КОМПЛЕКСНЫЙ ЭФФЕКТ ДЕЙСТВИЯ ГЕНОВ ESR1 И FSHR НА РЕПРОДУКТИВНУЮ СПОСОБНОСТЬ СВИНОМАТОК УКРАИНСКОЙ МЯСНОЙ И УЭЛЬСКОЙ ПОРОД

М. В. ДРАГУЛЯН Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины г. Киев, ул. Акад. Заболотного, 150, Украина, 03143

С. О. КОСТЕНКО

Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины г. Киев, ул. Героев Обороны, 15, Украина, 03041

Е. В. СИДОРЕНКО

Институт разведения и генетики животных НААН Украины Киевская обл., Бориспольский р-н, Чубинское, ул. Погребняка, 1, Украина, 08321

(Поступила в печать 28.01.2014)

Введение. В генетике и селекции сельскохозяйственных животных решающее значение имеют углубленные исследования закономерностей механизма передачи генетической информации в поколениях и реализации на индивидуальном и популяционном уровнях организации биологических систем [2]. Начиная с середины 80-х годов ХХ века, в практической селекции произошел переход от использования показателей производительности (фенотип) к применению оценки животных на основе молекулярно-генетических маркеров, а уже с 90-х годов - к внедрению комплексной оценки потенциала племенных животных в селекционном процессе (маркер-ассоциированная и геномная селекция) [10, 15-17]. В настоящее время, обеспечение продовольственного рынка качественными продуктами отечественного производства в достаточном объеме невозможно без интенсификации животноводства, одной из составляющих которой является эффективная селекция, которая должна базироваться на использовании новейших биотехнологий, а именно методах оценки потенциально ценных в племенном отношении животных на уровне генотипа с применением молеку-лярно-генетических маркеров [3]. Они (ДНК-маркеры) позволяют не только проводить исследования генетической структуры пород, оценивать характер прохождения микроэволюционных процессов в популяциях сельскохозяйственных животных под влиянием искусственного отбора, но и проводить прогнозирование их продуктивных качеств. Идентификация и контроль генетической изменчивости - обязательное условие сохранения и удачного использования существующих пород животных.

Исследование украинских свиней с помощью ДНК-маркеров: рецептора фолликулостимулирующего гормона (FSHR), рецептора эстрогена 1 (ESR1), имеет как теоретическое, так и практическое значение и является актуальным.

Цель работы - определить закономерности породоспецифичного полиморфизма украинской мясной и уэльского пород Susscrofadomestica по оценке комплексного действия генов ESR1 и FSHR на репродуктивную способность свиноматок украинской мясной и уэльского пород.

Материал и методика исследований. При выполнении работы использовали молекулярно-генетические методы - полимеразная цепная реакция с рестрикционным анализом фрагментов ДНК (метод ПЦР -ПДРФ), метод Bi-Passa (генотипирование без рестрикции), метод горизонтального электрофореза ДНК в агарозном геле.

Отбор генетического материала (волосяные фолликулы) проводили у свиноматок пород уэльская (n=120) и украинская мясная (n=73), которые содержатся в ДП ДГ «Гонтаровка» Харьковской области Украины.

Генетический анализ осуществляли в лаборатории генетики Института разведения и генетики животных НААН Украины. Геномную ДНК выделяли с помощью комплекта реактивов «ДНК-сорб В» (Ам-плиСенс, Россия). Анализ полиморфизма исследованных генов проводили методом ПЦР-ПДРФ (полимеразная цепная реакция, полиморфизм длин рестрикционных фрагментов) по методикам Т. H. Shortetal (1997) и C. Drogemulleretal (2001) [10, 11].

Анализ воспроизводительной способности свиноматок по первому опоросу осуществляли по общему количеству рожденных поросят, в том числе живых (многоплодие) и при отъеме.

Статистическую обработку результатов осуществляли путем анализа распределения частот аллелей и генотипов, отклонения от распределения согласно закону Харди-Вайнберга [4]. Статистическую достоверность полученных экспериментальных результатов вычисляли в программе «MS Exсel 2007», согласно соответствующим методикам [8].

