ВЛИЯНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ НА КАЧЕСТВО МЯСА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

УДК 636.2.082

Ибрагимов Э. О.

Эксперт в области растениеводства и животноводства Заместитель генерального директора крестьянского хозяйства Акма-Тараз Республика Казахстан,

г. Тараз

ВЛИЯНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ НА КАЧЕСТВО МЯСА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

Аннотация

В этом исследовании изучается влияние генетического отбора на качество мяса мясного скота, особое внимание уделяется интеграции диетических факторов и передовых геномных инструментов. Используя такие методы, как полногеномные исследования ассоциаций (GWAS), маркерную селекцию (MAS), геномную селекцию (GS), эпигенетические исследования и транскриптомный анализ, исследование направлено на выяснение генетической архитектуры, влияющей на качественные характеристики мяса. Ключевые результаты показывают значительную взаимосвязь между генетикой и диетой, демонстрируя, что адаптированные стратегии питания могут повысить генетический потенциал для желаемых качеств. Было показано, что эпигенетические модификации, особенно метилирование ДНК, оказывают длительное влияние на экспрессию генов под влиянием пренатального питания. В исследовании делается вывод, что целостный подход, сочетающий генетический отбор и точное управление рационом, имеет важное значение для оптимизации качества мяса и эффективности производства. Это исследование дает новое понимание взаимодействий генов и окружающей среды, влияющих на мясной скот, подчеркивая важность интегрированных методов разведения и управления для устойчивого животноводства.

Ключевые слова:

генетическая селекция, мясной скот, качество мяса, полногеномные ассоциативные исследования, маркерная селекция, геномная селекция, эпигенетика, транскриптомный анализ, диета, взаимодействие генов и окружающей среды.

Ibragimov E.O.

Expert in crop and livestock production Deputy General Director of the Akma-Taraz peasant farm,

Republic of Kazakhstan, Taraz

THE INFLUENCE OF GENETIC SELECTION ON THE QUALITY OF CATTLE MEAT

Abstract

This study investigates the impact of genetic selection on beef cattle meat quality, emphasizing the integration of dietary factors and advanced genomic tools. Utilizing methods such as genome-wide association studies (GWAS), marker-assisted selection (MAS), genomic selection (GS), epigenetic studies, and transcriptomic analysis, the research aims to elucidate the genetic architecture influencing meat quality traits. Key findings reveal significant interactions between genetics and diet, demonstrating that tailored nutritional strategies can enhance genetic potential for desirable traits. Epigenetic modifications, particularly DNA methylation, were shown to have lasting impacts on gene expression, influenced by prenatal nutrition. The study concludes that a holistic approach combining genetic selection and precise dietary management is essential for optimizing meat quality and production efficiency. This research contributes novel insights into the gene-environment interactions affecting beef cattle, highlighting the importance of integrated breeding and management practices for sustainable livestock production.

Keywords:

genetic selection, beef cattle, meat quality, genome-wide association studies, marker-assisted selection, genomic selection, epigenetics, transcriptomic analysis, diet, gene-environment interaction

Введение

Генетический отбор в животноводстве существенно изменил ситуацию в производстве говядины, оказав непосредственное влияние на качество мяса. Этот сложный процесс включает в себя идентификацию и распространение желаемых генетических признаков для улучшения определенных свойств говядины, таких как нежность, мраморность и общий вкусовой профиль [1]. Актуальность этой темы обусловлена растущим спросом на высококачественные мясные продукты на мировом рынке, что требует совершенствования методов селекции для удовлетворения ожиданий потребителей и отраслевых стандартов.

Генетический отбор, или селекционное разведение, является основой современного управления животноводством, в котором используются геномные инструменты для выявления благоприятных аллелей, связанных с превосходными характеристиками мяса. Появление таких технологий, как полногеномные исследования ассоциаций (GWAS) и селекция с помощью маркеров (MAS), произвело революцию в точности и эффективности генетических улучшений. Сложность характеристик качества говядины, на которую влияет множество генетических факторов и факторов окружающей среды, подчеркивает необходимость комплексного подхода, сочетающего в себе геномику, питание и методы управления.

