的影响DGAT1 K232A突变和品种在牛牛奶特征人群的埃塞俄比亚
Behailu撒母耳
海驴大地
Hunduma丁卡人1
- 1应用生物学、阿达玛科技大学、阿达玛,埃塞俄比亚
- 2生物和新兴技术研究所、农业生物技术、埃塞俄比亚的亚的斯亚贝巴
保守K232A替换的二酰基甘油酰coa酰基转移酶1 (DGAT1)基因被报道在牛牛奶中解释变异特征。本研究的目的是评估等位基因和基因型频率和评估之间的联系K232A变异和牛奶产量和成分在埃塞俄比亚牛的数量。血液样本的基因组DNA提取和牛奶样品进行分析的牛奶收集组件从92随机选择五埃塞俄比亚品种的牛。Gene-specific引物被用来放大外显子8个地区的278个基点DGAT1。使用权力标记等位基因和基因型频率计算,漠视和SAS软件的函数被用来评估检测遗传变异与牛奶的关联特征。Boran *黑白花牛黑白花奶牛(高频)跨越了每日牛奶产量高于其他品种(p< 0.05),而Boran和Begait品种生产的牛奶脂肪和蛋白质较高的内容(p <0.05),和Horro牛奶乳糖的含量更高,比其他品种的研究(p< 0.05)。K等位基因和基因型AA, KA, KK被检测到。的频率K232范围从0.50 Boran *高频跨越0.97 Horro人口。KK和KA基因型的频率瘤牛人口范围从0.50到0.94,从0.03到0.50,分别。AA基因型与高产奶量Boran *高频十字架,而KA基因型与高产奶量瘤牛群体(p <0.05)。牛奶的脂肪和乳糖内容KA基因型是低于生产牛奶生产KK基因型的遗传组(p< 0.05)。替换K等位基因的一个副本导致显著(p <0.05)脂肪含量增加,高达0.81%,每日牛奶产量下降高达3 L,和乳糖含量的减少抽样数量的0.58%。协会研究证实DGAT1 K232A标记每日牛奶产量有明显影响,牛奶中的脂肪和乳糖含量调查牛。这些结果暗示DGAT1 K232A标记可以用来加速未来的分子育种的奶牛,热带瘤牛、杂交,验证后在一个更大的人口。
介绍
牛热带地区农业面临的挑战日益增长的生产力和盈利能力,以满足不断增长的人口的需求增加。埃塞俄比亚是各种各样的牛种群经历各式各样的严酷的生态环境,但动物遗传改良是稀缺的干预措施。
增加奶量增加是全球奶牛的繁殖的主要目标(梅瑞迪斯et al ., 2012)。然而,新的育种目标,特别是提高牛奶成分特征,是为了回应对人类健康饮食的需求,和牛奶价格的基础系统已经从一个标准的牛奶成分,直接影响农场的财务业绩(Krovvidi et al ., 2013)。
地方品种的性能水平可以通过遗传改良增加牛奶中的性能特征,但有效的遗传改良需要信息遗传变异及其对产奶量的影响。众所周知,基因选择增加等位基因的频率与积极的影响在一个给定的属性(Dekkers 2004)。
通过遗传选择提高生产力是一种常见的世界各地的许多动物育种项目的目标(梅瑞迪斯et al ., 2012;斯瓦米et al ., 2017;海姆et al ., 2019)。多个基因影响经济重要特征在畜牧物种已本地化的数量性状基因座(QTL)定位分散在整个基因组。
在牛品种,二酰基甘油O-acyl转移酶1(DGAT1)基因编码酰基辅酶A:二酰基甘油酰基转移酶,蛋白质参与脂肪代谢(Grisart et al ., 2004;Yu和金斯堡,2004年;科尔曼和Mashek, 2011年;日圆et al ., 2015)。这个基因的重要作用牛奶脂肪的代谢是一个有趣的候选基因操纵的牛奶的特点。的突变,导致赖氨酸在232位置(丙氨酸替代K232A),与动力学的差异酶编码的两个等位变异(Grisart et al ., 2004)。Grisart et al。(2004)证明了赖氨酸变体,它代表了“野生型”,并指定K等位基因,由更高的杰出的最大反应速率比丙氨酸变异酶参与甘油三酯的合成,从而提高动物的奶中的脂肪比例。赖氨酸变体与高脂肪产量和脂肪和蛋白质百分比,而丙氨酸变异会增加牛奶和蛋白质产量(Grisart et al ., 2002;Krovvidi et al ., 2021;Elzaki et al ., 2022;Gothwal et al ., 2022)。
