Влияние генотипа по гену CSN2 на качественные и количественные характеристики молока коров голштинской породы
Влияние генотипа по гену CSN2 на качественные и количественные характеристики молока коров голштинской породы
Аннотация
С увеличением мирового спроса на потребление продуктов возрастает интерес к исследованиям в области молокоперерабатывающей промышленности. Полиморфизм бета-казеина отражается на содержании жира и казеина в молоке, и в целом на процессе пищеварения, что играет существенную роль в определении стоимости молока. Целью данного исследования является изучение взаимосвязи генотипа по гену бета-казеина (CSN2) с качественными и количественными характеристиками молока коров голштинской породы. Материалом для исследований являлось молоко 249 коров голштинской породы, отобранное во время ежемесячного контрольного доения за период с октября 2022 года по апрель 2024 года. Анализ полученных данных показал, что в выборке 52% животных были носителями генотипа A1A2, 33% – A2A2 и 15% – A1A1. Наличие аллеля A2 в составе генотипа незначительно снижает термостабильность, но благоприятно влияет на сычужную свертываемость молока. Коровы с генотипом A1A1 выгодно отличаются по суточному удою от гомозиготных по аллелю A2 (P≤0,01). Технологические показатели, такие как точка замерзания молока и кислотность, достоверно не были связаны с генотипом по гену бета-казеина, однако животные с генотипом A2A2 имели превосходство по содержанию жира, лактозы, сухого вещества и количеству соматических клеток в молоке. Паратипические и технологические факторы, такие как день лактации, номер лактации и месяц отбора пробы молока, оказывают большее влияние на качественный и количественный состав молока, чем генотип по гену CSN2.
1. Введение
Значение коровьего молока как жизненно важной составляющей сбалансированного питания человека лежит в содержании питательных веществ, включающих белки, углеводы, минералы и витамины. Спрос на молочные продукты постоянно растет, что повышает интерес к исследованиям в области переработки молочных продуктов. Содержание белка в молоке, наряду с жиром, является решающим фактором в определении экономической эффективности этой отрасли. Кроме того, прибыль молочного скотоводства как сектора животноводства зависит не только от общего содержания белка, но и от его состава.
Одним из ключевых компонентов молочного белка казеина является бета-казеин, который составляет примерно 38% от общего содержания. Исследования показали, что полиморфизм бета-казеина влияет на состав жира и казеина в молоке, а также на пищеварительный процесс. Ген CSN2, кодирующий бета-казеина, показывает 12 аллельных вариантов, из которых варианты A1 и A2 – наиболее часто встречающиеся. Исследования показали, что из-за различий в их первичных белковых структурах, пищеварительные ферменты взаимодействуют с бета-казеинами А1 и А2 по-разному. В частности, в процессе переваривания белка А1 образуется пептид БКМ-7, который, согласно исследованиям молока А2, связан с различными хроническими заболеваниями и может нарушать функции кишечника и центральной нервной системы.
Селекционно-племенная работа в настоящее время направлена на получение коров, обладающих гомозиготным генотипом с двумя аллелями А2. Соотношение аллелей CSN2 различается в зависимости от породы коров. Так, европейское, американское, австралийское и новозеландское коровье молоко, в основном содержит аллельный вариант А1, тогда как африканский и азиатскийкрупный рогатый скот до сих пор производит молоко, содержащее исключительно бета-казеин А2. Соотношение варианта бета-казеина A2 к A1 у гернзейской породы составляет 9,6:0,4, симментальской – 7,1:2,9, шортгорнской и джерсейской – 1:1, швицкой – 6,6:3,4, голштинской от 3,9:6,1 до 5,5:4,5 , , , .
Исследователи обнаружили значительное количество носителей генотипа CSN2A2A2 в отечественных стадах черно-пестрой и голштинской пород – до 76% от общего числа животных , , , . В Московской области среди исследуемой популяции быков-производителей голштинской породы частота встречаемости генотипа CSN2А1А1 составляла 20,4%, что значительно меньше, чем для других генотипов – 39,8% как для генотипа А1А2, так и для А2А2 .
В некоторых исследованиях был сделан вывод о том, что коровы с генотипом CSN2A1A1 имеют более высокий уровень удоя за лактацию, чем коровы с генотипами CSN2A1A2 и CSN2A2A2 , . Однако существуют исследования, в которых были получены отличные результаты, показывающие, что наибольший удой имели гетерозиготные животные , , а также животные с генотипом CSN2A2A2 , , , .
Вопрос о влиянии генотипа по гену CSN2 на массовую долю жира (МДЖ) и массовую долю белка (МДБ) вызывает меньше споров, однако исследователи имеют разные мнения по этому поводу. Некоторые исследователи показывают, что коровы с генотипом CSN2A2A2 имеют наибольшую МДЖ и МДБ , в то время как другие указывают на недостоверную разницу по одному из этих признаков , . В работе Филипенковой Г.В. и соавторов была обнаружена тенденция в пользу особей с генотипом CSN2A2A2 в отношении МДЖ и МДБ в молоке, однако генотип CSN2A1A1 быков был связан с более высокой оценкой по удою и суммарной молочной продукции их дочерей .