Результаты исследований и их обсуждение. Для выявления уровня генетической изменчивости и породоспецифических особенностей генетической структуры свиней мясного направления продуктивности проведено исследование полиморфизма гена рецептора эстрогена у свиней украинской мясной и уэльского пород (табл. 1) . Породы свиней оказались полиморфными по гену ESR1.

Свиноматки уэльской породы характеризовались достоверно более низкой частотой генотипа BB по сравнению со свиноматками украинской мясной породы 0,02±0,019 и 0,10±0,047 соответственно (р£0,001). Частота желаемого аллеля В у свиноматок уэльской породы составляла 0,40±0,021, что на 0,08 меньше, чем у свиноматок украинской мясной породы (р£0,001) (табл. 1).

Т а б л и ц а 1. Частоты аллелей и генотипов гена ESR1 у свиней украинской мясной и уэльского пород

31

Распределение генотипов было неравномерным, о чем говорит избыток гетерозиготных генотипов. В целом, исследование породы характеризовались низкой частотой желаемого аллеля В и генотипа BB по сравнению с данными других исследователей относительно полиморфизма свиней мясного направления продуктивности по гену ESR1 [3, 16, 17].

В прошлом для свиней пород мясного направления продуктивности, воспроизводимые на территории СНГ обнаружена ассоциация аллеля А гена ESR с репродуктивными показателями свиноматок [1, 5]. Нами установлено, что именно аллель В гена ESR1ассоциированна с большим количеством новорожденных поросят у свиноматок украинской мясной и уэльского пород. По нашему мнению, разница между аллельным проявлением гена ESR1 в разных популяциях свиней мясного направления продуктивности объясняется географическими, генетическими различиями и действием факторов искусственного отбора.

Изучение связи полиморфизма гена ESR1 с многоплодием свиноматок украинской мясной и уэльского пород при первом опоросе показало, что аллель B гена ESR1ассоциирован, как с показателями количества поросят при рождении, так и с показателями количества живых поросят и количества поросят в возрасте 45 суток. Разница показателей многоплодия между генотипами AA и AB по гену ESR1 у свиноматок уэльской породы составила +2,06 гол. (р£0,001), между генотипами AA и BB по гену ESR1 составляла +2,78 гол. (р£0,001). У свиноматок украинской мясной породы разница между показателями многоплодия между генотипами AA и AB по гену ESR1 составляла +1,56 гол. (р£0,001), и между генотипами AA и BB по гену ESR1 - +2,33 гол. (р£0,001) (табл. 2, рис. 1).

Т а б л и ц а 2. Сравнительный анализ многоплодия свиноматок украинской мясной и уэльского пород в зависимости от генотипа гена ESR1 (первый опорос)

32

Рис. 1. Многоплодие украинской мясной и уэльского пород в зависимости от генотипа гена ESR1: * р£0,05, ** р£0,01, *** р£0,001 по сравнению со свиноматками уэльской породы

Сравнительный анализ периода беременности свиноматок обеих пород в зависимости от генотипа по гену ESR1 показал, что животные генотипа ВВ, желаемого с точки зрения увеличения количества рожденных поросят также имел физиологические показатели периода су-поросности свиноматок [7, 9] и значительно выше массу поросят при отъеме. У животных генотипа АА с геном ESR1 достоверно меньше количество поросят при рождении и период беременности свиноматок, по сравнению с животными генотипа ВВ. Например, животные уэльской породы генотипа АА имеют супоросность 113,41±1,0 суток, у свиноматок украинской мясной породы - 112,6±1,63 суток. Потомство этих животных также имели довольно низкую массу при отъеме (табл. 3). Связь желаемого аллеля не только с количеством поросят, но и с периодом беременности и массой поросят при отъеме еще раз доказывает, что все репродуктивные показатели обеих пород тесно связаны с экспрессией гена рецептора эстрогена 1.

