Элементарный анализ ассоциаций генетических маркеров с полигенными признаками в популяции крупного рогатого скота

Генетические маркеры нашли широкое применение в современной селекционной практике [1–3]. В скотоводстве с использованием молекулярно-генетических процедур практикуется выявление генов, обусловливающих многие наследственные заболевания (иммунодефицит – BLAD, синдром недостаточности энзим-системы – DUMPS, комплексный порок позвоночника – CVМ, айрширский гаплотип – AH1 и др. [4 ].

С открытием полиморфизма фрагментов ДНК, а затем однонуклеотидного полиморфизма ДНК (SNP) появилась возможность высокоплотного маркирования генома и изучения ассоциаций большого числа SNP-маркеров с количественными и качественными признаками. Были разработаны подходы, обеспечившие внедрение в селекцию геномных методов прогноза племенной ценности [5 – 9].

Разработка и внедрение технологии геномной селекции (GS) считается одним из выдающихся научных и практических достижений начала ХХI в. Серьёзным преимуществом геномной оценки является сокращение времени для получения прогноза племенной ценности и его сравнительно высокая точность [10 – 14]. Наряду с геномной оценкой до сих пор не потеряли актуальности поиски на уровне популяции ассоциаций полиморфизма отдельных менделирующих структурных генов со сложными признаками. Технологически такие работы опираются на молекулярно-генетические исследования ДНК (структурных генов-кандидатов или маркеров второго типа), но идеологически они часто повторяют ранее проведенные исследования с использованием маркеров первого типа, выполненные, как правило, на более многочисленных выборках. Основным недостатком этих исследований является, на наш взгляд, недостаточная доказательная база генетической детерминации выявленных ассоциаций, как следствие, противоречивость полученных результатов.

В статье рассматриваются результаты исследования ассоциаций маркеров первого и второго типов с полигенными количественными признаками у крупного рогатого скота и возможность повышения их информативности путём одновременной оценки ассоциаций между маркерами и полигенами в популяции, в отдельных стадах, семейным (сегрегационным) и близнецовым анализами. Обсуждается влияние экологических и генетических факторов на величину и лабильность ассоциаций.

Материал и методика

Объектом изучения служило поголовье чистопородного холмогорского скота в хозяйствах Архангельской и Московской областей, республик Коми и Карелии. Исследование проведено в период с 1968 по 2005 гг.

Характеристика холмогорского скота по генетическим вариантам белков молока и частотам генов, контролирующих их полиморфизм, дана на основании исследования 3 863 индивидуальных образцов молока коров, принадлежащих хозяйствам различного племенного и производственного профиля. Электрофоретическое исследование белков молока в щелочной системе буферов провели по Шмидту, в кислой – по Ашаффенбургу в нашей модификации [15]. Возможные технические ошибки исключили двойным типированием белков в индивидуальных пробах молока и чтением фореграмм. Генотип быков по полиморфным локусам белков молока установили путём сравнения генотипов их дочерей с генотипами матерей. Животных с некорректными родословными выявили и исключили по результатам экспертизы родословной по полиморфным системам крови.

Детерминацию ассоциаций полиморфизма белков с молочной продуктивностью коров изучали, используя одновременно популяционный, гибридологический и близнецовый методы, идеи которых изложены в работе [16]. Неравновесие по сцеплению аллелей определили по коэффициенту неравновесия [17, 18] в нашей модификации [19]. Статистическую обработку данных провели по общепринятым алгоритмам [20 – 22] с использованием пакета «Анализ данных» Excel.

Результаты и обсуждение

• У чистопородного холмогорского скота полиморфизм β-казеина детерминирован тремя аллелями с частотами встречаемости β-Cn^A 1 – 0,368± 0,0076, β-Cn^A 2 – 0,497±0,0078, β-Cn^B – 0,136±0,0056;

  æ-казеина соответственно æ-Cn^A – 0,689 ±0,0061, æ-Cn^В – 0,311±0,0061. Полиморфизм β-лактогло-

  булина контролируется двумя аллелями β-Lg^А и β-Lg^В с частотой встречаемости соответственно 0,237±0,0048 и 0,763±0,0048.

  Проверка генетического равновесия популяции показала соответствие фактического распределения генотипов по β-Cn и β-Lg ожидаемому по Харди-Вайнбергу. Оценка однородности данных с помощью критерия χ ² при группировке хозяйств по трём примерно равным по численности категориям: племенные заводы, хозяйства племенного значения (репродукторы) и товарные позволила по всем локусам отвергнуть предположение о гетерогенности данных.

