Association of A80V, R25C, AND Y7F leptin gene sites with productive longevity duration in Kholmogory cows

Full Text

Введение

Современное молочное скотоводство решает задачу оптимизации продуктивных качеств крупного рогатого скота через совершенствование методов селекции и содержания животных. Ключевым аспектом в данном контексте выступает взаимосвязь между динамикой роста молодняка и его последующей молочной продуктивностью. Как показывают исследования, интенсивность роста в раннем возрасте непосредственно влияет на сроки полового созревания и возможность раннего первого осеменения [1], что в свою очередь оказывает существенное влияние на экономическую эффективность производства молока [2–4].

Важное значение приобретает изучение генетических факторов, определяющих рост и развитие животных. Среди перспективных генетических маркеров особый интерес представляет ген лептина (LEP), кодирующий пептидный гормон, участвующий в регуляции энергетического обмена и влияющий на продуктивное долголетие скота [5, 6]. Структурные особенности данного гена, включающие три экзона [7, 8], и его полиморфизмы, такие как A80V, R25C и Y7F [9], открывают новые возможности для генетической селекции.

Многочисленные исследования демонстрируют значимость генетических маркеров в селекции молочного скота. Отдельные полиморфизмы гена LEP, такие как R25C, оказывают существенное влияние на продуктивные качества крупного рогатого скота. Например, установлено, что гомозиготный генотип СС по локусу R25C ассоциирован с повышенным риском выбраковки животных (в 3,14 раза по сравнению с гетерозиготами), что напрямую влияет на экономику молочных хозяйств [10, 11].

Другое исследование выявило значимые ассоциации полиморфизма A80V с функциональным долголетием коров, а также влияние генотипов отцов по гену LEP на передаваемые дочерям признаки молочной продуктивности [12]. В работах зарубежных авторов отмечается, что носительство определенных аллелей (V, C, F) может негативно сказываться на продолжительности хозяйственного использования животных [11, 13].

Однако вопросы влияния комплексных генотипов по SNP A80V, R25C и Y7F гена LEP на пожизненную молочную продуктивность и здоровье животных изучены недостаточно.

В доступной литературе преобладают данные по изолированному анализу отдельных полиморфизмов, тогда как их комбинированный эффект требует дополнительного изучения. Особую актуальность приобретает исследование взаимодействия этих генетических вариантов, поскольку, определенные сочетания аллелей (например, CCYF, ССFF и RCFF) могут приводить к негативным последствиям на различных этапах онтогенеза [14].

Цель исследования — изучение влияния комплексных генотипов гена LEP сайтов A80V, R25C, Y7F на показатели молочной продуктивности и длительности хозяйственного использования крупного рогатого скота холмогорской породы.

Материалы и методы исследований

Объектом исследования стало маточное поголовье крупного рогатого скота холмогорской породы, содержавшееся в АО «Холмогорский племзавод» и выбывшее в период 2023–2024 гг. Количество исследуемых животных — 207 голов. Однако для повышения статистической достоверности из анализа были исключены группы животных, представленные выборками менее 13 особей при расчетах показателей молочной продуктивности и менее 19 особей при анализе возраста выбытия и пожизненных дойных дней. В результате, итоговая численность животных, включенных в анализ, составила 65 при расчетах показателей молочной продуктивности и 95 голов при анализе возраста выбытия и пожизненных дойных дней.

Для обеспечения корректности статистических расчетов и повышения точности результатов, обработке подвергли данные по 5 генотипическим группам (AACCYY, AARCYY, AARRYY, AVCCYY, AVRCYY), поскольку только эти группы имели достаточную численность выборки, обеспечивающую статистическую достоверность результатов. С целью повышения точности сравнительного статистического анализа сформировали группы с равным количеством животных.

Для уравнивания численности анализируемых групп было применено рандомизированное уравнивание объемов выборок с помощью программного обеспечения Microsoft Excel.

Получение биологического материала (крови) осуществляли ветеринарные врачи с использованием вакуумных пробирок с К3 ЭДТА. Выделение ДНК проводили коммерческим набором «МагноПрайм ВЕТ» в соответствии с протоколом.

