Генетическая характеристика голштинского крупного рогатого скота по ДНК-микросателлитам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Генетическая характеристика голштинского крупного рогатого скота по ДНК-микросателлитам

Е.Б. ШУКЮРОВА, А.А. ЛУКАШИНА, А.Н. БУЗЬКО

Аннотация

Представлена генетическая характеристика 300 голов крупного рогатого скота голштинской породы, завезенных с Северного Зауралья в Хабаровский край, по 15 микросателлитным локусам ДНК. Установлено, что в исследуемой группе животных число аллелей на локус составляет 8,8, при этом эффективных аллелей -- 4,5. Выявлено всего 132 аллеля, из них часто встречались четыре -- 102 (локус CSRM 60), 117 (локус ETH 3), 117 (локус TGLA 126), 258 (локус SPS 115). Частота их встречаемости от 0,538 до 0,587. Наибольшим уровнем генетического разнообразия характеризовался локус TGLA 122, в нем установлено максимальное число аллелей -- 20. Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности по всем изученным локусам составлял 0,700. Высокий уровень гетерозиготности свидетельствует о генетическом разнообразии соответствующих локусов генома животных.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, голштинская порода, микросателлиты, аллели, число эффективных аллелей, гетерозиготность.

Annotation

Genetic characteristics of Holstein cattle by DNA microsatellites. E.B. SHUKYUROVA, A.A. LUKASHINA, A.N. BUZKO

The results of genetic characteristic of 300 heads of Holstein cattle, brought from the Northern Trans-Urals at Khabarovsk Region by 15 microsatellite loci of DNA are presented in this article. It was determined that in he group of animals being understudy the number of alleles on one locus was 8.8 while effective alleles -- 4.5. In general 132 alleles were revealed, four of them met often: 102 (locus CSRM 60), 117 (locus ETH 3), 117 (locus TGLA 126), 258 (locus SPS 115) with frequency from 0.538 to 0.587. The greatest level of genetic variety was characterised by locus TGLA 122, it had a maximum number of alleles -- 20. The middle level of the observed and expected heterozygosity for all the studied loci was 0.700. The high level of heterozygosity testifies to the genetic variety of corresponding animal genome loci.

Key words: cattle, Holstein breed, microsatellites, alleles, the number of effective alleles, heterozygosity.

Основная часть

Характеристика генофонда, поддержание и сохранение биологического разнообразия видов домашних животных являются актуальными задачами современной биологической науки [5]. Интенсификация современного животноводства требует развития теоретических основ и совершенствования организационных форм селекции сельскохозяйственных животных за счет привлечения новых методов оценки генотипов животных. В практику племенной работы стали внедрять маркерную систему оценки родословных, включающую определение степени гетерозиготности, контроль передачи геномной информации из поколения в поколение и оценку фактического генотипического сходства пробанда с выдающимися предками [6]. В настоящее время существует 10 типов различных систем генетических маркеров [3, 7]. Практически все виды сельскохозяйственных животных хорошо изучены с помощью этих систем, за исключением ДНК-маркеров. Наиболее информативными оказались сравнительно недавно открытые генетические маркеры, принадлежащие к повторяющейся фракции геномной ДНК, - микросателлиты [10]. Микросателлиты представляют собой фрагменты ДНК с большим количеством тандемно повторяющихся идентичных «мотивов», обычно называемых «повторами» - короткими последовательностями из нескольких пар нуклеотидов. Микросателлиты высокополиморфны, имеют десятки аллелей в каждом локусе и высокие темпы мутирования. Аллели микросателлитного локуса отличаются друг от друга в основном числом повторов и длиной [2, 9].

Микросателлиты являются нейтральными маркерами, обладают высокой изменчивостью и показывают высокий уровень аллельного разнообразия. Это делает возможным их использование для оценки генетического разнообразия популяций. Значительный полиморфизм микросателлитов и кодоминантное наследование обеспечивают возможность исследований на достоверность происхождения потомства, проведения теста на диагностику эффекта «бутылочного горлышка» в популяции и выполнения генетической категоризации пород. Микросателлиты наследуются из поколения в поколение и обладают относительно высокой скоростью мутаций, что позволяет использовать их при оценке дивергенции и для установления эволюционно-генетических связей между популяциями. Таким образом, микросателлиты обладают рядом свойств, которые делают их наиболее практичными маркерами [9].

Цель данной работы - оценить генетическую структуру крупного рогатого скота голштинской породы, завезенного из Северного Зауралья в Хабаровский край, по полиморфным микросателлитным ДНК-маркерам.

Материал и методы

Объектом исследования служил племенной крупный рогатый скот голштинской породы в количестве 300 голов, завезенных в ООО «Сергеевское» Хабаровского края в 2019 г. из Тюменской области. Племенные голштины были приобретены в ООО «ПК «Молоко», которое является одним из самых крупных и динамично развивающихся компаний по производству и переработке молока в Тюменской области. В Тюменскую область голштинский скот был завезен в 2009 г. из Венгрии. В 2013 г. предприятие получило статус племенного репродуктора для разведения чистопородного крупного рогатого скота и приступило к реализации высокопродуктивных коров голштинской породы (https://www. dairynews.ru/company/russia/ufo/tyumenskaya-oblast/proizvodstvennaya-kompaniya-moloko- ooo-pk-moloko (дата обращения: 14.02.2020)). К 2017 г. маточное поголовье хозяйства составляло более 1700 голов, продуктивность достигла 6939 кг молока за 305 дней лактации (http://old.mcx.ru/documents/section/v7_show/3831.htm (дата обращения: 14.02.2020)).

