Поиск ассоциаций однонуклеотидных полиморфизмов с показателями экстерьера (тазовые параметры) коров голштинской породы

Введение. В современном животноводстве экстерьер крупного рогатого скота является важнейшим производственным показателем, напрямую влияющим на состояние здоровья, продуктивные показатели и репродуктивную функцию [1]. Индексы телосложения, учитываемые при селекции молочных коров, являются одними из первоначальных показателей оценки непродуктивных признаков [2]. Gibson с соавторами предполагают, что рост теленка связан с последующей лактационной эффективностью коров: более высокие телята производят в будущем больше молока за несколько лактаций, чем более низкие, с учётом живой массы [3]. Результаты исследования Schmidtmann с соавторами показывают, что животные более крупного размера с выраженными костными выступами и низким индексом кондиции тела BCS (Body Condition Score) более подвержены метаболическим нарушениям [4].

Экстерьерные параметры могут иметь решающее значение в развитии патологического состояния животного. Например, особенности строения крестца могут быть связаны с риском дистоции (патологические или трудные роды) [5]. Значительно более высокая доля дистоции была обнаружена у коров как с узким крестцом, так и наоборот, с более широким по сравнению с оптимальным для отела анатомическим строением крестца [6]. Влияние породы на частоту дистоции объясняется различиями в относительной массе тела при рождении, строении таза и значительными колебаниями размеров таза у некоторых пород [5]. Поскольку современная селекция направлена в основном на закрепление в стаде особей с наибольшей молочной продуктивностью и длительным хозяйственным использованием, дистоция остается серьезной проблемой, частота встречаемости которой оценивается от 10 до 50 % [7].

Цель исследования — выявить ассоциации однонуклеотидных полиморфизмов с экстерьерными показателями таза коров голштинской породы, играющими важную роль в формировании предрасположенности к легкому или трудному отелу. Полученные данные позволят определить генетические маркеры для использования в селекционных программах совершенствования стада.

Материалы и методы. Работа выполнена в отделе геномных исследований и селекции животных Уральского НИВИ – структурного подразделения ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН в период с 2023 по 2025 гг. ПЦР-исследования проведены на образцах ДНК коров голштинской породы (n=155) из двух сельскохозяйственных организаций (СХО), занимающихся разведением крупного рогатого скота (СХО № 1, n=70; СХО № 2,n=85). В исследованную выборку были включены животные с одной и более лактациями. Этические стандарты соблюдены: проведение исследований (отбор крови у животных из хвостовой вены) было одобрено Комиссией по биоэтике ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук» (протокол № 136 от 13 октября 2025 г.)

Оценка экстерьерного линейного профиля животных выполнена по трем проекциям: высота в крестце, ширина в маклоках, ширина в седалищных буграх. Описательная статистика фенотипов — средние значения, стандартные отклонения — выполнена с помощью программы STATISTICA 12 (StatSoft Inc, США).

Проведено генотипирование по 13 SNPs для всей выборки коров. Для выполнения ассоциативных тестов исследованы полиморфные маркеры rs134055603, rs137396952, rs109452259, rs110347054, rs110352004, rs133674837, rs109529386, rs109279094, rs109611915, rs134668940, rs41567027, rs43038601, rs41255693, ранее показавшие в ходе GWAS-исследований достоверные ассоциации по отношению к ряду физиологически ценных параметров крупного рогатого скота:

– продуктивное долголетие [8];

– легкость отела [9][10];

– вес тела [11];

– длина туши после разделки [12]

– и других параметров продуктивности [10][13].

В данной статье представлены как собственные разработки по технологии генотипирования TaqMan, так и уже ранее описанные тест-системы (таблица 1).

Оценку взаимосвязи с фенотипом на основе полученных генетических данных проводили по каждому полиморфному локусу в отдельности. В веб-инструменте SNPStats (Institut Català d'Oncologia, Испания) [19] и пакете SNPassoc [20] для программной среды R (Autonomous University of Barcelona, Испания) оценивали 5 моделей наследования признака: кодоминантная, доминантная, рецессивная, сверхдоминантная и log-аддитивная; а в качестве величины эффекта выступало отношение шансов (разница в значениях параметров экстерьера) c 95%-ным доверительным интервалом по сравнению с гомозиготой по альтернативному аллелю.