Генотипирование поголовья крупного рогатого скота осуществлено методом ПЦР-ПДРФ [11]. Применяли следующие режимы амплификации: SNP A80V (F: 5’-CAAGCAGGAAATAGGGAGTCATGG‑3’ и R: 5’-CTGGTGAGGATCTGTTGGTAGGTC‑3’) — 1 цикл 95 °C 3 мин, 32 цикла 95 °C 30 с / 67 °C 30 с / 72 °C 30 с, 1 цикл 72 °C 7 мин; SNPs R25C (F: 5’-CCAGGGAGTGCCTTTCATTA‑3’ и R: 5’-GGTGTCATCCTGGACCTTCC‑3’) и Y7F (F: 5’-CTGCGTGGTCTACAGCACACCTC‑3’ и R: 5’-AGGGCCAAAGCCACAGGATTCG‑3’) — 1 цикл 94 °C 2 мин, 29 циклов 94 °C 20 с / 62 °C 20 с / 72 °C 30 с, 1 цикл 72 °C 5 мин.

При генотипировании по SNPs A80V и R25C электрофоретического разделение продуктов рестрикции производилось в 2%-м агарозном геле, по SNP Y7F — в 6%-м полиакриламидном геле.

Статистическая обработка данных выполнялась с помощью программы IBM SPSS Statistics. Учитывая ненормальное распределение показателей, для описания количественных переменных применялись медианные значения Me с указанием нижнего и верхнего квартилей Q1— Q3. Сравнительный анализ независимых выборок проводили с использованием непараметрического U-критерия Манна — Уитни. Различия считались статистически значимыми при p ≤ 0,05.

Результаты исследования и обсуждение

Из 27 теоретически возможных аллельных комбинаций полиморфных сайтов A80V, R25C и Y7F гена LEP выявлено 12 вариантов. Дальнейшей обработке подверглись данные по 5 генотипическим группам (AACCYY, AARCYY, AARRYY, AVCCYY, AVRCYY).

Мы проанализировали показатели пожизненной молочной продуктивности у коров холмогорской породы с разными аллельными сочетаниями генотипов (табл. 1).

Таблица 1
Показатели пожизненной молочной продуктивности и аллельные сочетания сайтов A80V, R25C и Y7F гена лептина у коров холмогорской породы, Me (Q1; Q3)

Примечание. * — отмечены достоверные различия между группами (р ≤ 0,05); [ — обозначены группы, между которыми обнаружены различия.
Источник: составлено Н.А. Худяковой, И.С. Кожевниковой, И.А. Классен, А.О. Ступиной, М.С. Калмыковой.

Table 1
Lifetime milk productivity indicators and allelic combinations of sites A80V,  R25C and Y7F of the leptin gene in Kholmogory cows, Me (Q1; Q3)

Note. * — significant differences between groups (p ≤ 0.05) are indicated; [ — groups between which differences were found are indicated.
Source: compiled by N.A. Khudyakova, I.S. Kozhevnikova, I.A. Klassen, A.O. Stupina, M.S. Kalmykova.

Анализ представленных данных демонстрирует, что максимальный пожизненный суточный удой, равный 22,04 кг, отмечен у животных с комплексным генотипом AVRCYY, он превышает показатель группы с сочетанием генотипов AACCYY, который характеризуется наименьшим удоем (19,59 кг). В группе AACCYY, показывающей наименьшую продуктивность, наблюдалось наиболее высокое среднее содержание белка в молоке, составляющее 3,23 % за весь период лактации в стаде.

Также, достаточно высокое содержание белка было получено у коров в группе с комплексным генотипом AVRCYY, животные которой показали максимальный суточный пожизненный удой. Необходимо отметить, что достоверных различий по пожизненному суточному удою и среднему значению содержания белка в молоке между группами с разными комплексными генотипами получено не было. Однако, в ходе статистического анализа влияния комплексных генотипов на содержание жира в молоке получено достоверные различия между группами со следующими генотипами: AACCYY и AARCYY, AARCYY и AARRYY, AARCYY и AVCCYY.

