Associating leptin gene polymorphism (site R25C) with economically useful traits

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The establishment of the influence of genetic factors on economically useful traits is important for breeding and increasing the productivity of farm animals. The aim of the study was to establish a relationship between the polymorphism of the leptin gene (site R25C) with milk productivity and with live weight indicators during the growth and development of cows of the Kholmogorsky breed. The study was conducted on the breeding stock of cattle in JSC Kholmogorsky Stud Farm. The analysis of the frequency of occurrence of single nucleotide polymorphism R25C genotypes in Kholmogorsky cows showed the predominance of the heterozygous RC genotype (57.14%), while the frequency of the C allele was 0.62, and the R allele was 0.38. The results of the study of the effect of leptin gene polymorphism (site R25C) on milk productivity and on the development of live weight in different age periods of Kholmogorsky cows were also obtained. Statistical analysis (the Kraskel-Wallis criterion, the Mann-Whitney U-criterion) did not reveal a significant effect of the single nucleotide polymorphism R25C on milk productivity. Live weight analysis showed that animals with the RR genotype were characterized by significantly higher live weight at birth, at 18 months and at first insemination compared with carriers of other genotypes. In addition, cattle with the RR genotype have a longer period of productive use. The results obtained indicate that the R allele of the leptin gene has a positive effect on the growth and development of animals of the Kholmogorsky breed. The revealed patterns can be used to increase the efficiency of breeding work.

Full Text

Гормон лептин играет главную роль в различных физиологических процессах, включая регуляцию аппетита, метаболизма, контроль массы тела, репродукцию и функционирование иммунной системы. У крупного рогатого скота ген LEP состоит из трех экзонов и двух интронов, занимая примерно 18,9 Кб. [8] Существует гипотеза, что точечные мутации в нуклеотидной последовательности этого гена могут модулировать функцию гормона лептина в контроле энергетического баланса. Нарушение энергетического обмена негативно влияет на продуктивность скота, потребление корма, накопление жировой ткани. Одну из точечных мутаций во втором экзоне гена лептина (LEP) – однонуклеотидный полиморфизм R25C, связанный с удоем, содержанием молочного белка, накоплением жировых отложений, можно рассматривать как перспективную альтернативу полиморфизмам гена β-казеина (CSN) – популярным объектам маркер-опосредованной селекции, результатом которой становится крупный рогатый скот, производящий молоко, долгосрочное потребление которого приводит к необратимой дисрегуляции многих физиологических процессов конечного потребителя. [4, 9, 11]

Цель работы – установить связь полиморфизма гена лептина (сайт R25C) с молочной продуктивностью и показателями живой массы в различные периоды роста и развития коров холмогорской породы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследовали маточное поголовье КРС холмогорской породы, содержащееся в АО «Холмогорский Племзавод» (n= 322). Кровь отбирали в вакуумные пробирки с К3 ЭДТА. Экстракцию ДНК проводили при помощи набора реагентов «МагноПрайм ВЕТ» (ручная методика экстракции с центрифугированием).

Полиморфизм гена лептина определяли методом ПЦР-ПДРФ. Амплификацию ДНК осуществляли, используя набор для проведения ПЦР с HS-Taq (+MgCl2) (ООО «Биолабмикс», Россия). Целевую последовательность лептина амплифицировали с применением прямого праймера (5’-CCAGGGAGTGCCTTTCATTA-3’) и обратного (5’-GGTGTCATCCTGGACCTTCC-3’). В таблице 1 представлен протокол температурных режимов циклов ПЦР.

 

Таблица 1.

Процедура амплификации с горячим стартом

Стадия

Температура,°C

Время инкубации

Количество циклов

Предварительная денатурация

94

2 мин.

1

Денатурация

94

20 с

29

Отжиг

62

20 с

Элонгация

72

30 с

Финальная элонгация

72

5 мин.

1

 

Рестрикция проходила в присутствии эндонуклеазы Bsp13I (ООО «СибЭнзайм», Россия). Затем смесь инкубировали при 50°С в течение 19 ч. Для определения длин фрагментов ДНК, полученных в ходе рестрикций, осуществляли электрофоретическое разделение в 2%-м агарозном геле.

Связь между однонуклеотидным полиморфизмом R25C и хозяйственно полезными признаками оценивали статистическими методами. Полученные данные анализировали на предмет соответствия нормальному или ненормальному распределению. При ненормальном количественные данные описывали с помощью медианы (Me) и квартилей (Q1-Q3). Для сравнения всех групп использовали критерий Краскела-Уоллиса. Парные сравнения выполняли, применяя U-критерий Манна-Уитни с поправкой Бенджамини-Хохберга. Статистически значимыми считали различия между группами, где p<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследовали частоту встречаемости гена LEP-R25C у коров холмогорской породы в стаде АО «Холмогорский племзавод» (табл. 2).

 

Таблица 2.

