Характерные особенности влияния генов белкового обмена на показатели качества молока коров джерсейской породы

Основной вопрос по обеспечению населения страны продуктами питания животного происхождения, который сформировался в нашей стране за последние 30 лет, и который предстоит решить в ближайшем будущем АПК, заключается в увеличении валового производства молока, одного из главных источников витаминов, минералов, углеводов, кальция и высококачественного белка. И сегодня на современном этапе развития человечества в связи с общим увеличением населения планеты и необходимостью обеспечения его продуктами питания это является первостепенной задачей, поставленной перед скотоводческими хозяйствами страны, основой которых является сохранение генетического разнообразия сельскохозяйственных животных, целенаправленная селекция и создание широкой племенной базы. Решение проблемы повышения производства молока, заключается в развитии специализированного молочного скотоводства с использованием лучшего мирового генофонда. К примеру, внедрение новой породы крупного рогатого скота молочного направления, такой как джерсейская [2, 4, 8].

Джерсейская порода является лучшим жирно- и белковомолочным видом крупного рогатого скота. Это животные с компактным телосложением, вырабатывающие молоко высокого качества. Удой в год может составлять в среднем до 5 тонн молока. При качественном рационе этот показатель увеличивается в два раза, некоторые могут давать более 10 000 литров. Средний показатель жирности — не менее 5 %, содержание в молоке белка – 4 % и выше. Вес животных составляет около 650 кг – у быков и 400 кг – у коров. Молоко является сыропригодным, поэтому некоторые предприятия регионов содержат скот этой породы для получения молока, которое пойдет на сыроделие. Одним из таких предприятий является ООО имени Тимирязева Балтасинского района Республики Татарстан. Они приобрели себе этих коров, опираясь на высокое содержание жира в молоке, которое составляет до 6 %, а также на достаточное присутствие белка и кальция, что немаловажно при производстве сыра. Высокая жирность молока и молочной продукции коров данной породы позволяет делать самыми вкусными сыры, масло, сливки и сметану. Сегодня порода славится в Республике Татарстан, в других же регионах России она встречается довольно редко, и то на частных сельскохозяйственных заводах [4, 5].

Продуктивность сельскохозяйственных животных зависит не только от условий содержания и качества кормления, но и от генетического потенциала организма. Именно генотип определяет     племенные     качества сельскохозяйственных животных, так как они    обусловливаются    комплексом унаследованных генов. Повышение генетического потенциала продуктивности животных невозможно без знания генотипа и его точной и надежной оценки. Успех селекционной работы по большей части зависит от точности определения племенной ценности животных. В связи с этим возрастает значение методов, которые позволяют выявлять лучших животных и прогнозировать их племенные качества в раннем возрасте. Проблема и необходимость одновременной селекции по комплексу признаков была и остается одной из наиболее сложных в племенном деле и предполагает отбор животных по признакам в зависимости от статуса хозяйства, условий кормления и содержания.         Изучение         и усовершенствование   методов   оценки племенных качеств в популяциях молочного скота для увеличения молочной продуктивности, является востребованной темой во все времена, особенно в условиях геополитического     положения     и импортозамещения [2, 8].

Ведение племенной работы на уровне    ДНК    основывается    на генетическом реконструировании генома. Изменения области экзонов генов могут приводить    к    модификациям    в аминокислотном составе белка, способны изменять    экспрессируемый    белок.

Полученные полиморфные фрагменты нуклеиновых кислот служат важными генетическими маркерами. Они обладают специфическими свойствами, которые могут быть связаны с хозяйственно полезными признаками, регулируемыми комплексом генов. В рамках нашего ДНК исследования    такие    молекулярно генетические маркеры представлены генами белка каппа-казеина CSN3 и бета-лактоглобулина BLG. Ген каппа-казеина отвечает за белковомолочность и в тоже время аллель B данного гена (CSN3BВ) ассоциирована с более высоким содержанием белка в молоке. Ген бета-лактоглобулина тоже отвечает за белковомолочность и показатель биологической ценности молока [5,6].

