Гены-маркеры продуктивного долголетия крупного рогатого скота

Получение высокопродуктивных сельскохозяйственных животных в молочном скотоводстве с использованием новейших биотехнологических приемов и методов с целью продления их максимального продуктивного долголетия является важнейшей мировой проблемой. Рассмотрены первостепенные задачи, которые стоят перед скотоводческими хозяйствами страны, по разработке и внедрению в практику новых методов биотехнологии и генной инженерии по выявлению генов-маркеров, отвечающих за долголетие высокопродуктивных коров. Излагаются материалы по изучению генетического потенциала животных по хозяйственно полезным признакам: интенсивность роста, молочная продуктивность, воспроизводительные качества, продуктивное долголетие и устойчивость к заболеваниям. Доказано, что этого можно достичь только благодаря целенаправленной селекции и созданию племенной базы. Установлено, что изучение аллельного полиморфизма генов-маркеров долголетия крупного рогатого скота является актуальным направлением в условиях Республики Беларусь. На современном этапе все больше внимания уделяется изучению полиморфизма ДНК-маркеров продуктивных качеств сельскохозяйственных животных. Их использование в качестве методов более объективной оценки племенных достоинств животных может ускорить и стабилизировать управление селекционными процессами. Особое внимание уделено генетической оценке и методам селекции долголетия, которые рассмотрены в научной литературе последнего десятилетия.

1. Связь полиморфизма гена каппа-казеина с молочной продуктивностью коров различных пород / И. П. Шейко [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2009. – Т. 53, № 5. – С. 113–118.

2. Economic costs of recorded reasons for cow mortality and culling in a pasture-based dairy industry / J. I. Kerslake [et al.] // J. Dairy Sci. – 2018. – Vol. 101, № 2. – P. 1795–1803. https://doi.org/ 10.3168/jds.2017-13124

3. Genetic analysis of productive life length in Holstein dairy cows using Weibull proportional risk model / H. A. Najafabadi [et al.] // Arch. Anim. Breed. – 2016. – Vol. 59, № 3. – P. 387–393. https://doi.org/ 10.5194/aab-59-387-2016

4. De Vries, A. Review: Overview of factors affecting productive lifespan of dairy cows / A. de Vries, M. I. Marcondes // Animal. – 2020. – Vol. 14, № S1. – P. S155–S164. https://doi.org/10.1017/S1751731119003264

5. A review on longevity trait in dairy cattle breeding / Y. Zhang [et al.] // Sci. Agric. Sin. – 2020. – Vol. 53, № 19. – P. 4070–4082 (на кит. яз.). https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2020.19.019

6. Invited review: academic and applied approach to evaluating longevity in dairy cows / J. C. Schuster [et al.] // J. Dairy Sci. – 2020. – Vol. 103, № 12. – P. 11008–11024. https://doi.org/10.3168/jds.2020-19043

7. De Vries, A. Symposium review: why revisit dairy cattle productive lifespan? / A. de Vries // J. Dairy Sci. – 2020. – Vol. 103, № 4. – P. 3838–3845. https://doi.org/10.3168/jds.2019-17361

8. Impact of longevity on greenhouse gas emissions and profitability of individual dairy cows analysed with different system boundaries / F. Grandl [et al.] // Animal. – 2019. – Vol. 13, № 1. – P. 198–208. https://doi.org/10.1017/S175173111800112X

9. Discovery of single nucleotide polymorphisms in candidate genes associated with fertility and production traits in Holstein cattle / S. D. Cochran [et al.] // BMC Genet. – 2013. – Vol. 14. – Art. 49. https://doi.org/10.1186/1471-2156-14-49

10. Polymorphisms in the selectin gene cluster are associated with fertility and survival time in a population of Holstein Friesian cows / X. Chen [et al.] // PLoS One. – 2017. – Vol. 12, № 4. – P. e0175555. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0175555

11. A candidate gene association study for nine economically important traits in Italian Holstein cattle / L. Fontanesi [et al.] // Anim. Genet. – 2014. – Vol. 45, № 4. – P. 576–580. https://doi.org/10.1111/age.12164

12. Evidence that leptin genotype is associated with fertility, growth, and milk production in Holstein cows / A. M. Clempson [et al.] // J. Dairy Sci. – 2011. – Vol. 94, № 7. – P. 3618–3628. https://doi.org/10.3168/JDS.2010-3626