  В целом по исследованной выборке установили ассоциацию полиморфизма β-Cn с удоем коров за первую лактацию. В заводской популяции холмогорского скота преимущество по удою имели животные с генотипом β-Cn^А₂^А₂ (табл. 1). Влияние фактора (различие по генотипу) при сравнении гомозигот β-Cn^А 2 ^А 2 с β-Cn^А 1 ^А 1 и β-Cn^А 1 ^В было достоверно (Р<0,001), с β-Cn^А 1 ^А 2 (Р<0,01). В репродукторах и товарных хозяйствах по направлению взаимосвязи между типами β-Cn и молочной продуктивностью сохранились, но дифференциация генотипов по удою была значительно ниже.

  Так, по племенным заводам разница лучшего генотипа относительно удоя худшего составила в среднем 13,7%. Гетерозигота β-Cn^А 1 ^А 2 недостоверно уступала по удою β-Cn^А 2 ^А 2 и превосходила β-Cn^А 1 ^А 1 в среднем на 10,0%, β-Cn^А 1 ^В – 7,5% с достоверностью Р<0,01. В хозяйствах племенного значения (репродукторы) разница между наиболее и наименее продуктивными генотипами была ниже и в среднем не превышала 9,0%. Достоверная разница установлена только между генотипами β-Cn^А₂^А₂ и β-Cn^А₁^А₁ при уровне значимости Р<0,01. П.Ф. Сороковой с соавторами [23] у животных племенного завода «Холмогорский» выявили недостоверное преимущество над другими генотипами самого малочисленного генотипа β-Cn^ВВ при условии разделения авторами β-казеина только на варианты А и В. Эти данные, скорее всего, свидетельствуют в пользу устойчивости во времени выявленных ассоциаций маркера с молочной продуктивностью. В нашем исследовании генотип β-Cn^ВВ при уровне значимости Р<0,05 превосходил β-Cn^А 1 ^А 1 , был равноценен β-Cn^А 1 ^А 2 и недостоверно уступал по удою β-Cn ^А 2 ^А 2 .

  Другие авторы у разных пород крупного рогатого скота не установили стабильных связей полиморфизма β-Cn с признаками молочной продуктивности [24, 25]. В отличие от наших, эти исследования были выполнены на менее многочисленных выборках и без разделения варианта β-казеина А на А 1 , А 2 . Для сравнения мы пересчитали наши данные, объединив варианты А 1 и А 2 в одну группу. В результате различия фенотипов по удою нивелировались. Поэтому противоречивость данных частично объясняется статистическими причинами и разной разрешающей способностью использованных методов электрофореза для выявления поли- 47

  
  

морфизма. По-видимому, этот вывод можно распространить на показатели многих других исследований, например, на противоречивость данных об ассоциациях групп крови с целевыми признаками, когда для идентификации групп крови использовали разные наборы реагентов.

Одним из способов, с помощью которого анализируется генетическая детерминация ассоциации аллелей менделирующего признака с генетическими детерминантами полигенного признака, служит анализ расщепления признаков в потомстве от анализирующих скрещиваний гетерозиготы с гомозиготой по маркерному локусу. Анализ сегрегации маркерного и количественного признаков в потомстве гетерозигот β-Cn^А 1 ^А 2 и β-Cn^А 2 ^В выявил преимущество по молочной продуктивности дочерей, унаследовавших от гетерозиготных родителей аллель β-Cn^А 2 . В потомстве быков-производителей гетерозигот β-Cn^А 1 ^В между дочерями, унаследовавшими альтернативные гены отцов, разница по удою была недостоверна, а по продукции молочного жира за лактацию они не различались (табл. 1).

В целом результаты гибридологического анализа хорошо согласуются с результатами популяционного. Однако, так же как и в исследовании Неймана с Робертсоном [26], из-за недостаточной численности потомков гетерозигот по статистической достоверности результатов они уступали показателям, полученным с помощью популяционного анализа (табл. 1).

Дисперсионный анализ данных по 12 парам разнояйцовых близнецов, один или оба родителя которых были гетерозиготны по локусу β-казеина, показал, что коэффициент внутриклассовой корреляции по удою в группе конкордантных (сходных) по маркеру близнецов достиг величины 0,789±0,3926 (P<0,05), в то время как у дискордантных он составил 0,21±0,2613. Разница коэффициентов внутриклассовой корреляции, полученная по выходу молочного жира (кг) за 305 суток первой лактации, была чуть ниже, чем по удою, но и в этом случае степень сходства у конкордантных близнецов была выше, чем в дискордантной группе (табл. 2).

Таким образом, результаты популяционного, гибридологического и близнецового анализов приводят к однозначному выводу о том, что у животных обследованной популяции участки хромосом, маркированные аллелями β-Cn (CSN2), по-видимому, контролируют значительную долю изменчивости молочной продуктивности животных.

