренатального развития. Инактивирующие мутации в гене MSTN могут приводить к тому, что масса мышц увеличится втрое, что используется для селекции и разработки биотехнологических подходов, чтобы повысить выход мышечной ткани у животных (50, 54).

Мутация замены гуанина на тимин в 820 положении кодирующей последовательности (c.820G>T) гена миостатина, приводящая к нонсенс-мутации p.E274*, вызывает образование стоп-кодона в экзоне 3 гена миостатина и увеличивает вероятность развития хромоты у животного. Эта же замена в гетерозиготном состоянии приводит к быстрому росту мышц и меньшему количеству жировой ткани, а в гомозиготном состоянии эта мутация ведет к синдрому слабости ног, от которого поросята погибают. Только благодаря конкурентному преимуществу мяса гетерозиготных особей на рынке, аллель, приводящий к высокой летальности, сохраняется в популяции, но с невысокой частотой примерно в 22 % (балансирующий отбор) (55). Других вариантов в гене миостатина, которые были бы ассоциированы с летальными фенотипами у свиней породы дюрок, обнаружено не было (56).

В одной из работ при использовании геномного редактирования у свиней был увеличен выход постного мяса без ущерба для показателей конверсии корма или размера помета, при этом слабость задних конечностей у животных не развивалась (57). Исследователям удалось достичь такого результата благодаря выбору иного участка внутри гена для внесения изменений с целью сохранения аминокислоты C339, необходимой для димеризации миостатина и последующего выведения его из клеток (57).

Таким образом, для решения конфликта между продуктивностью и здоровьем животных может применяться генетическое редактирование.

Ген вертнина ( VRTN ) представляет собой ген-кандидат в QTL на 7й хромосоме свиньи (SSC7), который влияет на число грудных позвонков и оказывает плейотропный эффект на число сосков и длину туловища (58). Так, селекция на определенные аллели этого гена (например, вставку в локусе g.20311_20312ins291) способствует увеличению числа грудных позвонков, что коррелирует с увеличением длины туловища и, как следствие, повышением общей массы туши (58). Интенсивная селекция на повышение мясной продуктивности с использованием VRTN как маркера может приводить к накоплению «генетического груза» (59). Так, увеличенная длина туловища и мышечная масса могут влиять на качество соединительной ткани, приводя к образованию наростов и шишек, развитию воспаления в конечностях животных, а также изменениям липидного обмена и регенерации мышц. Все это необходимо учитывать при разведении свиней с улучшенными хозяйственно ценными признаками.

Ген рецептора рианодина 1 ( RYR1 ) на 6-й хромосоме кодирует кальциевый канал саркоплазматического ретикулума в скелетных мышцах, регулирующий высвобождение ионов кальция при мышечном сокращении. У гомозигот по мутации R615C в 17-м экзоне гена RYR1 происходит нарушение закрытия кальциевого канала, вследствие чего повышается концентрация ионов кальция внутри клеток (60). В гетерозиготном состоянии носители этой мутации демонстрируют повышенную мясную продуктивность, низкое содержание жира и улучшенную конверсию корма, что объясняет интенсивный отбор на указанный аллель в мясных породах, при этом в гомозиготном состоянии у свиней проявляется порок злокачественной гипертермии, который летален для части животных (61). Селекция на мясную продуктивность приводит к тому, что частота патогенного аллеля в популяции достигает 21,4 % у некоторых пород (62).

Таким образом, селекция на продуктивные признаки у свиней создает эволюционный и биологический парадокс: желательный фенотип у гетерозигот сопровождается сохранением и даже распространением летальных рецессивных аллелей, вызывающих серьезные заболевания конечностей. Решение проблемы требует перехода к сбалансированной селекции, одновременно учитывающей как продуктивные признаки, так и здоровье конечностей через геномный анализ, отбор на устойчивость к заболеваниям и предотвращение накопления патогенных аллелей в популяции.

Итак, хромота в современном свиноводстве остается экономически значимой проблемой, по причине которой животные подвергаются вынужденной выбраковке. Несмотря на то, что исследования хромоты у свиней ведутся по всему миру, сложность ее природы и влияние различных факто- ров, как внутренних, так и внешнесредовых, затрудняет возможность точного прогнозирования риска развития хромоты у животных и направленную селекцию. Использование GWAS-анализа и изучение генов-кандидатов в качестве подходов для исследования генетических причин развития хромоты у свиней позволило выделить ряд генов, достоверно ассоциированных с хромотой. Гены развития скелета определяют длину туловища, формирование и крепость конечностей. Гены метаболизма костной ткани регулируют процесс костного ремоделирования, участвуют в поддержании минерального гомеостаза. Полиморфные варианты в этих генах могут приводить к снижению МПКТ, повышая риск развития хромоты у свиней. Понимание механизмов развития патологии конечностей на молекулярно-генетическом уровне поможет снизить частоту возникновения хромоты в племенном стаде и сократить финансовые потери вследствие вынужденной выбраковки животных. Более быстрого прогресса можно добиться, если использовать в процессе селекции информацию о генетических маркерах, а не традиционную схему селекции на основе родословной.

Институт биохимии и генетики