Селекция по продуктивным качествам всё чаще опирается не только на оценку фенотипа, но и на молекулярные маркеры. Для овцеводства Казахстана актуальна задача повышения мясной и шерстной продуктивности при одновременном снижении кормовых затрат на единицу продукции. Группа исследователей из Института генетики и физиологии (Алматы) провела генотипирование казахских курдючных грубошерстных овец по двум генам-кандидатам — GH и CAST — и оценила, насколько эти локусы пригодны для отбора.
Ниже — разбор методики, полученных частот аллелей и генотипов, а также выводов, которые авторы адресуют селекционным программам.
Зачем изучают гены GH и CAST
Ген GH кодирует соматотропин — гормон передней доли гипофиза, отвечающий за постнатальный рост, развитие тканей и общий обмен веществ, включая белковый и липидный. У овец он расположен на 11-й хромосоме. Полиморфизмы этого гена могут влиять на уровень гормона и, соответственно, на продуктивные показатели.
Ген CAST отвечает за синтез кальпастатина — ингибитора кальпаинов, Са²⁺-зависимых протеиназ, которые участвуют в тендеризации мышечных волокон после убоя. Для нормального формирования мышечной массы активность кальпастатина в мышцах необходима, тогда как после убоя его низкая активность может способствовать получению постного и качественного мяса. Полиморфизмы CAST связывают с ростом мышечной массы, живой массой и «нежностью» мяса.
Накопленные по другим породам данные показывают, что оба локуса перспективны как молекулярные маркеры. У овец породы советский меринос аллель C гена GH встречался с частотой 70,0%, аллель T — 30,0%, при этом гомозиготы CC составляли 53,3%, гетерозиготы CT — 33,3%, TT — 13,4%. Бараны польской равнинной породы с генотипом AA гена CAST отличались более благоприятным составом тканей задней конечности — высоким содержанием мышц при низком содержании жира. У мясошерстных овец породы колумбия выявлена статистически значимая связь (p < 0,05) между полиморфизмом CAST (M/N) и живой массой при рождении.
Отдельные результаты касаются роста ягнят. Л.Н. Чижова и Е.С. Суржикова установили, что носители гомозиготных генотипов BB гена GH и NN гена CAST превосходили сверстников с генотипами AA гена GH и MM гена CAST по живой массе и среднесуточным приростам в возрасте 4 месяцев — на 5,8% и 6,1%, а также на 5,4% и 5,9% соответственно.
Есть и данные по другим породам. У овец породы Авасси обнаружена связь локуса GH с массой тела и длиной хвоста. У породы тексель найден однонуклеотидный полиморфизм в положении c. 573 G > A при соблюдении равновесия Харди — Вайнберга: частоты генотипов AA, AG и GG составили 0,24, 0,55 и 0,21, частоты аллелей A и G — 0,51 и 0,49. Наибольшие значения массы тела, обхвата груди и длины туловища зафиксированы у особей с генотипом AA — 33,98 кг (p < 0,01).
Отдельный ориентир даёт дагестанская горная порода: там аллель M гена CAST встречался с частотой 97%, аллель N — 3%, генотип MM выявлен в 93,0% случаев, MN — в 7,0%, NN не обнаружен вовсе, а локус GH оказался мономорфным — единственный аллель A встречался со стопроцентной частотой.
Как проводили исследование
Работа выполнена в лаборатории генетики и цитогенетики животных РГП на ПХВ «Институт генетики и физиологии» (Казахстан). Все процедуры с животными рассмотрены и одобрены Локальной этической комиссией Института генетики и физиологии КН МНВО Республики Казахстан — протокол от 3 ноября 2022 года № 6, г. Алматы.
В выборку вошли 357 овец казахской курдючной породы: 177 голов из КХ «Разахун» (Жамбылская область) и 180 — из КХ «Токан» (Жетысуская область).
Материалом служила венозная кровь, которую брали из яремной вены в верхней трети шеи в утренние часы до кормления. Использовали вакуумную систему S-Monovette с антикоагулянтом К2 ЭДТА и стерильную иглу, отбирая по 3–4 мл крови с соблюдением ветеринарно-санитарных норм. Каждую пробирку маркировали в соответствии с номером животного.
Образцы хранили при температуре -20 °C до выделения ДНК. Экстракцию геномной ДНК проводили коммерческим набором Thermo Scientific GeneJET Genomic DNA Purification Kit (Thermo Fisher Scientific, США) по протоколу производителя с этапом мембранной очистки. Качество и концентрацию ДНК оценивали на спектрофотометре NanoDrop (Thermo Fisher Scientific) и подтверждали электрофорезом в агарозном геле.
ПЦР и рестрикционный анализ выполняли по методикам Palmer et al. (1998) для гена CAST и Hua et al. (2009) для гена GH. После рестрикции фрагменты визуализировали в ультрафиолетовом свете после электрофореза в 2%-ном и 2,5%-ном агарозных гелях, окрашенных GelRed в разведении 1:10000 в воде в буфере 1× TBE.
Расчёт аллельных частот, популяционно-генетических параметров (He, I, Fis) и проверку соответствия закону Харди — Вайнберга по χ²-тесту вели в пакете GenAlEx 6.5 (Peakall и Smouse, 2006; 2012). Первичную обработку таблиц частот и визуализацию распределения аллелей выполняли в Microsoft Excel 2019.
Результаты генотипирования: GH и CAST
Генотипы определяли методом ПЦР-ПДРФ с рестриктазой HaeIII для гена GH и MspI для гена CAST. Разделение фрагментов в 2%-ном агарозном геле позволило идентифицировать генотипы по характерному профилю полос.
Локус GH: два генотипа из трёх
В локусе GH выявлены только генотипы AA и AB. Генотип AA давал два фрагмента длиной 366 п. н. и 56 п. н., генотип AB — три фрагмента: 422 п. н., 366 п. н. и 56 п. н. Генотип BB не обнаружен ни в одном из образцов, что согласуется с работами Hua et al. (2009), где сообщалось о редкости этого генотипа у мясных пород овец.
Во всех подгруппах доля гомозигот AA варьировала от 94,7 до 96,3%, генотип AB встречался у 3,7–5,3% животных. Такая однородность может быть следствием отбора в пользу одного аллеля либо ограниченного генетического фонда исходной популяции.
Локус CAST: все три генотипа
После рестрикции MspI в локусе CAST выявлены все три возможных генотипа. Генотип MM представлен фрагментами 336 п. н. и 286 п. н., генотип NN — несрезанным фрагментом 622 п. н., гетерозиготный MN включал все три фрагмента: 622 п. н., 336 п. н. и 286 п. н. Наличие всех трёх генотипов указывает на полиморфный характер локуса и позволяет использовать его как генетический маркер при отборе по мясной продуктивности.
В обоих хозяйствах преобладал генотип MM — от 73,7% (ярки, КХ «Разахун») до 93,8% (ярки, КХ «Токан»). Генотип MN присутствовал во всех группах, чаще у ярочек из КХ «Разахун» (18,4%) и овцематок из КХ «Токан» (14,0%). Генотип NN зарегистрирован только в КХ «Разахун» и исключительно у молодняка (7,9%) и овцематок (2,0%); в КХ «Токан» он не встречался.
Отсутствие NN в КХ «Токан» и его низкая частота в КХ «Разахун» могут говорить о слабом распространении аллеля N, что, вероятно, связано с селекционным вытеснением этого аллеля из популяции. В целом различия в распределении генотипов указывают на более высокую степень полиморфизма локуса CAST-MspI по сравнению с GH-HaeIII, а также на возможное влияние селекционной практики, отбора или демографической структуры на генетическое разнообразие. Популяция КХ «Разахун» отличается более равномерным распределением генотипов по локусу CAST, что потенциально делает её перспективной для дальнейших ассоциативных исследований.
Аллельные частоты и популяционно-генетические параметры
Для локуса GH-HaeIII в обеих группах преобладал аллель A: его частота составила 0,975 в КХ «Разахун» и 0,981 в КХ «Токан», аллель B встречался крайне редко. Распределение генотипов соответствовало закону Харди — Вайнберга (χ² = 0,120 и 0,071; p > 0,05). Низкие значения ожидаемой гетерозиготности (He) и индекса Шеннона (I) отражают практически мономорфное состояние локуса. Отрицательные значения коэффициента инбридинга (Fis) свидетельствуют о незначительном избытке гетерозигот, не имеющем существенного биологического значения.
Локус CAST-MspI оказался заметно более полиморфным, особенно в КХ «Разахун»: частоты аллелей M и N составили 0,881 и 0,119 соответственно. Здесь выявлено статистически значимое отклонение от равновесия Харди — Вайнберга (χ² = 15,678; p 0,05), а Fis был отрицательным (-0,056), что говорит о небольшом избытке гетерозигот.
На диаграммах распределения аллелей картина выглядит так: в локусе GH преобладает аллель A (97% и 98% соответственно), аллель B встречается значительно реже (3% и 2%). В локусе CAST у животных из КХ «Разахун» аллель M составляет 88%, аллель N — 12%; в КХ «Токан» доля аллеля M выше — 98%, аллеля N — лишь 2%. Видимые различия в частотах указывают на возможные особенности популяционной структуры и генетическое разнообразие между группами.
| Показатель | GH-HaeIII, КХ «Разахун» | GH-HaeIII, КХ «Токан» | CAST-MspI, КХ «Разахун» | CAST-MspI, КХ «Токан» |
|---|---|---|---|---|
| Частота основного аллеля | A — 0,975 | A — 0,981 | M — 0,881 | M — 0,947 |
| Частота редкого аллеля | B — крайне редко | B — крайне редко | N — 0,119 | N — 0,053 |
| Соответствие HWE | χ² = 0,120; p > 0,05 | χ² = 0,071; p > 0,05 | χ² = 15,678; p < 0,001 | χ² = 0,559; p > 0,05 |
| Fis | отрицательный | отрицательный | 0,298 | -0,056 |
| Доля генотипа MM / AA | AA — 94,7–96,3% | AA — 94,7–96,3% | MM — от 73,7% до 93,8% | MM — до 93,8% |
Что это значит для селекции
Авторы заключают, что данные по полиморфизму GH-HaeIII и CAST-MspI могут быть использованы для селекционного отбора и создания племенных групп с желательными генотипами в овцеводстве Казахстана. Преобладание аллелей A (GH) и M (CAST) наряду с полученными значениями He, I и Fis отражает умеренный уровень генетического разнообразия и позволяет судить о различиях в селекционных подходах и исходной структуре популяций.
Локус CAST-MspI показал более высокую информативность по сравнению с GH-HaeIII и может быть рекомендован в качестве молекулярно-генетического маркера в программах генетического мониторинга и отбора. Полученные результаты согласуются с предыдущими исследованиями и подтверждают значение молекулярно-генетического анализа при оценке племенного материала.
Частые вопросы
Сколько животных вошло в исследование?357 овец казахской курдючной породы: 177 голов из КХ «Разахун» (Жамбылская область) и 180 — из КХ «Токан» (Жетысуская область).
Какие рестриктазы использовали?HaeIII — для гена GH, MspI — для гена CAST.
Какой локус оказался более информативным?CAST-MspI: он продемонстрировал более высокую степень генотипического разнообразия и более высокую информативность по сравнению с GH-HaeIII, который в исследуемых популяциях практически мономорфен.
Где проводили лабораторные работы?В лаборатории генетики и цитогенетики животных РГП на ПХВ «Институт генетики и физиологии» (Казахстан). Протокол этической комиссии — от 3 ноября 2022 года № 6, г. Алматы.
Заключение
Исследование показало контраст между двумя локусами у казахских курдючных грубошерстных овец: GH-HaeIII оказался практически мономорфным с доминированием аллеля A, тогда как CAST-MspI сохранил все три генотипа и заметно различается между хозяйствами. Именно CAST-MspI авторы рекомендуют как маркер для программ генетического мониторинга и отбора, а популяцию КХ «Разахун» — как более перспективную для дальнейших ассоциативных исследований.
