У статті розглядаються результати аналізу генетичної структури великої рогатої худоби голштинської популяції вітчизняної селекції по моногенним спадкових захворювань. Встановлено носійство BLAD-синдрому в середньому у 3,7% протестованих бугаїв-плідників, 2,2% високопродуктивних корів і 3,4 ремонтних бичків. Наявність мутації CVM виявлено в середньому у 4,5% протестованих тварин, в тому числі 4,4% бугаїв-плідників, 5,0% корів. Тварин, що мають мутацію DUMPS, не виявлено.

Анотація наукової статті по агробіотехнології, автор наукової роботи - Курак О. П., Ганджа А. І., Журіна Н. В., Ковальчук М. А., Леткевіч Л. Л.


Analysis of the genetic structure of cattle on monogenic hereditary diseases

The article discusses the analysis of the genetic structure of cattle of Holstein population of native selection on monogenic hereditary diseases. Established carriage of BLAD-syndrome at an average of 3.7% of tested sires, 2.2% of high-producing cows and 3.4% of repair bulls. Identified mutations CVM on average 4.5% of the animals tested, including 4.4% bulls, cows 5.0%. Animals having a mutation DUMPS, not have been identified.


Область наук:
  • Агробіотехнології
  • Рік видавництва діє до: 2015
    Журнал: Актуальні проблеми інтенсивного розвитку тваринництва

    Наукова стаття на тему 'Аналіз генетичної структури поголів'я великої рогатої худоби по моногенним спадкових захворювань'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз генетичної структури поголів'я великої рогатої худоби по моногенним спадкових захворювань»

    ?УДК 636.4.082: 612.8: 577.113.1

    АНАЛІЗ ГЕНЕТИЧНОЇ СТРУКТУРИ ПОГОЛІВ'Я ВЕЛИКОЇ РОГАТОЇ ХУДОБИ ПО

    Моногенне спадкових захворювань

    О. П. Кураков, А. І. Ганджа, Н. В. Журин, М. А. КОВАЛЬЧУК, Л. Л. ЛЕТКЕВІЧ, В. П. СИМОНЕНКО, І. В. КИРИЛОВА РУП «Науково-практичний центр Національної академії наук Білорусі з тваринництва », м Жодіно, Мінська обл., Республіка Білорусь, 222163

    (Надійшла до редакції 04.01.2015)

    Вступ. Вивчення проблеми прихованого генетичного вантажу у великої рогатої худоби розглядається в якості перспективного прийому оздоровлення генофонду племінного поголів'я та підвищення збереження молодняку. При поширенні спадкових мутацій спостерігається зниження відтворювальної здатності та плодючості, життєздатності молодняку, тривалості господарського використання тварин, що в кінцевому підсумку негативно впливає на рентабельність галузі. Все гострішою стає проблема підвищення резистентності тварин. У цих умовах зросло значення проблеми контролю прихованих спадкових аномалій, особливо серед бугаїв-плідників на племпідприємства.

    Специфічною особливістю спадкових хвороб є зміни в молекулі ДНК. Цілком зрозуміло, що ДНК-діагностика як технологія, спрямована на виявлення причини захворювання, є найбільш адекватним, об'єктивним та інформативним підходом до діагностики спадкових хвороб. Одним з найбільш поширених класів генетичних молекулярних маркерів на рівні ДНК є ПЛР-ПДРФ.

    Серед конкретних локусів найбільш інтенсивно вивчаються локуси кількісних ознак і резистентності до захворювань. Цьому напрямку також присвячені довгострокові проекти багатьох інститутів і лабораторій. У зв'язку з цим широко досліджуються гени CD18, UMPS, SLC35A3, точкові мутації в яких асоційовані з такими захворюваннями, як BLAD, DUMPS і CVM.

    Аналіз генетичної структури поголів'я великої рогатої худоби по моногенним спадкових захворювань є актуальною

    192

    проблемою, вирішення якої дозволить вести цілеспрямований контроль за поширенням мутацій. Це дозволить підвищити резистентність племінного поголів'я республіки і збереження ремонтного молодняка, виключити завезення биків-носіїв генетичного вантажу, забезпечити введення в племінні стада здорових тварин, коригувати програми племінної роботи з голштинської породою. Введення принципу тестування молодих бичків запобіжить наслідки прояву мутацій у віці 6-7 років, необхідних для оцінки і кваліфікації виробників.