Для проведения ассоциативных исследований с помощью пакета SNPassoc в программной среде R использовали функцию WGassociation. Для проверки наличия «ген-ген» взаимодействий использовали функцию interactionPval (Phen, data=data, model='co'). Выполнены ассоциативные тесты по трем проекциям таза: высота в крестце, ширина в маклоках, ширина в седалищных буграх; а также оценка наличия «ген-ген» взаимодействия по каждому из экстерьерных параметров. Для более детального изучения комбинаций аллелей, имеющих вклад в формирование признака с учетом «ген-ген» взаимодействий, была построена линейная модель: lm("Phen ~", "SNP1", "*", "SNP2", data=data). Для эпистатических отношений она представляет собой перебор каждой комбинации генотипов и определение для каждой из таких комбинаций среднего значения по фенотипу. При выполнении каждого анализа выполнена post-hoc поправка Бонферрони.

Результаты исследования. Определено, что для голштинских коров средние значения и стандартные отклонения для высоты в крестце равны 161,7±5,3 см; для ширины в маклоках — 41,1±3,9 см; для ширины в седалищных буграх — 22,4±2,1 см.

Показано, что бо́льшие значения ширины таза обеспечивают достаточно места для благополучного вынашивания плода и легкого отела, а также необходимое пространство между задними конечностями для более объемного чашеобразного вымени [21]. Таким образом, благоприятным фенотипом считаются бо́льшие значения каждого из трёх параметров экстерьера.

Обнаружены значимые эффекты SNP rs109452259 на значение ширины в маклоках для голштинских коров по кодоминантной, доминантной и log-аддитивной моделям наследования. Наименьшее значение AIC для rs109452259 по доминантной модели наследования, причем генотипы C/A и A/A имеют разницу с C/C, равную 2,17 см; значение p=0,0006.

Интересная особенность, выявляемая в ходе изучения наследования того или иного фенотипа, заключается в наличии «ген-ген» взаимодействий полиморфизмов. В данном исследовании определено наличие эпистатических отношений для пар полиморфизмов rs134055603 – rs43038601 и rs134055603 – rs137396952 по кодоминантной модели наследования (рис. 1). Уровень значимости для них скорректирован: уровень α<0,00032.

Статистически значимое наличие эпистатических взаимосвязей выявлено для полиморфизма rs134055603. Данный SNP имеет значимый положительный вклад в высоту крестца только при наличии аллеля A* в генотипе по полиморфизму rs43038601, а его отсутствие (комбинация G/G и C/C по rs134055603 и rs43038601 соответственно) имеет отрицательный эффект по фенотипу (рис. 2). Стоит отметить, что количество особей с генотипом A/A по полиморфизму rs43038601 по каждой из трех комбинаций ≤ 3. Таким образом, интерпретация данных комбинаций генотипов невозможна. Для других шести комбинаций выборка на каждую из них составляет ≥ 10.

Противоположный характер эпистатических отношений выявлен для rs134055603 с полиморфизмом rs137396952. Комбинация аллеля А* в генотипе rs134055603 и аллеля C* в генотипе rs137396952 имеет положительный эффект по отношению к высоте в крестце (рис. 3). Стоит повторить, что количество особей с генотипом A/A по полиморфизму rs43038601 по каждой из трех комбинаций ≤ 3.

Обсуждение и заключение. В ходе исследования 155 голов крупного рогатого скота голштинской породы определены средние значения и стандартные отклонения для высоты в крестце (161,7±5,3 см), ширины в маклоках (41,1±3,9 см) и ширины в седалищных буграх (22,4±2,1 см). Проведено генотипирование каждой особи по 13 полиморфизмам. Выявлено, что для коров голштинской породы при генотипировании по rs109452259 желательно проводить отрицательный отбор по аллелю C* для повышения показателя ширины в маклоках. Обнаружено эпистатическое взаимодействие для rs134055603 и rs43038601, вероятно, с синергическим характером для генотипа G/G и C/A соответственно. Обнаружено эпистатическое взаимодействие для rs134055603 и rs137396952, вероятно, с синергическим характером для генотипа C/A и C/C соответственно. Полученные данные достоверны для статистически наблюдаемого взаимодействия, подтверждение биологических механизмов требует дополнительных функциональных исследований.

К потенциальным ограничениям исследования следует отнести возможное влияние неучтённых смешивающих факторов. К числу таких факторов могут относиться вариабельность внутри исследуемых групп по возрасту животных, живой массе, номеру лактации и происхождению (сельскохозяйственной организации). Их наличие могло оказать влияние на полученные результаты и их последующую интерпретацию.