doi: 10.15389/agrobiology.2023.4.622rus
УДК 636.2.033:575.174
Исследования проводились в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № 121052600344-8.
ДНК-АНАЛИЗ ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНОВ МИОСТАТИНА, ЛЕПТИНА И КАЛЬПАИНА 1 У РОССИЙСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА АБЕРДИН-АНГУССКОЙ ПОРОДЫ
Е.Н. КОНОВАЛОВА1 ✉, М.И. СЕЛИОНОВА2, Е.А. ГЛАДЫРЬ1,
О.С. РОМАНЕНКОВА1, Л.В. ЕВСТАФЬЕВА2
Расширить производство говядины, которая имеет высокую питательную ценность и уникальный аминокислотный состав (В.С. Колодязная с соавт., 2011; D. Pighin с соавт., 2016), можно за счет использования специализированных мясных пород крупного рогатого скота, в частности абердин-ангусской. Эта порода положительно зарекомендовала себя при разведении как за рубежом, так и в России благодаря хорошей акклиматизационной способности и высокой продуктивности (R. Toušová с соавт., 2015; V.M. Gabidulin с соавт., 2018; А.И. Отаров с соавт., 2021). Современные стратегии повышения эффективности мясного скотоводства включают анализ ДНК животных, который позволяет устанавливать генетические детерминанты высокой продуктивности для целенаправленного отбора носителей экономически значимых аллелей (В.Ф. Федоренко с соавт., 2018; S.A. Terry с соавт., 2020). В настоящей работе впервые созданы тест-системы на основе метода ПЦР-ПДРФ для выявления аллельных вариантов полиморфизмов Arg4CysLEP и CAPN1_316, при помощи которых провели генотипирование популяции крупного рогатого скота абердин-ангусской породы. Были подсчитаны частоты встречаемости различных генотипов изучаемых полиморфизмов, а также определено влияние полиморфизмов генов лептина и кальпаина 1 на откормочные качества животных. Цель исследований заключалась в разработке тест-систем для выявления полиморфизма генов лептина(LEP)в позиции c.466 C→T икальпаина 1(CAPN1)в позиции rs17872000, исследовании популяции крупного рогатого скота абердин-ангусской породы по этим генам и гену миостатина (MSTN), а также в определении связи различных аллельных вариантов с откормочными качествами животных. Объектом исследования была популяция молодняка крупного рогатого скота (Bos taurus) абердин-ангусской породы ООО «КФХ «Хэппи Фарм» (Калужская обл., Медынский р-н) (n = 145), представленная группами бычков (n = 64) и телок (n = 81), рожденных в период с марта 2020 года по май 2021 года. Отъем телят от матерей проводили в возрасте 6-9 мес в зависимости от развития теленка. Живую массу определяли в возрасте 6, 8, 12 и 15 мес. Для генотипирования из образцов крови выделяли ДНК с использованием набора ДНК-Экстран 1 (ЗАО «Синтол», Россия). При разработке тест-систем применяли метод полимеразной цепной реакции с последующим анализом полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПЦР-ПДРФ). ПЦР-амплификацию осуществляли на термоциклере Bio-Rad T100 («Bio-Rad Laboratories», Сингапур). При успешной амплификации дальнейший ПДРФ-анализ, позволяющий дифференцировать различные аллели изучаемых SNPs, проводили при помощи эндонуклеаз рестрикции, для которых в ДНК-последовательностях мутантных аллелей обнаружены сайты узнавания. Эндонуклеазы подбирали в программе NEBcutter v2.0. (https://nc2.neb.com/NEBcutter2/). Анализ продуктов ПЦР-ПДРФ проводили методом гель-электрофореза в 2 % агарозном геле. Тест-система для анализа полиморфизма F94L MSTN была разработана ранее (E.N. Konovalova с соавт., 2021). Для верификации корректности ПЦР по полиморфизму гена кальпаина 1 CAPN1_316 амплификаты трех возможных генотипов были секвенированы по Сэнгеру. При разработке тест-системы для диагностики полиморфизмов Arg4Cys LEP и CAPN1_316 использовали последовательности NM_174259 и AJ512638.1 из Национального центра биотехнологической информации (National Center for Biotechnology Information, NCBI, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). Установлено, что по полиморфизму F94LMSTN генотип CC встречался у 98,77 % исследованных животных. По полиморфизму Arg4CysLEP наиболее часто встречался генотип СТ, частота которого в группе бычков составила 42,19 %, телок — 45,68 %. По полиморфизму CAPN1_316 таковым оказался генотип GG, который выявляли у 51,56 % бычков и 69,14 % телочек. Частоты желательных с точки зрения продуктивности аллелей в группах бычков и телок составили: А F94LMSTN — 0,00 и 0,01, С Arg4CysLEP — 0,49 и 0,51, CCAPN1_316 — 0,20 и 0,28. Бычки с генотипом ТТ Arg4CysLEP демонстрировали наибольшую эффективность набора живой массы в период от рождения до 8 мес, среднесуточный прирост их массы составил 778 г и был достоверно выше (t = 2,18) по сравнению с СС (748 г). В отношении полиморфизма CAPN1_316 в группе телок от рождения до 8 мес была отмечена тенденция к более высоким приростам массы у животных с генотипом СС: они набирали 770 г/сут, тогда как особи c генотипами GC и GG — соответственно 720 и 730 г/сут. Однако в послеотъемный период наблюдаемые тенденции поменялись: у бычков в возрасте 12 мес с генотипом СС Arg4Cys LEP наблюдалась значительно большая живая масса по сравнению с СТ, а телки с GGCAPN1_316 в период от 8 до 15 мес имели достоверно более высокий прирост живой массы по сравнению с СС (790 г против 740 г). Разработанные нами тест-системы для ДНК-диаг-ностики полиморфизмов Arg4CysLEP и CAPN1_316 могут быть использованы при генотипировании мясного скота и отборе животных — носителей желательных генотипов.