Для более детального анализа породоспецифичних различий действия генотипов на репродуктивные показатели был проведен двухфак-торной дисперсионный анализ с использованием критерия Фишера (критерия F), что позволило оценить уровень статистической достоверности различий между породами. Проведенные расчеты показывают на влияние породной принадлежности на количество новорожденных с 27 % от общей дисперсии, достоверно последнему табличным порогом вероятности F0999 = 25,18. Влияние генотипа животных по гену ESR1 на количество поросят при рождении составляет 28 % от общей дисперсии, вероятно с порогом F0999 = 27,75. Итак, аллель В гена ESR1 ассоциирован с воспроизведенными качествами свиноматок исследованных пород, но действие аллеля у разных пород выражена неодинаково. Более выраженное действие желаемого аллеля В по гену ESR1 наблюдается у свиноматок уэльской породы. Неодинаковое влияние аллеля можно объяснить генетическими особенностями пород.

Т а б л и ц а 3. Сравнительный анализ периода беременности свиноматок украинской мясной и уэльского пород в зависимости от генотипа по гену ESR1 (первый опорос)

33

Исследованные популяции характеризовались высокой фактической гетерозиготность по гену ESR1 по сравнению с ожидаемой, что говорит о ведущей роли в формировании их генетических структур факторов стабилизирующего отбора, который способствует преобладанию гетерозигот. Подтверждением этого является рассчитан индекс фиксации Райта. Последний был близок по значению в обеих исследованных пород, свидетельствует об их генетическом консолидацию.

Итак, анализ отдельного гена рецептора эстрогена 1 позволил оценить состояние генофондов украинской мясной и уэльского пород; и оценить связь полиморфизма этого гена с репродуктивными показателями животных, а также сформировать прогнозы для привлечения, желаемого аллеля по гену ESR1 для улучшения селекционных программ хозяйства. Однако следует отметить, что увеличение генетического потенциала многоплодия не ограничено только геном ESR1. Как будет показано ниже, для повышения многоплодия свиноматок в популяциях с успехом можно использовать ген FSHR, как маркер многоплодия.

Известно, что ведущую роль при репродукции животных имеет не столько уровень фолликулостимулирующего гормона, сколько морфологическая структура фолликулов и их рецептивность, т.е. количество функционально полноценных рецепторов. Вместе с тем вполне неизученные особенности полиморфизма по гену FSHR у свиноматок украинской мясной и уэльского пород.

Исследованные нами породы свиней оказались полиморфными по гену FSHR (табл. 4).

Таблица 4. Частоты аллелей и генотипов по гену FSHR у свиней украинской мясной и уэльской пород

34

Частота желаемого аллеля С по гену FSHR у свиноматок украинской мясной и уэльского пород составляла 0,73 и 0,75 соответственно, а частота генотипа СС - 0,56±0,069 и 0,57±0,069 соответственно (табл. 4).

Сравнивая полученные нами данные с результатами исследований других популяций свиней мясного направления продуктивности, следует отметить породоспецифичнисть распределения частот генотипов. Действие аллелей гена плодовитости проявляется по-разному в окружении аллелей других генов, характерных породам [6, 14]. Поэтому при внедрении ДНК - диагностики следует учитывать породную принадлежность животных.

Изучение связи полиморфизма гена FSHR с многоплодием свиноматок украинской мясной и уэльского пород при первом опоросе показало, что аллель С гена FSHRассоциирован с большим количеством поросят при рождении и с большим количеством поросят в возрасте 45 дней. Разница показателей многоплодия между генотипами СС и СТ по гену FSHR у свиноматок уэльской породы составил +0,59 гол., между генотипами СС и TT по гену FSHR был +2,84 гол. (р<0,001). У свиноматок украинской мясной породы разница между показателями многоплодия по генотипами СС и СТ по гену FSHR составляла +2,3 гол. (р<0,001), а между генотипами СС и TT по гену FSHR -+2,09 гол. (р<0,001) (табл. 5, рис. 2).

Т а б л и ц а 5. Сравнительный анализ многоплодия свиноматок украинской мясной и уэльского пород в зависимости от генотипа по гену FSHR (первый опорос)

35

Рис. 2. Многоплодие украинской мясной и уэльского пород в зависимости от генотипа гена FSHR

Хотя период беременности свиноматок генотипа СС по гену FSHR у животного уэльского породы не находится в физиологической норме (111,68±1,7 суток), но животные этим генотипом имеют максимальное количество новорожденных поросят (11,54±0,18 гол.) и массу гнезда при отъеме (147,76±6,32 кг), среди выбранной группы животных уэльской породы по одну гену. Период беременности свиноматок украинской мясной породы генотипа СС по гену FSHR был в физиологических пределах нормы (113,95±1,53 суток), а также эти животные имели лучшие репродуктивные показатели в выбранной группе животных украинской мясной породы (количество новорожденных 10,51±0,24 гол., масса гнезда при отъеме 161,73±9,76 кг) (табл. 6).