Частота встречаемости генотипов гена лептина у коров холмогорской породы

Количество голов, n

Тип распределения

RR

RC

CC

Частота аллелей

χ2

n

%

n

%

n

%

R

C

322

Наблюдаемое

30

9,32

184

57,14

108

33,54

0,38

0,62

14,76

Ожидаемое

46

14,36

152

47,07

124

38,58

 

Анализ результатов тестирования выявил: генотип RR имеют 9,32% (30 гол.), RC – 57,14% (184 гол.), CC – 33,54% (108 гол.). Частота аллеля R составила 0,38, C – 0,62.

Определение генетического равновесия по закону Харди-Вайнберга с помощью критерия χ² показало смещение генетического равновесия в сторону аллеля C.

Преобладание аллеля С наблюдается и в некоторых других отечественных породах. Например, выявлено значительное доминирование аллеля C гена лептина, частота его встречаемости у коров красной степной породы – 0,80, голштинской – (0,56). [1, 6]

Доминирование аллеля установлено в голштинской, англерской, джерсейской и симментальской породах, только в айрширской преобладал аллель R. [2]

Был проведен анализ влияния однонуклеотидного полиморфизма R25C на молочную продуктивность КРС по последней законченной лактации у 322 животных, в том числе у 88 первотелок (табл. 3).

 

Таблица 3.

Влияние однонуклеотидного полиморфизма R25C на молочную продуктивность скота, Me (Q1;Q3)

Показатель

Генотип

Итог (n=322)

1 лактация (n=88)

RR (n=30)

RC (n=184)

CC (n=108)

p

RR (n=5)

RC (n=45)

CC (n=38)

p

Удой, кг

7493 (6508; 7972)

7207 (6220; 7915)

7262 (6561; 8006)

0,636

6242 (5737; 6926)

6499 (5880; 7415)

6889 (6056; 7456)

0,482

Жир, %

3,69 (3,24; 4,39)

3,79 (3,46; 4,20)

3,72 (3,42; 4,09)

0,633

3,68 (3,11; 4,42)

3,68 (3,44; 4,00)

3,80 (3,48; 3,94)

0,900

Белок, %

3,27 (3,16; 3,34)

3,27 (3,17; 3,42)

3,25 (3,13; 3,39)

0,520

3,25 (2,99; 3,55)

3,30 (3,13; 3,45)

3,27 (3,16; 3,38)

0,664

 

Значимых различий в показателях удоя, содержания жира и белка в молоке у животных с различными генотипами гена лептина не выявили. Критерий Краскела-Уоллиса показал, что полиморфизм R25C не оказывает достоверного влияния на молочную продуктивность у коров холмогорской породы, p > 0,05 во всех исследуемых группах.

Многие исследователи отмечают корреляцию между молочной продуктивностью и живой массой КРС из-за физиологических особенностей, позволяющих эффективнее усваивать и трансформировать питательные вещества в молоко. Но по достижению животного определенной массы повышение молочной продуктивности останавливается. [3, 5]

Учитывая, что однонуклеотидный полиморфизм R25C в работах других ученых показал высокую степень связи с ростом и увеличением живой массы тела, мы провели статистический анализ развития животных в разные возрастные периоды их жизни (табл. 4).

 

Таблица 4.

Показатели живой массы в разные возрастные периоды в зависимости от генотипов гена LEP (сайт R25C), Me (Q1;Q3)

Генотип

n

Живая масса, кг

при рождении

6 мес.

10 мес.

12 мес.

18 мес.

RR

30

38 (35; 40)

145 (130;171)

216 (205; 257)

254 (233; 290)

360 (333; 392)*

RC

184

38 (34; 40)

147 (133; 163)

215 (198; 245)

253 (228; 281)

350 (327; 375)*

CC

108

38 (35; 40)

148 (135; 158)

215 (199; 240)

243 (223;269)

340 (311; 369)*

Примечание. * – различия достоверны при P < 0,05. То же в табл. 5.

 

Коровы с генотипом RR имели наибольшую среднюю живую массу. Между группами особей с генотипом RC и CC существенных различий не выявлено. КРС в 18-месячном возрасте с генотипом RR достоверно отличался по живой массе от коров с генотипом CC. Наиболее высокое среднее значение живой массы составило 360 кг.

Есть данные, что крупный рогатый скот смешанной породы (европейское или британское происхождение), гомозиготный по аллелю R, имеет более высокую убойную массу. [7, 10] Наибольшая толщина подкожного жира у животных, гомозиготных по аллелю R. Однако живая масса выше у особей с генотипами RC и CC. [12]

Анализ живой массы коров при первом осеменении выявил достоверные различия между группами (табл. 5).

 

Таблица 5.

Показатели живой массы и возраста коров в зависимости от генотипов гена LEP (сайт R25C), Me (Q1;Q3)

Генотип

n

Живая масса при первом осеменении, кг

Возраст при первом осеменении, мес.