的等位基因频率的分布DGAT1 K232A各黑白花牛种群突变研究和其他外来品种,以及所带来的影响DAGT1多态性对牛奶产量特征研究(Bovenhuis et al ., 2016;Krovvidi et al ., 2021;李et al ., 2021;Gothwal et al ., 2022)。信息的影响DGAT1 K232A在《每日牛奶产量和牛奶组成不同的牛在热带瘤牛品种稀缺及其杂种的人口。的K232A基因型的DGAT1已被证明有重大影响牛奶成分特征在一些热带瘤牛群体,包括苏丹Kenana Butana Butana-Holstein,贝宁牛品种(Rahamattalla et al ., 2015;Houaga et al ., 2017;Houaga et al ., 2018;Elzaki et al ., 2022)。然而,是否知道DGAT1 K232A突变隔离和与产奶量和奶品质性状瘤牛和杂交牛的数量在埃塞俄比亚尚未深入研究。之前提到的标记用于埃塞俄比亚牛的遗传改良生产力,其效果显然应该检查。
埃塞俄比亚是赋予土著牛,如Boran, Begait, Horro, Fogera品种,有前途的产量潜力(Rege说Tawah, 1999;Zerabruk et al ., 2007)。最近的一项研究揭示了多态的性质DGAT1基因在牛种群在埃塞俄比亚(撒母耳et al ., 2022),但进一步的研究的影响DGAT1 K232A对牛奶品质是必需的。突变影响乳制品的检测特征将促进应用分子标记辅助选择,并提供洞察牛奶的遗传学特征关于热带方面适应牛品种。因此,本研究旨在评估牛奶成分变异的等位基因和基因型频率DGAT1 K232A突变并评估两个等位变异的影响每日牛奶产量和牛奶成分牛种群在埃塞俄比亚。
材料和方法
样本收集和DNA提取
动物研究伦理审查委员会进行审核和批准的阿达玛科技大学(证书参考号码RECSoANS /生物/ 07/2021)。所有者的书面知情同意了他们的动物参与这项研究。
总共有92动物从五个牛种群(17 Boran 16 Begait 18 Fogera 17 Horro 24 Boran *高频交叉(75% F1高频* *(高频* Boran)从国有农场在埃塞俄比亚被取样。
Boran牛主要分布在南部的半干旱和干旱地区埃塞俄比亚,肯尼亚北部、西南部和索马里,并大东非瘤牛快速增长著称,牛奶产量高,沉重的入侵。众所周知,他们需要一个平静的环境(Rege说Tawah, 1999)。Horro牛品种广泛分布在西部和西南部埃塞俄比亚。它是桑格牛*瘤牛中间类型和用于牛奶和肉类产量,并提供功率(草案Rege说Tawah, 1999;Edea et al ., 2012;姆瓦伊•et al ., 2015)。Fogera牛品种发现西北高地的埃塞俄比亚和饲养主要乳制品产量和草案的权力。它属于仿佛集团,这是一个介于桑格牛和瘤牛(Rege说Tawah, 1999;Zerabruk et al ., 2007)。Begait品种分组下大东非瘤牛(Rege说Tawah, 1999),主要用于牛奶和肉类产量(Zerabruk et al ., 2007;Assefa重金,2018)。
血液和牛奶样本获得的只有从随机选择和泌乳奶牛采样。研究动物在自然放牧没有集中补充和提高采样同时,消除季节的影响。收集血液样本(4毫升)从每只动物的尾巴头在无菌条件下,轻轻混合乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝剂包含冰放入冰盒。提取的基因组DNA进行了使用盐析萃取过程(Nasiri et al ., 2005)。DNA的质量和它的浓度是评估使用NanoDrop1000分光光度计,在1.5%琼脂糖凝胶电泳。这些DNA样本具有良好的质量和数量是用于扩增和测序。