Проведенные расчеты двухфакторного дисперсионного анализа свидетельствуют про наличие влияния генотипа животных по гену FSHR на количество поросят при рождении, которое составляет 7,7 % от общей дисперсии, с порогом вероятности F0999 = 15,2.

Т а б л и ц а 6. Сравнительный анализ периода беременности свиноматок украинской мясной и уэльского пород в зависимости от генотипа по гену FSHR (первый опорос)

36

Анализ соответствия полученных нами частот генотипов с теоретически ожидаемым распределением, согласно закону Харди-Вайн-берга, свидетельствует о том, что породы свиней по гену FSHR имеют высокую частоту гомозигот по желаемому для многоплодия генотипу. Среднее значение Fis в обеих породах было одинаковым.

Хотя полученные нами результаты, безусловно, нуждаются в подтверждении на большем поголовье животных, уже сейчас можно прогнозировать, что аллельС гена FSHR ассоциирован более с высокими показателями воспроизводительной функции у свиноматок мясного направления продуктивности, а сам ген FSHR целесообразно рассматривать в качестве маркера многоплодия в программах разведения свиней, направленных на селекцию семей и линий, которые имеют повышенное многоплодие.

Использование этого маркера, в первую очередь, может быть рекомендовано в стадах животных, у которых отсутствует аллель В гена ESR1 или его доля очень низкая (свиньи зарубежных пород, а также свиньи мясных пород отечественной селекции), а также в стадах, в которых максимальный генетический потенциал многоплодия с использованием гена ESR1 уже достигнуто.

Приведенные выше данные по распределению частот аллелей и генотипов ДНК - маркеров признаков продуктивности у свиней, воспроизводимые в ДП ДХ «Гонтаровка», а также о связи полиморфизма маркерных генов с производительностью отражает потенциальные возможности использования исследованных маркеров в разведении и селекции свиней. Однако выбор стратегии внедрения маркерной селекции во многом зависит от комплексных генотипов животных. Поэтому для исследования комбинированного воздействия генов было сформировано 153 возможных сочетаний генотипов генов репродуктивной способности свиноматок. В 86 сформированных группах по генотипу животных, количество свиноматок было меньше 3 голов, что не позволяет осуществлять для них статистическую обработку данных. Изучение ассоциаций сочетаний генотипов с признаками репродуктивной способности проводились аналогично изучению ассоциации отдельных генотипов.

Многоплодие свиноматок украинской мясной породы было больше у животных с генотипом ESR1BBFSHlfc на 2,75 гол. (р<0,001) по сравнению с животными генотипа ESR1ABFSHRTT. Количество поросят при отъеме больше у свиноматок с генотипом ESR1BBFSHRcc на 4,16 гол. (р<0,001) по сравнению с животными с генотипом ESR1AAFSHRrT (рис. 3, а).

Относительно ассоциации генов рецептора фолликулостимули-рующего гормона FSHR с рецептором эстрогена 1, то многоплодие свиноматок уэльской породы была выше у животных генотипа ESR1BBFSHlfcна 6,13 гол. (р<0,05) по сравнению с генотипом ESR1AAFSHRn\ Количество поросят при рождении также была больше у животных с генотипом ESR^FSHR20 на 4,41 гол. (р<0,05) (рис. 3, б).

37

Рис. 3. Репродуктивные показатели свиноматок разных генотипов генов ESR1 и FSHR: а) украинской мясной породы; б) уэльской породы

Период беременности у свиноматок генотипа ESR1BB FSHRCC в пределах физиологической нормы (114,56±0,8 суток в уэльской породы и 114,0±0 суток в украинской мясной породы). Также животные генотипа ESR1BBFSHRCC имеют высокие репродуктивные показатели в выбранной группе животных по генам ESR1 и FSHR (в уэльской породы количество новорожденных составляет 12,81±0,59 гол., а в украинской мясной породе - 11,0±0,57 гол. (табл. 7).

