Связь генотипов BoLA-DRB3 с племенной ценностью по показателям молочной продуктивности в российской популяции молочного скота

Создание популяций животных, генетически устойчивых к болезням, имеет важное значение для борьбы с инфекционными заболеваниями и развития устойчивых систем производства продукции. Лейкоз (возбудитель — вирус бычьей лейкемии, bovine leukemia virus, BLV) — одно из значимых инфекционных заболеваний крупного рогатого скота, наносящее экономический ущерб. Потери от BLV связаны со снижением продуктивности и репродуктивной способности инфицированных животных, более высокими затратами на обновление поголовья и ветеринарные мероприятия (1). В стадах молочного скота во всем мире выявлена высокая степень распространения BLV (2). В России, несмотря на многолетнюю борьбу с

Исследования выполнены при поддержке ФАНО России.

этим заболеванием, его доля в структуре инфекционной патологии крупного рогатого скота составляет более 50 % (3).

Высокополиморфный локус DRB3 , картированный на BTA23 в области гена лейкоцитарного антигена (Ag) крупного рогатого скота ( BoLA ) класса II (4), ассоциирован с устойчивостью или чувствительностью к клиническому проявлению лейкоза в форме персистентного лимфоцитоза (PL). Молекулярной основой для генетического контроля устойчивости или чувствительности к PL служит наличие в BoLA-DRB3 последовательностей, определяющих включение аминокислот Glu-Arg (ER) в позициях 70 и 71 в предположительном сайте связывания Ag (5). Показано, что носители аллелей DRB3.2*11 , DRB3.2*23 и DRB3.2*28 , содержащих нуклеотидную последовательность, которая кодирует Glu-Arg в позициях 70-71 белковой молекулы, устойчивы (R) и у них не происходит перехода лейкемии в PL. Напротив, носители аллелей DRB3.2*08 , DRB3.2*16 , DRB3.2*22 и DRB3.2*24 чувствительны (S) к PL, то есть чаще подвержены гематологическим заболеваниям по сравнению с другими генотипами. Остальные аллели определены как нейтральные (N) и не связаны с устойчивостью или чувствительностью к PL (5-9).

Интенсивные исследования генетической изменчивости BoLA-DRB3 были выполнены на голштинской породе (10) — наиболее распространенном молочном скоте в мире. В различных региональных популяциях выявлено до 29 аллелей, при этом S аллели оказались наиболее частыми (1115). Мы предположили, что широкое распространение S аллелей BoLA-DRB3.2 может быть следствием селекционного давления по показателям молочной продуктивности. Существуют экспериментальные доказательства, что некоторые аллели BoLA-DRB3 ассоциированы с показателями молочной продуктивности коров, при этом выявленные связи в ряде случаев носят антагонистический характер (16-19).

Влияние генотипов по BoLA-DRB3 , объединенных в категории в соответствии с чувствительностью к PL, на показатели молочной продуктивности до настоящего времени не изучалось.

Впервые на российской популяции молочного скота голштинской и голштинизированной черно-пестрой пород нами проведена оценка влияния генотипа быков по гену DRB3 в локусе антигена BoLA на показатели молочной продуктивности потомства. В частности, установлено, что племенная ценность носителей S аллелей (чувствительны к PL) характеризовалась более высокими оценками по удою, а также выходом молочного жира и белка.

Целью работы стало изучение влияния генотипов по BoLA-DRB3 , связанных с чувствительностью или устойчивостью к персистентному лимфоцитозу (PL), на племенную ценность (EBV) российских быков-производителей по показателям молочной продуктивности.

Методика. Исследование проводили на 171 быке-производителе голштинской породы. По всем быкам имелись учетные записи о продуктивности 62096 дочерей в 77 стадах.