Наивысшие показатели по содержанию жира получены в группах у животных, имеющих генотипы AVCCYY и AACCYY, в которых изучаемый показатель составил 4,03 и 3,91 % соответственно. Эти данные достоверно отличались от показателя группы коров с генотипом AARCYY. В этой группе коровы имели наименьшее содержание жира в молоке за все периоды лактации — 3,56 %. В группе животных с генотипом AVRCYY, где среднее содержание жира составило 3,72 %, не получено достоверных различий с другими группами.

Данные о возрасте выбытия и пожизненных дойных днях (ПДД) коров холмогорской породы с различными комплексными генотипами гена лептина приведены в табл. 2. Показатель ПДД — суммарное количество дней лактационной активности особи за весь период ее хозяйственного использования — служит важным критерием оценки продолжительности продуктивного долголетия животных. Возраст выбытия в отелах характеризует продуктивное долголетие коровы и определяется количеством отелов за период ее использования до момента выбытия из стада.

Таблица 2
Показатели длительности использования коров у групп  с комплексными генотипами сайтов A80V, R25C и Y7F гена лептина, Me (Q1; Q3)

Примечание. * отмечены достоверные различия между группами (р ≤ 0,05); [ — обозначены группы, между которыми обнаружены различия.
Источник: составлено Н.А. Худяковой, И.С. Кожевниковой, И.А. Классен, А.О. Ступиной, М.С. Калмыковой.

Table 2
Cow utilization rates in groups with complex genotypes of A80V, R25C  and Y7F sites of the leptin gene, Me (Q1; Q3)

Note. * marked significant differences between groups (p ≤ 0.05); [ — the groups between which differences were found are labelled
Source: compiled by N.A. Khudyakova, I.S. Kozhevnikova, I.A. Klassen, A.O. Stupina,  and M.S. Kalmykova.

Наиболее продолжительным периодом хозяйственного использования, выраженном в количестве дойных дней, характеризовались животные с комплексным генотипом AVRCYY. Коровы с представленным генотипом в своей выборке имели медиану, равную 2032,00, что в 2–3 раза больше, чем у остальных сочетаний генотипов. Кроме того, представленная комбинация генотипов достоверно больше, чем у группы животных с сочетанием генотипов AVCCYY. Аналогичная закономерность наблюдалась при анализе параметра «возраст выбытия в отелах». Полученные результаты свидетельствуют о том, что генотип AVRCYY ассоциирован с повышенными показателями продуктивного долголетия у крупного рогатого скота.

Группа особей с генотипом AARRYY показывает среднее значение, равное 1112,50 дойным дням, что является вторым по величине показателем, имеющим достоверную разницу с группой животных с комбинацией генотипов AVCCYY. Медиана показателя возраста выбытия в группе AARRYY составляет 3 отела, что в свою очередь является самым распространенным значением среди большинства групп. Достоверное различие отмечено с группой животных, несущих комплексный генотип AVCCYY.

Особи, обладающие сочетаниями генотипов AACCYY и AARCYY, имеют похожее значения ПДД — 714,50 и 782,00 соответственно, а также чаще всего выбывали в начале 3 отела.

Наименьшее количество ПДД (всего 194 дойных дня) и возраст выбытия (1 отел) имели животные с комбинацией генотипов AVCCYY. Статистически значимые различия с AACCYY, AARCYY, AARRYY и AVRCYY подчеркивают ее неблагоприятное влияние на длительность продуктивного долголетия.

Анализ причин выбытия коров холмогорской породы в зависимости от их генотипов сайтов A80V, R25C и Y7F по гену лептина выявил межгрупповые различия в структуре заболеваний/причин выбытия. Наибольшая доля выбытия по гинекологическим причинам отмечена у животных с генотипом AVCCYY (47,37 %), тогда как минимальные показатели отмечены в группе AARRYY (17,24 %). При этом генотип AARCYY характеризовался максимальной частотой болезней молочной железы (30,00 %), что почти в два раза превышает данный показатель у AVCCYY (15,79 %). Особого внимания заслуживает группа животных с комплексным генотипом AVRCYY, показывающая наивысшую частоту заболеваний конечностей (36,84 %) при относительно низком уровне гинекологических заболеваний (21,05 %).

