Оценка коров голштинской породы по гену белка теплового шока

На территории России все чаще наблюдаются экстремальные погодные явления, сопровождающиеся рекордными показателями температуры, а также засухой в летнее время. Причем жара регистрируется не только в южной части страны, но и в Центральном, Уральском регионах, в Поволжье и Сибири, где довольно часто температура воздуха достаточно долго держится на уровне 40°С. Повышение температуры окружающей среды ведет и к подъему температуры тела коровы, в результате чего развивается тепловой стресс [1].

У животных возникают ряд физиолого-биохимических реакций и изменение поведения, направленные на восстановление теплового баланса: учащенное дыхание и одышка (до 60-100 вдохов в мин.), снижение поедания корма до 35 % и увеличение потребления воды до 80 %, снижение активности, скопление животных в тени и у поилок, постоянный поиск более прохладных зон [2, 4, 11].

Исследования, проведённые на голштинских коровах в условиях США, подтверждают негативное влияние теплового стресса на показатели продуктивности молочного скота. Высокопродуктивные коровы более восприимчивы к тепловому стрессу, что проявляется снижением удоев до 1 кг в сутки. Наряду с этим, отбор по термоустойчивости животных затруднен из-за отрицательной корреляции данного показателя с молочной продуктивностью. Однако рекомендовано использовать термоустойчивость в качестве критерия отбора, особенно для молочного скота, содержащегося и выращиваемого в жарких природно-климатических условиях [8].

Белки теплового шока (англ. HSP, Heat shock proteins) – это класс функционально сходных белков, экспрессия которых возрастает при повышении температуры или при других стрессовых воздействиях на клетку. Поэтому они являются основными молекулярными маркерами теплового шока [7]. Установлено, что он оказывает влияние на уровень удоя коров и качество молока [5, 6]. Ген HSP70.1 рассматривается как идеальный биологический маркер для измерения теплового стресса у животных [10].

Оценки глобальных тенденций к изменению климата позволяют ожидать в последующие десятилетия лишь ухудшение климатических условий для выращивания крупного рогатого скота [11, 12]. Поэтому исследования, направленные на изучение теплового стресса, являются актуальными.

Цель исследований – изучение влияния гена белка теплового шока на продуктивные показатели коров голштинской породы.

Материал и методы исследований. Исследования были проведены на выборке, представленной из 114 коров голштинской породы, принадлежащих СХПК «Племенной завод имени Ленина» Атнинского района Республики Татарстан.

Материалом для молекулярного ДНК-тестирования служила венозная кровь животных. Для экстракции ДНК из цельной консервированной крови применяли комбинированный щелочной способ. Генотипы HSP70.1 определяли методом ПЦР-ПДРФ. В зависимости от присутствия аллелей «С» и «–» гена HSP70.1 , генотипы были распределены на три группы («СС», «С–», «– –»).

Протокол проведения nested PCR для амплификации локуса гена HSP70.1 длиной 96 bp выполняли с использованием соответствующих реактивов производства ООО «СибЭнзим» (Россия) и двух пар специфических праймеров:

первая               -5

GTCGCCAGGAAACCAGAGAC-3 ′ и5

GGAACACCCCTACGCAGGAG-3′ (позиции     181-200     и     712-731, соответственно, GenBank № M98823);

вторая               -5

GTTCTGGGAGGAGAGGCATTCAG-3 ′ и 5′-CTGCCATGTCGGGAATATTCAA-GG-3′ (позиции     284-306     и     356-379, соответственно, GenBank № M98823).

Анализ результатов цельных фрагментов и ПЦР-ПДРФ-продуктов выполняли с использованием комплекта реагентов для проведения гель-электрофореза производства ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии       Роспотребнадзора.

Фиксирование результатов выполняли гель-документирующей системой Gel Doc XR + (Bio-Rad, США).

Частоту встречаемости генотипов и отдельных аллелей определяли по формулам Е.К. Меркурьевой (1977):

Р =

n

N,

где P – частота определенного генотипа, n – количество особей, имеющих определенный генотип, N – общее число особей.

_ (2 nAA + nAB )

A =    2N

Qb =

(2 nBB + nAB) 2 N

где P А – частота аллеля А, Q В – частота аллеля В, 2 N – общее число аллелей.

По закону Харди-Вайнберга рассчитывали ожидаемые результаты частот генотипов в исследуемой популяции (В.Л. Петухов, 1996). Сведения о продуктивности животных получали из карточки племенной коровы.

Индекс температуры и влажности (ИТВ) был рассчитан в соответствии с методикой, предложенной Nienaber и др. [10], учитывающей максимальную температуру (Tмакс. в °C) и среднюю относительную влажность воздуха (Wср. в %) за день по формуле:

ИТВ = (0,8 x T макс. ) + (W ср. / 100) x (T макс. – 14,4) + 46,4.

Отдельные значения ИТВ были разделены на следующие зоны (Таблица 1) [9]:

Таблица 1 – Обзор зон, рассчитанных по показателю температуры-влажности

Номер зоны	Диапазон значений ИТВ	Классификация зоны
1	До 70	Зона без стресса
2	70-78	Зона умеренного стресса
3	78-82	Зона сильного стресса
4	82 и более	Зона экстремального стресса

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы MS Excel из пакета «Microsoft Office».