Таким образом, современный рынок молочных продуктов проявляет интерес к продвижению и популяризации молока A2, что приводит к увеличению потребности в росте численности в хозяйствах коров-носителей аллеля A2. Вместе с тем, основные показатели продуктивности крупного рогатого скота необходимо учитывать в комплексе, поэтому связь генотипа по гену CSN2 с продуктивностью представляет научный и практический интерес.
Цель данного исследования – изучение взаимосвязи генотипа по гену бета-казеина (CSN2) c качественными и количественными характеристиками молока коров голштинской породы.
2. Методология и методы исследований
Материал исследования – молоко 249 коров голштинской породы, отобранное в ежемесячное контрольное доение за период с октября 2022 года по апрель 2024 года.
На приборе инфраспектрометрического анализа Combi FOSS F+7 DSCC проанализирован компонентный состав отобранных проб молока по следующим показателям: массовая доля жира (МДЖ), массовая доля белка (МДБ), содержание лактозы (МДЛ), сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО), сухого вещества (СВ), казеина (МДК), точки замерзания (ТЗ), кислотности (pH), количества (КСК) и дифференциации (ДКСК) соматических клеток.
Для определения качественных технологических характеристик молока, проведены исследования на термостабильность (алкогольная проба ГОСТ 25228-82) и сычужную свертываемость (сычужно-бродильная проба ГОСТ 9225-84). Для получения количественных показателей технологических свойств молока, после оценки качества молока на сычужную свертываемость, отобран и взвешен полученный сгусток для определения процентного выхода сгустка.
В лаборатории молекулярной генетики сельскохозяйственных животных ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста было проведено генотипирование коров экспериментального стада с использованием чипов высокой плотности от Illumina (150000 SNP; 50000 SNP; «Illumina Inc.», США).
3. Результаты и их обсуждение
Результаты молекулярно-генетического тестирования животных голштинской породы позволили выявить полиморфизм гена бета-казеина CSN2 и исследовать его влияние на молочную продуктивность.
Анализ полиморфизма гена CSN2 у исследуемых животных показал, что в выборке большинство коров (51,8%) являются носителями генотипа A1A2, 33,3% – A2A2 и 14,9% – A1A1 (рис.1). Частота встречаемости аллелей А1 и А2 составила 0,408 и 0,592, соответственно. Коэффициент гомозиготности составил 1,93, Хи2 – 1,34 (P≤0,001).
Полученные результаты подтверждают соотношение варианта бета-казеина A2 к A1, характерное для голштинской породы крупного рогатого скота и отраженное в исследованиях других авторов , , , .
Рисунок 1 - Распределение частот аллелей и генотипов по гену CSN2 в исследуемой популяции
При изучении сычужной свертываемости молока наблюдалась обратная ситуация. При сравнении молока коров с генотипами A1A1-A2A2-A1A2, была замечена тенденция «худший-лучший» класс по сычужно-бродильной пробе. Однако лишь между группами животных с генотипами A1A1 и A1A2 была обнаружена достоверная разница (P≤0,01).
Рисунок 2 - Влияние генотипа по гену CSN2 на качественные показатели молока
Примечание: термостабильность, сычужная свертываемость
Рисунок 3 - Влияние генотипа по гену CSN2 на выход сгустка из молока
Таблица 1 - Качественный состав молока в зависимости от генотипа коров по гену CSN2
| Генотип по гену CSN2 | ||
A1A1 | A1A2 | A2A2 | |
Число проб | 279 | 912 | 499 |
Суточный удой, кг | 25,02±0,38 | 24,28±0,22 | 23,75±0,27b/** |
Массовая доля жира, % | 4,31±0,04 | 4,27±0,02 | 4,41±0,03 b/*,c/*** |
Массовая доля белка, % | 3,48±0,02 | 3,47±0,01 | 3,48±0,02 |
Массовая доля лактозы, % | 4,86±0,01 | 4,78±0,01a/*** | 4,88±0,01c/*** |
Содержание СОМО, % | 9,18±0,02 | 9,17±0,02 | 9,19±0,02 |
Содержание сухого вещества, % | 13,24±0,05 | 13,22±0,03 | 13,37±0,04 b/*,c/** |
Массовая доля казеина, % | 2,80±0,02 | 2,79±0,01 | 2,80±0,01 |
Точка замерзания молока, ×10-3 ⸰С | -0,520±0,06 | -0,519±0,04 | -0,519±0,04 |
pH, ед | 6,58±0,00 | 6,58±0,00 | 6,58±0,00 |
Количество соматических клеток, тыс.ед/мл | 1106±124 | 777±52a/* | 685±62b/** |
ДКСК, % | 61,84±2,10 | 62,37±1,03 | 63,23±1,38 |
Примечание: группы сравнения генотипов: a – А1А1/А1А2; b – А1А1/А2А2; с – А1А2/А2А2); * – P≤0,05; ** – P≤0,01; *** – P≤0,001
Массовая доля жира в молоке и содержание сухого вещества было значительно выше у коров с генотипом A2A2 по сравнению с животными с генотипами A1A1 и A1A2. Уровень массовой доли белка, включая казеин, и СОМО не зависели от генотипа коров, и не было значимых различий между группами. Уровень лактозы был значительно ниже (P≤0,001) в молоке гетерозиготных животных по сравнению с гомозиготными по гену CSN2.
