Оценка полиморфизма гена каппа

УДК 636.082.12; 577.21
DOI 10.18286/1816-4501-2015-3-104-109
ОЦЕНКА ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНА КАППА-КАЗЕИНА
У ЖИВОТНЫХ ЧЕРНО-ПЕСТРОЙ ПОРОДЫ
Шайдуллин Радик Рафаилович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, и.о.
заведующего кафедрой «Биотехнология, животноводство и химия»
Ганиев Алмаз Саляхутдинович, соискатель кафедры «Биотехнология, животновод­
ство и химия»
ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»
420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 65, тел. (843) 236-65-22
e-mail: [email protected]
Ключевые слова: ген, каппа-казеин, полиморфизм, генотип, аллель, животные.
В стаде животных выявлена наибольшая доля частоты встречаемости по гену кап­
па-казеина у генотипа АА (55,3-66,4 %). У телок и коров не выявлено достоверной разницы
между наблюдаемыми и ожидаемыми генотипами АА, АВ, ВВ (х2 = от 0,02 до 0,49), что по­
казывает на отсутствие сдвига генетического равновесия.
Введение
В настоящее время достижения мо­
лекулярной генетики сделали возможным
идентифицировать гены, связанные с каче­
ственными и количественными признака­
ми крупного рогатого скота. Обнаружение
предпочтительных аллельных вариантов
таких генов позволяет дополнительно к
традиционным методам отбора и подбора
животных проводить селекцию с использо­
ванием маркеров на уровне ДНК. Наиболее
информативными в этом отношении явля­
ются ДНК-маркерные системы, а именно
тест-системы, основанные на анализе по­
лиморфизма структурных генов, принимаю­
щих участие в формировании и функциони­
ровании хозяйственно полезных признаков
[1, 2, 3, 4, 5, 6].
К одним из наиболее распространён­
ных потенциальных ДНК-маркеров
признаков продуктивности молочного
скота относится ген каппа-казеина (CSN3).
Он связан с белковомолочностью и техноло­
гическими свойствами молока коров.
Таким образом, целью данной работы
явилось проведение исследований по из­
учению полиморфизма и определению ча­
стоты встречаемости аллельных вариантов
по гену каппа-казеина у разных возрастных
групп крупного рогатого скота.
Объекты и методы исследований
Исследования проводились на стаде
крупного рогатого скота черно-пестрой по­
роды в ООО «Дусым» Атнинского района
Республики Татарстан и для оценки по локусу гена каппа-казеина были отобраны 122
телки, 142 коровы-первотелки, 208 высоко­
продуктивных коров, от которых были взяты
пробы крови.
Материалом для исследования служи­
ла кровь. От каждой пробы крови животных
была выделена ДНК с помощью набора для
выделения ДНК. Затем с каждой пробой
ДНК была выполнена полимеразная цеп­
ная реакция, которую осуществляли на де­
тектирующем амплификаторе ДТ-96 (ДНКтехнология, Россия) [7].
С полученными ампликонами (продук­
ты ПЦР) проведен рестрикционный анализ
с использованием различных эндонуклеаз
рестрикции (Eael, Hinfl, HaeIII, Tail).
Детекцию результатов осуществляли с
помощью горизонтального электрофореза в
2-% агарозном геле.
Частоту
встречаемости
генотипов
определяли по формуле:
_ n
Р _ n 5 где
р - частота определения генотипа,
n - количество особей, имеющих опре­
деленный генотип,
таблица 1
Полиморфизм гена каппа-казеина у телок
Частота генотипа
n
Распределение
АА
АВ
ВВ
n
n
n
%
%
%
Н
81 66,4
37
30,3
4
3,3
122
О
82 67,2
36
29,5
4
3,3
Н - наблюдаемое распределение генотипов,
О - ожидаемое распределение генотипов
Частота аллеля
А
В
х2
0,82
0,18
0,04
таблица 2
Полиморфизм гена каппа-казеина у коров-первотелок
Частота генотипа
n
Распределение
АА
АВ
ВВ
n
n
n
%
%
%
Н
89
62,7
46
32,4
7
4,9
142
О
89
62,7
47
33,1
6
4,2
Н - наблюдаемое распределение генотипов,
О - ожидаемое распределение генотипов
Частота аллеля
А
В
х2
0,79
0,21
0,02
46 голов с гетерозиготным генотипом АВ и
N - число особей.