Ключевые слова: крупный рогатый скот, абердин-ангусская порода, маркеры продуктивности, SNP, миостатин, лептин, кальпаин 1.
E.N. Konovalova1 ✉ , M.I. Selionova2, E.A. Gladyr1,
O.S. Romanenkova1, L.V. Evstafeva2
Beef meat is characterized by high nutritional value and unique amino acid composition (V.S. Kolodyaznaya et al., 2011; D. Pighin et al., 2016). Specialized beef cattle breeds in particular Aberdeen Angus ensures good acclimatization ability and high productivity both in Russia and broad (R. Toušová et al., 2015; V.M. Gabidulin et al., 2018; A.I. Otarov et al., 2021). Modern strategies of increasing efficiency of meat cattle farming include animal genotyping for genetic determinants of high productivity and targeted selection (V.F. Fedorenko et al., 2018; S.A. Terry et al., 2020). This paper is the first to report the development of a PCR-RFLP-based test for detection of Arg4Cys LEP and CAPN1_316 allele polymorphisms. This test was used for genotyping of the Aberdeen-Angus cattle population. The frequencies of the different polymorphism genotypes are evaluated and the influence of the LEP and CAPN1 polymorphisms on animal fattening qualities. The purpose of the study was to develop the test systems for revealing the leptin LEP gene c.466 C→T polymorphism and calpain 1 CAPN1 gene polymorphism rs17872000, to genotype Aberdeen Angus cattle population for these genes and the myostatin MSTN gene, and to investigate the links between different allele variants and fattening qualities of animals. Bulls (n = 64) and heifers (n = 81) of the population of Aberdeen-Angus young cattle (Bos taurus) (OOO Happy Farm, Medynsky District, Kaluga Province) born from March 2020 until May 2021 were selected for the study. Weaning of calves from mothers was carried out at the age of 6-9 months, depending on the development of a particular calf. The live weight was determined at the age of 6, 8, 12 and 15 months. Blood samples were collected for genotyping. DNA was isolated using DNA-Extran 1 kit (ZAO Syntol, Russia). The test for genotyping was developed based on the polymerase chain reaction—restriction fragment length polymorphism (PCR-PDRF) method. PCR amplification was carried out on a Bio-Rad T100 thermal cycler (Bio-Rad Laboratories Singapore) followed by RFLP analysis of amplification products to differentiate the SNP alleles. Specific endonucleases with restriction sites in mutant alleles were found using the NEBcutter v2.0 program (https://nc2.neb.com/NEBcutter2/). PCR-RFLP products were analyzed using 2 % agarose gel electrophoresis. The test system for the F94L MSTN polymorphism has been developed earlier (E.N. Konovalova et al., 2021). To verify the CAPN1_316 amplification, Sanger sequencing was performed for three genotypes. In developing the diagnostic test for of Arg4Cys LEP и CAPN1_316 polymorphisms, we used the sequences of NM_174259 and AJ512638.1 (NCBI, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). The polymorphism F94L MSTN CC genotype occurred in 98.77 % of investigated animals. For Arg4Cys LEP polymorphism, CT genotype prevailed with a frequency of 42.19 % for bulls and 45.68 % for heifers. For CAPN1_316 polymorphism, the GG genotype predominated and accounted for 51.56 % of bulls and 69.14 % of heifers. The frequencies of the desirable productivity alleles among bulls and heifers were 0.00 and 0.01, respectively, for АF94L MSTN, 0.49 and 0.51 for СArg4Cys LEP, and 0.20 and 0.28 for C CAPN1_316. The bulls with Arg4Cys LEP TT genotype demonstrated the highest efficiency of live weight gain from birth to 8 months, the 778 g per day which is significantly higher (t = 2.18) compared to CC (748 g). For CAPN1_316 polymorphism, in heifers from birth to 8 months, there was a trend to higher daily weight gain in animals of CC genotype, 770 g vs. 720 g for GC genotype and 730 g for GG genotypes. However, in the post-weaning period, the observed trends changed. The 12-month-old bulls with the Arg4Cys LEP CC genotype had a significantly higher live weight compared to CT bulls, The CAPN1_316 GG heifers of 8 to 15 months of aged showed a significantly higher live weight gain compared to CAPN1_316 CC, 790 g vs. 740 g. The developed test systems ensures detection of the Arg4Cys LEP and CAPN1_316 polymorphisms and can be used for genotyping and selecting beef cattle of desirable genotypes.
Keywords: cattle, Aberdeen Angus breed, productivity markers, SNP, myostatin, leptin, calpain 1.
1ФГБНУ ФИЦ животноводства — |
Поступила в редакцию |