Цель исследований – тестирование популяций коров джерсейской породы крупного рогатого скота по генам участвующим в образовании молочного белка (CSN3 и BLG) с применением ПЦР-ПДРФ анализа и изучение качественных и количественных показателей молочной продуктивности животных.

Материал и методы исследований. Для проведения исследований по установлению аллельного полиморфизма и генотипов белков молока были отобраны 87 голов коров джерсейской породы, принадлежащих ООО имени Тимирязева Балтасинского района Республики Татарстан. Кровь у коров отбирали из хвостовой вены с помощью одноразовых игл и вакуумных пробирок с 100мМ ЭДТА. При помощи анализатора молока Клевер-2 проводили оценку процентного содержания жира, белка и плотности в каждой пробе свежего молока. Исследуемые животные находились в одинаковых условиях технологического содержания, кормления и ветеринарного обслуживания.

Нуклеиновые кислоты выделяли стандартным набором «АмплиПрайм ДНК-сорб-В» (Россия). Амплификацию фрагментов ДНК проводили со стандартными компонентами ПЦР-смеси: дистиллированная вода, буферный раствор Taq-полимеразы, смесь дезоксинуклеотидтрифосфатов, праймеры, Taq-полимераза и выделенный ДНК-образец.

Тестирования крупного рогатого скота по гену каппа-казеина способом ПЦР-ПДРФ. ПЦР проводили на четырёх канальном программируемом термостате для ПЦР «Терцик» (Россия) и на ДНК-амплификаторе DNA Engine РТС (США) в объёме 20 мкл, с олигонуклеотидными праймерами:

JK5: 5/ -ТСА ТТТ АТG GCC ATT CCA CCA AAG-3 / (24 н.)

JK3: 5/ -GCC CAT TTC GCC TTC TCT GTA ACA GA-3 / (26 н.), предложенных Medrano J.F., Aguilar-Cordova E. в 1990 г., амплифицировался цельный фрагмент длиной 350 bp. Для проведения ПДРФ-анализа CSN3-гена 20 мкл ПЦР-пробы обрабатывали 5 ед. эндонуклеазы рестрикции Hinf I в 1×буфере «О» фирмы СибЭнзим (Россия) или 10 ед. эндонуклеазы рестрикции HindIII в 1×буфере «O» фирмы СибЭнзим (Россия) при 37 0С в течение ночи.

Проведение тестирования крупного рогатого скота по гену бета-лактоглобулина способом ПЦР-ПДРФ анализа проводили в следующем варианте: амплификацию с 2 мкл ДНК-образца проводили на четырёх канальном программируемом термостате для ПЦР «Терцик» (Россия) и на ДНКамплификаторе DNA Engine РТС (США), где общий объем реакционной смеси в одной пробирке составлял 20 мкл. с двумя олигонуклеотидными праймерами:

BLGP3: 5/-GTC CTT GTG CTG GAC ACC GAC TAC A-3/(25 н.)

BLGP4: 5/-CAG GAC ACC GGC TCC CGG TAT ATG A-3/(25 н.), предложенных Medrano J.F., Aguilar-Cordova E. в 1990 г., амплифицировался цельный фрагмент длиной 262 bp. Для проведения ПДРФ-анализа BLG-гена 20

мкл ПЦР пробы обрабатывали 5 ед. эндонуклеазы рестрикции HaeIII в 1×буфере «G» фирмы СибЭнзим (Россия) при 37 0С в течение ночи.

Молекулярный вес продуктов ПЦР-ПДРФ-анализа определяли методом горизонтального электрофореза в 2-2,5% агарозном геле, где использовали агарозу, трис-боратный буфер (TBE-буфер), 10%-ный бромистый этидий 5 мкл. Электрофорез проведен при 200мА, 150В, 20Вт (Эльф-8, ДНК-Технология, Россия). С помощью видеодокументирующей системы GelDoc (BioRad, США) проводили идентификацию полученных результатов электрофореза.