Детерминация связей генетических вариантов β-Cn с количественными признаками по типу генетического сцепления имеет и косвенное подтверждение. Доказано, что синтез α s1 -, α s2 -, β-, æ-казеинов, которые составляют около 90% валового молочного белка, контролируют гены тесно сцепленных локусов [27 – 31]. Можно предположить, что эти локусы входят в единый генетический комплекс, контролирующий синтез и других компонентов молока. Возможно, часть генов комплекса, включая гены локусов казеина, входят в одну группу сцепления, функциональный блок сцепленных генов [32].

Таблица 1

Обильномолочность и продукция молочного жира коровами за 305 дней первой лактации в зависимости от их генотипа или наследования аллелей β -Cn, кг

Table 1

High milk yield and production of milk fat by cows for 305 days of first lactation, depending on their genotype or inheritance of β -Cn alleles, kg

Метод анализа, популяция, хозяйства	Сравниваемые генотипы	Разница, кг
Популяционный Племенные заводы Удой, кг	β-CnА 1 А 1 : β-CnА 2 А 2	- 476±99,0***
	β-CnА 1 А 1 : β-CnВВ	-336±152,0*
	β-CnА 1 А 1 : β-CnА 1 А 2	-351±95,4***
	β-CnА 1 А 1 : β-CnА 1 В	-84±114,6
	β-CnА 1 А 1 : β-CnА 2 В	-308±110,3**
	β-CnА 2 А 2 : β-CnА 1 А 2	+125±86,3
	β-CnА 2 А 2 : β-CnА 1 В	+392±103,8***
	β-CnА 2 А 2 : β-CnА 2 В	+168±91,1
	β-CnА 2 А 2 : β-CnВВ	+140±144,5
	β-CnВВ : β-CnА 1 А 2	+15±142,1
	β-CnВВ : β-CnА 1 В	+252±155,6
	β-CnВВ : β-CnА 2 В	+38±152,5
Гибридологический (сегрегационный, Племенные заводы Удой, кг	Сравниваемые аллели	Разница
	β-CnА 1 : β-CnА 2	-214,0±142,9
	β-CnА 1 : β-CnВ	+163,0±254,8
	β-CnА 2 : β-CnВ	+163,0±106,1
Молочный жир, кг	β-CnА 1 : β-CnА 2	+11,2±5,61*
	β-CnА 1 : β-CnВ	+0,1±8,52
	β-CnА 2 : β-CnВ	+5,1±4,10

Примечание: Здесь и далее достоверность при уровне значимости *Р <0,05; ** Р <0,01; *** Р <0,001.

Note: Here and further, the accuracy at the significance level of *P <0,05; ** P <0,01; *** P <0,001.

Таблица 2

Результаты анализа связи маркерного и количественного признаков у близнецов (двоен)

Results of the analysis of the relationship between marker and quantitative signs in twins

Table 2

Конкордантность двоен по генам β-Cn	Число пар	Внутриклассовая корреляция		F-критерий
		Удой, кг	Молочный жир, кг	Удой, кг	Молочный жир, кг
Конкордантные	4	0,79*	0,73*	8,5	6,3
Дискордантные	8	0,21	0,18	1,5	1,45
Разница		0,58	0,55	-	-

В популяции холмогорского скота обнаружено нарушение равновесия по дифакториальным генотипам локусов β- и æ-Cn, обусловленное избытком гаплотипов β-CnВ æ-CnВ и недостатком β-CnВ æ-CnА. Достоверного неравновесия по сцеплению аллелей β-CnА1 и β-CnА2 с генами æ-Cn не установлено. По отсутствию неравновесия по сцеплению двух из трех аллелей β-Cn с генами æ-Cn и достоверной взаимосвязью с повышенной обиль-номолочностью β-CnА2 заключили, что неравновесное сцепление генов, очевидно, захватывает участок хромосомы, включая полиморфные локусы β- и æ-Cn, слабо полиморфный у холмогорского скота αs1-Cn и локус или группу локусов количественного признака [19]. Позднее это предположение было подтверждено результатами картирования хромосом, из которого следовало, что локусы, контроли- рующие синтез казеинов, локализованы на шестой хромосоме, 31-33 группе синтении [33]. На генетической карте шестой хромосомы П.М. Кленовицкий с соавторами [34] указали участок локализации генов, контролирующих синтез казеинов в районе 64100 сМ и положение æ-Cn между αs1-Cn и β-Cn. При этом на шестой хромосоме именно со стороны β-Cn локализовано подавляющее большинство QTL, влияющих на признаки молочной продуктивности, что служит дополнительным аргументом в пользу полученных нами данных о механизмах детерминации выявленной ассоциации полиморфизма β-казеина с признаками молочной продуктивности. На шестой хромосоме в различных исследованиях локализовали QTL обильномолочности (М), содержания жира в молоке (%F), продукции жира (F) и белка (%Р, Р) [35]. На основании данных литературы и собственных исследований М.Г. Смарагдов сделал вывод о том, что, вероятнее всего, на ВТА6 находятся как минимум шесть (или сдвоенных шесть) плейотропных М, Р, F, %P, %F – QTL в районах 7, 30–35, 48, 58–60, 75–78, 90–100 сМ, т.е. тесно сцепленные локусы казеинов, по-видимому, не только сами влияют на показатели молочной продуктивности, но и сцеплены (соседствуют на хромосоме) с другими генами, не индифферентными к проявлению признаков молочной продуктивности [35].

