Дипломная (вкр): Генетические маркеры функционального долголетия крупного рогатого скота

Генетические маркеры функционального долголетия крупного рогатого скота

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра биохимии и физиологии

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

генетические маркеры функционального долголетия крупного рогатого скота

Работу выполнил Е. А. Гырнец

Научный руководитель, Н.В. Ковалюк

Нормоконтролёр, Н. Н. Улитина

Краснодар 2015

РЕФЕРАТ

КРУПНЫЙ РОГАТЫЙ СКОТ, ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ДОЛГОЛЕТИЕ, ПОЛИМОРФИЗМ, ЧАСТОТА ВСТРЕЧАЕМОСТИ, ЛЕПТИН, СЦЕПЛЕНИЕ

Цель данного исследования на примере айрширской и голштинской пород молочного скота - проследить влияние полиморфизмов LEP-R25C, LEP-A80V, LEP-Y7F на функциональное долголетие коров.

Исследования, проведенные методом ПЦР-ПДРФ, позволили выявить сцепленное наследование генотипов СС и YY; RR и FF (айрширский скот); RR и AA (голштинский скот); низкий уровень полиморфизма локусов A80V (айрширский скот) и Y7F (голштинский скот), низкую частоту встречаемости FF гомозиготных вариантов локуса LEP-Y7F (айршисркий скот) и низкую частоту встречаемости VV локуса LEP-A80V (голштинский скот). Установлено некоторое преимущество коров с генотипом RCYY над коровами с другими генотипами.

СОДЕРЖАНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Введение

. Аналитический обзор

1.1 Характеристика проблемы функционального долголетия крупного рогатого скота

1.1.1 Характеристика крупного рогатого скота айрширской породы

.1.2   Характеристика крупного рогатого скота гольштейнской породы

.2 Молекулярно-генетические маркеры

.2.1 Характеристика некоторых видов молекулярно-генетических маркеров

.3 Методы исследования SNP-маркеров. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ)

.4 Генетические маркеры функционального долголетия крупного рогатого скота

.4.1 Характеристика гена лептина

.4.2 Структура белка лептина и его физиологические функции у крупного рогатого скота

2. Материалы и методы исследования

2.1 Материал исследования

.2 Выделение ДНК

.3 Анализ полиморфизмов гена LEP методом ПЦР/ПДРФ

.3.1 Амплификация фрагментов гена LEP методом ПЦР

.3.2 Рестрикционный анализ

.4 Электрофорез

.5 Статистическая обработка данных

3. Использование полиморфизмов гена лептина в качестве генетических маркеров функционального долголетия в селекции крупного рогатого скота

3.1 Частоты встречаемости генотипов LEP

.2 Сцепленное наследование LEP-генотипов

.3 Функциональное долголетие и обильномолочность коров различных LEP- генотипов

Заключение

Библиографический список

Приложения

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

QTL - локусы количественного признака;- однонуклеотидные замены;(short interspersed nuclear elements) - короткие нуклеотидные мобильные элементы, содержащие ретроэлементы;(long interspersed nuclear elements) - длинные нуклеотидные элементы, содержащие ретроэлементы;(long terminal repeats) - длинные концевые повторы, содержащие ретропозоны;

ПЦР - полимеразная цепная реакция;

ПДРФ - полиморфизм длин рестрикционных объектов;

П.н. - пар нуклеотидов;

Да - единица измерения массы молекулы. Дальтон.

ВВЕДЕНИЕ

Молочное скотоводство является важной отраслью современного мирового сельского хозяйства. В мире насчитывается около полутора миллиарда голов крупного рогатого скота. Поэтому поиск решения проблемы, связанной с повышением рентабельности и производства, является приоритетом для работников сельского хозяйства.

Продолжительность жизни - это период от рождения животного до его естественной смерти. Однако период продуктивного использования маточного поголовья намного меньше. Отсюда, маточное поголовье напрямую определяет эффективность молочного скотоводства. При этом лимитирующим фактором является его функциональное долголетие, так как оно непосредственно влияет на пожизненный надой молока, количество приплода и, в конечном счете, на совершенствование пород и стада. Так же оно позволяет проводить выбраковку низкопродуктивного поголовья и реализацию племенных животных. Поэтому в современном животноводстве чрезвычайно важную роль играют высокопродуктивные коровы с продолжительным сроком их использования.

Перевод животноводства на промышленную технологию в конце двадцатого века обусловил более жесткие требования к животным. К тому же интенсивное использование молочного скота значительно снизило срок его эксплуатации, т.е. с повышением продуктивности стада происходит уменьшение периода его использования. Если в стаде с удоем в три тысячи кг до пятой лактации доживает каждая четвертая корова, то в стаде с удоем более пяти тысяч кг доживает только каждая десятая - двенадцатая. Там, где надои около четырех тысяч кг, коровы старше третьей лактации составляют не больше двадцати процентов от маточного поголовья. В связи с этим средний срок использования коров на молочных фермах составляет две - три лактации, что не позволяет провести адекватную оценку их племенных качеств, продуктивную селекционно-племенную работу, как в рамках стада, так и в популяции в целом, и не способствует накоплению желательного генофонда.

