Nowe cechy oznaczane w Laboratorium Genetyki Bydła!

W realizowanych obecnie programach hodowlanych bydła mlecznego cechy technologiczne mleka, w tym zawartość i wydajność białka czy zawartość tłuszczu, są cechami najwyżej premiowanymi. Wynika to m.in. z tendencji do wysokiego przetwarzania tego surowca, dlatego jego skład chemiczny ma pierwszorzędne znaczenie, od niego zależy cena oraz opłacalność i ekonomika produkcji mleka. Poprawa efektywności produkcji mleka i jego przetworów bez zwiększania liczebności stada mlecznego jest jednym z głównych celów selekcji w przemyśle mleczarskim.

tekst: Marta Gozdek

Wyniki badań dotyczące polimorfizmu białek mleka coraz częściej wprowadza się do pracy hodowlanej jako dodatkowe parametry selekcyjne. Dotyczy to m.in. wariantów genetycznych takich genów, jak kappa-kazeina, beta‑kazeina (oznaczane w Laboratorium Genetyki Bydła) czy beta-laktoglobulina, DGAT1 oraz SCD. Zastosowanie tych genów jako wykrywalnych markerów molekularnych jest obiecującą alternatywą dla obecnych metod selekcji. Zarówno w Europie, jak i w Ameryce Północnej informacje o określonych genotypach tych białek umieszcza się już w katalogach handlowych, jako molekularny marker genetyczny.

Beta-laktoglobulina to jeden z najważniejszych genów odgrywających kluczową rolę w jakości mleka i procesie produkcji sera czy masła. Jest ona podstawowym składnikiem białek serwatkowych, a jej zawartość szacuje się na 9% związków azotowych mleka. W literaturze dla rasy holsztyńsko-fryzyjskiej znane są trzy genotypy beta-laktoglobuliny – AA, AB oraz BB – z większą częstością występowania allelu B (64%) niż allelu A (36%) (Zaglool i in. 2016). Beta-laktoglobulina dziedziczy się na zasadzie kodominacji, co oznacza, że allele tego genu są sobie równe – oba biorą taki sam udział w tworzeniu fenotypu. Badania sekwencji tego genu ujawniły dwie mutacje punktowe (SNP), z których jedna w pozycji 301 (T301C) nie powoduje zmiany aminokwasu, druga zaś w pozycji 390 (C390T) powoduje zmianę aminokwasu z alaniny na walinę. Według danych literaturowych zwierzęta z genotypem AA charakteryzują się wyższą wydajnością mleka i procentową zawartością białka, podczas gdy genotyp BB cechuje się wyższą procentową zawartością tłuszczu (Zaglool i in. 2016).