Частоту отдельных аллелей определя­
лишь 7 голов с гомозиготным генотипом ВВ
(табл. 2, рис. 2). Частота генотипов достигла
ли по формуле Е.К. Меркурьевой (1977) [8]:
АА - 62,7 %, АВ - 32,4 %, ВВ - 4,9 %. При этом
РА = (2пАА+пАК) : 2N
qB = (2пКК+пАК) : 2N, где
частота аллеля А была 0,79, а желательного
P - частота аллеля А,
аллеля В - 0,21.
Статистический метод Харди-ВайнqB- частота аллеля К,
N - общее число аллелей.
берга и метод х2 для выявления отклоне­
ний эмпирического распределения частот
По закону Харди-Вайнберга [9] рассчи­
генотипов каппа-казеина от теоретического
тывали ожидаемые результаты частот гено­
типов в исследуемой популяции.
показал, что в группе коров-первотелок не
имеется статистически достоверного сдвига
результаты исследований
генетического равновесия ни по одному из
В результате проведенных исследова­
ний черно-пестрого скота в ООО «Дусым»
трех генотипов по локусу гена каппа-казеина.
Атнинского района РТ по локусу гена каппаРезультаты исследований генотипов
казеина нами получены следующие резуль­
таты: так, из 122 телок 81 (66,4 %)
имели генотип АА, 37 (30,3 %) - ге­
Тёлки
нотип АВ и 4 (3,3 %) - генотип ВВ
3 ,3
(табл. 1, рис. 1). При этом частота
аллеля А составила 0,82, а аллеля
В - 0,18.
Выявленные частоты геноти­
пов статистически не достоверны,
не отличаются от теоретически
ожидаемых, поэтому прослежива­
ется большой недостаток гетеро­
□ 1 П 2 П 3
зигот и гомозигот по аллелю В.
В группе коров-первотелок
Рис. 1 - Частота встречаемости генотипов гена кап­
выявлено 89 голов с гомозигот­
па-казеина
у телок
ным генотипом АА каппа-казеина,
между частотами наблюдаемых и
ожидаемых генотипов (х2 =0,49),
4 ,9
что указывает на генное равнове­
сие в стаде высокопродуктивных
коров по локусу гена каппа-казеи­
на.
Частота гомозиготного ге­
нотипа АА каппа-казеина была
выше у телок на 3,7 %, чем у коров-первотелок и на 11,1 %, чем
у высокопродуктивных коров. Ча­
стота желательного генотипа ВВ
каппа-казеина у первотелок была
рис. 2 - Частота встречаемости генотипов каппа-ка­
выше на 0,6 %, чем у высокопро­
зеина у коров-первотелок
дуктивных животных и на 1,6 %,
чем у молодняка.
В ООО «Дусым» во всех из­
ученных группах животных преоб­
ладает аллель А гена каппа-казеина
с частотой от 0,75 до 0,82. Аналогич­
ные данные по черно-пестрой по­
роде крупного рогатого скота были
получены рядом авторов [6, 10, 11,
12, 13, 14].
Нами также было изучено
влияние генотипов по гену каппаказеина на основные показатели
молочной продуктивности коров.
рис. 3 - Частота встречаемости генотипов каппа-ка­
На основании результатов анали­
зеина у высокопродуктивных коров
за ДНК животные были подраз­
делены на три группы с генотипа­
высокопродуктивных коров по локусу гена
ми АА, АВ и ВВ.
каппа-казеина представлены в таблице 3 и
Удой за 305 дней лактации был выше
графически представлены на рисунке 3. Так,
у первотелок с генотипом по гену каппа-ка­
генотип АА обнаружен у 115 (55,3 %) живот­
зеина ВВ по сравнению с группами АА на
ных, генотип АВ у 84 (40,4 %) голов, а наи­
298 кг и АВ генотипом на 88 кг, количество
более желательный генотип ВВ у 9 (4,3 %)
молочного жира соответственно на 12 и 3
коров. При этом частота аллеля А составила
кг (табл. 4). По содержанию белка в моло­
0,75, а аллеля В - 0,25.
ке желательный гомозиготный генотип вы­
Нами не выявлено достоверной разницы
сокодостоверно (Р<0,001) превосходил АА
Коровы-первотелки
таблица 3
Полиморфизм гена каппа-казеина у высокопродуктивных коров
Частота генотипа
Частота аллеля
Распреде­
АА
АВ
ВВ
n
х2
А
В
ление
n
n
n
%
%
%
Н
115
55,3
84
40,4
9
4,3
208
0,75
0,25
0,49
О
117
56,3
78
37,5
13
6,2
Н - наблюдаемое распределение генотипов,
О - ожидаемое распределение генотипов
Таблица 4.