Нарушения обмена веществ наиболее выражены у AARCYY (4,00 %), тогда как в группах особей с сочетаниями генотипов AVCCYY и AVRCYY подобные случаи не зафиксированы. Болезни пищеварительной системы встречались с низкой частотой почти во всех группах (2,56…5,26 %), а болезни дыхательной системы были отмечены лишь единично (1,00 % у AARCYY).

Заключение

Таким образом, результаты исследования показывают, что анализ частотного распределения генотипов выявил преобладание пяти вариантов аллельных сочетаний (AACCYY, AARCYY, AARRYY, AVCCYY, AVRCYY) по сайтам A80V, R25C и Y7F гена лептина в исследуемой выборке холмогорского скота. Наивысший пожизненный суточный удой отмечен у животных с комплексным генотипом AVRCYY, который составил 22,04 кг, данный показатель на 2,81 кг, превышает группу животных с сочетанием генотипов AACCYY, который имел наименьший пожизненный суточный удой (19,59 кг). Однако животные в этой группе с генотипом AACCYY за весь период жизни имели наивысшее среднее содержание белка в молоке, среднее значение которого составило 3,23 %. Достоверные различия обнаружены по содержанию жира в молоке между группами со следующими генотипами — AACCYY и AARCYY, AARCYY и AARRYY, AARCYY и AVCCYY.

Наиболее продолжительным периодом продуктивного долголетия характеризовались животные с комплексным генотипом AVRCYY, который также характеризовались самым высоким значением пожизненного суточного удоя в изучаемой выборке животных.

Комплексное изучение взаимодействия полиморфизмов гена лептина представляет значительный научный и практический интерес. Полученные данные могут стать основой для разработки более эффективных стратегий генетического отбора, направленных на улучшение продуктивных качеств и повышение длительности использования молочного скота.

About the authors

Natalya A. Khudyakova

Federal Research Center for Comprehensive Study of the Arctic named after Academician N.P. Laverov

Author for correspondence.
Email: nata070707hudyakova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1302-2965
SPIN-code: 3906-2286

Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher, Laboratory of Innovative Technologies in the Agro-Industrial Complex

20 Nikolsky Prospekt, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation

Irina S. Kozhevnikova

Federal Research Center for Comprehensive Study of the Arctic named after Academician N.P. Laverov; Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Email: kogevnikovais@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7194-9465
SPIN-code: 2441-2363

Candidate of Biological Sciences, Head of Laboratory, Laboratory of Innovative Technologies in the Agro-Industrial Complex, Federal Research Center for Comprehensive Study of the Arctic named after Academician N.P. Laverov; Associate Professor, Department of Human Biology and Biotechnical Systems, Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

20 Nikolsky Prospekt, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation; 17 Northern Dvina Embankment, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation

Inga A. Klassen

Federal Research Center for Comprehensive Study of the Arctic named after Academician N.P. Laverov

Email: klassening@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4421-6087
SPIN-code: 5343-4901

Junior Researcher, Laboratory of Innovative Technologies in the Agro-Industrial Complex

20 Nikolsky Prospekt, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation

Aleksandra O. Stupina

Federal Research Center for Comprehensive Study of the Arctic named after Academician N.P. Laverov

Email: sashaatupina6@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7664-3684
SPIN-code: 4712-2893

Junior Researcher, Laboratory of Innovative Technologies in the Agro-Industrial Complex

20 Nikolsky Prospekt, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation

Maria S. Kalmykova

Federal Research Center for Comprehensive Study of the Arctic named after Academician N.P. Laverov

Email: kalmykova.m@edu.narfu.ru
ORCID iD: 0009-0000-0404-4631
SPIN-code: 3670-8226

Junior Researcher, Laboratory of Innovative Technologies in the Agro-Industrial Complex

20 Nikolsky Prospekt, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation

References

Supplementary files