Проблемой снижения функционального долголетия в последние десятилетия заинтересовались многие исследователи, однако, в их исследованиях часто не рассматривается, либо рассматривается фрагментарно, влияние молекулярно-генетических факторов. Изучение генетических маркеров, определяющих эти факторы, позволит, во-первых, понять степень их влияние на функциональное долголетие, а, во-вторых, путем усиления или ослабления этих факторов, улучшить показатели признака.

Таким образом, цель данного исследования -поиск маркеров функционального долголетия крупного рогатого скота и проведение исследований на базе айрширской и голштинской пород крупного рогатого скота по оценке связи между SNP-маркерами, локализованными в выбранных генах и функциональным долголетием молочных коров.

В задачи исследования входило:

выявление генетических маркеров функционального долголетия;

генотипирование выборок животных айрширской и голштинской пород, принадлежащих хозяйствам Краснодарского края, и выявление частот встречаемости аллелей;

выявление генетических особенностей пород в рамках выбранных SNP-маркеров;

оценка связи выбранных SNP-маркеров с функциональным долголетием крупного рогатого скота;

выявление особенностей селекции крупного рогатого скота по признаку функционального долголетия и выбранным маркерам.

1. Аналитический обзор

.1 Характеристика проблемы функционального долголетия крупного рогатого скота

Современные данные исследований, проведенных в нашей стране и за рубежом, показывают, что за последнее время произошло значительное сокращение срока продуктивного использования крупного рогатого скота. К примеру, в Российской Федерации средний возраст коров всех пород во всех категориях хозяйств в 2011 г. составил 2,92 отёла, а возраст выбытия в среднем равнялся 3,30-4,30 отёла [Петрова, 2011]. В племзаводах и в племрепродукторах продуктивное долголетие коров составило только 2,73 и 2,93 отёла соответственно.

По последним данным в Краснодарском крае в 2013 году средний возраст коров всех пород составил 2,26 отела, что гораздо ниже общероссийских показателей 2011 года. Это говорит о том, что показатель продуктивного долголетия коров в нашем крае продолжает снижаться. Кроме того коровы выбывают из стада в свой самый продуктивный период - продуктивный пик в среднем приходится на возраст коровы, совпадающий с четвертой по шестую лактации [Скотоводство, 1977].

Среди факторов, оказывающих наибольшее влияние на снижение функционального долголетия крупного рогатого скота, отмечают генетический прогресс роста продуктивности. Он стал причиной перевода отрасли на промышленную технологию, предъявившей к животным новые жесткие требования. Это сказалось на сроках использования коров на молочных фермах и комплексах. В нашей стране они составили две - три лактации. При этом рентабельность использования коров в десять процентов при удоях в 8000 кг наступает только при пятой лактации [Суровцев, Никулина, 2014]. Из-за этого выбраковка из стада коров, доживающих до возраста три - четыре лактации, составляет 30-34 %. В итоге стада состоят на 70-75 % из коров одного - двух отелов и только на два процента из шести и более отелов [Грачев, Шуклина, 2005]. В тоже время в таких европейских странах как в Финляндии срок выбраковки коров составляет пять отелов [Heikkila, 2013].

Таким образом, экономическая эффективность содержания коров с продолжительным сроком функционального долголетия обуславливается меньшими затратами на обновление состава стада. Это объясняется тем, что при приведенных выше объемах выбраковки коров резко снижаются селекционные и воспроизводственные возможности. Помимо этого, создание условий для быстрого и продуктивного роста ремонтного молодняка требует значительных затрат, что негативно сказывается на всей экономике производства. Известный факт, что затраты на репродукцию стада из всего объема расходов стоят на втором месте, сразу после затрат на корма.

Это означает, что длительность продуктивной жизни животных напрямую влияет на рентабельность производства молока. Повысив срок функционального долголетия поголовья, финское сельское хозяйство смогло снизить количество ферм с 25 тысяч до десяти тысяч и при этом увеличить поголовье в оставшихся, что несомненно является показателем высокой рентабельности молочного животноводства [Санисало, 2014].

В таблице 1 приведены данные зависимости средней пожизненной продуктивности от функционального долголетия коров. Данные были получены в 2011 году на базе племенного репродуктора по разведению айрширской породы - СПК «Коммунар».

Таблица 1 - Зависимость средней пожизненной продуктивности от функционального долголетия коров

Таким образом, можно сделать вывод о положительной корреляции функционального долголетия и пожизненных надоев. В совокупности, приведенные выше факторы экономической выгоды говорят о целесообразности поиска решения проблемы повышения функционального долголетия крупного рогатого скота.