Молочная продуктивность коров-первотелок с различными генотипами по каппа-ка­
зеину
Генотип
n
Удой, кг
АА
89
АВ
ВВ
Жир
Белок
%
кг
%
кг
4435 ± 46
3,64 ± 0,01
161 ± 1,6
3,12 ± 0,01
138 ± 1,4
46
4645 ± 121
3,67 ± 0,01
170 ± 4,4
3,15 ± 0,01
146 ± 3,8
7
4733 ± 195
3,66 ± 0,04
173 ± 6,5
3,26 ± 0,02
154 ± 6,2
АА к ± АВ
-210
-0,03*
-9
-0,03*
-8*
АА к ± ВВ
-298
-0,02
-12
-0,14***
-16*
0,01
-3
-0 11***
-8
АВ к ± ВВ
-88
* - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001
Таблица 5
Молочная продуктивность высокопродуктивных коров с различными генотипами по
гену каппа-казеина
Жир
Белок
Генотип
n
Удой, кг
кг
кг
%
%
6102
3,62
221
3,10
189
1115
1с
ЛЛ
АА
± 66
± 0,01
± 2,4
± 0,01
± 2,1
6010
3,71
223
3,14
189
ЛR
ЯЛ
АВ
84
± 56
± 0,02
± 2,1
± 0,01
± 1,9
6240
3,61
225
3,22
201
Q
RR
ВВ
9
± 167
± 0,03
± 0,03
± 7,5
± 6,1
АА к ± АВ
92
-0,09***
-2
-0,04**
0
-0 12***
АА к ± ВВ
-138
0,01
-4
-12
АВ к ± ВВ
-230
0,10**
-2
-0,08*
-12
* - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001
генотип на 0,14 %,
АВ на 0,11 %. Ана­
7000
6102 6010 6240
логичное
превы­
6000
шение по выходу
4733
молочного
белка
5000
4435 4645
I—
также имели жи­
вотные с генотипом
*
4000
>s
ВВ, и достоверная
§
3000
разница отмечена
по сравнению с АА
2000
генотипом (Р<0,05).
1000
У животных с гено­
типом АВ содержа­
0
ние жира в молоке
1
2
составило 3,67 %,
Генотип
что выше на 0,01 %,
□ АА □ АВ □ ВВ
чем у коров с гено­
типом ВВ, и досто„
Рис. 4 - Удой коров-первотелок (1) и высокопродуктивных коров
верно выше, чем у
(2) в зависимости от генотипа по гену каппа-казеина
первотелок с гено- ‘
'
чено больше молочно­
го жира (225 кг), чем
от коров с генотипами
АА и АВ, на 4 кг и 2 кг,
и больше молочного
белка (201 кг), соответ­
ственно на 12 кг.
Содержание бел­
ка в молоке коров с ге­
нотипом ВВ достоверно
превосходило показа­
тели белковомолочности коров с генотипами
АА на 0,12 % (Р<0,05),
АВ на 0,08 % (Р<0,05).
По содержанию
жира в молоке коров
достоверно выявлено
Рис. 5 - содержаниежира в молокекоров-первотелок (1) и вы- преимущество животсокопродуктивных коров(2)в зависимости от генотипапо гену каппа- ных гетерозиготного геказеина
нотипа АВ над гомози­
готными генотипом АА
(0,09 %, Р<0,001) и ВВ
(0,10 % , Р<0,01).
На рис. 4, 5, 6 по­
казаны графики изме­
нения молочной про­
дуктивности коров в за­
висимости от генотипа
по гену каппа-казеина.
Выводы
Таким образом, ис­
пользование статисти­
ческого метода ХардиВайнберга и метода х2
позволило установить,
что в данной популяции
крупного рогатого скота
Рис. 6 - содержание белка в молоке коров-первотелок (1) и вы­ черно-пестрой
породы
сокопродуктивных коров (2) в зависимости от генотипа по гену каппанет сдвига генетическо­
казеина
го равновесия ни по од­
типом АА на 0,03 % (Р<0,05).
ному из трех генотипов
В таблице 5 представлены результаты
локуса гена каппа-казеина. Коровы с геноти­
анализа молочной продуктивности высоко­
пом каппа-казеина ВВ при наиболее высо­
продуктивных коров, с удоем свыше 5000 кг
ком уровне удоя обладают лучшими показа­
молока, с учётом генотипа каппа-казеина.