Качественно иные результаты были получены при оценке ассоциации полиморфизма β-лактоглобулина с удоем коров (табл. 3).

Существенная зависимость удоя от генотипа коров по β-лактоглобулину установлена во всех пяти обследованных заводских стадах (Архангельская область). В племзаводах «Новая жизнь», «Борец», «Ведлозерский» преимущество по удою име- ли генотипы β-LgВВ, в племзаводах «Холмогорский» и «Архангельский» – β-LgАВ. В среднем по племенным заводам дифференциация по удою между различными генотипами была незначительной и недостоверной. По исследованной выборке в целом небольшим преимуществом по удою обладал фенотип β-LgВ (табл. 3).

В двух ведущих племенных заводах «Холмогорский» и «Новая Жизнь» повторное исследование ассоциаций генотипов по маркерному локусу с обильномолочностью выявило некоторое изменение величины их дифференциации с сохранением прежних рангов, установленных при первом обследовании (табл. 4).

В племенном заводе «Холмогорский» разница между фенотипами несколько увеличилась, в племзаводе «Новая жизнь» – снизилась.

Более детальный анализ продуктивности

Таблица 3

Удой коров за 305 суток первой лактации в зависимости от их фенотипа по β -лактоглобулину

Milk yield of cows for 305 days of the first lactation, depending on their β -lactoglobulin phenotype

Table 3

Хозяйства	о CD CD о Q 0> >3 т к S со о О х	Фенотипы β-лактоглобулина						Разница в удое, кг
		А		АВ		В
		n	X ± s x	n	X ± s x	n	X ± s x	АВ-В	А-В
Племенные заводы
Холмогорский	1	6	3434±315	135	3744±66	412	3593±39	+151*	-159
Архангельский	1	3	4552±422	47	4498±124	84	4104±83	+394*	+448
Новая жизнь	1	1	3903	34	3433±102	132	3748±58	-315*	+155
Борец	1	3	3437±471	63	3279±63	120	3606±42	-327*	-169
Ведлозерский	1	1	3461	22	3353±210	80	3919±102	-566*	-458
В среднем	5	14	3649±220	301	3690±47	828	3711±26	-21	-62
Другие хозяйства
Репродукторы	8	98	2679±89	569	2621±31	734	2672±26	-51	+7
Товарные	4	59	2037±63	409	2130±49	476	2058±44	+72	-21
В целом	17	171	2781±75	1279	2796±27	2038	2803±21	-7	-22

Таблица 4

Удой коров в зависимости от их фенотипа по β -лактоглобулину, результаты смежных обследований

Milk yield of cows depending on their β -lactoglobulin phenotype, results of related examinations

Table 4

Племзаводы	AB		B		05 ___ ? со т m 05 <С 0_	CD ГО со	СК о о	Источник
	n	X ± Sx	N	X ± Sx
Холмогорский	79	3645±84	247	3500±46	+145	<0,20	1969	[43, 60 ]
	56	4002±182	165	3833±75	+169	<0,40	1976
Новая жизнь	34	3433±111	132	3748±62	-315	<0,03	1970
	–	3582±142	–	3795±58	-213	<0,20 *	1975	[45] **

Примечание: * – Рассчитано нами для выборки ≥ 100 вариант. ** – Авторы не указали численности животных в фенотипических классах.

Note: * – Calculated for a sample of ≥ 100 variants. ** – The authors did not indicate the number of animals in the phenotypic classes .

коров различных возрастных групп показал, что в обоих стадах в восходящих поколениях по направлению сохранялись взаимосвязи между маркером и удоем, характерные для предкового поколения. Если допустить, что выборка гамет реализованных в потомстве гетерозигот репрезентативно представляла уровень гаметического неравновесия в исходной родительской популяции, то результаты анализирующих по маркерному локусу скрещиваний должны были подтвердить выдвинутое предположение.