    Аналіз джерел. Синдром вродженого імунодефіциту (BLAD) обумовлений точковой мутацією в кодує частини аутосом-ного гена CD 18 і контролюючого синтез глікопротеїну р-інтегринів. Пошкодження структури цього білка призводить до множинних дефектів функції лейкоцитів. У гомозиготному рецесивним стані є летальним: імунна система тварин не здатна протистояти вірусним і бактеріальним інфекціям, що призводить до їх загибелі в ранньому віці [1-3].

    DUMPS (Deficiency of Uridine Monophosphate Synthase) - моногенне аутосомное рецесивне захворювання, обумовлене порушенням обміну речовин внаслідок дефіциту ферменту урідінмонофосфатсі-нтетази, пов'язаного з відтворювальної функцією тварин і впливає на виживання потомства. Викликає загибель ембріонів, як правило, після перших 40 днів розвитку, тобто на стадії імплантації зародка в матку [4-6].

    Синдром складної деформації хребта (CVM) обумовлений дією рецессивной мутації, пов'язаної з геном SLC35A3 (бичачого розчинної переносника сімейства 35). Характерними ознаками носіїв CVM є загальна недорозвиненість, укорочена шия, що злилися і деформовані хребці, сколіоз, вади ребер, деформація суглобів передніх і задніх кінцівок [7-9].

    Мета роботи - аналіз генетичної структури голштинської популяції вітчизняної селекції великої рогатої худоби на наявність моногенних спадкових захворювань.

    Матеріал і методика досліджень. Дослідження були виконані в лабораторії молекулярної біотехнології та ДНК-тестування РУП «Науково-практичний центр Національної академії наук Білорусі з тваринництва».

    Базові господарства - госплемпредпріятія (РСУП «Брестплемпред-прийняття», РСУП «Гомельплемпредпріятіе», РУСП «Мінське племп-

    193

    редприятие », РУСП« Гродненське племпідприємство ») і племінні господарства республіки (РДУП по племінній справі« ЖодіноАгроПле-мЕліта », РУСП« Племінний завод «Червона Зірка» »Мінської, KSUP племзавод« Кирилич »Гродненської, KSUP« Брильову »Гомельської, ГУСП« Племзавод «Муховець» »Брестської областей, РУСХП« Оршанське племпідприємство ».

    Об'єкт досліджень - бугаї-плідники, високопродуктивні корови і ремонтні бички голштинської популяції. Предмет досліджень -біопроби тканини, сперми, крові.

    З метою вивчення генетичної структури вітчизняного племінного поголів'я великої рогатої худоби по генам, що детермінують розвиток спадкових захворювань, було проведено ДНК-тестування тварин методом ПЛР-ПДРФ з використанням специфічних прай-мерів і рестриктаз. Виділення ДНК здійснювалося адаптованими раніше методами з власними модифікаціями.

    Отримані препарати геномної ДНК піддавалися Спектрофото-метрическому аналізу з використанням апарату GenQuant.

    Праймери для ампліфікації фрагмента гена CD18: BLAD1 і BLAD2 '. Довжина амплифицированного фрагмента - 132 П.О.

    Отриманий ПЛР-продукт піддається рестрикції з використанням рестріктази TagI.

    Праймери для ампліфікації фрагмента гена UMPS: AVA1 і AVA2. Довжина амплифицированного фрагмента - 108 П.О.

    Отриманий ПЛР-продукт піддається рестрикції з використанням рестріктази Aval.

    Праймери для ампліфікації фрагмента гена SLC35A3: F (wild), F (cvm) і зворотний праймер: R (SLC). Довжина амплифицированного фрагмента - 233 п. О.

    Отриманий ПЛР-продукт піддається рестрикції з використанням рестриктаз: Pst I і EcoT22I.

    Детекція результатів трьох етапів роботи - виділення ДНК, ампліфікації фрагмента гена і рестрикції продуктів ампліфікації здійснювалося методом гель-електрофорезу з подальшою візуалізацією на трансіллюмінаторе в прохідному УФ-світлі за допомогою комп'ютерної відеосистеми INFINITY або на генетичному аналізаторі (Agilent Tecnologies 2200 Tape). В якості маркера використовувалася ДНК плазми-ди pBR322, розщепленої рестриктазой AluI, або рестриктазой BsuRI.

    Результати досліджень та їх обговорення. В ході науково-виробничих досліджень була вивчена генетична структура

    поголів'я великої рогатої худоби по моногенним спадкових захворювань. Наявність синдрому вродженої імунодефіциту великої рогатої худоби, обумовленого точковой мутацією в кодує частини аутосомного гена CD18, було виявлено у 3,7% бугаїв-плідників, 2,2% високопродуктивних корів і 3,4% протестованих ремонтних бичків (табл. 1).