Основная цель этого исследования — выяснить механизмы, с помощью которых генетический отбор влияет на качество говядины, с упором на выявление ключевых генетических маркеров и их взаимодействия с фенотипическими признаками. В частности, данное исследование направлено на:

•Анализ генетической архитектуры качественных показателей говядины с помощью высокопроизводительного секвенирования и GWAS.

• Исследовать корреляцию между конкретными генетическими полиморфизмами и фенотипическими проявлениями качеств мяса, таких как нежность и мраморность.

•Оценить эффективность отбора с помощью маркеров в повышении качества мяса различных пород крупного рогатого скота.

• Оценить роль эпистатических взаимодействий и плейотропных эффектов в генетической регуляции качественных показателей мяса.

Гипотеза, выдвинутая в этом исследовании, заключается в том, что определенные генетические маркеры, выбранные с помощью передовых геномных методов, значительно улучшают качество говядины за счет улучшения таких ключевых показателей, как нежность, мраморность и содержание внутримышечного жира. Эта гипотеза подтверждается предыдущими исследованиями, указывающими на прочную генетическую основу этих признаков и предполагающими, что целенаправленное разведение может привести к существенному улучшению качества мяса.

При изучении влияния генетического отбора крайне важно учитывать как прямые генетические эффекты, так и взаимодействия между множеством локусов, которые могут способствовать общему фенотипическому выражению. Например, роль генов CAPN1 и CAST в обеспечении нежности мяса хорошо известна, причем полиморфизмы в этих генах коррелируют с изменениями текстуры говядины. Аналогично ген MSTN, связанный с ростом мышц, влияет как на состав туши, так и на качество мяса.

Подводя итог, можно сказать, что сложная взаимосвязь между генетикой и качеством мяса мясного скота — это многогранная тема, требующая углубленного геномного анализа и надежных стратегий разведения. Используя передовые геномные инструменты и методы, это исследование направлено на раскрытие генетических основ превосходного качества говядины, открывая путь для

усовершенствованных программ селекции, отвечающих растущим потребностям мясной промышленности. Ожидается, что полученные результаты дадут ценную информацию о генетических механизмах, определяющих качество мяса, и предложат практическое применение как селекционерам, так и генетикам.

Генетический отбор и его влияние на геном мясного скота

Процесс генетического отбора фундаментально меняет геномный ландшафт мясного скота, управляя распространением благоприятных признаков из поколения в поколение. Эта генетическая скульптура — не просто теоретическая конструкция, а яркая реальность, о чем свидетельствуют ощутимые улучшения качества мяса и продуктивности. Генетический отбор действует на молекулярном уровне, нацеливаясь на определенные аллели и генетические области, которые усиливают желаемые фенотипические признаки. Взаимодействие генетического отбора с геномом крупного рогатого скота подчеркивает динамический процесс, в котором давление отбора приводит к геномной адаптации.

Генетический отбор с помощью таких методов, как GWAS и MAS, нацелен на определенные области генома, связанные с полезными признаками. Эти методы открыли важную информацию о том, как давление отбора формирует геномные области, что привело к идентификации сигнатур отбора. Например, Моравчикова и др. провели обширное полногеномное сканирование нескольких пород крупного рогатого скота, выявив значительные признаки отбора на аутосомах 2, 6, 7, 13 и 20. Эти регионы содержат такие гены, как KIT, GHR и MSTN, которые связаны с мышцами, развитием, нежностью мяса и содержание внутримышечного жира [1].

Влияние генетического отбора на геном крупного рогатого скота можно визуализировать с помощью хромосомных карт, выделяющих области с высоким неравновесием по сцеплению. Эти регионы часто указывают на области, где отбор снизил генетическую изменчивость, что является признаком сильного давления отбора. Ниже приведена иллюстративная хромосомная карта, изображающая важные SNP, связанные с характеристиками качества мяса, демонстрирующая геномное влияние отбора:

Рисунок 1 - Распределение частот минорных аллелей (MAF) по аутосомному геному изучаемых пород [1]

SNP = однонуклеотидные полиморфизмы

Одним из ярких примеров является ген миостатина (MSTN), который играет решающую роль в мышечной гипертрофии. Варианты MSTN связаны с фенотипом «двойной мускулатуры», особенно у таких

пород, как бельгийская голубая и пьемонтская. Этот фенотип является результатом мутации, которая подавляет нормальную функцию миостатина, что приводит к чрезмерному росту мышц и, как следствие, к более высокому выходу мяса и изменению качества мяса [1].