Действительно, в обоих племенных заводах в скрещиваниях ♀АВ х ♂ВВ дочери наследовали ассоциации маркера с количественным признаком, выявленным в популяциях матерей. В смежных поколениях абсолютная разница между удоем коров разных фенотипов практически не менялась. В реципрокных скрещиваниях характер «эффектов маркера» по знаку также соответствовал родительским популяциям, из которых происходили гетерозиготы. Однако в племзаводе «Холмогорский» различие по удою между разными генотипами было несколько меньше, а в племенном заводе колхоза «Новая жизнь», напротив, в 2,5 раза больше аналогичных показателей прямых скрещиваний. Использование быков из племзаводов в других хозяйствах также выявило дифференциацию альтернативных классов дочерей по удою. Так, в анализирующем скрещивании гетерозиготных по β-Lg быков из племзавода «Холмогорский» с коровами совхоза «Большая Инта» генотипа β-LgВВ взаимосвязь маркера с удоем по направлению соответствовала характерной для «отцовского» стада. Преимущество дочерей, унаследовавших от отцов аллель β-LgА над полусестрами, унаследовавшими β-LgB, достоверно (P<0.05). Абсолютная разница в удоях составила 602 кг (табл. 5).

Таким образом, у потомства от анализирующих скрещиваний по направлению сохранялись ассоциации между менделирующими генами и полигенами количественного признака, характерными для популяций, из которых происходили гетерозиготы (табл. 5).

Исследованию ассоциаций наследственного полиморфизма белков молока с хозяйственнополезными признаками посвящено большое количество работ, которые дали противоречивые результаты. Так, по β-Lg преимущество по удою коров с генотипом β-LgАА установили [36 – 41]. Другие авторы показали отсутствие каких-либо взаимосвязей [42 – 46]. Преимущество по удою генотипа β-LgВВ в серии исследований показали [47 – 52 и др.]. Л.С. Жебровский, В.Е. Митютько для черно-пестрого скота выявили тенденцию к более высокой продуктивности животных с генотипом β-LgАА β-CnAA æ-CnAA [24]. Исследуя связи типов β-лактоглобулина с устойчивостью коров к маститу, Ю.М. Кривенцов и др. [48] констатируют устойчивость черно-пестрых коров генотипа β-LgВВ, а W.H. Gjesecke и D.R. Osterhoff [53] – β-LgАВ. П.Е. Поляков с Л.А. Зубаревой [54] пришли к выводу, что на частоту распространения сильного раздражения вымени и субклинического мастита оказывают влияние такие наследственные факторы, как принадлежность коров к определенной экологической группе, семейству, линии. Относительно взаимосвязей других полиморфных белковых систем молока с различными хозяйственно-полезными признаками противоречивость данных также очевидна.

Наше исследование ассоциации полиморфизма β-лактоглобулина с удоем в целом по обследованной популяции холмогорского скота не

Таблица 5

Результаты гибридологического анализа взаимосвязи типов β -Lg с удоем коров (анализирующие скрещивания)

Table 5

Results of the hybridological analysis of the relationship of β -Lg types with the milk yield of cows (analyzing crosses)

Тип скрещивания и происхождение родителей по хозяйствам		Число		Расщепление генетических вариантов β-лактоглобулина в потомстве гетерозигот				Разница
		CD О zr 1-О	i >s T § °-
				А		В
♀  х ♂				n	X ± s x	n	X ± s x	(А - В)
1-AB	1.2-BB	22	46	24	3802±171	22	3658±181	+144
1-BB, AB	1-AB	4	59	24	3522±153	35	3348±111	+174
2-AB	1.2-BB	7	25	12	3492±178	13	3920±143	-428*
1.2-BB, AB	2-AB	4	22	10	3489±191	12	3659±206	-170
3-AA, BB	3-AB	12	53	20	2441±134	33	2722±116	-281
3-BB,AB	1-AB	3	32	17	3202±148	15	2600±231	+602**
4-BB, AB	1-AB	3	36	17	2574±178	19	2477±234	+97
4-BB,AB	2-AB	5	71	30	3138±119	41	3238±143	-100
5-BB,AB	1-AB	10	127	58	3150±104	69	2945±107	+205
5-BB,AB	2-AB	9	93	40	3226±102	53	3333±121	-107
Средневзвешенные		48	564	252	3205±65	312	3150±65	+55

Примечание: * – Цифрами обозначены шифры хозяйств, племенные заводы: 1 – «Холмогорский», 2 – «Новая жизнь»; 3 –племхоз «Большая Инта»; 4 – другие хозяйства, 5 – по всем хозяйствам. Уровень значимости разницы * –Р d 0,05< 0,06; ^**Р d 0,02< 0,05.