Результат исследований. Анализ результатов изучения полиморфизма гена каппа-казеина (CSN3) у коров джерсейской породы показал, что средний удой молока коров за 305 дней лактации составляет 6691,72 кг. Среднее содержание жира составляет 6,12 %, а белка - 3,93 %.

Из 87 исследованных животных 14 коров имели гетерозиготный генотип AB, 73 коровы – гомозиготный генотип BB (Таблица 1). Частота встречаемости гетерозиготного генотипа AB составила 16,1 %, гомозиготного генотипа BB – 83,9 %. Частота встречаемости аллеля A – 0,14, аллеля B – 0,86.

Таблица 1 – Полиморфизм гена CSN3у коров джерсейской породы

AA		AB		BB		Частота аллелей
N	%	n	%	n	%	A	B
0	0	14	16,1	73	83,9	0,14	0,86

Таблица 2 – Продуктивность коров с различными генотипами гена CSN3

Генотип CSN3	Показатели продуктивности коров
	Удой, кг	Жир, %	Белок, %	Массовая доля жира, кг	Массовая доля белка, кг
AA (n=0)	0	0	0	0	0
AB (n=14)	6981,43 + 824,23	6,29 + 1,28	3,69 + 0,39	439,13 + 10,55	257,61 + 3,21
BB (n=73)	6636,16 + 1113,31	6,08 + 1,08	3,93 + 0,40	403,48 + 12,02	260,8 + 4,45

Проведенное исследование воздействия полиморфизма гена каппа-казеина на молочную продуктивность 87 коров принадлежащих ООО имени Тимирязева Балтасинского района Республики Татарстан показало, что коровы с гомозиготным генотипом CSN3AB имеют самый высокий удой - в среднем 6981,43 кг молока. Коровы с гомозиготным генотипом CSN3BB имеют удой ниже на 345,27 кг (в среднем 6636,16 кг).

Наибольшее содержание белка наблюдается у коров с генотипом CSN3BB – 3,93 %; наименьшее содержание белка в молоке у коров с гомозиготным генотипом CSN3AB – 3,69 % (Таблица 2).

Таким образом, коровы с генотипом CSN3BB имеют наибольшую белковомолочность – 3,93 % и при среднем удое в 6636,16 кг выдают 260,8 кг молочного белка.

При изучении полиморфизма генов бета-лактоглобулина (BLG) у коров джерсейской породы из 87 исследованных животных, 35 коров оказались носителями гомозиготного генотипа AA, 42 коровы имели гетерозиготный генотип AB, 10 коров – гомозиготный генотип BB (Таблица 3).

Частота встречаемости гомозиготного генотипа AA составила 40,23%, гетерозиготного генотипа AB – 48,28%, гомозиготного генотипа BB – 11,49%. Частота встречаемости аллеля A – 0,6, аллеля B – 0,4.

Таблица 3 – Полиморфизм гена BLG у коров джерсейской породы

AA		AB		BB		Частота аллелей
n	%	N	%	n	%	A	B
35	40,23	42	48,28	10	11,49	0,6	0,4

Таблица 4 – Продуктивность коров с различными генотипами BLG

Генотип BLG	Показатели продуктивности коров
	Удой, кг	Жир, %	Белок, %	Массовая доля жира, кг	Массовая доля белка, кг
AA (n=35)	6669,14 + 1154,53	5,87 + 1,09	3,87 + 0,43	391,48 + 12,58	258,1 + 4,96
AB (n=42)	6785,71 + 997,69	6,27 + 1,16	3,91 + 0,47	425,46 + 11,57	265,32 + 4,69
BB (n=10)	6376 + 1074,58	6,32 + 0,89	4,2 + 0,24	402,96 + 9,56	267,79 + 2,58

Результаты исследования влияния полиморфизма гена бета-лактоглобулина на молочную продуктивность были получены путем анализа 87 коров, принадлежащих ООО имени Тимирязева Балтасинского района Республики Татарстан. Было выявлено, что наибольший удой был у коров с гетерозиготным генотипом BLGAB - в среднем 6785,71 кг молока, у коров с гомозиготным генотипом BLGAA - 6669,14 кг, а у коров с гомозиготным генотипом BLGBB - наименьший удой – 6376 кг.