Nienasycone kwasy tłuszczowe są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka. Jako substancje egzogenne, tzn. niewytwarzane przez organizm człowieka, muszą być dostarczone z produktów spożywczych. Jednym ze źródeł nienasyconych kwasów tłuszczowych może być mleko od krów. W tłuszczu mlecznym dominują kwasy tłuszczowe nasycone, które stanowią od 60% do 65%. Wśród nich największy udział procentowy ma kwas palmitynowy, a następnie stearynowy i mirystynowy. W DNA bydła znajduje się gen SCD1, w którym zapisana jest informacja o enzymie desaturazie stearoilo-CoA wpływającym na profil kwasów tłuszczowych w mleku. Działanie tego enzymu polega na przekształcaniu niekorzystnych nasyconych kwasów tłuszczowych w pożądane nienasycone kwasy tłuszczowe, tj. zmienia kwas stearynowy i palmitynowy odpowiednio do kwasu oleinowego i palmitooleinowego. Kwas stearynowy powoduje, że odkładający się tłuszcz staje się twardszy i zwiększa temperaturę topnienia. Z kolei kwas oleinowy sprawia, że tłuszcz jest miękki i ma niską temperaturę topnienia. W populacji bydła holsztyńsko-fryzyjskiego można wyróżnić trzy grupy zwierząt, w zależności od posiadanego wariantu genu SCD1: SCDS, SCDF, SCDC. Zwierzęta określone jako SCDS charakteryzują się najwyższymi wartościami hodowlanymi w zakresie zawartości białka i kwasów tłuszczowych w mleku oraz niższą temperaturą topnienia tłuszczu mlecznego. Zwierzęta oznaczone jako SCDC wykazują natomiast większą wydajność mleczną. Selekcja zwierząt ze względu na polimorfizm genu SCD1 i zapotrzebowanie rynkowe na naturalne nienasycone kwasy tłuszczowe może przyczynić się do zysków ekonomicznych dla hodowcy.
Kolejnym istotnym genem jest DGAT1, który koduje acylotransferazę diacyloglicerolową 1 – enzym katalizujący ostatni etap syntezy triglicerydów. Enzym ten odgrywa także kluczową rolę w rozwoju nabłonka wydzielniczego gruczołu mlekowego oraz w zapoczątkowaniu procesu laktacji. W wyniku analizy sekwencji genu DGAT1 zidentyfikowano dwunukleotydową substytucję – AA na GC – skutkiem której jest zastąpienie lizyny przez alaninę w pozycji 232 kodowanego polipeptydu. Badania potwierdziły, że polimorfizm genu DGAT1 ma wpływ na skład tłuszczu mlecznego. Allel, który koduje lizynę (AA), związany jest z wyższą zawartością nasyconego kwasu palmitynowego oraz niższą nienasyconego kwasu linolowego. Stwierdzono także, że mleko krów o genotypie GC/GC charakteryzuje się wyższym (tj. korzystniejszym do produkcji serów) stosunkiem tłuszczu do białka (Strzałkowska i in. 2005).

Jak widać z przytoczonych przykładów, informacje o polimorfizmie białek mleka są niezwykle pomocne w poprawie cech produkcji u bydła mlecznego. Wykorzystanie technologii genomowej pozwala na uniknięcie długich i kosztownych tradycyjnych metod selekcji.

Laboratorium Genetyki Bydła, pragnąc dać hodowcom jak najwięcej informacji o ich zwierzętach, nieustannie się rozwija. Do tej pory w laboratorium oznaczano pięć cech użytkowych, m.in. beta-kazeinę czy kappa-kazeinę, oraz dwanaście defektów genetycznych, takich jak DUPMS czy deficyt cholesterolu. W najbliższych miesiącach zamierzamy poszerzyć swoją ofertę o oznaczanie nowych szczególnych cech genetycznych, w tym trzy cechy użytkowe omówione powyżej, tj. beta-laktoglobulinę, SCD1 oraz DGAT1.

W nowym raporcie z analizy cech genetycznych znajdzie się również defekt genetyczny – ośla stopa (Mule Foot). Zaburzenie to nazywane jest również syndaktylią, co oznacza „połączony palec”. Dotknięte tą mutacją zwierzęta mają zespolone palce, wykazują różne kulawizny. Mutację tę zidentyfikowano u wielu ras bydła, jednak większość dokumentacji dotyczy jej występowania wśród amerykańskich holsztynów. Zaburzenie to przyciągało uwagę hodowców, gdy byk, który okazał się nosicielem, spłodził ponad 60 tys. chorych cieląt. Ośla stopa dziedziczy się autosomalnie recesywnie, co oznacza, że nosiciele tej cechy nie będą dotknięte chorobą. W rasie holsztyńsko-fryzyjskiej za podstawę molekularną tego zaburzenia podaje się mutację CG na AT w genie LRP4, który ma kluczowe znaczenie dla tworzenia i utrzymywania połączeń nerwowo-mięśniowych. 

1. Zaglool A.W., Awad A., El Araby I. & El-Bayomi, K.M., Association of β–Lactoglobulin gene polymorphism with milk yield, fat and protein in Holstein-Friesian cattle, „World’s Veterinary Journal” 2016, 6(3), 117–122.
2. Strzałkowska N., Siadkowska E., Słoniewski K., Krzyżewski J. & Zwierzchowski L., Effect of the DGAT1 gene polymorphism on milk production traits in Black-and-White (Friesian) cows. [w:] Animal Science Papers and Reports 2005, 23(3), 189–197.