Использование высокопроизводительной инфракрасной спектрометрии при изучении полногеномных ассоциаций с жирнокислотным и компонентным составом молока у коров (Bos taurus)

Количество жира в молоке коров относится к признакам, наиболее подверженным высокой изменчивости, и зависит как от условий среды (кормление, технология содержания), так и от генетических факторов (порода, генотип). Особый интерес представляет содержание жирных кислот (ЖК) как биомаркера контроля физиологического состояния животных и критерия оценки показателей качества сырого молока, в части его пригодности к переработке (выход сыра, масла и сливок). Соотношение ЖК в молоке по числу атомов углерода, а также длине цепи, степени ее насыщения различается между особями и на популяционном уровне. Поэтому изучение генетической и геномной изменчивости признаков молочной продуктивности для повышения эффективности управления отбором животных остается актуальной задачей. Цель наших исследований заключалась в поиске полногеномных ассоциаций и полиморфизмов в генах, детерминирующих жирнокислотный состав молока, на основе инфракрасной спектрометрии как одного из наиболее быстрых и точных экспресс-методов физико-химического анализа состава молока. Популяционно-генетические параметры и изменчивость содержания жирных кислот в молоке изучали на популяции голштинизированного черно-пестрого и голштинского скота 14 племенных стад из Московской области (2017-2018 годы). Всего для оценки суточных показателей молочной продуктивности использовали 36982 образца. Расчет коэффициентов наследуемости (h2) и корреляции ( rg ) показателей состава молока коров проводили на основе метода REML (residual maximum likelihood) с использованием семейства программ BLUPF90. Поиск SNP проводили в выборке коров из экспериментального стада голштинизированного черно-пестрого скота (ПЗ «Ладожский» - филиал ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста, 2020-2021 годы). Фракционный состав молока определяли с помощью автоматического анализатора MilkoScan 7 DC («FOSS», Дания), принцип действия которого основан на экспресс-оценке методом инфракрасной спектроскопии. При индивидуальной оценке была сформирована группа из 144 генотипированных с помощью биочипа Bovine GGP 150K («Neogen», США) коров с полным фенотипическим описанием спектра жирных кислот и компонентов молока. Контроль качества генотипирования (110884 SNP), анализ полногеномных ассоциаций (GWAS, genome-wide association study) и многомерное шкалирование (MDS, multidimensional scaling) выполняли с помощью программы Plink 1.9. Поиск генов по выявленным значимым полиморфизмам проводили в браузере Ensembl по сборке генома крупного рогатого скота Bos taurus UMD 3.1.1 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/). Аннотацию генов для определения локусов количественных признаков на хромосомах животных осуществляли по международной базе данных Animal QTLdb. Наследуемость показателей жирных кислот молока варьировала от низкой для полиненасыщенных ЖК (h2 = 0,018) до умеренных для средне- (h2 = 0,125), длинноцепочечных (h2 = 0,155) и миристиновой кислоты (h2 = 0,155), мононенасыщенных ЖК (h2 = 0,176) и олеиновой кислоты (h2 = 0,196). Методом многомерного шкалирования оценили генетическую структуру экспериментальной группы животных, где мы наблюдали умеренный размах вариабельности по первой (PC1 = 7,82 %) и по второй (PC2 = 4,65 %) компонентам изменчивости. Для миристиновой и пальмитиновой ЖК выявлены общие кластеры (QTL) на хромосомах BTA5, BTA10, BTA14, BTA18 и BTA27; для стеариновой и олеиновой ЖК (как входящих в группу длинноцепочечные ЖК) показана схожая локализация QTL на хромосомах BTA9, BTA10, BTA11, BTA14, BTA17, BTA18, BTA19, BTA20 и BTA29. Для коротко- и среднецепочечных ЖК обнаружены ассоциации на хромосомах BTA1, BTA5, BTA10, BTA11, BTA14, BTA18, BTA19 и BTA24, для длинноцепочечных ЖК детектированы QTL на BTA6, BTA7, BTA9, BTA10, BTA11, BTA17, BTA18 и BTA29. Для коротко- и среднецепочечных ЖК, насыщенных ЖК, C14:0, C16:0, C18:0 и C18:1 установлены гены, образующие QTL на хромосомах BTA10, BTA11 и BTA14, - CACNA1C , GCH1 , ATG14 , KCNH5 , PRKCE , CTNNA2 , CYHR1 , VPS28 , DGAT1 , ZC3H3 , RHPN1, TSNARE1 . Коротко- и среднецепочечные ЖК, миристиновая и пальмитиновая ЖК, насыщенные ЖК показали связь с полиморфизмами в генах MED12L , EPHB1 , GRIN2B , PRMT8 , ERC1 , PELI2 , ARHGAP39 , MROH1 , MAF1 , GSDMD , LY6D. Для длинноцепочечных и мононенасыщенных ЖК, стеариновой и олеиновой ЖК в результате аннотации получены селекционно значимые гены RPS6KA2 , CPQ , CPE , FTO , FAT3 , LUZP2. Продолжение изучения генетических механизмов наследования содержания жирных кислот и компонентов молока необходимо для формирования стратегии селекции молочного скота с лучшим жирнокислотным профилем и составом компонентов.