Геномную ДНК экстрагировали из образцов спермы с использованием набора Diatom™ Prep 100 («Изоген», Россия) в соответствии с рекомендациями производителя. Генотипы BoLA-DRB3.2 определяли методом ПЦР-ПДРФ (полиморфизм длин рестрикционных фрагментов), описанным M.J.T. van Eijk с соавт. (20). Варианты генотипов идентифицировали посредством сравнения полученных и известных рестрикционных профилей (20). В зависимости от присутствия S, R и N аллелей генотипы были распределены на шесть категорий (SS, SR, SN, NR, NN, RR), при этом аллели DRB3.2*11 , DRB3.2*23 и DRB3.2*28 соотносились с устойчивостью 776

(R), DRB3.2*08 , DRB3.2*16 , DRB3.2*22 и DRB3.2*24 — с чувствительностью (S), остальные были нейтральными (N).

Рассчитывали племенную ценность (EBV) быков-производителей по показателям молочной продуктивности, включая удой за 305 сут лактации (MY), выход молочного жира (FY) и молочного белка (PY). Использовали метод наилучшего линейного несмещенного прогноза (BLUP), реализованный в программе SAS IML («SAS Institute Inc.», США). Коэффициенты наследуемости, рассчитанные методом ANOVA на основании определенных компонентов вариансы и ковариансы, составляли 0,390 для показателя MY, 0,459 — для FY и 0,316 — для PY.

Для определения ассоциаций между категориями генотипов (SS, SN, SR, NN, NR, RR) и EBV по показателям молочной продуктивности использовали модель смешанного типа:

Yjki = Н+HYS +z M +z ^DO +z laiBoLA + Sire + j, где Yijkl — зависимая переменная продуктивных признаков (MY, FY и PY); μ — популяционная средняя анализируемых признаков; HYSi — фиксированный эффект «стадо—год—сезон» для отела i (i = 1, …, 2075 подклассов); b1 и b2 — коэффициенты линейной регрессии; Аk — возраст первого отела k-й коровы; DOk — продолжительность сервис-периода k-й коровы; αl — коэффициент регрессии числа копий l-го аллеля BoLA-DRB3.2 (0, 1, 2); BoLAl — фиксированный эффект l-й категории генотипа BoLA-DRB3 (l = 1, …, 6 подклассов); Sirej — случайный перманентный эффект j-го быка при условии нормального и независимого распределения со средним значением, равным 0, и вариансой, равной Aσa2, где A — аддитивная матрица родства (j = 1, …, 171 бык); eijk — случайный эффект неучтенных факторов со средним значением 0 и вариансой σe2.

Результаты. В исследованной выборке быков-производителей мы идентифицировали 15 аллелей BoLA-DRB3 . Суммарная частота S аллелей DRB3.2*08 , DRB3.2*16 , DRB3.2*22 и DRB3.2*24 (чувствительность к PL) составляла 62,6 %, R аллелей DRB3.2*11 , DRB3.2*23 — 14,6 %. Остальные 9 аллелей были нейтральными и встречались с суммарной частотой 22,8 % (вариации от 0,3 % для DRB3.2*06 до 9,1 % для DRB3.2*03 ) (рис.).

noo? wimiKU! 2)2285.2*05 (0,0906) _rDRB3.2*27 (0,0497)

2)2285.2*07(0,03 8)

i-DRB3.2*10 (0,0205)

/ ^2)2285.2*26(0,0117)

/ ^2)2285 2*22(0,0058)

DKB3.245 (0,0058)

------------          (0,0029)

-----/)/285,2*7.V 10.0029)

DRB3.2*22 (0,2135)

Частота аллелей BoLA-DRB3.2 (в скобках) , ассоциированных с подверженностью (S, sensitivity) или устойчивостью (R, resistance) их носителей к персистентному лимфоцитозу, в исследованной выборке быков-производителей голштинской породы (N — нейтральные аллели).

