Разработка диагностических тест-систем и скрининг гаплотипов фертильности крупного рогатого скота голштинской породы

Использование ограниченного количества быков-производителей приводит к накоплению в популяциях крупного рогатого скота рецессивных аллелей летальных заболеваний. К их числу относятся дефицит уридинмонофосфатсинтазы (DUMPS) – моногенное аутосомно-рецессивное заболевание у крупного рогатого скота, приводящее к ранней эмбриональной гибели гомозиготного потомства, и синдактилия (MF) – частичное или полное сращение пальцев одной или нескольких конечностей. Цель исследования – разработка отечественных ПЦР тест-систем для диагностики мутаций MF (n=439) и DUMPS (n=477) у крупного рогатого скота, а также проведение скрининга на носительство других генетических заболеваний: дефицита фактора XI (FXID, n=614), брахиспинального синдрома (BY, n=621), цитруллинемии (BC, n=272), голштинского гаплотипа ассоциированного с дефицитом холестерина (HCD, n=547), комплексного порока позвоночника (CVM, n=435), дефицита адгезии лейкоцитов крупного рогатого скота (BLAD, n=361), голштинского гаплотипа 1 (НН1, n=301), голштинского гаплотипа 3 (HH3, n=360), голштинского гаплотипа 4 (НН4, n=60), голштинского гаплотипа 5 (НН5, n=392), голштинского гаплотипа 6 (HH6, n=517), голштинского гаплотипа 7 (НН7, n=502). Скрининг на носительство мутаций проводили в популяциях коров Свердловской, Пермской, Смоленской и Кировской областей, а также Республики Удмуртия. Разработанные наборы для диагностики включают комплекты праймеров и зондов, позволяющих проводить диагностику мутаций с использованием ПЦР в реальном времени. В ходе работы особей с мутантными аллелями DUMPS не выявлено. Обнаружен 1 носитель MF, что составляет 0,23 % от общего исследованного поголовья. Наиболее часто встречаемые гаплотипы фертильности: BLAD – 2,8 %, HCD – 2,6 %, HH1 – 1,7 %. Обнаружены носители FXID – 0,6 %, BY – 0,8 %, CVM – 1,4 %, HH5 – 1,5 %, HH6 – 0,8 %, HH7 – 1,6 %. Для BC, HH3 и НН4 носителей не выявлено. Представленные ПЦР тест-системы для детекции сублетальных и летальных генетических мутаций крупного рогатого скота молочного направления продуктивности позволяют проводить быструю, своевременную и доступную диагностику.

1. High-Resolution Melting (HRM) curve analysis: New approach used to detect BLAD and DUMPS in Uruguayan Holstein Breed / M. T. Federici Rodriguez, A. Branda Sica, R. Artigas, et al. // Archives of Veterinary Science. 2018. Vol. 23. No. 4. P. 1–9. URL: https://revistas.ufpr.br/veterinary/article/view/62578/37292 (дата обращения: 10.01.2025). doi: 10.5380/avs.v23i4.62578.

2. Schwenger B., Schober S., Simon D. DUMPS cattle carry a point mutation in the uridine monophosphate synthase gene // Genomics. 1993. Vol. 16. No. 1. P. 241–244. doi: 10.1006/geno.1993.1165.

3. Distribution of recessive genetic defect carriers in Holstein Friesian cattle: A Polish perspective / M. Gozdek, S. Mucha, A. Prostek, et al. // Animals. 2024. Vol. 14. No. 22. Article 3170. URL: https://www.mdpi.com/2076-2615/14/22/3170 (дата обращения: 15.01.2025). doi: 10.3390/ani14223170.

4. Report on the incidence of hereditary disorders (BLAD, DUMPS) in the Polish population of Holstein-Friesian cattle / M. Gozdek, M. Kolenda, D. Kamola, et al. // Acta Sci. Pol. Zootechnica. 2020. Vol. 19. No. 3. P. 15–22. doi: 10.21005/asp.2020.19.3.02.

5. Genetic disorders in beef cattle: A review / A. Cieploch, K. Rutkowska, J. Oprzadek, et al. // Genes & genomics. 2017. Vol. 39. No. 5. P. 461–471. doi: 10.1007/s13258-017-0525-8.

6. The previously reported LRP4 c.4940C>T variant is not associated with syndactyly in cattle / K. L. M. Eager, M. Cauchi, C. E. Willet, et al. // Animal genetics. 2021. Vol. 52. No. 3. P. 380–381. doi: 10.1111/age.13061.