Note: * – Numbers indicate the codes of farms, breeding plants: 1 – «Kholmogorsky», 2 – «Novaya Zhizn»; 3 – «Bolshaya Inta»; 4 – other farms, 5 – for all farms. The level of significance of the difference * – Р d 0,05< 0,06; ** – Р d 0,02< 0,05.

выявило достоверной связи между полиморфизмом и количественным признаком. Ассоциации маркера с обильномолочностью коров в субпопуляции племенных заводов также не установили (табл. 5).

Однако в выборках, представляющих отдельные племенные заводы, взаимосвязи полиморфизма β-лактоглобулина с удоем оказались существенными в пяти случаях из пяти при уровне значимости P<0,05, но разнонаправленными.

По П.М. Кленовицкому с соавт [34] β-Lg локализован на 11-й хромосоме в позиции 108 сМ. Согласно данным обзора М.Г. Смарагдова [35], рядом в позиции 105 сМ, 83 и 115 сМ локализованы соответственно один QTL обильномолочности и два продукции белка. По сравнению с шестой при почти одинаковом размере 11 хромосома значительно уступает ей в плотности локализации QTL, ответственных за обильномолочность и компонентов молока: по обильномолочности 17 против одного, по продукции белка 17 к двум. Видимо, комплексное влияние генного пула хромосом 6 и 11 на продукцию молока и его компонентов кратно отличается не только по величине вклада, но и контролирует проявление разных признаков, поскольку на 11-й хромосоме локализовано семь QTL, ответственных за число соматических клеток и устойчивость к маститу, а на шестой хромосоме – только один.

Обнаруженное принципиальное различие в проявлении ассоциаций между полиморфизмом β-Cn и β-Lg с селекционными признаками, возможно, объясняется разным аллобалансом хромосом, на которых они расположены, разной теснотой сцепления и эффектов генов, влияющих на проявление количественных признаков. Нельзя исключить также и возможное различие эффектов самих аллелей β-Cn и β-Lg.

Популяция холмогорской породы подразделялась на отдельные, частично изолированные (репродуктивно) заводские стада, которые преимущественно специализировались на разведении определенных генеалогических линий, т. е. происходивших от небольшого числа самцов, нередко связанных между собой родством. Эффективная численность закрытого заводского ядра холмогорской породы была относительно невелика. По-видимому, такая система заводского разведения в пределах отдельных стад способствовала нарушению генетического равновесия по полифакториальным генотипам [19].

Л.А. Животовский ещё в 1976 г. показал, что даже в отсутствии плейотропии и сцепления селекция по маркерным генам возможна [55]. Сопоставление результатов популяционного и гибридологического анализов расщепления маркерных и количественных признаков позволило оценить в популяции в целом и по отдельным стадам дисперсию, обусловленную неравновесным сцеплением генов (га-метическим неравновесием), контролирующим ассоциации маркерных и количественных признаков, которые можно использовать в селекции. Даже в отсутствии сцепления между локусами гаметическое неравновесие маркеров с плюс или минус вари- антными комбинациями генов, контролирующими молочную продуктивность коров, может обусловливать сохранение родительских комбинаций генов в нескольких поколениях потомков (по крайней мере, более одного). Продолжительность периода восстановления генетического равновесия полигибридной популяции зависит от величины гаметического неравновесия и силы сцепления между локусами [56]. Эту закономерность можно распространить на большинство ассоциаций маркеров с полигенными количественными признаками, исключая автокорреляции вариаций частот маркерных признаков с динамикой признаков продуктивности животных, обусловленной флуктуациями условий среды.

Использованный нами подход представляется эффективным для экспериментального доказательства наличия в популяции, так называемого «сопряженного дрейфа генов» [16], гаметического неравновесия или неравновесия по сцеплению.

В популяции холмогорского скота поток генов был направлен из малочисленной (относительно численности всей породы) заводской популяции (высшей селекционной группы) в хозяйства-репродукторы и далее в товарные стада. Такое направление потока генов способно изменить старые и сформировать в стадах реципиентах новые ассоциации маркеров и количественных признаков, сходные с таковыми в хозяйствах-поставщиках (донорах) племенного материала.