.1.1   Характеристика крупного рогатого скота айрширской породы

По относительной доле скота, разводимого в племенных хозяйствах Российской Федерации лидирующее положение занимает красно-пестрая, на втором месте айрширская и голштинская породы [Сивкин, Стрекозов, Чинаров, 2011].

По данным Головного информационного центра животноводства в России (ВНИИплем) в 2012 году в Российской Федерации численность айрширского стада составляет 93 410 голов, что составляет 2,9 % от подконтрольного поголовья молочного скота РФ. При этом около 25 процентов айрширского поголовья находится в хозяйствах Краснодарского края [Тулинова, 2014]. Самая большая популяция айрширов насчитывается в Финляндии - более 60 % молочного поголовья или около 140 тысяч коров [Dairy cattle…, 2014].

Средняя масса айрширской коровы составляет около 590 кг. Внешний вид изящный. Широкое и несколько короткое туловище, прямая спина, голова легкая, рога тонкие, лирообразные, симметрично вместительное вымя.

Средняя продуктивность айрширских коров в Краснодарском крае (по данным бонитировки СЕЛЭКС в 2012 году) составляет 5202 кг молока. При этом содержание жира и белка в молоке составляет 3,83 и 3,82 % соответственно [Кузнецов, Щепкин, 2013].

Айрширская корова отличается постоянством удоев и способна к двукратному доению, что очень ценится в хозяйствах. Порода характеризуется низким содержанием соматических клеток в молоке, продуктивным долголетием, легкостью отелов, активным темпераментом. Данная порода легко осваивается с переменой обстановки, адаптируется к новым условиям, хорошо усваивает грубые корма.

Таким образом, в виду широкого использования данной породы в молочном скотоводстве Краснодарского края, мы считаем, что она в большой степени подходит в качестве объекта исследования функционального долголетия крупного рогатого скота.

.1.2   Характеристика крупного рогатого скота голштинской породы

Данная порода была выведена в США и Канаде из голландского черно-пестрого скота. Селекция проводилась в сторону повышения удоев и живой массы, при этом жирномолочности уделялась меньше внимания. В результате появился молочный тип черно-пестрого скота, живая масса которых сейчас составляет 650-700 кг (коровы), у быков - 900-1200 кг. [Основы животноводства, 1988].

Сейчас данная порода имеет глубокое туловище, крепкую конституцию, тонкий костяк. Коровы в возрасте около пяти лет имеют высоту в холке 140-145 см [Самые популярные…, 2014].

В пользу использования голштинов говорит тот факт, что 91% отелов нетелей относится к категории «легкий отел», происходящий без помощи человека.

Показатели продуктивности голштинской породы различны в разных странах, в зависимости от цели их содержания, климатических и кормовых условий. В среднем эти показатели колеблются от 7000 кг до 10000 кг. Наибольших показателей удоев добились в Израиле - свыше 10000 кг. Так же у данной породы много коров рекордисток: корова Бичер Арманда Эллен (США), имевшая удой 25248 кг, и корова Бризвуд Патен (США) с удоем 21546 кг [Ижболдина, Ефремова, 2005].

Однако у данной породы содержание жира в молоке не превышает 3,2 %, а содержание белка - трех процентов.

Ввиду полезных для сельского хозяйства породных особенностей голштинский скот получил широкое использование в Краснодарском крае и стал объектом нашего исследования.

.2 Молекулярно-генетические маркеры

Молекулярно-генетический маркер - это сложная система, представленная двумя факторами. Первый из них - это уникальная последовательность нуклеотидов, дающая возможность точно картировать требуемый участок хромосомы. Второй фактор - наличие вблизи от заданного участка хромосомы какого либо элемента внутривидового (или межвидового) полиморфизма.

Генетический полиморфизм - это изменения в нуклеотидной последовательности ДНК маркера, обусловленные различными типами мутаций (точечные мутации, инсерции, делеции и или какие-либо другие перестройки хромосом). Формы проявления генетического полиморфизма получили название аллелей. Полиморфный характер конкретного локуса возрастает с увеличением числа аллелей. Наличие двух и более аллелей является необходимой предпосылкой для использования локуса в качестве возможного генетического маркера.

Одним из важных условий использования молекулярно-генетических маркеров при селекции крупного рогатого скота с нужными нам признаками и свойствами является знание генетической зависимости признака. Это нужно в тех случаях, когда интересующий нас признак определяется не одним геном, а группой генов. При этом, если эти гены не находятся в тесной генетической связи друг с другом, то использование одного из них в качестве молекулярно-генетического маркера становится весьма затруднительно. Однако, известно, что такие количественные гены часто связаны в так называемых «локусах количественного признака» (QTL) и наследуются совместно, что делает возможным использование молекулярно-генетических маркеров.