    Т а б л і ц а 1 .Частота народження мутації БЬАЕ в голштинської популяції вітчизняної селекції

    Біологічних потреб Кількість тварин Частота народження мутації,%

    Бугаї-плідники 856 3,7

    Ремонтні бички 509 3,4

    Племінні корови тисячі сто вісімдесят чотири 2,2

    В середньому 2549 3,0

    Встановлено відмінності в частотах народження мутації серед корів різних господарств. Ймовірно, це можна пояснити з позиції ефекту родоначальника, тобто ведення інтенсивної репродукції генотипів гетерозиготних виробників, які є не тільки носіями мутації, але і покращувачами продуктивності.

    Проведено вивчення родоводів племінних корів, що мають в своєму генотипі алель CD18BL. Встановлено, що носіями мутації були тварини, батьки яких належать до ліній Рефлекшн Соверінга 198998, Монтвік Чіфтейн 95679, П. Говернера 882933 і Віс Айдіал 933122.

    Проведений аналіз поширеності мутації BLAD серед десяти основних ліній бугаїв-плідників голландського і голштин-ського коренів, використовуваних в республіці при вдосконаленні білоруської чорно-рябої породи. Вільними від мутації виявилися тварини двох ліній голландського (Аннес Адема 30587 і Хіль-тес Адема 37910) і однієї - голштиньского (Силинг Трайджун Рокита 252803) кореня. У той же час носійство BLAD-синдрому виявлено в лініях Монтвік Чіфтейн 95679, Ніко 31652, П. Говернера 882933, Рутьес Едуарда 31646, Рефлекшн Соверінга 198998, Віс Айдіал 933122 і П.Ф.А. Чифа 1427381. Найбільш високі частоти народження BLAD-синдрому відзначені в лініях Монтвік Чіфтейн 95679 (4,2%), Ніко 31652 (4,2%), П. Говернера 882933 (4,4%) і Поні Фарм Арлінда Чифа 1427381 (11 , 1%).

    У ряді випадків було встановлено, що передача мутантного гена ремонтному бичку була здійснена через матір - бикопроізводящую корів, що є носієм мутації в гетерозиготною формі. Генотип батька таких бичків був вільний від мутації. Отримані результати свідчать про шляхи передачі синдрому вродженої імунодефіциту племінному молодняку ​​не тільки через батьків, а й через б-копроізводящіх корів, мають мутантний аллель в своєму генотипі.

    Триваюче поширення захворювання пов'язане з тим, що гетерозиготні тварини фенотипически не відрізняються від здорових, тому селекція за фенотипом не призводить до бажаних результатів: вибракування носіїв мутації. До того ж відсутність до останнього часу генетичного контролю за цією мутацією створило передумови для її успадкування серед тварин племінних стад.

    Для оцінки динаміки поширення мутації БЬЛЕ серед великої рогатої худоби голштинської популяції в розрізі років були використані дані попередніх досліджень (табл. 2).

    Т а б л і ц а 2. Поширення мутації БЬАЕ в голштинської популяції вітчизняного худоби

    Тварини Рік Кількість голів Частота народження носійства мутації,%

    СЕ18ТШ' С018В1Л'

    Бугаї-плідники 2007 708 98,4 1,6

    2011 300 97,0 3,0

    2014 150 96,0 4,0

    В середньому 1158 97,7 2,3

    Племінні корови 2008 1344 98,0 2,0

    2012 350 97,0 2,0

    2014 200 98,0 5,5

    В середньому 1894 97,6 2,4

    Ремонтні бички 2008 497 98,7 1,3

    2011-2012 75 93,3 6,7

    2014 200 99,5 0,5

    В середньому 772 98,4 1,6

    Як випливає з даних таблиці, частота народження мутації БЬЛЕ серед бугаїв-плідників, бикопроізводящіх корів і ремонтних бичків знаходиться у відносно низьких межах і становить 1,6-2,4%. При цьому очевидно, що частота народження синдрому імунодефіциту серед бугаїв-плідників за сім років збільшилася з 1,6% до 4,0%.