PCR扩增和测序DGAT1基因区域
基于参考序列(AJ318490)引物设计放大278 - bp片段封闭p。Lys232Ala突变(向前:5′-AAGGCCAAGGCTGGTGAG-3′;反向:5′-GGCGAAGAGGAAGTAGTAG-3′)使用Primer3Plus软件(Rozen Skaletsky, 2000)。进行了PCR的总量25μL包含5 * PCR缓冲(5μL), 1.5毫米MgCl2(3μL) 10毫米混合核苷酸(1μL)正向引物10 pmol /μL(0.5μL),反向引物10 pmol /μL(0.5μL)基因组DNA 25 ng /μL(2μL), Taq DNA聚合酶5 U /μL(0.3μL)和DNAase-free水(12.7μL)。优化热剖面由最初的变性在94°C 3分钟,30个周期在94°C的变性1分钟,退火在57为45°C年代,伸长为1分钟72°C,和最后一个在72°C扩展7分钟。最后,PCR产品可视化后1.7%的琼脂糖凝胶上电泳TAE缓冲区(三羟甲基氨基甲烷基液、乙酸和EDTA) GelRed染色紧随其后。PCR产物测序在ABI 3730测序仪(美国应用生物系统公司,培育城市,CA)使用桑格双脱氧链终止法在建国大学,首尔,韩国。分析了序列和沉积与加入数字ON262825-ON262849基因库。
在清晨和傍晚,牛奶收集样本(50 mL)从每个动物在清洁,干燥,舒服的,牛奶收集瓶的标签。牛奶样本收集mid-milking阶段避免抽样波动牛奶成分数据。没有牛奶收集的动物,在终端或哺乳期的早期阶段。牛奶样品被储存在4°C,然后发送到Holeta乳制品研究实验室的牛奶成分分析。牛奶脂肪的百分比、蛋白质、乳糖、脱脂牛奶固体测定使用Lactoscan超声波分析仪(Milkotronic有限公司新星Zagora,保加利亚)。
数据管理和统计分析
分析之前,所有色谱图可视化和序列片段编辑使用7.0.5.3 Bio-edit版本和一致使用ClustalX2软件包(拉金et al ., 2007)。基因型和等位基因频率计算使用权力标记(3.25版)(刘和缪斯,2005年)。标准错误(SE)等位基因频率的计算(p(1 -p)/ 2n]1/2,在那里n样本大小和吗p等位基因的频率(这位1977年)。
调查类型和繁殖的影响DGAT1基因型对牛奶组件中,我们使用一个广义线性模型(GLM),并使用图基计算之间的区别意味着诚实显著不同(HSD)评估与统计软件SAS 9.3版(SAS 2011)。品种类型和基因型被安装固定的独立变量,而观察到的特征(每日牛奶产量,脂肪比例,蛋白质比例,脱脂固体的百分比,百分比和乳糖)被安装为因变量。固定的影响因素是安装在下面的统计模型:
在哪里Yij是观察到的特征(每日牛奶产量,脂肪比例,蛋白质比例,脱脂固体百分比,或乳糖比例),μ是总体均值,B我的固定效果吗我th品种类型(我= 5),Gj的固定效果吗DGAT1基因型(KK、KA或AA), (B×G)ij是固定的品种和之间的相互影响DGAT1基因型,ϵijk是与每个记录相关的随机的残余。
的定量影响K等位基因的一个副本DGAT1 K232A也被计算。使用线性模型,替代基因型效应的线性回归的等位基因的数量:Yijk=μ+b * x我+eij
在哪里Yij表型观察(牛奶特征)的动物,μ是总体的意思是,x我是理想的等位基因的数量(0、1或2),b是代表等位基因替代效应的回归系数,然后呢eij是一个随机的剩余效应。品种和的结果DGAT1基因型效应提出了作为±SE最小二乘方法。的概率小于0.05被认为是表明一个显著差异。
结果
品种对牛奶产量和组成的影响
在统计上有显著差异的牛奶成分研究中观察到的品种(表1)。Boran低地品种生产牛奶的脂肪含量显著高于其他品种(p< 0.05),而其他低地品种,Begait,生产牛奶蛋白质含量显著升高(p< 0.05)。另一方面,Horro生产牛奶的乳糖含量高于其他品种(p< 0.05)。Begait, Boran Horro品种所有生产的牛奶和脱脂固体含量高于其他品种。
