Поиск генов-кандидатов, маркеров для использования в молочном и мясном скотоводстве

Генетические методы, применяемые для выращивания телят в молочном скотоводстве, способны повысить объем молока и мяса, которые получает ферма от крупного рогатого скота. Животноводческому предприятию необходимо проводить отбор с учетом наследственности. Метод поиска генов-кандидатов — перспективное направление, чтобы улучшать свойства животных. В статье рассказываем, какие новые гены-кандидаты в мясном скотоводстве, чем хорошо использование маркеров в молочном скотоводстве.

Мировая система молочного животноводства предусматривает сокращенную схему размножения, при которой коровы должны стать стельными примерно через 12 недель после успешного отела. Это привело к следующему:

К началу XXI века в большинстве крупных стран-производителей молока по всему миру провели «голштинизацию» стад. Корова североамериканской голштино-фризской породы (North American Holstein-Frisian, NAHF) была выведена в соответствии с системами кормления общесмешанным рационом с высокой энергетической ценностью и беспривязным круглогодичным содержанием.

Средний племенной индекс надоя и фактический фенотипический удой увеличились на 275 кг и 742 кг соответственно (Эванс и др., 2006).

Однако в таких странах, как Ирландия, использовались другие системы содержания коров: рационы, состоящие в основном из травы с пастбищ. Из-за этого снижалось потенциальное суточное потребление сухого вещества. Следовательно, потребление энергии было недостаточным по сравнению с потенциалом производства молока.

Полученные в результате коровы:

В итоге снижалась прибыльность пастбищных систем.

Чтобы улучшить знания в ключевых областях репродуктивной физиологии дойных коров, группой ученых осенью 2007 года был начат долгосрочный исследовательский проект с использованием коров с аналогичными генетическими качествами по признакам молочной продуктивности, но с экстремально высокими (Fert+) или низкими (Fert-) генетическими качествами по признакам фертильности.

Длительный эксперимент показал, что у животных наблюдались значительные различия в репродуктивных показателях, впервые указывающие на то, что фенотипическая репродуктивная эффективность критически зависит от генетических особенностей фертильных признаков. Однако основные физиологические механизмы контроля, ответственные за наблюдаемые различия в репродуктивных показателях, оставались неизвестными.

С учетом этого было проведено подробное исследование того, как меняется состояние яичников в стаде с высокой или низкой плодовитостью в 2009 году. Пристально изучался период второй лактации.

После синхронизации коровам Fert+ и Fert– ежедневно проводили:

В результате получено, что объем ЖТ был больше, а концентрация циркулирующего P4 выше у коров Fert+ в течение первых 16 дней цикла по сравнению с коровами Fert–. Это доказывало взаимосвязь между генетической обусловленностью признаков фертильности и изменением размера ЖТ и концентрации P4 в крови.

Полученные результаты согласуются с большим количеством фактических данных о благоприятном влиянии повышенных концентраций P4 на раннюю выживаемость эмбрионов.

В результате проведенных исследований, была создана уникальная генетическая модель. Согласно ей, животные, которые переносят одинаковые энергетические нагрузки, связанные с производством молока, демонстрируют значительные различия в репродуктивной эффективности. По крайней мере частично объяснимые различиями в объеме желтого тела и концентрациях P4 в крови.

Эти данные ясно показывают, что одновременный отбор для улучшения признаков молочной продуктивности и фертильности возможен в рамках сбалансированной селекционной задачи.

В литературе есть данные, что потенциально полезным маркером является BCS (индекс упитанности коровы). Это умеренно наследуемый признак. Он благоприятно связан с фертильностью и долголетием.

Отбор по продуктивности снижает балл упитанности высокопродуктивных молочных коров. Особенно это выражено, когда животные также были отобраны по молочному фенотипу, который имеет сильную генетическую связь с BCS. Поскольку существуют положительная генетическая связь между баллом упитанности и репродуктивными показателями, программы селекции основаны на BCS в середине лактации.

Увеличение балла упитанности через селекцию у молочных коров, возможно, увеличило бы их генетически обусловленный уровень BCS во время лактации. Таким образом, уменьшило бы воздействие отрицательного энергетического баланса, если он присутствует.