13. Genomic heritability and genome-wide association analysis of anti-Müllerian hormone in Holstein dairy heifers / M. Y. Nawaz [et al.] // J. Dairy Sci. – 2018. – Vol. 101, № 9. – P. 8063–8075. https://doi.org/10.3168/jds.2018-14798

14. Long-term changes in plasma anti-Müllerian hormone concentration and the relationship with superovulatory response in Japanese Black cattle / H. Hirayama [et al.] // J. Reprod. Dev. – 2017. – Vol. 63, № 1. – P. 95–100. https://doi.org/10.1262/jrd.2016-019

15. Alward, K. J. Overview of Anti-Müllerian hormone (AMH) and association with fertility in female cattle / K. J. Alward, J. F. Bohlen // Reprod. Domest. Anim. – 2020. – Vol. 55, № 1. – P. 3–10. https://doi.org/10.1111/rda.13583

16. Anti-Müllerian Hormone (AMH) and fertility management in agricultural species / F. Mossa [et al.] // Reproduction. – 2017. – Vol. 154, № 1. – P. R1–R11. https://doi.org/10.1530/REP-17-0104

17. Genetic diversity of DGAT1 gene linked to milk production in cattle populations of Ethiopia / B. Samuel [et al.] // BMC Genom. Data. – 2022. – Vol. 23, № 1. – Art. 64. https://doi.org/10.1186/s12863-022-01080-8

18. Association of DGAT1 with cattle, buffalo, goat, and sheep milk and meat production traits / M. Z. Khan [et al.] // Front. Vet. Sci. – 2021. – Vol. 8. – Art. 712470. https://doi.org/10.3389/fvets.2021.712470

19. Evaluating markers in selected genes for association with functional longevity of dairy cattle / J. Szyda [et al.] // BMC Genet. – 2011. – Vol. 12. – Art. 30. https://doi.org/10.1186/1471-2156-12-30

20. Genome-wide association study for lactation persistency, female fertility, longevity, and lifetime profit index traits in Holstein dairy cattle / S. Nayeri [et al.] // J. Dairy Sci. – 2017. – Vol. 100, № 2. – P. 1246–1258. https://doi.org/10.3168/jds. 2016-11770.

21. LEP and SCD polymorphisms are associated with milk somatic cell count, electrical conductivity and pH values in Holstein cows / J. Metin Kiyici [et al.] // Anim. Biotechnol. – 2019. – Vo. 31, № 6. – P. 498–503. https://doi.org/10.1080/ 10495398.2019.1628767

22. Leptin as a nutritional signal regulating appetite and reproductive processes in seasonally breeding ruminants / D. A. Zieba [et al.] // J. Physiol. Pharmacol. – 2008. – Vol. 59, suppl. 9. – P. 7–18.

23. Траспов, А. А. Изучение полиморфизма митохондриальной ДНК крупного рогатого скота / А. А. Траспов, И. Ю. Долматова // Научное обеспечение инновационного развития АПК: материалы всерос. науч.-практ. конф. в рамках XX Юбилейн. специализир. выставки «АгроКомплекс-2010», 2–4 марта 2010 г. / Башк. гос. аграр. ун-т; редкол.: Р. Х. Авзалов, В. В. Гимранов. – Уфа, 2010. – Ч. 2. – С. 111–113.

24. Polymorphisms in the autosomal genes for mitochondrial function TFAM and UCP2 are associated with performance and longevity in dairy cows / A. M. Clempson [et al.] // Animal. – 2011. – Vol. 5, № 9. – Р. 1335–1343. https://doi.org/10.1017/ S1751731111000346

25. Association between single nucleotide polymorphism of rs1937 in TFAM gene and longevity among the elderly Chinese population: based on the CLHLS study / Q. Chen [et al.] // BMC Geriatr. – 2022. – Vol. 22, № 1. – Art. 16. https://doi.org/ 10.1186/s12877-021-02655-3

26. Significant associations of the mitochondrial transcription factor A promoter polymorphisms with marbling and subcutaneous fat depth in Wagyu x Limousin F2 crosses / Z. Jiang [et al.] // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2005. – Vol. 334, № 2. – P. 516–523. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2005.06.120