7. Lethal and semi-lethal mutations in Holstein calves in Uruguay / C. Briano-Rodriguez, A. Romero, S. Llambi, et al. // Ciencia Rural. 2021. Vol. 51. No. 7. Article e20200734. URL: https://www.scielo.br/j/cr/a/vfbVrVnm8ScGgggSfpYNzSb/?format=pdf&lang=en (дата обращения: 17.05.2025). doi: 10.1590/0103-8478cr20200734.

8. Mutations in the gene encoding the low-density lipoprotein receptor LRP4 cause abnormal limb development in the mouse / D. Simon-Chazottes, S. Tutois, M. Kuehn, et al. // Genomics. 2006. Vol. 87. No. 5. P. 673–677. doi: 10.1016/j.ygeno.2006.01.007.

9. A novel homozygous missense variant in LRP4 causing Cenani-Lenz syndactyly syndrome and literature review / Y. Fu, Y. Zhou, Q. Zhang, et al. // Molecular genetics & genomic medicine. 2024. Vol. 12. No. 1. Article e2319. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mgg3.2319 (дата обращения: 16.01.2025). doi: 10.1002/mgg3.2319.

10. Semen Z., Karakas V., Guvenc-Bayram G. A novel method for reliable and rapid detection of BC, BLAD, CVM, and DUMPS in cattle // Revista Brasileira de Zootecnia. 2024. Vol. 53. Article e20230054. URL: https://rbz.org.br/wp-content/uploads/articles_xml/1806-9290-rbz-53-e20230054/1806-9290-rbz-53-e20230054.pdf (дата обращения: 17.01.2025). doi: 10.37496/rbz5320230054.

11. Carrier frequency of autosomal recessive disorders (BC, BLAD, FXID and CVM) in Holstein cows in Jalisco, Mexico / A. Virgen-Mendez, M. A. Ayala-Valdovinos, J. Galindo-Garcia, et al. // Pesquisa Veterinaria Brasileira. 2019. Vol. 39. No. 7. P. 481–484. URL: https://www.scielo.br/j/pvb/a/JmWQTmGbzp5qjM8LDLFcMcq/?format=pdf&lang=en (дата обращения: 23.01.2025). doi: 10.1590/1678-5150-pvb-6202.

12. A deletion in the bovine FANCI gene compromises fertility by causing fetal death and brachyspina / C. Charlier, J. S. Agerholm, W. Coppieters, et al. // PloS one. 2012. Vol. 7. No. 8. Article e43085. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0043085 (дата обращения: 21.01.2025). doi: 10.1371/journal.pone.0043085.

13. Selected monogenic genetic diseases in Holstein cattle - A review / M. Gozdek, S. Mucha, A. Prostek, et al. // Genes. 2024. Vol. 15. No. 8. Article 1052. URL: https://www.mdpi.com/2073-4425/15/8/1052 (дата обращения: 18.01.2025). doi: 10.3390/genes15081052.

14. Development of real-time PCR kits for bovine haplotypes HH3, HH6, HH7 diagnosis / V. D. Zubareva, M. V. Bytov, O. S. Zaitseva, et al. // Russian Journal of Genetics. 2024. Vol. 60. No. 2. P. 254–258. doi: 10.1134/S1022795424020145.

15. A transposable element insertion in APOB causes cholesterol deficiency in Holstein cattle / F. Menzi, N. BesuchetSchmutz, M. Fragniere, et al. // Animal genetics. 2016. Vol. 47. No. 2. P. 253–257. doi: 10.1111/age.12410.

16. Тюлькин С. В., Ахметов Т. М., Вафин Р. Р. Идентификация генетических мутаций DUMPS и BC у быковпроизводителей // Ученые записки Казанской ГАВМ. 2013. Т. 216. С. 329–333.

17. Identification of a mutation associated with factor XI deficiency in Holstein cattle / B. M. Marron, J. L. Robinson, P. A. Gentry, et al. // Animal genetics. 2004. Vol. 35. No. 6. P. 454–456. doi: 10.1111/j.1365-2052.2004.01202.x.

18. Allele frequency of APAF1 mutation in Holstein cattle in Brazil / L. G. Albertino, A. L. H. Albuquerque, J. F. Ferreira, et al. // Frontiers in veterinary science. 2022. Vol. 9. Article 822224. URL: https://www.frontiersin.org/journals/veterinary-science/articles/10.3389/fvets.2022.822224/full (дата обращения: 22.01.2025). doi: 10.3389/fvets.2022.822224.

19. Khatib A., Prokhortchouk E., Mazur A. M. The distribution of lethal holstein haplotypes affecting female fertility among the Russian Black-and-White cattle // EurAsian Journal of BioSciences. 2020. Vol. 14. No. 2. P. 2545–2552.

