Сравнительная генетическая характеристика микросателлитного профиля коров джерсейской и голштинской пород, разводимых в условиях Республики Татарстан

Автор: Зиннатов Ф.Ф., Хисматуллин М.М., Гилемханов И.Ю., Тюлькин С.В., Ахметов Т.М., Зиннатова Ф.Ф., Якупов Т.Р., Кушлубаева А.И.

Журнал: Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана @uchenye-zapiski-ksavm

Статья в выпуске: 1 т.261, 2025 года.

Бесплатный доступ

Наиболее точным и быстрым инструментом в решении вопросов генетической идентификации животных вне зависимости от их физиологического состояния и возраста являются микросателлиты (STR - Short Tandem Repeats), которые являются маркерами и обладают рядом особенностей. Информацию о генетическом разнообразии популяции крупного рогатого скота по микросателлитным маркерам можно использовать не только для изучения генетической структуры, но и для подтверждения происхождения потомков по родителям. В исследуемой группе крупного рогатого скота джерсейской и голштинской пород среднее число микросателлитных аллелей на локус составляло 7,5-7,6. Средний показатель числа эффективных аллелей исследуемых локусов у джерсейской породы составил 3,2 и у голштинской породы 3,7. Наибольшие уровни наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности у джерсейской породы (0,767 и 0,882) были обнаружены в локусе Eth10, а наименьшие (0,581 и 0,559) - в локусе Bm1824. Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял примерно 0,672 и 0,702. У голштинской породы наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности наибольшие показатели были обнаружены в локусе Tgla122 (0,839 и 0,893), а наименьшие 0,466 и 0,472 в локусе Sps115. Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял 0,694 и 0,693. Индекс фиксации Райта имел величину у джерсейской породы -0,047, у голштиской породы 0,049. Следует также отметить, что результаты микросателлитного анализа ДНК необходимо учитывать и применять для разработки планов селекционно-племенной работы, оценки генетической структуры пород, поддержания уровня гетерозиготности в стадах.

Еще

Гены, днк, маркеры, микросателлиты, молочная продуктивность, популяция

Короткий адрес: https://sciup.org/142244534

IDR: 142244534 | DOI: 10.31588/2413_4201_1883_1_261_121

Текст научной статьи Сравнительная генетическая характеристика микросателлитного профиля коров джерсейской и голштинской пород, разводимых в условиях Республики Татарстан

Молочное скотоводство является одним из наиболее выгодных и перспективных отраслей современного агропромышленного комплекса и вносит при этом весомый вклад в обеспечении технологического суверенитета нашей страны. Достижение параметров обеспеченности по молоку и молочным продуктам, установленных Доктриной продовольственной безопасности Российской Федерации осуществимо за счет всестороннего использования в племенном деле, разведении и селекции – инновационных генетических достижений, основанных на ДНК – технологиях [3, 4].

На сегодняшний день селекция животных перестает основываться только на материалах учета фенотипических показателей подконтрольных молочному скоту, содержании жира, белка, удоя и других показателей. И в этой связи актуальным становится определение предрасположенности животных к высокой продуктивности путем изучения их генома, сбора генетической информации, что позволит перевести процесс селекции на совершенно новый уровень. Однозначно, такой подход в разведении, оценки животных даст возможность увеличить темпы улучшения разводимого скота, сформировать при этом племенное ядро из потенциально высокоудойных животных, оцененных в молодом возрасте. Это позволит существенно снизить в последующем затраты на отбор и последующую оценку выбираемого племенного поголовья [5,14].

Наиболее точным и быстрым инструментом в решении вопросов генетической идентификации животных вне зависимости от их физиологического состояния и возраста –являются микросателлиты ( STR – Short Tandem Repeats ), которые являются маркерами и обладают рядом особенностей. Они позволяют использовать их в качестве генетических маркеров – широкая распространенность в различных участках генома, кодоминантный тип наследования, высокая генетическая изменчивость и полиаллельность [14].