Наибольшее содержание белка наблюдается у коров с желательным генотипом BLGBB – 4,2%; на втором месте группа коров с генотипом BLGAB – 3,91 %; наименьшее содержание белка в молоке у коров с гомозиготным генотипом BLGAA – 3,87 % (Таблица 4).

Анализ трех полиморфных локусов, отвечающих за характеристики молочной продуктивности, показал, что есть связь между качественными и количественными показателями лактации. Изучение влияния полиморфизма гена BLG на лактацию показало, что у животных с гомозиготным генотипом BLGAA продуктивность за 305 дней лактации была выше, чем у животных с генотипом BLGBB - разница составляла 293,14 кг. Коровы, обладающие генотипом BB, опережали своих собратьев с генотипом AA по содержанию белка в молоке на 0,33 % и по молочному жиру на 11,48 кг. Известно, что удой, содержание жира и белка в молоке определяются комплексным сочетанием генотипов, поэтому были осуществлены исследования частоты встречаемости комплексных сочетаний генотипов генов CSN3 и BLG. В результате анализа встречаемости комплексных генотипов среди 87 коров было выявлено 6 различных комплексных генотипов: CSN3ABBLGBB, CSN3ABBLGAA, CSN3ABBLGAB, CSN3BBBLGBB, CSN3BBBLGAA, CSN3BBBLGAB (Таблица 5).

Таблица 5 – Молочная продуктивность коров в зависимости от комплексных генотипов генов CSN3 и BLG

Генотип	Количество		Показатели молочной продуктивности
	Голов	%	Удой, кг	Жир, %	Белок, %	Массовая доля жира, кг	Массовая доля белка, кг
CSN3ABBLGAA	2	2,3	6470 + 1040	5,35 + 0,75	3,25 + 0,35	346,15 + 7,80	210,28 + 3,64
CSN3ABBLGAB	10	11,5	7221 + 728,5	6,35 + 1,31	3,71 + 0,34	458,53 + 9,54	267,9 + 2,48
CSN3ABBLGBB	2	2,3	6295 + 25	6,95 + 0,95	4,05 + 0,25	437,5 + 0,24	254,94 + 0,06
CSN3BBBLGAA	33	37,9	6681 + 1160	5,91 + 1,1	3,92 + 0,4	394,86 + 12,76	261,9 + 4,64
CSN3BBBLGAB	32	36,8	6650 + 1031	6,24 + 1,11	3,98 + 0,49	414,94 + 11,44	264,66 + 5,05
CSN3BBBLGBB	8	9,2	6396 + 1392	6,16 + 1,17	4,24 + 0,96	394,1 + 16,28	271,20 + 13,36

Выявлено, что коровы с генотипом CSN3ABBLGAB обладает наивысшим удоем – 7221 кг, демонстрирует высокие результаты по содержанию жира, в частности, процентное содержание жира составляет 6,35%, а массовая доля белка - в среднем 267,9 кг. Однако наивысшая белковомолочность характерна для коров с генотипом CSN3BBBLGBB – 4,24%, массовая доля белка – 271,20 кг. Таких коров было 8 голов. Большинство коров обладают генотипом CSN3BBBLGAA и CSN3BBBLGAB, который характеризуется средними значениями по всем показателям.

Заключение. Анализ трех полиморфных локусов, двух исследованных генов белкового обмена CSN3 и BLG отвечающих за характеристики молочной продуктивности, показал, что присутствует связь между качественными и количественными показателями лактации. Продуктивность сельскохозяйственных животных зависит не только от условий содержания и качества кормления, но и от генетического потенциала организма. Именно генотип определяет племенные качества сельскохозяйственных животных, так как они обусловливаются комплексом унаследованных генов. В опыте выявлено что наивысшая белковомолочность характерна для коров с генотипом CSN3^BBBLG^BB – 4,24%, массовая доля белка – 271,20 кг.