Подобные идеи приводят к «перерождению» других концепций, касающихся необходимости соответствующей селекции молочных коров. Например, есть концепция управляемого развития поголовья. Она в основном подразумевает, что качество кормления матери влияет на репродуктивную функцию потомства и его фертильность.

С связи с этим, использовать традиционные процедуры оценки племенной ценности и отбора по нескольким признакам, основанного на больших базах данных и датасетах, нелегко. Возможно, это потребует включить другие, более подходящие маркеры. Тогда станет легче обеспечить дальнейший успех в генетических оценках, где такие признаки, как надой, межотельный интервал и долголетие, могут сочетаться. Учитывая их, будет проще обеспечить эффективный селекционный отбор по признаку фертильности при сохранении приемлемого уровня молочной продуктивности.

Одной из доступных стратегий является подход с использованием генов-кандидатов. Это означает, что физиологические данные используются для идентификации генов, вариации которых могут влиять на интересующий признак. Генетические различия между животными по определенному гену, в конечном счете, связаны с фенотипической информацией.

Гены-кандидаты в молочном скотоводстве касаются:

Гены-кандидаты в мясном скотоводстве относятся к следующему:

Чтобы вывести молочных и мясных коров, важно вести скрининг по данным и другим генам.

На данный момент, достигнуты успехи в регистрации однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Особенно в том, что касается скорости генотипирования отдельных животных по многим десяткам тысяч SNP. Это открывает возможности включать информацию о маркерах всего генома в прогнозирование племенной ценности.

Геномный электронный ассоциативный анализ образцов тканей с использованием полногеномных SNP-матриц предоставляет информацию о наиболее важных генетических факторах, которые влияют на фертильность и воспроизводство. Такой геномный отбор предсказывает племенную ценность для большого числа тех гаплотипов по всему геному, что получены из комбинаций маркерных аллелей. В итоге повышается степень надежности племенной ценности на 20-30% по сравнению с современной методологией.

О признаках с низкой наследуемостью, таких как фертильность, необходимо собирать дополнительную информацию. Поэтому программы отбора, основанные на SNP, должны улучшить репродуктивный успех в будущем

Наиболее очевидны перспективы применения этой (пока еще развивающейся) технологии у молочных телят. У них пока нет никаких фенотипических проявлений, так что от традиционного тестирования потомства можно, в конечном счете, практически отказаться с огромной экономией средств.

Новые технологии еще предстоит полностью внедрить и перепроверить с традиционными оценками селекции. Это позволит свести к минимуму риск позднего выявления нежелательных побочных эффектов отбора.

Стоит привести пример практических исследований SNP. По данным Клемпсона (2011), есть связи между SNP в генах лептина, рецептора лептина и нейропептида Y (NPY) с показателями роста, молочной продуктивности и фертильности.

Связь уровня лептина SNP с показателями фертильности у телок и лактирующих коров позволяет предположить, что некоторые эффекты, оказываемые на признак фертильности, являются прямыми и не обязательно опосредуются изменением мобилизации тканей. В других работах отмечено, что лептин может влиять на качество яйцеклеток и раннее развитие эмбрионов. Эти результаты подтверждают пользу использования SNP-гена лептина в качестве маркера для информативного отбора молочных коров.

Селекция непосредственно по конкретным генотипам может значительно изменить показатели породы в течение нескольких поколений, особенно по признакам фертильности. Проведенные исследования показали, что эксклюзивное использование генотипа AA A1457G SNP или TT-генотип UASMS1 могут сократить дни до зачатия и интервалы между отелами более чем на 20 дней.

Эти генотипы не являются особо редкими в популяции, поэтому, теоретически, можно было бы относительно быстро добиться прогресса в повышении уровней воспроизводства. Однако необходимы дополнительные исследования. Они позволили бы определить, оказывают ли эти SNP сами по себе желаемый эффект или находятся в неравновесной связи с соседними SNP. В связи с этим, SNP в системе лептина может быть потенциально полезен в качестве маркера при отборе для улучшения продуктивности и фертильности молочных коров.

Примечание

В текстах наших статей описание целей, задач, дизайна, результатов иностранных и российских исследований и выводов, сделанных их авторами, является кратким пересказом в нашей интерпретации, который не следует считать исчерпывающей и точной информацией об указанных исследованиях.

Если вас интересуют точная и полная информация об этих исследованиях, следует читать источники по ссылкам, приведенным после статей, где применимо.