Микросателлитные маркеры являются идеальными молекулярными маркерами для различных генетических исследований. В основном их применяют в генетической экспертизе сельскохозяйственных животных для контроля родства, генетической идентификации пород, типов, линий, для определения генетической структуры и оценки генетических расстояний между группами животных, для оценки величины и направления генного потока между популяциями. В настоящее время микросателлиты широко используют для оценки генетического разнообразия, филогенетических отношений и структуры популяции внутри и между породами скота [7, 15]. Наряду с этим, информацию о генетическом разнообразии популяции крупного рогатого скота по микросателлитным маркерам можно использовать не только для изучения генетической структуры, но и для подтверждения происхождения потомков особей и пород скота по родителям [8].

Джерсейскую породу коров считают одной из самых древних и дают они молоко с очень высоким содержанием жира и белка. Это та самая порода, которая долго сохраняла свою чистокровность в связи с запретом властей на экспорт племенного скота. За пределы своей родины джерсейские животные были впервые вывезены только в начале 19 века. Изначально породу завезли в Англию и США. Голштинская же порода коров была выведена в США во второй половине XIX века в результате селекции голландского и немецкого скота направленной на повышение продуктивности. Она является самой распространенной в мире -по численности опережая джерсейскую породу. На сегодняшний день в Российской Федерации данная порода распространена в следующих округах: Центральном, Северо-Западном, Южном, Уральском, Сибирском, Дальневосточном и Приволжском федеральном округе. Данные породы получили широкое распространение по миру, в том числе и в Республике Татарстан [2, 3, 4].

В связи с этим изучение скота молочного направления и продуктивности по микросателлитным маркерам генетической структуры разводимого на территории Республики Татарстан является своевременным, актуальным, и необходимым.

Цель исследования -идентифицировать и сравнить генетическую характеристику микросателлитного профиля коров джерсейской и голштинской пород, разводимых в условиях Республики Татарстан.

Материал и методы исследований. Исследование микросателлитной ДНК проведены в 2023 г. в Республике Татарстан. В качестве биологического материала для выделения ДНК использовали образцы цельной крови джерсейской породы (n = 408) и голштинской породы (n = 412). Отбор проб крови проводился с использованием вакуумных пробирок EDTA K-3 (APEXLAB, Китай) из хвостовой вены животных. Для проведения ПЦР использовали набор реагентов для мультиплексного анализа 15-ти микросателлитных маркеров крупного рогатого скота COrDIS Cattle. Анализ результатов ПЦР проводился методом капиллярного электрофореза с использованием автоматического генетического анализатора «Applied Biosystems 3500» в ФГБУ «ВНИИЗЖ» Татарский филиал. Исследование микросателлитной ДНК проведено по 15 локусам. Набор маркеров включал следующие микросателлиты: BM 1818, BM 1824, BM 2113, CSRM 60, CSSM 66, ETH 3, ETH 10, ETH 225, ILST 6, INRA 23, SPS 115, TGLA 53, TGLA 122, TGLA 126, TGLA 22 7. Результаты электрофорезного разделения были проанализированы автоматически с помощью GeneMapper. Статистическая обработка данных была выполнена с помощью «Microsoft Excel». Далее для каждого микросателлитного локуса оценивали наблюдаемое число аллелей (Na), число эффективных аллелей (Ne) и рассчитывали показатели гетерозиготности (He-ожидаемой, Ho -наблюдаемой), показатели F-статистики (индексы фиксации).

Таблица 1 – Частота встречаемости аллелей по 15 микросателлитным локусам у коров джерсейской и голштинской пород