27. Increase of mitochondrial DNA content and transcripts in early bovine embryogenesis associated with upregulation of mtTFA and NRF1 transcription factors / P. May-Panloup [et al.] // Reprod. Biol. Endocrinol. – 2005. – Vol. 3. – Art. 65. https://doi.org/10.1186/1477-7827-3-65

28. Echtay, K. S. Mitochondrial uncoupling proteins-what is their physiological role? / K. S. Echtay // Free Radic. Biol. Med. – 2007. – Vol. 43, № 10. – P. 1351–1371. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2007.08.011

29. Курдеко, А. П. Особенности нарушений кальций-фосфорного обмена у лактирующих коров / А. П. Курдеко, Д. Д. Жерносеков, Г. Г. Пирханов // Актуальные вопросы ветеринарной медицины: материалы Междунар. науч. конф., посвящ. 100-летию каф. клин. диагностики, внутр. болезней животных им. Синева А.В., акушерства, 29–30 сент. 2022 г. / С.-Петерб. гос. ун-т ветеринар. медицины. – СПб., 2022. – С. 71–75.

30. Polymorphisms and haplotypes in the bovine neuropeptide Y growth hormone receptor ghrelin insulin-like growth factor 2 and uncoupling proteins 2 and 3 genes and their associations with measures of growth performance feed efficiency and carcass merit in beef cattle / E. L. Sherman [et al.] // J. Anim. Sci. – 2008. – Vol. 86, № 1. – P. 1–16. https://doi.org/10.2527/ jas.2006-799

31. Bauman, D. E. Effects of exogenous somatotropin on lactation / D. E. Bauman, R. G. Vernon // Ann. Rev. Nutr. – 1993. – Vol. 13. – P. 437–461. https://doi.org/10.1146/annurev.nu.13.070193.002253

32. Abdolmohammadi, A. SNP exploring in the middle and terminal regions of the IGF-1 gene and association with production and reproduction traits in Holstein cattle / A. Abdolmohammadi, P. Zamani // Gene. – 2014. – Vol. 540, № 1. – P. 92–95. https://doi.org/10.1016/j.gene.2014.02.011

33. Москалев, А.А. Старение и гены / А.А. Москалев. – СПб.: Наука, 2008. – 358 c.

34. Role of the GH/IGF-1 axis in lifespan and healthspan: lessons from animal models / D. E. Berryman [et al.] // Growth Horm. IGF Res. – 2008. – Vol. 18, № 6. – P. 455–471. https://doi.org/10.1016/j.ghir.2008.05.005

35. A comparison of three strains of Holstein-Friesian cows grazed on pasture: growth, development, and puberty / K. A. Macdonald [et al.] // J. Dairy Sci. – 2007. – Vol. 90, № 8. – P. 3993–4003. https://doi.org/10.3168/jds.2007-0119

36. Brickell, J. S. Effect of management factors and blood metabolites during the rearing period on growth in dairy heifers on UK farms / J. S. Brickell, M. M. McGowan, D. C. Wathes // Domest. Anim. Endocrinol. – 2009. – Vol. 36, № 2. – P. 67–81. https://doi.org/10.1016/j.domaniend.2008.10.005

37. Wathes, D. C. Mechanisms linking metabolic status and disease with reproductive outcome in the dairy cow / D. C. Wathes // Reprod. Domest. Anim. – 2012. – Vol. 47, suppl. 4. – P. 304–312. https://doi.org/10.1111/j.1439-0531.2012.02090.x

38. Role of insulin/insulin-like growth factor 1 signaling pathway in longevity / C. L. Cheng [et al.] // World J. Gastroenterol. – 2005. – Vol. 11, № 13. – P. 1891–1895. https://doi.org/10.3748/wjg.v11.i13.1891

39. A direct interaction between the large GTPase dynamin-2 and FAK regulates focal adhesion dynamics in response to active / Y. Wang [et al.] // Mol. Biol. Cell. – 2011. – Vol. 22, № 9. – P. 1529–1538. https://doi.org/10.1091/mbc.E10-09-0785

40. A dominant gain-of-function mutation in universal tyrosine kinase SRC causes thrombocytopenia, myelofibrosis, bleeding, and bone pathologies / E. Turro [et al.] // Sci. Transl. Med. – 2016. – Vol. 8, № 328. – Art. 328ra30. https://doi.org/ 10.1126/scitranslmed.aad7666