Возраст, мес.

Возраст, от.

RR

30

366 (347; 382)*

18 (17; 21)

80 (56; 91)

5 (3; 5)

RC

184

362 (341; 380)*

19 (17; 20)

58 (47; 73)

3 (2; 4)

CC

108

354 (337; 371)*

19 (18; 20)

57 (47; 68)

3 (2; 4)

 

Животным с гетерозиготным генотипом RR (n=30) свойственна наибольшая средняя живая масса (366 кг). Статистически значимые отличия также наблюдали у особей с генотипами RC (n=184, 362 кг) и CC (n=108, 354 кг). Коровы с генотипом RR обладают максимальной живой массой при первом осеменении и достигают ее в возрасте 18 мес., имеют более длительный срок хозяйственного использования, по сравнению с другими генотипами.

Выводы. Установлено, что в стаде коров холмогорской породы АО «Холмогорский племзавод» преобладает аллель С гена лептина. Распределение генотипов по данному локусу характеризуется доминированием гетерозиготного генотипа RC.

Анализ влияния полиморфизма R25C гена лептина на живую массу показал, что коровы с генотипом RR имели достоверно более высокий показатель при рождении, в 18-месячном возрасте при первом осеменении, по сравнению с животными, несущими другие генотипы.

Таким образом, аллель R гена лептина положительно влияет на рост и развитие животных холмогорской породы. Данные закономерности могут быть использованы для повышения эффективности селекционно-племенной работы в скотоводстве.

×

About the authors

I. S. Kozhevnikova

FECIAR UrB RAS

Author for correspondence.
Email: labinnovrazv@yandex.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Arkhangelsk

N. A. Khudyakova

FECIAR UrB RAS

Email: labinnovrazv@yandex.ru

PhD in Agricultural Sciences

Russian Federation, Arkhangelsk

M. S. Kalmykova

FECIAR UrB RAS

Email: labinnovrazv@yandex.ru

Junior Researcher

Russian Federation, Arkhangelsk

A. S. Kashin

FECIAR UrB RAS

Email: labinnovrazv@yandex.ru

Junior Researcher

Russian Federation, Arkhangelsk

References

  1. Kovalyuk N.V., Sacuk V.F., Machul’skaya E.V., Shahnazarova Yu.Yu. Svyaz’ polimorfizma lokusov R25C i A80V gena leptina s hozyajstvenno-cennymi priznakami u krupnogo rogatogo skota golshtinskoj porody // Sbornik nauchnyh trudov SKNIIZh. 2017. № 3.
  2. Kovalyuk, N.V., Sacuk V.F., Machul’skaya E.V. Vozmozhnosti uluchsheniya ajrshirskoj porody prilitiem krovi drugih porod s pozicii polimorfizma gena leptina // Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. 2015. № 5. S. 28–30.
  3. Kuzyakina L.I. Vliyanie zhivoj massy na molochnuyu produktivnost’ i vosproizvoditel’nye funkcii korov-pervotelok // Aktual’nye problemy intensivnogo razvitiya zhivotnovodstva. 2022. № 25-2. S. 94–102.
  4. Pogodaev, S.F., Gadzhiev A.M. Zhivaya massa korov opredelyaet potencial udoev // Zootekhniya. 2001. № 1. S. 29–31.
  5. Chizhova L.N., Kononova L.V., Sharko G.N., Kovalyova G.P. Polimorfizm gena leptina u korov molochnogo napravleniya produktivnosti // Sel’skohozyajstvennyj zhurnal. 2017. № 10. S. 113–117
  6. Buchanan F.C., Fitzsimmons C.J., Van Kessel A.G. et al. Association of a missense mutation in the bovine leptin gene with carcass fat content and leptin mRNA levels // Genet Sel Evolution. 2002. Vol. 34(1). PP. 105–16
  7. Ghoneim M.A., Ogaly H.A., Gouda E.M., El-Behairy A.M. Prediction of desirable genotype patterns in Baladi beef cattle and water buffalo by identification of new leptin gene SNPs // Livestock Science. 2016. Vol. 194. PP. 51–56
  8. Hilmia N. et al. Single Nucleotide Polymorphism on Exon 2 Leptin Gene of Pasundan Cattle // Earth Environ. 2019.
  9. Kononoff P.J., Deobald H.M., Stewart E.L. et al. The effect of a leptin single nucleotide polymorphism on quality grade, yield grade, and carcass weight of beef cattle // Journal of Animal Science. 2005. Vol. 83(4). PP. 927–932.
  10. Radwell Laine T. Investigating the role of host genetics and genomics in beef cow efficiency: Thesis. 2023. PP. 131.
  11. Woronuk G.N., Marquess F.L., James S.T. et al. Association of leptin genotypes with beef cattle characteristics // Anim Genet. 2012. Vol. 43(5). PP. 608–610.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.