Генетическая аттестация скота была проведена по 15 локусам микросателлитной ДНК. Анализ ДНК и постановку полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводили согласно методическим рекомендациям [2] в Центре геномных технологий Государственного аграрного университета Северного Зауралья (г. Тюмень). Набор маркеров включал следующие локусы микросателлитов: ВМ 1818, ВМ 1824, ВМ 2113, CSRM 60, CSSM 66, ЕТН 3, ЕТН 10, ЕТН 225, ILST 6, INRA 23, SPS 115, TGLA 53, TGLA 122, TGLA 126, TGLA 227.

Частота встречаемости аллелей, число эффективных аллелей, наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, индекс фиксации Райта рассчитаны по общепринятым методикам [1, 4].

крупный рогатый скот микросателлитный

Результаты и обсуждение

Голштинский крупный рогатый скот обладает самым высоким в мире потенциалом молочности и комплексом качеств, обеспечивающих лучшую приспособляемость к производственным условиям.

Анализ 15 микросателлитных локусов коров голштинской породы выявил 132 аллеля (табл. 1). Частота встречаемости аллелей в исследуемой группе животных варьировала от 0,020 до 0,587. С наибольшей частотой (от 0,538 до 0,587) встречались четыре аллеля: 102 (локус CSRM 60), 117 (локус ЕТН 3), 117 (локус TGLA 126), 248 (локус SPS 115). С минимальной частотой встречался 31 аллель - от 0,002 до 0,008.

Таблица 1

Частота встречаемости аллелей 15 микросателлитных локусов крупного рогатого скота голштинской породы

Всего в изученных локусах установлено от 5 (TGLA 126, CSRM 60, ВМ 1824) до 20 аллелей (TGLA 122). Среднее число аллелей на локус составляло 8,8 (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика 15 микросателлитных локусов крупного рогатого скота голштинской породы

Примечание. Здесь и в табл. 3 х - среднее арифметическое значение, S-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 выравненное™ частот аллелей и, таким образом, может рассматриваться как мера генетического разнообразия популяции. Чем меньше число эффективных аллелей, тем ниже генетическое разнообразие в популяции. Расчеты показали, что число действующих аллелей колебалось от 2,4 в локусе SPS 115 до 14,3 в локусе TGLA 122. Средний показатель числа эффективных аллелей исследуемых локусов составил 4,5. Из общего числа 12 локусов имели количество аллелей меньше среднего числа эффективных аллелей, а оставшиеся 3 - больше.

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 (0,857 и 0,930 соответственно) были обнаружен в локусе TGLA 122, а наименьшие (0,530 и 0,586 соответственно) - в локусе SPS 115 (табл. 3). Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял примерно 0,700.

Таблица 3

Уровень гетерозиготности по 15 микросателлитным локусам крупного рогатого скота голштинской породы

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 табл. 3 видно, что нехватка гетерозигот была по локусам CSSM 66, INRA 23, TGLA 227, TGLA 126, TGLA 122, SPS 115, ETH 225, TGLA 53 и ETH 10, при этом индекс фиксации находился в диапазоне от 0,003 до 0,197. Избыток гетерозигот наблюдался по шести локусам, индекс фиксации для них колебался в диапазоне от -0,170 по локусу ВМ 1824 до -0,010 по локусу ILST 6. В среднем по 15 локусам индекс фиксации составлял 0,019, что свидетельствует о недостатке гетерозигот.

Заключение

В исследуемой группе крупного рогатого скота голштинской породы среднее число микросателлитных аллелей на локус составляло 8,8, из них эффективных аллелей - 4,5. Увеличение числа аллелей в локусе сопровождается повышением генетического разнообразия (уровня полиморфности). Наибольшим уровнем полиморфности характеризовался локус TGLA 122: здесь выявлено 20 аллелей. Средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности составлял 0,700, индекс фиксации Райта имел величину 0,019.

Литература

1. Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика. М.: Мир, 1988. 336 с.

2. Зиновьева Н.А., Попов А.Н., Эрнст Л.К. Методические рекомендации по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве. Дубровицы: ВИЖ, 1998. 47 с.

3. Марзанов Н.С., Девришов Д.А., Марзанова С.Н., Комкова Е.А., Озеров М.Ю., Кантанен Ю. Генетическое маркирование, сохранение биоразнообразия и проблемы разведения животных // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 2. С. 3-14.

4. Меркурьева Е.К. Генетические основы селекции в скотоводстве. М.: Колос, 1977. 174 с.

5. Улимбашев М.Б., Кулинцев В.В., Селионова М.И., Улимбашева Р.А., Абилов Б.Т. Рациональное использование генофонда ценных пород животных с целью сохранения биологического разнообразия // Юг России: экология, развитие. 2018. Т 13, № 2. С. 165-183.

6. Храброва Л.А., Труфанов В.Г Применение ДНК-технологии для оценки потенциала лошадей // Коневодство и конный спорт. 2015. № 1. С. 20-22.

7. Cockett N.E., Shay T.L., Smit М. Analysis of the sheep genome // Physiol. Genomics. 2001. VOL 7. P. 69-78.

8. Henderson S.T., Petes T.D. Instability of simple sequence DNA in Saccharomyces cerevisiae // Mol. Cell. Biol. 1992. Vol. 12. P. 2749-2757.

9. Maleviciute J., Baltrenaite L., Miceikienй I. Domestic cattle breed diversity in Lithuania // Vet. Med. and Zootechn. 2002. Vol. 20. P 87-91.

10. Tapio M., Miceikienй I., Vilkki J., Kantanen J. Comparison of microsatellite and blood protein diversity in sheep: inconsistencies in fragmented breeds // Mol. Ecol. 2003. Vol. 12 (8). P 2045-2056.

Размещено на Allbest.ru