最小二乘方法的牛奶跨品种报告组件表1。Boran *高频跨越了每日牛奶产量高于其他品种(p <0.05)。
表1品种的影响在埃塞俄比亚牛DMY和牛奶成分特征。
等位基因和基因型频率的K232A蛋白变体
的基因型和等位基因频率DGAT1基因在Boran Begait、Horro Fogera, Boran *高频穿越牛了表2。
表2基因型和等位基因频率的外显子8DGAT1基因。
的DGAT1K等位基因,对应于赖氨酸替换,在所有瘤牛群体的等位基因。所有三个可能的基因型DGAT1 K232A观察在Boran *高频十字架,虽然KA基因型成为主流。KK基因型主导Boran和Fogera人口,但在Horro更普遍。在Begait, KA和KK基因型相同的频率分布(图1;表2)。
图1序列的测序痕迹跟踪视图位置10433年和10434年。10433年垂直线表示核苷酸位置。10433年和10434年负责K232A替换。个人突变的位置命名根据基因库中可用的序列(AJ318490)。
的影响DGAT1 K232A变异对每日牛奶产量和组成
变化的DGAT1K232A多态网站表示,这个轨迹可以考虑只在Boran关联研究,Begait, Fogera, Boran *高频十字架。Horro人群,小等位基因频率小于0.1,因此,不符合关联研究(表3)。
表3的影响DGAT1 K232A基因型在DMY和组合特征(平均±SE)。
AA基因型与更大的牛奶产量Boran *高频十字架,而KA基因型与瘤牛群体更大的牛奶产量(p <0.05)。牛奶的脂肪和乳糖内容KA基因型是低于生产牛奶生产KK基因型的遗传组(p< 0.05)。牛奶蛋白和脱脂固体的百分比低于牛奶生产的KA基因型在牛奶生产KK基因型的遗传组(p> 0.05)。
替换的K等位基因显示,即使这种等位基因的一个副本导致显著(p <脂肪含量增加0.05)Boran *高频十字架(0.81%)和蛋白质含量的显著增加(0.32%)Boran品种。相比之下,替换的K等位基因导致每日牛奶产量下降高达3 L Boran *高频十字架和减少在Horro牛牛奶中乳糖含量的0.58%。
讨论
品种对牛奶产量和组成的影响
牛奶脂肪含量的研究范围内的品种是标准的牛奶成分要求牛(3.18% - -6.21%)。瘤牛可以给牛奶含脂肪(7%O’mahony 1988)。显著差异的品种所有牛奶组件的观察研究。类似的研究报道在南非品种对乳成分的影响(Myburgh et al ., 2012)和贝宁牛品种(Houaga et al ., 2017)。Boran牛在埃塞俄比亚提供脂肪含量(6.21%)高于Boran牛在南非(2.68%)和Borgou和白色富拉尼人牛在贝宁(分别为4.78%和4.85%)(Myburgh et al ., 2012;Houaga et al ., 2017)。因此,根据目前的研究,Boran *高频交叉牛为每日牛奶产量,青睐而Boran牛是最好的牛奶脂肪百分比。因此观察品种之间的差异可能是由于遗传背景的差异。然而,另一个变异的原因在牛奶中组件牛品种可以自然放牧的饲料营养成分的差异。研究牛品种在不同农业生态区不同的植物区系成分。牛奶成分可能会受到饲料种类和品种的影响,气候和饲料作物的生长阶段。
等位基因和基因型频率的K232A蛋白变体
分析基因的变异被发现在所有五个品种,因此是等位基因分布特征品种之间的差异。目前的研究表明赖氨酸的变种DGAT1基因,即。,K232等位基因,是常见的Horro、Boran Fogera牛。这是在协议与其他研究Bos indicus品种,其中赖氨酸的频率变体K232范围从0.80到1在非洲四种类型的瘤牛(Banyo Gudali, Kenana, Butana,和白色的富拉尼人)(阿布et al ., 2015;Rahamattalla et al ., 2015;Elzaki et al ., 2022)和三种类型的印度牛(Gir。