Т а б л и ц а 7. Сравнительный анализ периода беременности свиноматок украинской мясной и уэльского пород в зависимости от генотипа по генам ESR1 и FSHR (первый опорос) *

38

Низкие репродуктивные показатели имеют животные со значительно большим периодом беременности (-116 дней) генотипа в уэльской породе (количество рожденных 7,5±0,56 гол., в том числе живыми 7,6±0,24 гол., в 45 дней 7,4±0,24 гол.) и генотипа ESR1A FSHRrr в украинской мясной породе (количество рожденных 8,25±0,85 гол., в том числе живыми 7,0±0,57 гол., в 45 дней 6,33±0,33 гол.) (табл. 7). Животные обеих пород с генотипом ESR1^FSHRTT (табл. 7) имеют длинный период беременности и достаточно низкую массу поросят при отъеме. При проведении корреляционного анализа между этими показателями была найдена обратная связь (r=-0,9 при р<0,001). То есть, по выборке животных по двум генами можно сделать вывод, что нежелательный генотип по ФСГ имеет значительно больший период беременности.

Известно, что действие одного, но изолированного гена на многоплодие свиноматок намного меньше, чем комбинация желаемых генотипов по двум генами [12, 15]. Продукты биосинтеза гена FSHR включают выработку протеинов, гормонов воспроизведения, стимулирующие синтез гена ESR1 [13]. И наоборот. Данные, представленные в статье, свидетельствуют, что на фоне усиливающей действия комбинации двух генов отмечалась общая тенденция влияния комбинации с генами ESR1BBFSHlfC.

Заключение. Установлена и проанализирована генетическая структура групп основных свиноматок пород украинская мясная и уэльская порода как по генотипам, так и комплексно по генам ESR1 и FSHR. Выявлено достоверное отличие по частоте желаемого аллеляB гена ESR1 у свиноматок украинской мясной и уэльского пород (0,48 и 0,38, соответственно, р£0,001). Частоты генотипа BB у свиноматок украинской мясной - 0,09±0,026 и уэльского - 0,09±0,023. Обнаружена частота желаемого аллеля C гена FSHR у свиноматок украинской мясной (0,73) и уэльского (0,75) и частота генотипа CC - 0,56±0,069 и 0,57±0,069 соответственно. Аллель B гена ESR1ассоциирован с более высокими репродуктивными показателями свиноматок украинской мясной и уэльского пород при первом опоросе. Разница показателей многоплодия между генотипами AA и AB по гену ESR1 у свиноматок уэльской породы составляла +2,06 гол., между генотипами AA и BB по гену ESR1 - +2,78 голов. У свиноматок украинской мясной породы разница между показателями многоплодия между генотипами AA и AB по гену ESR1 составляла +1,56, между генотипами AA и BB по гену ESR1 - +2,33 гол. Аллель C гена FSHRассоциирован с более высокими репродуктивными показателями свиноматок украинской мясной и уэльской пород при первом опоросе. Установлено, что разница между показателями многоплодия свиноматок уэльской породы между генотипами CC и СТ составляла +0,59 голов, между генотипами CC и TT-+2,84 голов. У свиноматок украинской мясной породы разница между показателями многоплодия среди генотипов CC и СТсоставляла +2,3 голов, а между генотипами CC и TT - +2,09 голов.

С целью повышения эффективности селекции при создании племенного ядра рекомендуется проводить генотипирование по комплексу двух генов (ESR1 и FSHR), ассоциированных с репродуктивными показателями свиноматок.

Работа выполнена при поддержке Государственного фонда фундаментальных исследований Украины.

ЛИТЕРАТУРА

1. А д а м е н к о, В. А. Роль комплекса полиморфных маркеров в характеристике генетического потенциала свиней: автореф. дис. ... канд. биол. наук : спец. 03.02.21. -биотехнология / В. А. Адаменко. - М., 2005. - 24 с.