Важные показатели для определения фальсификации и пригодности молока для переработки – точка замерзания молока и кислотность не зависели от генотипа по гену бета-казеина.
Количество соматических клеток является важным показателем качества молока, который отражает состояние здоровья животного и правильность его кормления. Высокие значения этого показателя увеличивают время свертывания молока и ухудшают качество сгустка. У животных, в генотипе которых присутствует аллель A2, было обнаружено значимо меньшее количество соматических клеток в молоке (P≤0,05; P≤0,01).
Для изучения влияния различных факторов на качественный состав молока был проведен однофакторный дисперсионный анализ. В качестве категориальных факторов были определены генотип по генуCSN2, день и номер лактации животного, месяц, когда была отобрана проба (табл. 2).
Анализ подтвердил значимое влияние генотипа по гену CSN2 на термостабильность и свертываемость молока (P≤0,01, P≤0,05, соответственно). Однако генотип не оказывал влияния на процентный выход сгустка из молока, в то время как день и номер лактации коровы достоверно влияли на этот показатель (P≤0,01). Месяц отбора достоверно влиял на все качественные показатели молока (P≤0,001).
Таблица 2 - Влияние разных факторов на технологические свойства молока
Фактор | Признак | ||||||||
Класс по алкогольной пробе | Класс по сычужно-бродильной пробе | Процентный выход сгустка из молока, % | |||||||
F-критерий | p-value | R2 | F-критерий | p-value | R2 | F-критерий | p-value | R2 | |
Генотип по гену CSN2 | 5,258 | 0,005** | 0,008 | 4,290 | 0,014* | 0,007 | 0,670 | 0,512 | 0,001 |
День лактации | 0,993 | 0,521 | 0,229 | 0,990 | 0,520 | 0,229 | 1,30 | 0,002** | 0,280 |
Номер лактации | 0,158 | 0,959 | 0,001 | 0,240 | 0,919 | 0,001 | 3,635 | 0,006** | 0,017 |
Месяц отбора проб | 11,330 | 0,000*** | 0,128 | 8,660 | 0,000*** | 0,101 | 16,710 | 0,000*** | 0,178 |
Примечание: * – P≤0,05; ** – P≤0,01; *** – P≤0,001
Влияние генотипа по гену CSN2 было отмечено для МДЖ и МДБ, сухого вещества, казеина. Уровень суточного удоя, содержание лактозы и СОМО, точка замерзания и кислотность молока не зависели от генотипа коровы. День лактации животного, когда было отобрано молоко, влиял на МДЖ, МДБ, СОМО, СВ и содержание казеина в молоке. Этот категориальный фактор не влиял на уровень суточного удоя, содержание лактозы, а также точку замерзания и кислотность. Номер лактации коровы влиял на все исследуемые признаки, кроме кислотности молока. Месяц отбора оказывал влияние на все показатели количественного и качественного состава молока, а также на уровень суточного удоя.
Помимо фактора самого животного, на количество соматических клеток и их дифференциацию влияли внешние факторы, за исключением дня лактации.
4. Заключение
Распределение аллелей по гену CSN2 составляет 0,408 для A1 и 0,592 для A2. Среди 249 исследуемых животных, большинство (51,8%) имели генотип A1A2, 33,3% – A2A2 и 14,9% – A1A1.
Различие в генотипах по гену CSN2 не имело достоверного прямого влияния на качественные характеристики молока. Однако было отмечено, что наличие аллеля A2 в генотипе коров незначительно снижало уровень термостабильности молока, но благоприятно влияло на сычужную свертываемость.
Технологические показатели, такие как точка замерзания молока и кислотность, не были достоверно связаны с генотипом по гену CSN2. Однако животные с генотипом A2A2 показали превосходство по содержанию жира, лактозы, сухого вещества и количеству соматических клеток в молоке.
Было выявлено, что на качественный и количественный состав молока большее влияние оказывают паратипические и технологические факторы, такие как день лактации, номер лактации и месяц отбора пробы. Комплексная работа со стадом, учитывая влияние внешних и генетических факторов, поможет значительно повысить производственный потенциал отечественных стад в области количественного и качественного состава молока.