Результат исследований. На основании анализа частоты встречаемости генотипов HSP70.1 у исследуемых коров-первотелок установлено, что в группе

Таблица 2 – Встречаемость аллелей и генотипов HSP70.1 -гена у коров голштинской породы

Число коров	Рас-пределение	Частота генотипа						Частота аллеля		χ2
		HSP70.1/«CC»		HSP70.1/«C–»				«C»	«–»
		n	%		%	n	%
114	Н	32	28,1	0,018	50,9	24	21,0	0,53	0,47	0,018
	О	32	28,1	57	49,8	25	22,1

Установлено, что распределение

генотипов в изучаемом участке соответствует равновесию Харди-Вайнберга. Наблюдаемые частоты генотипов (Н) в группе коров отличаются от теоретически ожидаемого (О) распределения частот статистически не значимо. Следовательно, в стаде голштинского скота нет статистически незначительно преобладают животные с аллельным вариантом «С» гена HSP70.1 (Таблица 2). Альтернативный аллель «–» имеют 47 % животных. 28,1 % коров являются гомозиготными по аллелю «С», 21 % – по аллелю «–». Остальные 50,9 % животных имеют гетерозиготный генотип.

равновесия ни по одному из трех генотипов локуса гена белка теплового шока.

По молочной продуктивности лучшие показатели имеют коровы гетерозиготной группы . Так, за 305 дней лактации они произвели молока на 4,0 % больше по сравнению с коровами группы «СС» и на 5,7 % группы «– –» (Таблица 3).

достоверного сдвига генетического

Таблица 3 – Показатели продуктивности коров разного генотипа по гену белка теплового шока

Показатель	Генотип
	HSP70.1/«CC»	HSP70.1/«C–»	HSP70.1/«– –»
Число коров	32	58	24
Удой, кг	8320,0 ± 341,40	8655,4 ± 291,80	8183,8 ± 283,42
МДЖ, %	3,74 ± 0,04	3,77 ± 0,02	3,82 ± 0,08
Молочный жир, кг	311,1 ± 12,87	326,5 ± 11,19	312,7 ± 12,79
МДБ, %	3,24 ± 0,01	3,23 ± 0,01	3,22 ± 0,02
Молочный белок, кг	269,0 ± 10,61	279,8 ± 9,33	263,7 ± 10,02

Животные с генотипом HSP70.1/ «– –» превосходят по массовой доле жира в молоке сверстниц с генотипом HSP70.1/ «С–» на 0,05 %, с генотипом HSP70.1/«СС» – на 0,08 %. По массовой доле белка разница в средних показателях в группах практически не наблюдается – разница не более 0,02 процентов.

В силу большей молочной продуктивности, по количеству молочного жира (326,5 кг) и белка (279,8) лучшими являются коровы с генотипом HSP70.1/«С–» .

Отмечаем, что в связи с незначительными отличиями в показателях продуктивности животных разных генетических групп, разница значений между группами недостоверна. Такое положение может быть следствием того, что в условиях Республики Татарстан чрезмерно жаркая погода устанавливается лишь на небольшие отрезки летнего времени, и возможные колебания продуктивности в это время у коров разной генетической группы невозможно увидеть по результатам продуктивности за лактацию.

В связи с вышесказанным, нами была проведена оценка продуктивности животных за два летних месяца - июнь и июль.

Большинство июньских дней по индексу температуры-влажности (ИТВ) отнесено к первой зоне со значением до 70 - бесстрессовая (Рисунок 1). Остальные 5

дней с индексом 70-78 отнесены к зоне умеренного стресса. Июль месяц можно охарактеризовать как более стрессовый – большинство дней имели ИТВ в промежутке 70-78, три дня отнесены к зоне сильного стресса. Зона экстремального стресса (ИТВ более 82) за отчетные месяцы не наблюдается.

Рисунок 1 - Количество дней с разным диапазоном ИТВ

У животных всех трех генетических групп суточные удои между первой и второй зонами практически не отличаются: максимальное отличие в 1 кг (на 2,3 %) наблюдается у гетерозиготных коров (Таблица 1). Однако тенденция на понижение продуктивности по мере роста зоны стресса выражена во всех генетических группах. Достоверные различия наблюдаются у коров двух генотипов между первой (ИТВ до 70) и третьей зонами (ИТВ 78-82): на 8,5 (HSP70.1/«CC») и 10,8 % (HSP70.1/«—»).

Таблица 4 - Суточный удой (кг) коров разного генотипа в зависимости от ИТВ

Показатель Зона	Генотип
	HSP70.1/«CC»	HSP70.1/«C–»	HSP70.1/«– –»
1. Без стресса	40,8±1,14	42,8±1,79	38,7±1,26
2. Умеренного стресса	40,6±0,97	41,8±1,29	37,9±1,48
3. Сильного стресса	37,3±0,75 *	40,6±2,61	34,5±1,32 *

Примечание: * - Р < 0,05

Наибольший удой выявлен в зоне сильного стресса у коров с генотипом HSP70.1/«C–»     при     достоверном превышении группы HSP70.1/«--» на 6,1

кг (Р < 0,05).

Известно, что развитие теплового стресса приводит к снижению активности животных. Это подтверждается и снижением доильной активности (Рисунок 2). Количество доений по мере повышения ИТВ снижается у всех трех генетических групп. Наибольшее снижение наблюдется у коров с генотипом HSP70.1/«CC» – на

• 9,4 % в третьей зоне по сравнению с первой, с генотипом HSP70.1/«C–» и HSP70.1/«– –» – на 4,7 и 6,3 % соответственно.

  

  Рисунок 2 – Зависимость доильной активности коров от генотипа и зоны стресса

  
  

Заключение. Таким образом, более высокий уровень молочной продуктивности отмечен у гетерозиготных коров. При этом на увеличение индекса температуры-влажности выраженно отреагировали животные, имеющие гомозиготной генотип. У них наблюдается снижение суточных удоев. Следовательно, животные с генотипом «C–» по гену белка теплового шока HSP70.1 более устойчивы к тепловому стрессу.