Ген CAPN1, кодирующий мю-кальпаин, является еще одним важным фактором генетического отбора. Полиморфизмы этого гена в значительной степени связаны с нежностью мяса, ключевым показателем качества при производстве говядины. Выбор благоприятных аллелей CAPN1 приводит к улучшению текстуры мяса за счет модуляции протеолитического распада мышечных волокон после убоя. Эта геномная адаптация подтверждается данными Сан и др., которые выявили значительные SNP в CAPN1, коррелирующие с повышенной нежностью мяса у китайского симментальского крупного рогатого скота [2].

Рисунок 2 - Идентификация и генотипирование SNP в генах CAPN1 и CAST крупного рогатого скота методом PCR-SSCP. (a-c) Характер электрофореза и результаты секвенирования CAPN1 4558 A> G,

CAPN1 4684 C > T и CAST 596 T>C соответственно [2]

Помимо отдельных генов, полигенная природа качественных показателей мяса требует более широкой геномной перспективы. Взаимодействие множества генов и их эпистатические взаимодействия существенно влияют на фенотипические результаты. Например, интеграция GWAS и анализа нескольких признаков, проведенная Резенде и др. выявили плейотропные эффекты у помесного крупного рогатого скота Ангус-Брахман, указывая на то, что отдельные геномные области могут влиять на несколько признаков одновременно [3].

Еще одним важным геном является LEP, который кодирует лептин, гормон, регулирующий энергетический баланс и накопление жира. Исследования Седых и др. продемонстрировали, что полиморфизмы гена лептина связаны с изменениями в отложении жира и массе туши, что делает его ценным маркером для повышения качества мяса посредством селекционного разведения [4].

На жировой обмен, важный фактор, определяющий качество мяса, влияет также ген SCD, который участвует в биосинтезе мононенасыщенных жиров. Мванги и др. рассмотрели генетические и пищевые факторы, влияющие на качество мяса, подчеркнув роль гена SCD в улучшении вкуса и нежности мяса [5].

Ген рецептора гормона роста (GHR) является еще одним важным маркером, связанным с особенностями роста и качеством мяса. Полиморфизмы GHR связаны с различиями в темпах роста и характеристиках туши, что влияет на общее качество говядины. Исследования показали, что определенные аллели гена GHR способствуют усилению мышечного роста и улучшению характеристик туши [2].

В следующей таблице обобщены ключевые генетические маркеры и связанные с ними характеристики, что дает краткий справочник для исследователей и селекционеров:

Таблица 1

Гены и их влияние [1-5]

Ген Влияние

CAPN1 Нежность мяса

CAST Нежность мяса

LEP Отложение жира

SCD Метаболизм жиров

GHR Рост гормона

KIT Окраска шерсти, развитие мышц

MSTN Гипертрофия мышц

FABP4 Метаболизм жиров

IGF2 Рост и развитие

IGF2R Контроль гена ЮР2

Эта таблица подчеркивает генетическое разнообразие и значительное количество полиморфизмов внутри этих генов, подчеркивая их важность для улучшения качества говядины. Идентификация и использование этих генетических маркеров в программах селекции позволяют использовать более целенаправленные и эффективные стратегии селекции, что в конечном итоге повышает качество мяса и отвечает потребностям отрасли.

Взаимодействие между генетикой и диетой

Взаимодействие между генетикой и рационом существенно влияет на продуктивность мясного скота, что имеет серьезные последствия для качества мяса и эффективности производства. Понимание того, как взаимодействуют эти факторы, помогает оптимизировать стратегии разведения и кормления для улучшения желаемых качеств.

Генетический отбор направлен на усиление определенных признаков, но диета может модулировать проявление этих генетических потенциалов. Мванги и др. изучили влияние выпаса на тропических пастбищах и пищевых добавок на продуктивность мясного скота и качество мяса. Исследование показало, что высококачественные бобовые корма и высокоэнергетические рационы на откормочных площадках улучшают вкус, нежность и сочность мяса за счет увеличения внутримышечного отложения жира и профиля жирных кислот [5].