Были идентифицированы 49 различных генотипов BoLA-DRB3.2 (от*03/03 до *24/27), которые в зависимости от наличия аллелей S, N и R распределили на 6 категорий: SS (9 генотипов), SN (17 генотипов), NN (6 генотипов), SR (8 генотипов), NR (8 генотипов) и RR (1 генотип). Результаты ассоциативных исследований обобщены в таблице.

Племенная ценность признаков молочной продуктивности в выборке быков-производителей голштинской породы в зависимости от категории генотипа Bo-LA-DRB3.2

Категория генотипа	Число дочерей, гол. у	EBV MY ±SEP 1	EBV FY ±SEP 1	EBV PY ±SEP
SS	25937	89,3±11,7	2,15±0,51	4,81±0,36
SR	12524	25,1±16,8**	1,62±0,74ЧЧ	2,14±0,52a
SN	11601	- 0,7±17,5***	0,21±0,76Ч	- 0,31±0,54a
NR	7273	- 2,0±22,1***	- 2,14±0,96ЧЧЧ	- 0,18±0,69a
NN	4145	- 20,9±29,3***	- 2,92±1,28ЧЧЧ	- 1,18±0,91a, b
RR	616	- 90,7±75,9*	1,08±3,32	- 5,28±2,36a, b, c

П р и м еч а ни е. EBV — племенная ценность (рассчитана с использованием категории генотипа BoLA-DRB3.2 в качестве фиксированного эффекта, 6 подклассов), SEP — стандартная ошибка прогноза.

***p < 0,001 (SS по сравнению с NN, SS по сравнению с NR, SS по сравнению с SN); **p < 0,01 (SS по сравнению с SR); *p < 0,05 (SS по сравнению с RR); ЧЧЧp < 0,001 (SS по сравнению с NN, SS по сравнению с NR); ЧЧp < 0,01 (SR по сравнению с NN); Чp < 0,05 (SS по сравнению с SN, SN по сравнению с NN); ap < 0,001 (SS по сравнению со всеми остальными категориями генотипов); bp < 0,01 (SR по сравнению с NN, SR по сравнению с RR); cp < 0,05 (NR по сравнению с RR).

Посредством однофакторного дисперсионного анализа было установлено влияние генотипа по BoLA-DRB3.2 на показатели молочной продуктивности коров: F -критерий Фишера составлял от 7,0 до 19,3 при P < 0,001. Множественный коэффициент корреляции R_w находился в пределах от 0,024 до 0,039.

У быков-производителей с генотипом SS выявили наиболее высокие значения EBV по показателям MY (89,3 кг), FY (2,15 кг) и PY (4,81 кг). Были установлены достоверные различия между категорией генотипов SS и остальными по показателям MY (+64,2 кг по сравнению с SR, p < 0,01; +90,0 кг по сравнению с SN, p < 0,001; +91,3 кг по сравнению с NR, p < 0,001; +110,2 кг по сравнению с NN, p < 0,001; +180,0 кг по сравнению с RR, p < 0,05) и PY (+2,67 кг по сравнению с SR, p < 0,001; +5,12 кг по сравнению с SN, p < 0,001; +4,99 кг по сравнению с NR, p < 0,001; +5,99 кг по сравнению с NN, p < 0,001; +10,09 кг по сравнению с RR, p < 0,001). Быки, несущие генотип SS, характеризовались достоверно более высокими значениями EBV по FY относительно трех из пяти других категорий генотипов: +1,94 кг по сравнению с SN, p < 0,05; +4,29 кг по сравнению с NR, p < 0,001; +5,07 кг по сравнению с NN, p < 0,001.

