Биологические науки/10. Генетика и цитология

К.б.н. Лазебная И.В.*, к.б.н. Лазебный О.Е.**, д.б.н. Сулимова Г.Е.*

*Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Россия

**Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова, Россия

Изменчивость гена пролактина (bPRL) у пород крупного рогатого скота вида Bos taurus L. на основе Rsa1 полиморфизма в третьем экзоне

Проведен сравнительный анализ Rsa1 полиморфизма (экзон 3) гена пролактина у пород крупного рогатого скота вида Bos taurus L. с использованием собственных данных и результатов исследований других авторов.

 

Ключевые слова: пролактин, ген bPRL, крупный рогатый скот.

 

Введение

Ген пролактина (PRL) кодирует пептидный гомон, секретируемый лактотрофными клетками передней доли гипофиза. Пролактину принадлежит определяющая роль в лактогенезе и лактации, поэтому ген пролактина рассматривают в качестве одного из центральных генов-кандидатов на связь с параметрами молочной продуктивности у сельскохозяйственных животных. Многочисленные исследования полиморфизма гена пролактина (bPRL) крупного рогатого скота указывают на ассоциациию однонуклеотидной замены (SNP – single nucleotide polymophism) в третьем экзоне гена (RsaI-полиморфизм) с количественными признаками молочной продуктивности.

Учитывая селекционное давление на рассматриваемый SNP у крупного рогатого скота, важным является исследование характера внутривидовой изменчивости для проведения мониторинга пород и разработки стратегии их сохранения.

Целью исследования являлось проведение сравнительного анализа Rsa1-изменчивости гена пролактина (экзон 3) у пород крупного рогатого скота вида Bos taurus L. с использованием собственных данных и результатов исследований других авторов.

 

Материалы и методы

Сравнение пород вида B. taurus L. проводили на основе Rsa1-полиморфизма гена bPRL (экзон 3) [1]. Использовали собственные данные по российским породам: костромской, якутской и ярославской. Первая порода относится к мясомолочному направлению селекции, две другие - к молочному направлению. Гистограммы распределения частот генотипов (рисунок 1) и аллелей (рисунок 2) строили с использованием собственных данных (костромская, якутская и ярославская породы) и опубликованных данных других авторов для остальных пород (таблица 1). Аналогичным образом строили круговую диаграмму значений ожидаемой гетерозиготности (рисунок 3).

Попарные сравнения частот аллелей и гетерозигот (Hobs) проводили с помощью точного критерия Фишера (STATISTICA 8.0). Рассчитывали значения ожидаемой гетерозиготности (Hexp) для тех пород, для которых они не были представлены в научных источниках. Частоты генотипов и значения Hexp между парами пород сравнивали с помощью G2-теста. Для определения соответствия наблюдаемых частот гетерозиготных генотипов ожидаемым значениям гетерозиготности (тест Харди-Вайнберга) использовали программу PopGene.

 

Таблица 1. Список пород с указанием источника привлеченных для анализа данных.

Порода

Научный источник

Montebeliard

Ghasemi N. et al., 2009 [2]

Russian Red Pied

Alipanah M. et al., 2007 [3]

Russian Black & White

Goryacheva T.S. and Goncharenko G.M., 2010 [4]

Indian Holstein Friesian

Kumari R. et al., 2008 [5]

Jersey Indian

Kumari R. et al., 2008 [5]

Lithuanian Red

Skinkytė R. et al., 2005 [6]

Lithuanian Black & White

Skinkytė R. et al., 2005 [6]

Polish Jersey

25 Dybus A. et al., 2005 [7]

 

Результаты

На рисунках 1 и 2 представлены гистограммы распределения частот генотипов (рисунок 1) и аллелей (рисунок 2) гена bPRL по рассматриваемому SNP. G2-тест не показал значимых различий между исследованными нами породами (костромская (Kostroma), якутская (Yakut), ярославская (Yaroslavl)) по распределению частот генотипов и аллелей. Частоты генотипов соответствуют равновесному состоянию по Харди-Вайнбергу. Частота A-аллеля превышает в 2-3 раза частоту B-аллеля у этих трех российских пород. Таким образом, выявленная генетическая структура у данных пород является сходной, несмотря на разный тип продуктивности и селекцию. Сравнение данной группы с другими российскими и зарубежными породами показало, что аналогичной структурой распределения аллелей обладают большинство представленных на рисунке 2 пород, за исключением Jersey Indian и Polish Jersey (p<0.05). У первой частоты A- и B-аллелей не отличаются друг от друга, у второй – высокая частота B-аллеля. Исследованные породы проявили значительную генетическую изменчивость по использованному маркеру гена bPRL (рисунок 1, 2).