20. Характеристика региональных популяций быков-производителей по генам наследственных заболеваний / Л. К. Эрнст, Е. А. Гладырь, П. В. Горелов и др. // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 10. С. 28–30.

21. Imputation accuracy and carrier frequency of deleterious recessive defects in Australian dairy cattle / I. van den Berg, T. V. Nguyen, T. T. T. Nguyen, et al. // Journal of dairy science. 2024. Vol. 107. No. 11. P. 9591–9601. doi: 10.3168/jds.2024-24780.

22. Allelic variation of marker genes of hereditary diseases and economically important traits in dairy breeding cattle population / A. G. Koshchaev, I. V. Shchukina, A. V. Garkovenko, et al. // J. Pharm. Sci. Res. 2018. Vol. 10. No. 6. P. 1566–1572.

23. Генетические аномалии крупного рогатого скота / Н. В. Ковалюк, В. Ф. Сацук, Е. В. Мачульская и др. // Сборник научных трудов Краснодарского научного центра по зоотехнии и ветеринарии. 2018. Т. 7. № 1. С. 27–32.

24. Distribution of recessive genetic defects in cattle population of Urals / M. V. Modorov, N. A. Martynov, I. A. Shkuratova, et al. // Russian Journal of Genetics. 2022. Vol. 58. No. 4. P. 429–437. doi: 10.31857/S0016675822040105.

25. Multiplex fluorescent amplification-refractory mutation system PCR method for the detection of 10 genetic defects in Holstein cattle and its comparison with the KASP genotyping assay / M. Y. A. Khan, D. Dai, X. Su, et al. // Animal genetics. 2024. Vol. 55. No. 3. P. 457–464. doi: 10.1111/age.13432.

26. Development of alternative diagnosis of HH1, HH3, HH5 and HCD fertility haplotypes and subfertility syndrome in cattle / M. Shormanova, A. Makhmutov, A. Shormanova, et al. // Reproduction in domestic animals. 2024. Vol. 59. No. 1. Article e14533. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/rda.14533 (дата обращения: 17.01.2025). doi: 10.1111/rda.14533.

27. The distribution for LoF mutations in the FANCI, APAF1, SMC2, GART, and APOB genes of the Russian Holstein cattle population / O. S. Romanenkova, V. V. Volkova, O. V. Kostyunina, et al. // Journal of Animal Science. 2017. Vol. 95. No. Suppl. 4. P. 83. URL: https://academic.oup.com/jas/article-abstract/95/suppl_4/83/4765877 (дата обращения: 22.01.2025). doi: 10.2527/asasann.2017.168.

28. Identification of monomorphic and polymorphic genes associated with recessive fertility defects in Holstein cows reared in Kazakhstan / Y. Ussenbekov, A. Bagdat, Z. Bimenova, et al. // Vet. Arh. 2022. Vol. 92. P. 27–35. doi: 10.24099/vet.arhiv.139.

29. Идентификация и распространение HH4-гаплотипа фертильности крупного рогатого скота голштинской породы в субпопуляции Краснодарского края / Н. В. Ковалюк, А. Е. Волченко, Е. В. Ширяева и др. // Молочное и мясное скотоводство. 2023. № 4. С. 14–15. doi: 10.33943/MMS.2023.72.97.003.

30. Диагностика гаплотипа HH5 в стадах голштинского и голштинизированного черно-пестрого скота России / О. С. Романенкова, В. В. Волкова, О. В. Костюнина и др. // Молочное и мясное скотоводство. 2018. № 6. С. 13–15. doi: 10.25632/MMS.2018.2018.20295.

31. Новый гаплотип фертильности крупного рогатого скота голштинской породы / Н. В. Ковалюк, В. Ф. Сацук, Е. В. Мачульская и др. // Молочное и мясное скотоводство. 2020. № 4. С. 8–9. doi: 10.33943/MMS.2020.27.45.002.

32. Идентификация и распространение гаплотипа НН7 фертильности голштинской породы крупного рогатого скота в субпопуляции Краснодарского края / Н. В. Ковалюк, А. Е. Волченко, Л. И. Якушева и др. // Молочное и мясное скотоводство. 2022. № 5. С. 36–38. doi: 10.33943/MMS.2022.79.70.007.

33. Позовникова М. В., Васильева О. К., Митрофанова О. В. Ассоциация гаплотипа фертильности HCD с молочной продуктивностью и репродуктивными качествами голштинских коров // Российская сельскохозяйственная наука. 2020. № 6. С. 46–49. doi: 10.31857/S2500262720060113.