Локус	Аллели	Джерсейская порода		Голштинская порода		Локус	Аллели	Джерсейская порода		Голштинская порода
		N	Частота	N	Частота			N	Частота	N	Частота
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
BM1818	258	84	0,103	0	0	inra23	196	2	0,002	0	0
	260	144	0,176	28	0,034		198	154	0,189	0	0
	262	112	0,137	310	0,376		200	18	0,022	4	0,005
	264	62	0,076	46	0,056		202	0	0	166	0,201
	266	414	0,507	412	0,500		206	370	0,453	192	0,233
	268	0	0	26	0,032		208	194	0,238	14	0,017
	270	0	0	2	0,002		210	0	0	212	0,257
							212	0	0	10	0,012
Bm1824	178	24	0,029	210	0,255		214	58	0,071	220	0,267
	180	398	0,488	120	0,146		216	2	0,002	6	0,007
	182	32	0,039	88	0,107		218	18	0,022	0	0
	188	344	0,422	396	0,481
	190	18	0,022	10	0,012	Sps115	246	4	0,005	0	0
							248	128	0,157	578	0,701
Bm2113	121	6	0,007	0	0		250	40	0,049	4	0,005
	123	4	0,005	0	0		252	406	0,498	140	0,170
	125	18	0,022	156	0,189		254	102	0,125	16	0,019
	127	20	0,025	106	0,129		256	6	0,007	20	0,024
	129	70	0,086	0	0		258	2	0,002	2	0,002
	131	2	0,002	0	0		260	128	0,157	64	0,078
	133	128	0,157	16	0,019
	135	546	0,669	312	0,379	Tgla122	139	0	0	4	0,005
	137	20	0,025	120	0,146		141	4	0,005	0	0
	139	0	0	114	0,138		143	434	0,532	192	0,233
	145	2	0,002	0	0		147	6	0,007	2	0,002
							149	108	0,132	120	0,146
Csrm60	90	2	0,002	0	0		151	186	0,228	122	0,148
	92	170	0,208	248	0,301		153	0	0	10	0,012
	94	2	0,002	0	0		161	10	0,012	30	0,036
	96	198	0,243	120	0,146		163	0	0	162	0,197
	98	60	0,074	52	0,063		167	2	0,002	0	0
	100	4	0,005	48	0,058		169	62	0,076	0	0
	102	254	0,311	350	0,425		171	0	0	56	0,068
	104	126	0,154	6	0,007		173	0	0	14	0,017
							183	4	0,005	112	0,136
Cssm66	179	0	0	54	0,066
	181	34	0,042	2	0,002	Tgla126	107	16	0,020	0	0
	183	8	0,010	122	0,148		109	28	0,034	0	0
	185	170	0,208	72	0,087		113	28	0,034	0	0
	187	54	0,066	66	0,080		115	306	0,375	234	0,284
	189	46	0,056	424	0,515		117	284	0,348	512	0,621

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	191	2	0,002	4	0,005		119	26	0,032	32	0,039
	193	412	0,505	40	0,049		121	60	0,074	42	0,051
	197	90	0,110	40	0,049		123	68	0,083	4	0,005
Eth10	209	0	0	102	0,124	Tgla227	77	16	0,020	0	0
	211	2	0,002	0	0		81	290	0,355	28	0,034
	213	84	0,103	22	0,027		83	2	0,002	46	0,056
	215	276	0,338	2	0,002		85	2	0,002	0	0
	217	224	0,275	170	0,206		87	12	0,015	102	0,124
	219	108	0,132	312	0,379		89	6	0,007	378	0,459
	221	98	0,120	6	0,007		91	194	0,238	104	0,126
	223	24	0,029	114	0,138		93	224	0,275	6	0,007
	225	0	0	96	0,117		97	8	0,010	130	0,158
Eth225	140	112	0,137	74	0,090		99	0	0	8	0,010
	142	8	0,010	4	0,005		101	62	0,076	4	0,005
	144	326	0,400	46	0,056		103	0	0	18	0,022
	146	10	0,012	36	0,044
	148	264	0,324	378	0,459	Tgla53	154	0	0	16	0,019
	150	96	0,118	264	0,320		158	0	0	196	0,238
	152	0	0	22	0,027		160	164	0,201	120	0,146
							162	20	0,025	102	0,124
Eth3	109	20	0,025	0	0		164	0	0	6	0,007
	117	460	0,564	292	0,354		166	2	0,002	4	0,005
	119	0	0	6	0,007		168	260	0,319	168	0,204
	121	20	0,025	2	0,002		170	356	0,436	10	0,012
	123	2	0,002	0	0		172	0	0	6	0,007
	125	312	0,382	54	0,066		176	0	0	76	0,092
	127	0	0	100	0,121		178	0	0	4	0,005
	129	2	0,002	370	0,449		180	0	0	12	0,015
							182	12	0,015	2	0,002
ilsts6	284	2	0,002	0	0		184	2	0,002	34	0,041
	286	198	0,243	0	0		186	0	0	68	0,083
	288	46	0,056	212	0,257
	290	0	0	46	0,056
	292	354	0,434	270	0,328
	294	186	0,228	274	0,333
	296	28	0,034	22	0,027
	300	2	0,002	0	0
Результат исследований. После таблице 1. проведения анализа у коров джерсейской Генетический анализ показал, что в породы было выявлено 112 аллелей, среди исследуемых выборках наблюдается особей голштинской породы было полиморфизм по всем микросателлитным выявлено 114 аллелей. Частота локусам. Частота встречаемости аллелей в встречаемости аллелей по 15 группе животных джерсейской породы микросателлитным локусам у крупного варьировала от 0,020 и до 0,669. С рогатого скота джерсейской и наибольшей частотой от 0,505 до 0,669 голштинской пород представлена в встречались 5 аллелей, это по локусам:

Cssm66 (193), BM1818 (266), Tgla122 (143), Eth3 (117) и Bm2113 (135). С минимальной частотой встречались 30 аллелей – от 0,002 до 0,01. У коров голштинской породы частота встречаемости аллелей составило от 0,024 до 0,701. С наибольшей частотой от 0,500 до 0,701 встречались 4 аллеля, это по локусам: BM1818 (266), Cssm66 (189), Sps115 (248) и Tgla126 (117). С минимальной частотой встречались 24 аллеля – от 0,002 до 0,01, соответственно.

После анализа изученных локусов у джерсейской породы всего было установлено от 5 до 10 аллелей. Среднее число аллелей на локус составляло 7,5. У голштинской породы установлено от 5 до 11 аллелей. Среднее число аллелей на локус у голштинской породы составляло 7,6 соответственно (Таблица 2).

Таблица 2 – Характеристика 15 микросателлитных локусов крупного рогатого скота джерсейской и голштинской пород

Джерсейская порода				Голштинская порода
Локус	Аллели	Число аллелей на локус	Число эффективных аллелей	Локус	Аллели	Число аллелей на локус	Число эффективных аллелей
BM1818	258-266	5	3,1	BM1818	260-270	6	2,5
Bm1824	178-190	5	2,4	Bm1824	178-190	5	3,0
Bm2113	121-145	10	2,1	Bm2113	125-143	6	4,2
Csrm60	90-104	8	4,4	Csrm60	92-104	6	3,3
Cssm66	181-197	8	3,1	Cssm66	179-197	9	3,2
Eth10	211-223	7	4,3	Eth10	209-225	8	4,3
Eth225	140-150	6	3,4	Eth225	140-152	7	3,1
Eth3	109-129	6	2,1	Eth3	117-129	6	2,9
ilsts6	284-300	7	3,3	ilsts6	288-296	5	3,5
inra23	196-218	8	3,3	inra23	200-216	8	4,3
Sps115	246-260	8	3,2	Sps115	248-260	7	1,9
Tgla122	141-183	9	2,8	Tgla122	130-183	11	6,2
Tgla126	107-123	8	3,6	Tgla126	115-123	5	2,1
Tgla227	77-101	10	3,8	Tgla227	81-103	10	3,7
Tgla53	160-184	7	3,0	Tgla53	154-186	15	6,6
_ x	-	7,5	3,2	_ x	-	7,6	3,7
Sx̅	-	0,4	0,2	Sx̅	-	0,7	0,3

* x̅ – среднее арифметическое значение, Sx̅ – стандартное отклонение

Для оценки генетического разнообразия (уровня полиморфности) было рассчитано число эффективных аллелей. Число эффективных аллелей является функцией от доли полиморфных локусов, числа аллелей на локус и выравненности частот аллелей и, таким образом, может рассматриваться как мера генетического разнообразия популяции. Чем меньше число эффективных аллелей, тем ниже генетическое разнообразие в популяции [3].

Расчеты показали, что число действующих аллелей у джерсейской породы колебалось от 2,1 в локусе (Bm2113, Eth3) и до 3,8 в локусе TGLA 227. Средний показатель числа эффективных аллелей исследуемых локусов составил 3,2. Из общего числа 8 локусов имели количество аллелей меньше среднего числа эффективных аллелей, а оставшиеся 7 – больше. У голштинской породы число действующих аллелей колебалось от 1,9 (Sps115) и до 6,6 (Tgla53). Средний показатель числа эффективных аллелей у голштинской породы составил 3,7.