 

Рисунок 1. Распределение частот RsaI-генотипов гена bPRL у сравниваемых пород крупного рогатого скота.

Обозначения: AA, AB, BB – RsaI-генотипы гена bPRL; на оси абсцисс обозначены частоты генотипов (%); на оси ординат – породы; R – Russian, L – Lithuanian, I – Indian, H – Holstein, F – Friesian, P – Polish.

 

Рисунок 2. Распределение частот RsaI-аллелей гена bPRL у сравниваемых пород крупного рогатого скота.

Обозначения: A, B – RsaI-аллели гена bPRL; на оси абсцисс обозначены частоты аллелей (%); на оси ординат – породы; R – Russian, L – Lithuanian, I – Indian, H – Holstein, F – Friesian, P – Polish.

 

Исследованная нами группа из трех российских пород достоверно отличается по распределению частот генотипов от Russian Black & White and Russian Red Pied, но не отличается от Lithuanian Black & White; (p < 0.006).

Рисунок 3. Диаграмма значений ожидаемой гетерозиготности у сравниваемых пород крупного рогатого скота по RsaI-маркеру гена bPRL.

Обозначения: HE – ожидаемая гетерозиготность RsaI-маркера гена bPRL; R – Russian, L – Lithuanian, I – Indian, H – Holstein, F – Friesian, P – Polish.

 

Значения наблюдаемой (HO) и ожидаемой (HE) гетерозиготности (рисунок 3) по гену пролактина, рассчитанные нами для российских пород и пород, включенных в анализ, для которых соответствующие данные не были представлены, отражены на диаграмме. У большинства сравниваемых пород достоверных различий между значениями наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности выявлено не было, за исключением Indian Jersey породы, у которой выявлен избыток гетерозигот (χ2 = 13.77, ν = 1, p = 0.00021).

Три российские породы достоверно не отличаются друг от друга по уровню генетической изменчивости (HE). В то же время эта группа достоверно отличается более высокими значениями (HE) от следующих пород: Russian Red Pied, Indian Holstein Friesian и Montebeliard (p =3.0*10-7, p = 1.0*10-7, p = 0.0022, p = 0.0007, соответственно). Это свидетельствует об устойчивом состоянии трех российских пород. Учитывая, что данный локус находится под селекционным давлением, изученный маркер гена bPRL мог бы быть использован для мониторинга данных пород.

Список литературы

1. Mitra, A.,  Schlee, P., Balakrishman, C.R. & Pirchner, F. (1995). Polymorphisms at Growth-Hormone and Prolactin Loci in Indian Cattle and Buffalo. Journal of Animal Breeding and Genetics 112, 71-74.

2. Ghasemi N., Zadehrahmani M., Rahimi G., Hafezian S.H. Associations Between Prolactin Gene Polymorphism and Milk Production in Montebeliard Cows. International Journal of Genetics and Molecular Biology 2009;1(3) 48-51.

3. Alipanah M., Kalashnikova L., Rodionov G. Association of prolactin gene variants with milk production traits in Russian Red Pied cattle. Iranian Journal of Biotechnology 2007;5(3) 158-161.

4. Goryacheva T.S., Goncharenko G.M. Polymorphism in κ-Casein and Prolactin Genes and Their Influence on Dairy Productivity of Cows of the Black-and-White Breed. Agricultural biology 2010;4 51-54.

5. Kumari, R., Singh, K.M., Soni, K.J., Patel, R.K., Chauhan, J.B. & Sambasiva-Rao, K.R.S. (2008). Genotyping of the Polymorphism Within Exon 3 of Prolactin Gene in Various Dairy Breeds by PCR RFLP (Brief report) Archiv Tierzucht / Archives Animal Breeding, Vol.51, No.3, (June 2008), pp. 298-299, ISSN 0003-9438

6. Skinkytė R., Zwierzchowski L., Riaubaitė L., Baltrėnaitė L., Miceikienė I. Distribution of Allele Frequencies Important to Milk Production Traits in Lithuanian Black and White and Lithuanian Red Cattle. Veterinary Medicine and Zootechnics (Veterinarija ir Zootechnika) 2005;31(53) 93-96.

7. Dybus A., Grzesiak W., Kamieniecki H., Szatkowska I., Sobek Z., Blaszczyk P., Czerniawska- Piatkowska, E. Zych S., Muszynska M. Association of Genetic Variants of Bovine Prolactin With Milk Production Traits of Black-and-White and Jersey Cattle. Archiv Tierzucht / Archives Animal Breeding 2005; 48(2) 149-156.