Sahiwal, Kankrej) (Ganguly et al ., 2013;帕特尔和Chauhan, 2017;Gothwal et al ., 2022),相当的频率K232在Borgou(0.77)和白色富拉尼人(0.92)牛贝宁(Houaga et al ., 2018)。较高的K等位基因频率在埃塞俄比亚这三个品种可能反映了这些品种的特殊适应价值。瘤牛的整体免疫疾病,他们的适应能力和生存在一个粗喂饮食,可能是由于酰基转移酶活性的增加DGAT1基因,DGAT催化视黄醇酯的合成,从而调节合成维生素A。日本漫画和Řiha (2011)良好的协会的报道DGAT1较低的K等位基因在泌乳奶牛体细胞数,在一定程度上解释了本地牛乳腺炎的特殊遗传抗性(刘et al ., 2007)。
在目前的研究中,观察到K等位基因的频率(0.50 - -0.97)高于观察(0.210 - -0.380)在土耳其和欧洲本土牛品种(Kaupe et al ., 2004),除了Modicana和球衣品种(瓦伦蒂et al ., 2019)。本研究的发现表明固定的倾向DGAT1 K等位基因在Horro牛不支持它的使用作为一个可靠的通用标记牛奶产量和组成特征的人口。固定的DGAT1K等位基因在印度ongole和水牛品种所指出的Krovvidi et al。(2021),而Kaupe et al。(2004)发现固定的DGAT1一个等位基因在五牛品种(比利时蓝牛的牛肉,Gelbvieh,赫里福德,Pinzgaurer,和斯拉夫人的Syrmian)。赖氨酸的高比例变体K232观察到在当前的研究中可能导致脂肪含量较高,本地牛在埃塞俄比亚和其他Bos indicus比高频交叉牛品种。赖氨酸的频率变体K232在调查Boran *高频交叉牛相似的研究中发现其他高频人口或十字架,报道范围从0.21到0.63 (Ahani et al ., 2015;阿克于兹et al ., 2015;Komisarek和克里达2016;Bhat et al ., 2017;李et al ., 2020;Krovvidi et al ., 2021)。赖氨酸的频率变体的差异K232品种之间可能源于不同的育种目标和血液水平的贡献相当大的黑白花牛Boran *高频过牛。
等位基因是一种罕见的等位基因在Boran发现,Begait, Fogera Boran *高频十字架。轨迹被认为是最常见的等位基因多态如果有≤0.95,因此不太常见的等位基因频率(轨迹有两个等位基因)的频率≥0.05 (哈特尔和克拉克,1997年)。因此,在目前的研究中,的原因DGAT1轨迹并没有发现Horro牛种群的多态可能是一种动物在抽样人群中有一个等位基因。瘤牛群体的等位基因频率观察相对类似发现在苏丹的土著牛(0.037- - - - - -0.15)(阿布et al ., 2015)。等位基因频率在Boran *高频十字牛高于报道李et al。(2021)在新西兰的猕猴桃横牛和低于Butana-Holstein杂交牛在苏丹(Elzaki et al ., 2022)。再次重申,低一个等位基因频率在本地品种的埃塞俄比亚可能归因于牛牛基因渗入。
KK和KA瘤牛群体中观察到的基因型频率在目前的研究范围从0.50到0.94,从0.03到0.50,分别在大多数与观察到的频率Bos indicus牛(阿布et al ., 2015;Rahamattalla et al ., 2015;Houaga et al ., 2017;Elzaki et al ., 2022)。过多的杂合子在该Boran *高频交叉品种表明,杂合的首选,这可能是自然选择的影响在年的进化,将有效地选择支持或反对多态性。
的影响DGAT1 K232A对每日牛奶产量和组成