Взаимодействие генотипа и окружающей среды играет решающую роль в определении продуктивности крупного рогатого скота. Хэй и Робертс исследовали эти взаимодействия на сложной породе мясного скота. Они оценивали крупный рогатый скот в различных условиях питания до и после отъема, продемонстрировав значительный генотип в зависимости от взаимодействия с окружающей средой по таким признакам, как среднесуточный привес (ADG) и процент внутримышечного жира (IMF). Генетические корреляции ADG и IMF в разных средах различались, что указывает на то, что на генетическую экспрессию влияет контекст питания [6,7].

Рисунок 3 - Расчетная племенная ценность для 10 случайных животных для ADG, YW, FAT и IMF в различных средах с использованием модели с несколькими признаками. По оси Y — расчетная племенная ценность, а по оси X — среднее значение для каждой среды. [6]

Эпигенетические изменения — это еще один уровень, на котором диета влияет на экспрессию генов. Девос и др. исследовали закономерности метилирования ДНК у мясного скота с различным генетическим потенциалом в отношении остаточного потребления корма ^1) и пренатального рациона. Они обнаружили, что пренатальное питание и генетический отбор на RFI вызывают тканеспецифические и возрастные закономерности метилирования в таких генах, как ^2 и IGF2R, которые имеют решающее значение для роста и развития [8].

Ниже представлена таблица, суммирующая основные результаты недавних исследований взаимодействия генетики и диеты:

Таблица 2

Взаимодействия генетики и диеты [5,6,8]

Исследование Генетические Факторы Диетические Факторы Ключевые Выводы

Мванги и др. Стеароил-КоА десатураза, FABP4 Тропические корма, диеты с высоким содержанием энергии Улучшенный вкус мяса, нежность и сочность за счет увеличенного отложения жира

Хэй и Робертс Композитная порода (Red Angus, Charolais, Tarentaise) Маргинальное и адекватное питание Значительное взаимодействие генотипа и окружающей среды для ADG и IMF

Девос и др. IGF2, IGF2R Низкая и умеренная пренатальная диета Пренатальное питание и генетический отбор влияют на метилирование ДНК и рост

Взаимодействие между генетикой и рационом питания является сложным, но важным аспектом содержания мясного скота. Генетический отбор обеспечивает проект, а диета действует как скульптор, модулируя проявление генетических признаков. Понимая и оптимизируя эти взаимодействия, селекционеры могут повысить качество мяса и эффективность производства, обеспечивая устойчивую и прибыльную мясную промышленность.

Передовые методы генетического анализа

Взаимодействие между генетикой и диетой раскрывает сложность признаков и их проявления у мясного скота. Чтобы понять эти черты и эффективно манипулировать ими, необходимы современные методы генетического анализа, так как они дают детальное представление о генетической архитектуре и позволяют осуществлять точный отбор желаемых признаков.

Так, например, для выявления генетических вариантов, связанных с экономически важными признаками применяются полногеномные ассоциативные исследования (GWAS). Они предполагают сканирование всего генома для поиска SNP, которые связанны с определенными фенотипическими признаками. Например, GWAS, проведенный Ван и др. у китайского симментальского мясного скота идентифицировали новые гены, участвующие в генотипе, путем взаимодействия с окружающей средой, определяющего массу туши и массу костей, подчеркивая значительную роль факторов окружающей среды в экспрессии генов [9].

Следующий метод маркер-ассистированная селекция (MAS) использует генетические маркеры для отбора животных с желаемыми признаками. Так, данный метод способен повысить эффективность программ разведения, фокусируясь на конкретных аллелях, связанных с такими признаками, как качество мяса и устойчивость к болезням. Это подтверждается в работе Торрес-Васкес и др., которые продемонстрировали использование MAS для повышения эффективности кормления и улучшения характеристик туши у австралийского ангусского скота, где была заметна сильная генетическая корреляция между потреблением корма и характеристиками роста [10].

Также существует геномная селекция (GS), которая использует геномные данные для прогнозирования племенной ценности животных. Что включает в себя расчет геномной оценки племенной ценности (GEBV), содержащая информацию из тысяч SNP по всему геному. В работе Хэй и Робертс использовали GS для оценки генотипа по взаимодействию с пренатальной пищевой средой, обнаружив значительные генетические различия в характеристиках роста при различных пренатальных диетах [7].

