GENOME-WIDE ASSOCIATION STUDY FOR MILK METABOLIC BIOMARKERS IN RUSSIAN HOLSTEIN COWS

Abstract

Поиск потенциальных биомаркеров, отвечающих за формирование и последующую реализацию продуктивности коров, их функциональных качеств и за здоровье вымени, представляется одной из наиболее значимых и актуальных задач в настоящее время. Исследования проведены на коровах голштинской породы на базе экспериментального стада в Краснодарском крае. Выборку животных изучали по двум наборам данных: генотипы, полученные на основе биочипов плотностью 50 тыс. SNP от 222 быков-производителей, и фенотипы их дочерей (I); генотипы 143 коров плотностью 148 тыс. SNP, являющихся потомками быков-отцов 1-й выборки, и их фенотипы по составу молока (II). Среднее число учтенных записей продуктивности на 1 корову составило 8,9 контрольных доений. На основе выборки быков были рассчитаны популяционно-генетические параметры для количественных показателей молока — остаточных следов метаболитов (бета-гидроксибутират, ацетон и мочевина), которые ранее не учитывались в селекционном процессе в нашей стране. Коэффициент наследуемости для концентрации мочевины составил 0,16, для следов ацетона и бета-гидроксибутирата — 0,03—0,04. Анализ полногеномных ассоциаций по выборке I показал, что наиболее высокозначимые взаимосвязи для логарифмированного (нормированного) значения бета-гидроксибутирата обнаружены на 1, 6, 7 и 16-й хромосомах крупного рогатого скота, для ацетона — на 6-й и 11-й, для мочевины — на 15-й и 20-й хромосомах. Результаты GWAS для показателей собственной продуктивности испытуемых животных выявили ряд QTL для них на хромосомах 2, 6, 7, 9, 13, 14 и 27. Для метаболитов молока коров были характерны локусы количественных признаков, сопряженные с признаками фертильности, устойчивости к ряду заболеваний, с продолжительностью продуктивной жизни, эффективностью потребления корма, показателями живой массы и качества туши животного, выходом молочного жира и белка, количеством соматических клеток, экстерьерными параметрами вымени и конечностей коров, молочным типом и крепостью костяка. Использование прямых фенотипов коров-дочерей показало большее число выявленных высокодостоверных ассоциаций, в частности по гену DGAT1, нежели результаты для племенных оценок быков-отцов. Milk composition is of great importance for dairy farming as it determines the economic value of the milk and provides important information about the physiological status of the cow. The search for potential biomarkers responsible for the formation and subsequent implementation of the productivity of individuals, their functional qualities and udder health seems to be one of the most significant and urgent tasks at the present time. The studies were carried out in the period 2020-2022 on the basis of an experimental herd in the Krasnodar region on Holstein cows. To analyze the component composition of cows' milk, a MilkoScan 7 (FOSS) analyzer was used, operating based on infrared spectroscopy. The research sample of animals consisted of two data sets: (I) genotypes obtained on the basis of biochips with a density of 50 thousand SNPs from 222 sires and the phenotypes of their daughters; (II) genotypes of 143 cows with a density of 148 thousand SNPs, which are the descendants of the bull-fathers of the first sample, and their phenotypes for milk composition. The average number of production records recorded per cow was 8.9 control milkings. Based on a sample of bulls, population genetic parameters were calculated for quantitative indicators of milk - the percentage of casein and residual traces of metabolites (BHB, acetone and urea), which were not previously taken into account in the breeding process in our country. It was found that the highest heritability coefficient was obtained for the mass fraction of casein — 0.21 and urea — 0.16; for traces of acetone and beta-hydroxybutyrate the heritability was low — 0.03—0.04. Analysis of genome-wide associations for sample «I» showed that the most highly significant relationships for the logarithm value (normalized value) of beta-hydroxybutyrate were found on chromosomes 1, 6, 7 and 16 of cattle, for acetone — on chromosomes 6 and 11, for urea — on chromosomes 15 and 20. At the same time, GWAS results for cows' productivity traits showed a number of QTL on chromosomes 2, 6, 7, 9, 13, 14 and 27. Milk metabolites from Holstein cows were characterized by QTL (quantitative trait loci) associated with traits of fertility, resistance to a number of diseases, productive life expectancy, efficiency of feed consumption, live weight and quality of animal carcass, yield of milk fat and protein, number of somatic cells, exterior parameters of the udder and limbs of cows, milk type and bone strength. The use of direct phenotypes of daughter cows showed a larger number of identified highly significant associations, in particular for the DGAT1 gene, than the results for breeding assessments of father bulls.