    При наявності в останнім часом в паспорті зарубіжних биків позначки про відсутність даної мутації зростання частоти народження мутації, можливо, пов'язаний з введенням в селекційний процес неперевірених раніше ремонтних бичків. Подібна тенденція спостерігається і серед поголів'я племінних корів. Носійство мутації, яке становило у 2008 році 2,0%, досягло до 2014 року 5,5%. У той же час таке зростання у відсотках може залежати від відносності вибірки для тестування по локусу гена CD 18 в першу чергу тих корів, від яких були отримані гетерозиготні телята, мутація в генотипі яких могла визначатися не тільки матір'ю, але також і гетерозиготних биком. Частота народження мутації BLAD серед ремонтних бичків до 2014 року знизилася і склала лише 0,5%. Ймовірно, це пов'язано з генотипуванням на наявність мутації останнім часом значної частини всього ремонтного молодняка.

    Отримані результати вказують на доцільність тестування ремонтного молодняка на носійство BLAD, особливо при наявності гетерозиготних матерів, в ранньому віці одночасно з оцінкою достовірності походження, до постановки на елевер.

    Встановлено, що, хоча частота народження BLAD-синдрому в різних статевовікових групах не перевищує 5,5%, вона може швидко підвищитися, якщо широко використовувати в системі штучного осіменіння гетерозиготних виробників. Це призведе, з одного боку, до зниження гетерозиготності стада, а з іншого - до насичення популяцій летальними мутаціями.

    Було проведено генотипування тварин голштинської популяції вітчизняної селекції за локусом гена UMPS. В ході досліджень було встановлено, що всі протестовані тварини мали

    TD / TD

    гомозиготних генотипом DUMPS (вільні від мутації). живіт-

    TD / DP

    них, що мають гетерозиготний (DUMPS) і рецесивний гомозиготний генотип (DUMPSdp / dp), не виявлено (табл. 3).

    Т а б л і ц а 3. Частота народження мутації DUMPS в голштинської популяції вітчизняної селекції

    Біологічних потреб Кількість тварин Частота народження мутації,%

    Бугаї-плідники 326 -

    Ремонтні бички 184 -

    Племінні корови 202 -

    В середньому 712 -

    Отримані дані свідчать про відсутність поширення мутації DUMPS серед вітчизняного племінного поголів'я в усіх статево-вікових групах і про благополучну ситуацію по даному захворюванню в республіці в цілому.

    Однак, незважаючи на отримані позитивні результати, слід проводити суворий контроль при імпорті племінних тварин і сперми, так як дане захворювання проявляється у вигляді в США, так і в країнах Європи і Азії, і може бути завезено в республіку з генетичним матеріалом. Генетичний моніторинг летальних мутацій великої рогатої худоби необхідний не тільки серед бугаїв-плідників, а й провідних племінних господарствах, що постачають ремонтних бичків на племпідприємства, до тих пір, поки мутантний аллель зберігається в маткових стадах.

    Моніторинг мутації DUMPS, як і інших рецесивних захворювань великої рогатої худоби, може виявитися актуальним і для досліджень з картування в геномі ВРХ локусів кількісних ознак, так як виявлено, що локуси генів CD18 (синдрому вродженої імунодефіциту) і UMPS зчеплені і розташовані на першій хромосомі, на якій розташовуються і гени, асоційовані з ознаками молочної продуктивності. Таким чином, не можна виключити, що поширення даних спадкових мутацій в популяції голштиньского худоби в якійсь мірі пов'язане з селекцією по молочності. У той же час наявність тварин - носіїв синдрому DUMPS в гетерозиготному стані може підтримуватися процесами популяції генетичної адаптації до нових умов відтворення.

    Вивчення генетичного зчеплення даних маркерів з господарсько-цінними ознаками дозволить проводити обґрунтовану і цілеспрямовану селекцію, враховуючи питання як відбору тварин бажаних генотипів, так і збереження генофондного матеріалу.

    Було проведено генотипування тварин голштинської популяції вітчизняної селекції за локусом гена SLC35A3.

    Встановлено, що в середньому по всім протестованим госплем-підприємствам 4,4% бугаїв-плідників були носіями му-тантного алелі CVMCV (табл. 4).

    Серед ремонтних бичків тварин - носіїв мутації виявлено не було, що свідчить про благополучний стан в даній віковій групі.

    Т а б л і ц а 4. Частота народження мутації СУМ в голштинської популяції вітчизняної селекції

    Біологічних потреб Кількість тварин Частота народження мутації,%

    Бугаї-плідники 106 4,4

    Ремонтні бички 13 -

    Племінні корови 133 5,0

    В середньому 252 4,5

    Проведено аналіз наявності мутації СУМ серед бугаїв-плідників і ремонтних бичків на лінійному рівні. Носи-будівництві мутації СУМ виявлено тільки в лініях биків голштинської-го кореня: Рефлекшн Соверінга 198998 і Віс Айдіал 933122.