В популяционно-генетических исследованиях оценка гетерозиготности очень важна. Гетерозиготы несут разные аллели, и степень наблюдаемой гетерозиготности служит показателем генетической изменчивости в популяции. Гетерозиготность имеет положительное значение для адаптации животных к изменяющимся условиям среды, что подтверждается многочисленными исследованиями. У гетерозиготных особей повышена жизнеспособность.

Наравне с наблюдаемой гетерозиготностью нами определялся показатель ожидаемой гетерозиготности, который точнее характеризует разнообразие исследуемой популяции.

Наибольшие уровни наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности у джерсейской породы (0,767 и 0,882) были обнаружен в локусе Eth10 , а наименьшие (0,581 и 0,559) – в локусе Bm1824 (таблица 3). Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял примерно 0,672 и 0,702. У голштинской породы наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности наибольшие показатели были обнаружены в локусе Tgla122 (0,839 и 0,893), а наименьшие 0,466 и 0,472 в локусе Sps115 , соответственно. Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял примерно 0,694 и 0,693.

Таблица 3 – Уровень гетерозиготности по 15 микросателлитным локусам крупного рогатого скота джерсейской и голштинской пород

Джерсейская порода				Голштинская порода
Локус	Ho	He	F	Локус	Ho	He	F
BM1818	0,706	0,676	-0,044	BM1818	0,558	0,603	0,075
Bm1824	0,559	0,581	0,039	Bm1824	0,670	0,671	0,002
Bm2113	0,603	0,519	-0,163	Bm2113	0,772	0,764	-0,011
Csrm60	0,784	0,772	-0,017	Csrm60	0,723	0,700	-0,033
Cssm66	0,706	0,680	-0,038	Cssm66	0,680	0,690	0,015
Eth10	0,882	0,767	-0,151	Eth10	0,782	0,765	-0,021
Eth225	0,755	0,703	-0,074	Eth225	0,694	0,673	-0,031
Eth3	0,627	0,535	-0,173	Eth3	0,631	0,654	0,035
ilsts6	0,701	0,697	-0,006	ilsts6	0,714	0,712	-0,002
inra23	0,730	0,696	-0,049	inra23	0,723	0,767	0,057
Sps115	0,711	0,685	-0,037	Sps115	0,466	0,472	0,013
Tgla122	0,608	0,642	0,053	Tgla122	0,893	0,839	-0,065
Tgla126	0,740	0,722	-0,025	Tgla126	0,500	0,529	0,055
Tgla227	0,755	0,735	-0,027	Tgla227	0,782	0,728	-0,073
Tgla53	0,667	0,667	0,000	Tgla53	0,806	0,847	0,049
x	0,702	0,672	-0,047	x	0,693	0,694	0,004
Sx̅	0,021	0,019	0,017	Sx̅	0,030	0,027	0,011

* x̅ – среднее арифметическое значение, Sx̅ – стандартное отклонение, (He-ожидаемая гетерозиготность, Ho- наблюдаемая гетерозиготность), показатели F- статистики (индексы фиксации)

Для оценки отклонения гетерозиготных генотипов от теоретически ожидаемых показателей использовали значение индекса фиксации Райта (Fis), который отражает состояние исследуемой группы по отношению к гетерозиготным генотипам. Величина индекса может иметь положительные и отрицательные значения: в первом случае это свидетельствует о нехватке гетерозигот, во втором – указывает на их избыток.

Из таблицы 3, мы видим, что у джерсейской породы нехватка гетерозигот была по локусам Bm1824, Tgla122, индекс фиксации находился в диапазоне от 0,039 и до 0,053, а избыток гетерозигот наблюдался в остальных локусах. В среднем по 15 локусам индекс фиксации составлял -0,047, что свидетельствует о избытке гетерозигот. У голштинской породы нехватка гетерозигот была по 8 локусам, а избыток по 7 локусам. В среднем по локусам индекс фиксации составлял 0,049, что свидетельствует о нехватке гетерозигот.

Заключение. В исследуемой группе крупного рогатого скота джерсейской и голштинской пород среднее число микросателлитных аллелей на локус составляло 7,5-7,6. Средний показатель числа эффективных аллелей исследуемых локусов у джерсейской породы составил 3,2 и у голштинской породы 3,7. Наибольшие уровни наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности у джерсейской породы (0,767 и 0,882) были

Статья научная