Для проведения внутрипопуляционного генетического анализа ассоциаций между признаками пригодны маркеры первого и второго типов. Однако в сравнении с полиморфными кодоминантными системами белков, когда у гетерозиготы одновременно визуализируется проявление продуктов обоих аллелей, группы крови, особенно простых систем, менее удобны для анализа ассоциаций маркера с аллелями целевых признаков. В связи с наличием в этих системах «нулевых» аллелей без предварительного семейного анализа невозможно дифференцировать антигенположительные гомо- и гетерозиготы. Это осложняет генетический анализ взаимосвязей полиморфизма «простых» систем групп крови с количественными признаками. Молекулярно-генетические маркеры для анализа предпочтительнее, поскольку позволяют преодолеть эти сложности так же, как и по генам, контролирующим признаки, фенотипически проявляющиеся у одного из полов (например, белки молока или яйца).

Холмогорская и генетически наиболее изученная голштинская порода, которая её поглотила, различаются по селекционным признакам, таким как: живая масса, молочная продуктивность, долголетие, а также по генетической структуре полиморфных локусов, ответственных за синтез генетических вариантов белков и групп крови. Поэтому «балансы хромосом», количественные эффекты отдельных генов и их комбинаций у этих пород, видимо, существенно различаются и имеют широкую вариабельность значений, а вероятность их обнаружения зависит от величин суммарных эффектов, которые вполне, возможно, породоспецифичны.

Селекция этих пород, скорее всего, может базироваться на разных маркерных генах, сцепленных с разными QTLs. Отсюда вытекает предположение о том, что генофонды данных пород для селекции могут иметь самостоятельное утилитарное значение. В помесных популяциях велика вероятность обнаружения неравновесия по сцеплению между маркерами и маркёров с QTL. В практической селекции голштин-холмогорских помесей этим необходимо воспользоваться.

В статье «Метод сигналей» А.С. Серебров-ский писал: «В каждой хромосоме генов данного признака (например, величины яйца) обыкновенно бывает несколько, различных по силе и по направлению. Отсюда возникает новое качество – баланс хромосомы…» [57]. Это высказано в 30-е гг. прошлого столетия и экспериментально подтверждено у крупного рогатого скота спустя 80 лет по результатам SNP генотипирования критических QTL молочной продуктивности (actual Quantitative Trait Nucleotides – QTN) [58].

Фенотипическое проявление QTLs зависит не только от генетических взаимодействий, но и от модифицирующего влияния среды. Так, аминокислотные различия вариантов β-казеина, вызванные мутациями в локусе β-Cn, затрагивают аминокислоты, частично лимитирующие молочную продукцию. Вариант β-Cn^А₂, который встречается у холмогорского скота с наибольшей частотой [15], отличается от варианта β-Cn^А₁ заменой одного остатка гистидина на пролин [29]. Из 209 аминокислотных остатков на молекулу β-Cn^А 2 приходится 35 остатков пролина и пять гистидина. Следовательно, животному с генотипом β-Cn^А₁^А₁ для синтеза равного количества β-казеина необходимо гистидина на 20% больше, чем генотипу β-Cn^А₂^А₂. Пролин не является лимитирующей аминокислотой. Гистидин относится к аминокислотам, частично лимитирующим молочную продуктивность [59]. Поскольку компоненты молока синтезируются молочной железой на экспорт и β-казеин составляет около 35% валового количества молочного белка [27], можно полагать, что в условиях питания, дефицитных по гистидину, аллели β-Cn^А 1 и β-Cn^А 2 ,очевидно, приобретают одну селективную ценность, а в условиях оптимального аминокислотного питания – другую. У молочного крупного рогатого скота уровень молочной продуктивности – основной признак, по которому ведётся отбор. Уровень секреции молока косвенно характеризует напряжённость обмена веществ и физиологической нагрузки на организм животного. Поэтому с некоторыми допущениями молочную продуктивность можно принять за признак, влияющий на “комплексную” приспособленность генотипов, которая отражает баланс сил естественного и искусственного отбора. При этом естественный отбор направлен на стабилизацию молочной продуктивности на уровне, достаточном для оптимального воспроизводства популяции в конкретных условиях среды, а искусственная селекция – на обеспечение максимального производства молока.

В заводской популяции холмогорского скота максимальный средний удой получили от гомозигот

β-Сn^А 2 ^А 2 , минимальный – β-Сn^А 1 ^А 1. . Гетерозигота β-Сn^А 1 ^А 2 занимала не строго промежуточное положение, а уклонялась в сторону наиболее обильномо-лочного генотипа β-Сn^А₂^А₂. В гетерозиготном сочетании с β-Сn^В преимущество β-Сn^А₂ по отношению к β-Сn^А 1 сохранялось. Но удои соответствующих гетерозигот были выше средней арифметической удоев альтернативных гомозигот (таблицы 1, 3). В данном случае с осторожностью, но можно говорить о межаллельном взаимодействии маркера и сцепленных с ним QTL.