    Частота народження мутантного аллеля серед племінних корів знаходиться в середньому на рівні 5,0%.

    Використання таких тварин як бикопроізводящіх може привести до отримання гетерозиготного потомства і, як наслідок, до подальшого поширення синдрому складної деформації хребта серед племінного поголів'я республіки.

    Загальна картина поширення моногенних спадкових захворювань великої рогатої худоби голштинської популяції вітчизняної селекції представлена ​​на рис. 1.

    Мал. 1. Зустрічальність мутацій серед різних статево-вікових груп вітчизняного поголів'я великої рогатої худоби

    За результатами ДНК-тестування тварини - носії мутації були виключені з подальшого процесу відтворення.

    Висновок. Результати досліджень дозволяють зробити висновок про поширеність серед племінного поголів'я великої рогатої

    199

    худоби голштинської популяції вітчизняної селекції моногенних спадкових захворювань: BLAD, DUMPS і CVM. Встановлено носійство BLAD-синдрому в середньому у 3,7% протестованих бугаїв-плідників, 2,2% високопродуктивних корів і 3,7% ремонтних бичків. Наявність мутації CVM виявлено в середньому у 4,5% протестованих тварин, в тому числі 4,4% бугаїв-плідників, 5,0% корів. Тварин, що мають мутацію DUMPS, не виявлено.

    Встановлено шляхи подальшого поширення мутації - не тільки через биків-носіїв синдрому, але і через бикопроізводящіх корів.

    Генодіагностика спадкових мутацій великої рогатої худоби, заснована на використанні методів ДНК-технологій, дає можливість ідентифікації спадкових мутацій у тварин на рівні генотипу в будь-яких статевовікових групах; дозволяє вивчити генеалогічну структуру породи за локусом даних генів, оцінити вплив мутацій на господарсько-значимі ознаки, виявити шляхи їх поширення, усунути з селекційного процесу тварин-носіїв мутацій, оздоровити племінної генофонд республіки і вирішити проблему підвищення резистентності племінного поголів'я та збереження ремонтного молодняка.

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Скринінг гена дефіциту лейкоцитарної адгезії у чорно-рябої голштінізіро-ванного худоби / Н. С. марзанів [и др.] // Сільськогосподарська біологія. - 2003. - № 6. -С. 23-29.

    2. A k y u z, B. Detection of defiency of uridine monophosphate (DUMPS) in Holstein and native cattle in Turkey / B. Akyuz, O.Ertugrul // Ankara Univ. Vet Fak. Derg, 2008, 55: 57-60.

    3. A missense mutation in the bovine SLC35A3 gene, encoding a UDP- N-acety-lglucosamine transporter, causes complex vertebral malformation / B. Thomsen [et al.] // Genome Res. 2006, 16: 97-105.

    4. Complex vertebral mal-formation in Holstein calves / J. S. Agerholm [et al.] // J. Vet. Diagn. Invest. 2001, V.13. P.283-289.

    5. G r z y b o w s k i, G. Identyficacija "genu zamieralnosci zarodkow" DUMPS u budla / G. Grzybowski // Przegl. Hodowl., 1996. - R.64, № 8. - S. 42-44.

    6. Immunohistochemical location of adhesion molecules (CD62 and Cd18) in the mammary gland of dairy cows / M. Simon [et al.] // Czech. Anim. Sci. - 2007. - Vol. 52 (4). - P. 88-95.

    7. M alher, X. Effects of sire and dam genotype for complex vertebral malformation (CVM) on risk of return-to-service in Holstein dairy cows and heifers / X. Malher, F. Beaudeau, J. Philipot // Theriogenology 2006 , 65: 1215-1225.

    8. R o b i n s o n, J. L. Consequences of UMP syntase deficiency in cattle / J. L. Robinson, M. P. Drablik, D. B. Dombrobwski // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. - 1983. - V.80. - P. 312-323.

    9. S h u s t e r, D. E. Identification and prevalence of a genetic defect that causes leucocyte adgesion deficiency in Holstein cattle / D. E. Shuster [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. - USA. -1992. - V. 892. - P. 9225-9229.


    Ключові слова: велика рогата худоба /метод ПЛР-ПДРФ /синдром вродженого імунодефіциту (BLAD) /дефіцит урідінмонофосфатсінтетази (DUMPS) /синдром складної деформації хребта (CVM) /генотип /cattle /PCR-RFLP /congenital immunodeficiency syndrome (BLAD) /deficiency of uridinmonofosfatsintetazy (DUMPS) /syndrome of complex spinal deformity (CVM) /genotype

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити