Изучение полиморфизма ДНК-маркеров и их влияния на показатели мясной и откормочной продуктивности свиней различных пород и кроссов

Тенденции в развитии современного рынка предъявляют к производителям свинины повышенные требования к составу туш свиней, в частности к содержанию постного мяса. Вмесите с тем, прямая селекция свиней на мясность в сельхозпредприятиях России практически не проводится. С одной стороны, это связано с тем, что оценка данного признака возможна только после убоя и является относительно трудоемкой, с другой стороны, с отсутствием соответствующих методов, позволяющих проводить оценку и отбор животных, обладающих высокой племенной ценностью по данному показателю.

Повышение мясности свиней отечественной селекции, а так же эффективная реализация генетического потенциала мясной продуктивности свиней зарубежной селекции в ряде поколений требует разработки научно-обоснованных приемов, позволяющих проводить оценку и отбор животных по показателям мясности. С этой целью находят применение, с одной стороны, методы прижизненной оценки мясности свиней, основанные на проведении ультразвуковой диагностики толщины шпика, глубины мышц и, мраморности, а так же расчета на основании этих показателей площади «мышечного глазка» и процента содержания мяса [Филатов А.И. и др., 2007], с другой стороны, молекулярно-генетические методы выявления животных с «желательными» генотипами по ДНК-маркерам показателей мясной продуктивности [Rothschild et al, 2003b],.

Среди многообразия описанных сегодня генов-кандидатов показателей мясной продуктивности большой интерес представляют гены гамма-субъединицы протеинкиназы A (PRKAG3) [Ciobanu et al, 2001], гипофизарного транскрипционного фактора (POU1F1) [Stancekova et al, 2003, Song et al, 2005], рецептора меланокортина 4 (MC4R) [Kim et al, 2000b, Kim et al, 2004, Houston et al., 2004], инсулиноподобного фактора роста 2 [Jeon et al, 1999, Nezer et al, 1999; Костюнгша O.B. и др., 2008].

Внедрение ДНК-диагностики в селекционно-племенную работу в свиноводстве России требует проведения широкого спектра исследований, направленных на выявление полиморфизма потенциальных ДНК-маркеров у свиней различных пород, определение влияния маркерных генотипов на показатели мясной и откормочной продуктивности свиней различных пород и кроссов. Таким образом, в рамках научного обеспечения эффективной реализации национального проекта, ориентации производителей племенного материала в направлении тенденций развития современного рынка, а так же обеспечения дальнейшего прогресса в области свиноводства актуальным является изучение мясных и откормочных качеств свиней различных породных сочетаний в зависимости от генотипов по ДНК-маркерам.

Цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы является характеристика аллелофонда свиней ЗАО ПЗ «Заволжское» по ДНК-маркерам PRKAG3, POU1F1, MC4R, IGF2 и изучение влияния маркерных генотипов на показатели мясной и откормочной продуктивности свиней различных пород и кроссов.

Для достижения цели работы планируется решение следующих задач:

1. Дать характеристику племенного поголовья свиней различных пород и кроссов ЗАО ПЗ «Заволжское» по ДНК-маркерам мясной и откормочной продуктивности PRKAG3, POU1F1, МС4 и IGF2.

2. Провести исследования распределения частот встречаемости аллелей PRKAG3, POU1F1, МС4 и IGF2 у свиней ЗАО ПЗ «Заволжское» в сравнительном аспекте.

3. Изучить влияние генотипа по POU1F1 (СС, CD, DD) на показатели мясной и откормочной продуктивности свиней различных кроссов.

4. Выполнить анализ влияния генотипов по MC4R (GG, AG, АА) на показатели мясной и откормочной продуктивности свиней различных кроссов.

5. Оценить влияние генотипа хряков по IGF2 (QQ, Qq, qq) на показатели мясной и откормочной продуктивности потомства свиней породы ландрас.

6. Дать оценку целесообразности использования изучаемых ДНК-маркеров в племенной работе в ЗАО ПЗ «Заволжское».

Научная новизна исследований.

Установлен аллельный полиморфизм четырех ДНК-маркеров мясной и откормочной продуктивности — PRKAG3, POU1F1, MC4R и IGF2 у племенных свиней, разводимых в ЗАО ПЗ «Заволжское», и их кроссов. Показано влияние генотипов изучаемых ДНК-маркеров на показатели мясной и откормочной продуктивности свиней различных кроссов. Дана количественная характеристика связи генотипов ДНК-маркеров с показателями продуктивности свиней.

Практическая значимость.

Выполнена оценка генетического потенциала племенных свиней ЗАО ПЗ «Заволжское» по четырем ДНК-маркерам мясной и откормочной продуктивности — PRKAG3, POU1F1, МС4 и IGF2. Показано, что наличие в генотипе свиней аллеля С гена POU1F1 обуславливало тенденцию повышения среднесуточных приростов у свиней пяти из шести изучаемых кроссов и снижение толщины шпика у животных двух кроссов. Установлено, что наличие в генотипе свиней аллеля, А гена MC4R обуславливало тенденцию повышения среднесуточных приростов, увеличения толщины шпика, снижение затрат корма на кг прироста, а так же снижение мясности, оцененной по показателям массы задней трети полутуши и площади «мышечного глазка» у большинства изучаемых кроссов. Выявлена достоверно более высокая скороспелость откармливаемого молодняка породы ландрас, полученного от хряков с генотипом QQ гена IGF2, по сравнению с хряками с генотипом qq.

Апробация работы.

Результаты исследований были доложены на:

• 6-й международной научной конференции «Современные достижения и проблемы биотехнологии сельскохозяйственных животных», ВИЖ, п. Дубровицы, 2006 г;

• IV международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2007 г;

• конференциях Центра биотехнологии и молекулярной диагностики ГНУ ВНИИЖ, 2006, 2008 гг.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Распределение частот встречаемости аллелей и генотипов по PRKAG3, POU1F1, MC4R и IGF2 у свиней различных пород и кроссов;

• Связь аллеля С POU1F1 с повышением среднесуточных приростов у свиней пяти из шести изучаемых кроссов и со снижением толщины шпика у животных двух кроссов;

• Повышение среднесуточных приростов и увеличение «толщины шпика у свиней, несущих аллель, А гена MC4R по сравнению с животными с генотипом GG;

• Достоверное повышение скороспелости и мясности откармливаемого молодняка породы ландрас, полученного от хряков с генотипами QQ гена IGF2, по сравнению с аналогами, полученными от хряков с генотипом qq.

Публикации результатов исследований.

По материалам диссертации опубликовано 3 научные работы, в том числе 1 статья в журнале «Сельскохозяйственная биология», рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация написана на 101 странице, состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты и обсуждение, выводы, практические предложения, список литературы. Диссертационная работа одержит 25 таблиц и 8 рисунков.

Список литературы

включает 111 источников, в том числе 25 источников на иностранном языке. 9 шшш.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Количество и качество продукции свиноводства определяется многими биологическими признаками. Все они объединяются в три основные группыпризнаки воспроизводительной способности, откормочные и мясные. Каждая из этих групп включает от 3 до 10−12 признаков. Как правило, внутригрупповые признаки тесно коррелируют между собой, что дает возможность описать каждую группу одним интегрирующим признаков или малым их числом [Шейко И.П., Смирнов B.C., 2005].

Признаки мясной продуктивности являются одними из важнейших селекционных признаков, а мясное направление свиноводства признано основным. В связи с этим задачей зоотехнической науки и практики является совершенствование существующих и создание новых высокопродуктивных пород, породных групп и сочетающихся линий мясных свиней для интенсивного свиноводства. Совершенствование мясности свиней отдельных пород осуществляется на основе выведения заводских линий, отселекционированных на высокий уровень мясности, а также выведения специализированных на мясные качества синтетических линий с использованием при скрещивании высокопродуктивных заводских линий различных пород.

5. ВЫВОДЫ.

1. Изучен полиморфизм гена гамма-субъединицы протеинкиназы, А (PRKAG3) в позициях 199 и 200 у основных хряков трех пород ЗАО ПЗ «Заволжское» Тверской области: крупная белая (КБ), Заволжский тип (п=20), ландрас (JI) (п=25) и дюрок (Д) (п=57) Установлено отсутствие аллеля 200R, связанного с пороком «кислое мясо», во всех исследованных породах. Частоты встречаемости аллелей 1991 и 199V в зависимости от породы составили, соответственно, Д — 0,298, 0,702- КБ — 0,150, 0,850- Л — 0,140, 0,860.

2. Установлено распределение аллелей и генотипов у основных хряков и свиноматок пород КБ, тип Заволжский (п=64), эдельшвайн (ЭШ) австрийской селекции (п=18), пьетрен (П) французской селекции (n=30), а так же помесей КБ х Л канадский (п=40) и КБ х йоркшир (И) канадский (п=59) по гену гипофизарного транскрипционного фактора 1 (POU1F1). Частоты встречаемости аллелей С и D в зависимости от породы составили, соответственно, ЭШ австр. — 0,580, 0,420- П франц. — 0,380, 0,620- КБ, тип Заволжский — 0,336, 0,664- КБ х Л канад. — 0,240, 0,760- КБ х Й канад. — 0,125, 0,875.

3. Изучены частоты встречаемости аллелей и генотипов рецептора меланокортина 4 (MC4R) у основных хряков и свиноматок пород ЭШ австрийской селекции (п=20), П французской селекции (п=30), а так же помесей КБ х Л канадский (п=23) и КБ х И канадский (п=27). Распределение аллелей G и, А в зависимости от породы носило следующий характер: ЭШ австр. — 0,475, 0,525- КБ х Л канад. — 0,478, 0,522- КБ х Й канад. — 0,556, 0,444- П франц. — 0,933, 0,067, соответственно. Сравнительные исследования показали породный характер распределения частот встречаемости аллелей MC4R.

4. Выполнено исследование полиморфизма гена инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF2) у свиней пород ЭШ австр. (п=20), Л канад. (п=25) и двух групп П французской (п=30) и австрийской (п=30) селекции. Частоты встречаемости аллелей Q и q в зависимости от породы составили, соответственно, П франц. — 0,983, 0,017- П австр. — 0,956, 0,044- ЭШ австр. -0,950, 0,050- Л — 0,640, 0,360.

5. Изучено влияние генотипом POU1F1 на показатели мясной и откормочной продуктивности свиней шести кроссов. Установлено, что животные пяти из шести изучаемых кроссов, несущие в своем генотипе аллель С гена POU1F1, характеризовались более высокой скороспелостью: в зависимости от кросса они достигали живой массы 100 кг раньше на 0,6−10,3 дня и характеризовались на 12,0−50,1 г более высокими среднесуточными приростами. Показано достоверное снижение толщины шпика у свиней, имеющих аллель С гена POU1F1: животные кросса КБ х ЭШ австр. с генотипом СС и CD имели на 4,8 (р<0,02) и 2,9 мм (р<0,05) меньшую толщину шпика, соответственно, по сравнению со свиньями с генотипом DDу свиней кросса КБ х Й с генотипом CD по сравнению с генотипом DD толщина шпика была на 3,4 мм меньше (р<0,05').

6. Показано положительное влияние аллеля, А гена MC4R на скорость роста свиней трех из шести исследуемых кроссов: КБ х ЭШ австр., (КБ х Л) х П и (КБ х Л) х Д. Среднесуточные приросты помесей с генотипами АА и AG в зависимости от кросса были выше на 45,1−97,1 г выше по сравнению с животными с генотипом АА, а возраст достижения массы меньше на 3,7−18,6 дн. В четырех из шести изучаемых кроссов установлена положительная корреляция между генотипом по MC4R и уровнем среднесуточных приростов: у кросса КБ х Л канад. г=+0,36 (р<0,10), КБ х ЭШ австр. г=+0,17, (КБ х Л) х Д г=+0,22 и (КБ х Л) х П г=+0,36 (р<0,05). Зависимости между генотипами по MC4R и возрастом достижения живой массы 100 кг носили обратный характер: г=-0,19, -0,15, -0,18 и -0,39 (р<0,05'), соответственно. Выявлена тенденция повышения толщины шпика и снижения площади «мышечного глазка» у свиней с генотипами АА и AG по сравнению с генотипом GG у свиней четырех кроссов, соответственно, на 1,5−8,0 мм и 1,712,6 см². Дана количественная оценка влияния генотипа по MC4R на толщину шпика: КБ х JI канад. — г=+0,48 (р<0,02), КБ х ЭШ австр. — i=+0,16, КБ х JI — г=+0,42 (р<0,02) и (КБ х JI) х П — г=+0,32, и на мясность, оцененную по показателю площади «мышечного глазка»: г=-0,60 (р<0,995), -0,20 и -0,31 у свиней кроссов КБ х JI канад., КБ х ЭШ австр. и (КБ х JI) х П, соответственно.

7. Показано влияние генотипа отца по гену инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF2) на мясные и откормочные качества потомства породы ландрас. Молодняк, полученный от отцов с генотипом QQ гена IGF-2, на 19 дней раньше достигал массы 100 кг (р<0,01), имел на 97,5 г выше среднесуточный прирост (р<0,05) и на 0,2 кормовую единицу меньше затраты корма (р<0,001), характеризовался на 3,5 мм меньшей толщиной шпика (р<0,05), на 1 кг большей массой задней трети полутуши (р<0,01) и на 12,9 кв. см. большей площадью «мышечного глазка» (р<0,01) по сравнению с потомками хряков, имеющих генотип qq. Уровень показателей мясной и откормочной продуктивности потомков хряков с генотипом Qq носил промежуточный характер. Выявлен ряд достоверных корреляций между генотипом отцов по IGF2 и продуктивными показателями: возрастом достижения массы 100 кг — г=+0,61 (р<0,01), расходом корма на 1 кг прироста — г=+0,71 (р<0,001), расходом корма на кг привеса — г=-0,43 (р<0,05), мясностью, оцененной по массе задней трети полутуши — г=-0,40 (р<~0,40).

6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

4.4.

Заключение

.

В ходе выполнения диссертационной работы нами были выполнены исследования полиморфизма четырех потенциальных ДНК-маркеров мясной и откормочной продуктивности: гамма-субъединицы протеинкиназы, А (PRKAG3), гипофизарного транскрипционного фактора (POU1F1), рецептора меланокортина 4 (MC4R) и инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF2).

Проведенные популяционно-генетические исследования показали полиморфность всех изучаемых ДНК-маркеров, за исключением маркера PRKAG3 в позиции 200. Полиморфный характер изучаемых маркеров является необходимой предпосылкой для их последующего использования в качестве маркеров хозяйственно-полезных признаков свиней.

Изучение влияния генотипов ДНК-маркеров на проявление признаков мясной и откормочной продуктивности свиней выявило ряд достоверных зависимостей между генотипами по POU1F1, MC4R и IGF2 и уровнем развития продуктивных качеств. При этом следует отметить, что характер и сила влияния генотипов по ДНК-маркеров была различной в зависимости от исследуемого кросса.

Таким образом, проведенные нами исследования, с одной стороны, показывают потенциальную значимость генов POU1F1, MC4R и IGF2 в качестве маркеров мясной и откормочной продуктивности свиней в селекционно-племенной работе, с другой стороны, указывают, что внедрению маркерной селекции в свиноводческих предприятиях должно предшествовать определение фенотипического эффекта каждого из маркеров в конкретной породе / кроссе свиней.