Внутри выборки соотношение удоев отдельных генотипов по локусу β-Сn, вовлечённых в сегрегационный анализ, по группировкам хозяйств в зависимости от уровня средней молочной продуктивности, при сохранении их рангов менялось в зависимости от условий, в которых находились животные. Одной из причин снижения уровня ассоциации между полиморфизмом белков с признаками молочной продуктивности по мере снижения общей питательности хозяйственных рационов является увеличение удельного веса затрат питательных веществ на поддержание жизни организма и снижение их доли на производство продукции.

А.С. Серебровский предупреждал о том, что маркирование ценных аллелей «сигналями» имеет смысл только в том случае, если ценный аллель обладает аддитивным положительным вкладом в признак [57]. Понятно, что если проявление признака увеличивается (уменьшается) за счет взаимодействия аллелей (внутрилокусного или межлокусного), то маркировать такие аллели вряд ли имеет смысл.

Исследованиями последних лет показано, что контроль наследственной изменчивости поли-генных количественных признаков генами с сильными эффектами варьирует в широких пределах. Остальная наследственная изменчивость контролируется генами с малыми и средними эффектами. Поэтому выявленные взаимосвязи SNP генотипов с количественными признаками не могут быть универсальным инструментом для прогноза генетического потенциала продуктивности животных, не связанных общим родством и половой принадлежностью [10 – 14]. Флуктуации «эффектов маркеров», как и многочисленные данные о низкой повторяемости традиционных оценок племенной ценности быков по молочной продуктивности дочерей, лакти-ровавших в разных условиях и в разное время, в значительной степени объясняются изменчивостью, обусловленной взаимодействиями генотип–среда [60 – 63]. Скорее всего, важнейшие биологические процессы у млекопитающих, ассоциированные с полиморфизмом генов-маркеров, не являются постоянными, а зависят от общего метаболизма, иммунитета и нейрогуморальной регуляции процессов жизнеобеспечения организма [12]. Ассоциации маркеров с QT-локусами указывают лишь на гаметиче-ское неравновесие (неравновесие по сцеплению), которое может быть обусловлено не только физическим сцеплением, но и другими причинами [64]. Это нужно учитывать при планировании маркер зависимой селекции.

Заключение

Для повышения определённости результатов исследования взаимосвязей менделирующих генов-кандидатов и маркеров с аллелями сложных признаков необходимо использовать комплексный популяционно-гибридологический подход к их анализу. В проведенном исследовании на уровне субпопуляции племенных заводов у чистопородного холмогорского скота установили устойчивую достоверную ассоциацию аллеля в-Сп Аг с повышенной молочной продуктивностью коров. Генетическая детерминация выявленной ассоциации подтверждена семейным (сегрегационным) и близнецовым анализами.

По в-Lg на уровне популяции в целом и стратифицированных по племенному статусу в субпопуляциях достоверных ассоциаций не установили. В выборках, представляющих отдельные племенные заводы, взаимосвязи полиморфизма в-лактогло-булина с удоем оказались разнонаправленными, но статистически существенными в пяти случаях из пяти при уровне значимости P<0,05. В стадах двух ведущих племенных заводов «эффекты маркеров» оставались неизменными по знаку на протяжении нескольких поколений. При высоком сходстве этих заводских стад по частотам генов в-Lg наблюдались противоположные по направлению ассоциации между аллелями в-Lg и обильномолочностью коров. В потомстве гетерозиготных производителей от анализирующих скрещиваний по направлению сохранялись ассоциации, характерные для популяций, из которых происходили гетерозиготы. Уровень селекционной дифференциации маркерных аллелей зависел от уровня средней молочной продуктивности стад. Следовательно, некорректно ориентировать исследования на получение «усреднённых» эффектов генов в «усреднённых» условиях, независимо от конкретных генотипических и экологических ситуаций. Решение данной проблемы видится в совершенствовании идеологии исследований, которая ограничивается пока регистрацией достоверных ассоциаций маркеров с полигенными количественными признаками в ретроспективных референтных выборках с последующей экстраполяцией полученных результатов на генетически иные популяции, находящиеся в других экологических условиях.

Поэтому в селекции животных (по примеру с селекцией растений) необходима разработка теории эколого-генетической организации количественного признака, поскольку в зависимости от вариаций условий среды могут меняться структура и относительный вклад генов в проявление признака [65, 66]. Для нашей страны с её богатым разнообразием природно-климатических, экономических и хозяйственных условий этот вопрос имеет первостепенное значение.

Работа выполнена в рамках государственного задания № 0412-2019-0051, рег. № НИОКТР АААА-А20-120022790009-4.