2. Б а л а ц к и й, В. Н. Полиморфизм локуса рецептора эстрогена 1 в популяциях свиней разных генотипов и его ассоциация с репродуктивными признаками свиноматок крупной белой породы / В. Н. Балацкий, А. М. Саенко, Л. П. Гришина // Цитология и генетика. - 2012. - Вып. 46. - № 4. - С. 48-54.

3. Е п и ш к о, О. А. Гены, детерминирующие воспроизводительную функцию свиноматок / О. А. Епишко // ВесцшацыянальнайакадэминавукБэларусБ - 2008. - № 2. -С. 81-85.

4. Ж и в о т о в с к и й, Л. А. Популяционная биометрия / Л. А. Животовский. - М.: Наука, 1991. - 271 с.

5. Сравнительный анализ генетических профилей свиней ливенской породы по ДНК-маркерам / Н. Зиновева, Е. Гладырь [и др.] // Свиноводство. - 2007. - № 2. - С. 5-9.

6. Методические рекомендации по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве / Н. А. Зиновьева, А. П. Попов [и др.]. - Дубровицы: ВИЖ. -1998. - 47 с.

7. Л е о н т ь е в, В. В. Вщтворювальш якост свиноматок украшсько! м'ясно! породи залежно вщ сезону року / В. В. Леонтьев // Тавршський науковий вюник. - 2008. -Вип. 58. - Ч. II. - С. 236-238.

8. П л о х и н с к и й, Н. А. Руководство по биометрии для зоотехников / Н. А. Пло-хинский. - М.: Колос, 1969. - 256 с.

9. Т к а ч о в, А. Ф. Перспективы селекции уэльской породы свиней / А. Ф. Ткачов // Повышение эффективности свиноводства. - ВАСХНИЛ. - М.: Агропромиздат, 1991. - С. 33-37.

10. D r o g e m u l l e r, C. Candidate gene markers for litter size in different German pig lines / C. Drogemuller, H. Hamann, O. Distl // J. Anim. Sci. - 2001. - Vol. 79. - Р. 2565-2570.

11. Effect of the estrogen receptor locus on reproduction and production traits in four commercial рig lines / Т. H. Short [et al.] // Anim. Sci. - 1997. - Vol. 75. - P. 3138-3142.

12. The combined genotypes effect of ESR and FSHb genes on litter size traits in five different pig breeds / K. Chen, Li Ning, H. Lusheng, Z. Qin, Z. Jiansheng, S. Shiquan, L. Ming, Wu Changxin // Chinese Science Bulletin. - 2001. - Vol. 46. - № 2. - Р. 22-24.

13. J a m e s o n, J. L. Inheriteddisordersofthegonadotropinhormones / J. L. Jameson // Mol Cell Endocrinol. - 1996. - № 125. - Р. 143-149.

14. A missense mutation in the follicle stimulating hormone receptor (FSHR) gene shows different allele effects on litter size in Chinese Erhualian and German Landrace pigs / Z. Jiang, O. J. Rottmann, O. Krebs, J. Chen, H. Liu, F. Pirchner // Anim. Breed. Genet. - 2002. -№ 119. - Р. 335-341.

15. Effects of multi-genes for reproductive traits in Tibet pig // X. Liu, Y. Chamba, Q.Wang, Y. Ling, X. D. Gu, K. L. Wu, H. Zhang. - US National Library of Medicine, National Institutes of Health. - 2010. - Vol. 32. - № 5. - Р. 480-485

16. Estrogen receptor polymorphism in Landrace pigs and its association with litter size performance / J. L. Nogueraa, L. Varonaa, L. Gomez-Rayaa, A. Sanchezb, D. Babota, J. Es-tanya, L. A. Messer, M. Rothschild, M. Perez-Enciso // Livestock Production Science. - 2003. -№ 82. - Р. 53-59.

17. Simultaneous Detection of Malignant Hyperthermia and Genetic Predisposition for Improved Litter Size in Pigs by Multiplex PCR-RFLP / R. Omelka, D. Vasieek, M. Martiniakova, J. Bulla, M. Bauerova // Folia biologica (Krakow). - 2004. - Vol. 52. - № 1-2. - Р. 214-220.

Статистика

Вверх

© Ветеринария 2020