Ранее было показано, что аллели BoLA-DRB3 ( DRB3.2*08 , DRB3.2*16 , DRB3.2*22 и DRB3.2*24 ), ассоциированные с чувствительностью к PL, превалируют в большинстве популяций голштинского скота. В двух популяциях голштинских коров канадской селекции идентифицированы 27 и 14 аллелей, при этом S аллели встречались с наибольшей частотой, составляя в сумме соответственно 62,2 и 59,3 % (11, 12). S аллели были наиболее распространенными (56,8 %) среди 16 аллелей, выявленных в японской популяции голштинских коров (21). Из 28 аллелей, идентифицированных у иранских голштинов, к этой категории относились 48,3 % (13). В двух стадах польского голштино-фризского скота выявлено 29 аллелей DRB3.2 , частота S аллелей достигала 47,3 и 48,0 % (15). Суммарная частота S аллелей от общего числа аллелей BoLA-DRB3.2 в популяции американских голштинов составила 44,7 % (6). Иной характер распределения аллелей BoLA-DRB3.2 наблюдали в китайской региональной популяции голштинского скота, вероятно, вследствие специфической стратегии разведения (22). В исследованной нами российской популяции голштинов была установлена наибольшая частота S аллелей (62,6 %) по сравнению с другими региональными популяциями.

Проведен ряд исследований для выявления связей между аллелями BoLA-DRB3 и показателями молочной продуктивности. В американской популяции молочных коров установлена достоверная положительная связь аллеля DRB3.2*11 с показателями MY и PY и отрицательная — между аллелем DRB3.2*08 и показателями MY, FY и PY (16). В аналогичном исследовании R. Rupp с соавт. (18) сообщили о положительном влиянии аллеля DRB3.2*11 на MY, FY и PY в канадской популяции молочного скота. S. Sharif с соавт. (17) отмечали положительный эффект аллеля DRB3.2*08 и отрицательный — аллеля DRB3.2*22 в отношении PY в канадской популяции молочных коров. Аллель DRB3.2*24 был ассоциирован с более высоким значением FY у американских молочных коров (16). Коровы чернопестрой и красной горбатовской пород с гомозиготным генотипом по R аллелям DRB3.2*11 , DRB3.2*23 и DRB3.2*28 характеризовались меньшим удоем по сравнению с коровами — носителями других генотипов (23). Напротив, М. Pashmi с соавт. (13) установили достоверную ассоциацию аллеля DRB3.2*22 с более высоким значением PY.

В российской выборке быков-производителей мы не обнаружили достоверных ассоциаций аллелей BoLA-DRB3 с EBV по показателям молочной продуктивности. Вероятно, это стало следствием небольшого размера выборки животных с каждым из генотипов (среди 171 быка-производителя было идентифицировано 49 различных генотипов BoLA-DRB3 ) и высокой вариабельности показателей молочной продуктивности (данные не приведены). При этом ассоциативные исследования выявили достоверные связи генотипов SS по BoLA-DRB3 , которые несут аминокислоты Glu-Arg (ER) в позициях 70-71 белковой молекулы, с более высокими значениями племенной ценности по показателям MY и PY (по сравнению со всеми другими категориями генотипов), а также по FY (по сравнению с тремя из пяти категорий генотипов). Следовательно, для борьбы с лейкозом крупного рогатого скота на основе отбора генетически устойчивых животных с использованием BoLA-DRB3 в качестве маркера необходимы программы селекции на популяционном, а не межпопуляционном или межпородном уровне.

Таким образом, выявленная у российского молочного скота высокая частота аллелей BoLA-DRB3 , ассоциированных с чувствительностью к клиническому проявлению лейкоза, может быть следствием их связи с признаками молочной продуктивности. Мы установили, что у быков, которые несут в локусе BoLA-DRB3 два аллеля, определяющих подверженность персистентному лимфоцитозу (SS), племенная ценность по удою за 305 сут лактации и выходу молочного белка достоверно выше, чем у остальных генотипов с сочетанием чувствительности S, устойчивости R и нейтральности N по признаку SR, SN, NR, NN и RR, а по выходу молочного жира — выше, чем у трех из пяти этих генотипов. При разработке программ, направленных на предотвращение лейкемии, необходимо учитывать плейотропное действие BoLA-DRB3 на показатели молочной продуктивности и соблюдать баланс между признаками здоровья и интенсивностью использования животных.