телями выхода молочного жира и белка.
У высокопродуктивных коров, как и у
первотелок, наиболее высокие удои достиг­
Библиографический список
нуты в группе коров с генотипом ВВ (6240
1. Введение в ДНК-технологии / В.И,
кг). От данной опытной группы было полуГлазко, И.М. Дунин, Г.В. Глазко, Л.А. Калаш-
никова. - М.: ФГНУ «Рсинформагротех»,
2001. - 436 с.
2. Применение ДНК-диагностики для
анализа генов-кандидатов локусов количе­
ственных признаков сельскохозяйственных
животных / Н.А. Зиновьева, Е.А. Гладырь [и
др.] // Научные труды ВИЖ. - Дубровицы,
2001. - Выпуск 61. - С. 218-224.
3. Зиновьева, Н.А. ДНК-диагностика
полиморфизма генов - белков молока круп­
ного рогатого скота / Н.А. Зиновьева, Е.А.
Гладырь, О.В. Костюнина // Методы иссле­
дований в биотехнологии сельскохозяй­
ственных животных. - М., 2004. - С. 7-22.
4. Калашникова, Л.А. Возможности ис­
пользования ДНК маркеров продуктивных
качеств животных в практической селекци­
онной работе / Л. А. Калашникова // Совре­
менные достижения и проблемы биотех­
нологии сельскохозяйственных животных.
- Дубровицы, 2003. - С. 33-39.
5. Коновалова, Е.Н. Полиморфизм гена
каппа-казеина его влияние на признаки про­
дуктивности коров симментальской породы
/ Е.Н. Коновалова, В.И. Сельцов, Н.А. Зино­
вьева// Современные достижения и про­
блемы биотехнологии сельскохозяйствен­
ных животных. - Дубровицы: ВИЖ, 2004. - С.
49-54.
6. Сулимова, Г.Е. Анализ полиморфиз­
ма ДНК кластерных генов у крупного рога­
того скота: гены казеинов и гены главного
комплекса гистосовместимости (ВОLА) / Г.Е.
Сулимова, С.С. Соколова, О.П. Семикозова //
Цитология и генетика. - 1992. - Том 26.5. - С.
18-26.
7. Методические рекомендации по типиророванию гена каппа-казеина, отвечаю­
щего за белковомолочность крупного рога­
того скота / Т.Х. Фаизов, К.В. Усольцев, Н.И.
Хамадов, Р.Р. Шайдуллин, [и др.]. - Казань:
Казанский ГАУ, 2014. - 16 с.
8. Меркурьва, Е.К. Биометрия в живот­
новодстве /Е.К. Меркурьева. - М.: Колос,
1977. - 311 с.
9. Петухов, В.Л. Ветеринарная генетика
с основами вариационной статистики / В.Л.
Петухов, А.И. Жигачев, Г.А. Назарова. - М.:
Агропромиздаи, 1985. - 368 с.
10. Алипанах, М. Хозяйственно-по­
лезные признаки крупного рогатого скота
с различными генотипами каппа-казеина и
пролактина: автореф. дис. . канд. сельско­
хозяйственных наук / М. Алипанах. - М.,
2006. - 19 с.
11. Артемьев, А.М. Молочная продук­
тивность и технологические свойства моло­
ка коров черно-пестрой породы с различны­
ми генотипами каппа-казеина и сезонами
отела: автореф. дис. . канд. сельскохозяй­
ственных наук /А.М. Артемьев. - М., 2007.
- 21 с.
12. Ахметов, Т.М. Использование ме­
тодов маркер-вспомогательной селекции в
молочном скотоводстве Республике Татар­
стан: автореф. дис. . докт. биологических
наук /Т.М. Ахметов. - Казань, 2009. - 50 с.
13. Валиуллина, Э.Ф. Генотипирование
черно-пестрого скота по локусам каппа-ка­
зеина, бета-лактоглобулина и BLAD-мутации
методами ДНК-технологии: автореф. дис. ...
канд. биологических наук /Э.Ф. Валиуллина.
- Казань, 2012. - 22 с.
14. Зарипов, О.Г. Генотипирование
крупного рогатого скота по генам бета-лак­
тоглобулина и каппа-казеина методами
ДНК-технологии: автореф. дис. . канд. био­
логических наук /О.Г. Зарипов. - Казань,
2010. - 24 с.