协会研究证实DGAT1 K232A标记每日牛奶产量有明显影响和牛奶中的脂肪和乳糖含量调查牛。类似KK基因型对牛奶成分含量的影响特征,和一个更大的AA和KA基因型的影响平均产奶量,曾被观察到在黑白花牛,黑白花牛穿过,球衣和当地克什米尔十字架,黑白花牛*泽十字架,吉尔,Kankrej牛数量在世界不同的地方(Molee et al ., 2012;阿克于兹et al ., 2015;Bhat et al ., 2017;帕特尔和Chauhan, 2017;李et al ., 2021)。
相比之下,日本漫画和Řiha (2011)有报道称,DGAT1K等位基因(赖氨酸变体)与更高的荷斯坦奶牛的产奶量。
替换的K等位基因显示,即使这种等位基因的一个副本导致显著(p <0.01)脂肪和蛋白质含量的增加和减少牛奶产量和乳糖和脱脂固体含量在所有品种。等位基因替换为其它类似的影响Grisart et al。(2002)。他们观察到的等位基因的一个副本替换K等位基因平均产奶量减少了130 L,牛奶脂肪含量平均增加了5.76公斤,在高频,牛奶蛋白减少了2.45公斤的牛,和牛奶产量减少了110 L,牛奶脂肪增加了3.30公斤,并减少了2.48公斤的牛奶蛋白在泽西牛人。此外,增加牛奶产量548公斤和蛋白质产量12.6公斤,伴随着牛奶脂肪减少15.4公斤,据报道在高频动物的等位基因的纯合子DGAT1基因(Hradecka et al ., 2008)。
结论
我们的结果表明,Boran *高频交叉牛是最好的品种的每日牛奶产量,而Boran奶牛是最好的牛奶脂肪百分比。K等位基因和基因型KK瘤牛群体中流行。整体多样性指数显示DGAT1位点的多态Boran、Begait Fogera, Boran *高频穿越人群。协会研究证实DGAT1 K232A标记对每日牛奶产量具有重要的影响,牛奶脂肪和乳糖含量Boran, Begait, Fogera和Boran *高频穿过人群。的DGAT1 K232A标记可以用于育种和提高牛奶产量和成分特征在当地牲畜种群在埃塞俄比亚验证后一个更大的人口。
数据可用性声明
在这项研究中提出的数据集可以在网上找到https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/在加入ON262825-ON262849数量。
道德声明
动物研究伦理审查委员会进行审核和批准的阿达玛科技大学(证书参考号码RECSoANS /生物/ 07/2021)。所有者的书面知情同意了他们的动物参与这项研究。动物样本获得符合当地/国家法律在取样的时候。数据交换是按照国家和国际规定,并经业主批准。涉及样本收集过程遵循指令2010/63 /欧盟的建议。所有方法都是按照指导方针和有关规定进行。所有作者给了他们的知情同意前纳入研究。
作者的贡献
概念化:BS、人类发展指数和。注重科技进步数据管理:BS。形式分析:BS。资金收购:BS。调查:废话。方法:BS、人类发展指数和。注重科技进步项目管理:废话。资源:BS、人类发展指数和。注重科技进步监督:人类发展指数和;注重科技进步可视化:BS。 Writing – original draft: BS. Writing – review and editing: BS, HDi, and HDa. All authors contributed to the article and approved the submitted version.
确认
本研究工作得到了埃塞俄比亚教育部数据收集和韩国建国大学的测序。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:DGAT1 K232A、埃塞俄比亚牛、频率分布、产奶量、牛奶质量
引用:塞缪尔·B,大地H和丁卡人H(2023)的影响DGAT1 K232A突变和品种在牛牛奶特征人群的埃塞俄比亚。前面。动画。科学。4:1096706。doi: 10.3389 / fanim.2023.1096706
收到:2022年11月12日;接受:2023年4月3日;
发表:2023年5月01。
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