Четвертый рассматриваемый метод, эпигенетические исследования, сосредоточен на изменениях в экспрессии генов, которые не связаны с изменениями последовательности ДНК. Они предназначены для понимания того, как факторы окружающей среды, такие как диета, влияют на экспрессию генов

посредством таких механизмов, как метилирование ДНК. Это подтверждается в работе Девос и др. Они изучили эпигенетические модификации у мясного скота с различным пренатальным рационом и генетическим потенциалом потребления остаточного корма, выявив тканеспецифичные и возрастные закономерности метилирования [8].

Последний рассматриваемый метод заключается в транскриптомном анализе уровня экспрессии транскриптов РНК, чтобы понять функцию и регуляцию генов. В данном методе дается представление о том, как гены экспрессируются в различных условиях. Например, Оффрет и др. использовали транскриптомный анализ для выявления генетических способностей микробов в микробиоме рубца, которые влияют на эффективность кормления мясного скота, демонстрируя сложные взаимодействия между генетикой хозяина и микробными сообществами [11].

Таким образом, передовые методы генетического анализа, такие как GWAS, MAS, GS, эпигенетические исследования и транскриптомный анализ, имеют решающее значение для анализа генетической основы экономически важных признаков мясного скота. Эти методы позволяют использовать более точные и эффективные стратегии разведения, что в конечном итоге приводит к улучшению качества мяса, эффективности кормления и общей продуктивности при производстве говядины.

Заключение

В заключение отметим, что конвергенция генетического отбора, диетического питания и передовые геномные инструменты знаменуют собой значительный прогресс в мясном скотоводстве. Результаты, полученные в результате этого исследования, подчеркивают важность многогранного подхода, объединяющего генетические, эпигенетические факторы и факторы окружающей среды для достижения превосходного качества мяса и эффективности производства. Применяя эти передовые методологии, мясная промышленность готова удовлетворить растущий спрос на высококачественные мясные продукты, одновременно продвигая устойчивые и эффективные методы производства.

Значение этих результатов выходит за рамки непосредственного практического применения. Они способствуют более широкому научному пониманию того, как сложные черты определяются взаимодействием генетики и окружающей среды. Эти знания могут способствовать инновациям в управлении животноводством, причем не только в мясном скотоводстве, но и в различных секторах сельского хозяйства. Более того, принципы, изложенные здесь, могут использоваться в программах разведения других видов, способствуя более интегрированному подходу к животноводству.

Список использованной литературы:

1. Moravcikova N. et al. Analysis of selection signatures in the beef cattle genome. - 2019.

2. Sun X. et al. Effects of polymorphisms in CAPN1 and CAST genes on meat tenderness of Chinese Simmental cattle //Archives animal breeding. - 2018. - Т. 61. - №. 4. - С. 433-439.

3. Rezende F. M. et al. Genomic approaches reveal pleiotropic effects in crossbred beef cattle //Frontiers in Genetics. - 2021. - Т. 12. - С. 627055.

4. Sedykh T. A. et al. Effects of leptin gene polymorphism on beef cattle performance //Russian agricultural sciences. - 2020. - Т. 46. - С. 614-618.

5. Mwangi F. W. et al. Diet and genetics influence beef cattle performance and meat quality characteristics //Foods. - 2019. - Т. 8. - №. 12. - С. 648.

6. Hay E. H., Roberts A. Genotypex prenatal and post-weaning nutritional environment interaction in a composite beef cattle breed using reaction norms and a multi-trait model //Journal of animal science. - 2018. -Т. 96. - №. 2. - С. 444-453.

7. Roberts A. et al. Genomic evaluation of genotype by prenatal nutritional environment interaction for maternal traits in a composite beef cattle breed //Livestock Science. - 2019. - Т. 229. - С. 118-125.

8. Devos J. et al. Genetic potential for residual feed intake and diet fed during early-to mid-gestation influences post-natal DNA methylation of imprinted genes in muscle and liver tissues in beef cattle //Journal of Animal Science. - 2021. - Т. 99. - №. 5. - С. skab140.

9. Wang X. et al. Identifying novel genes for carcass traits by testing Gx E interaction through genome-wide meta-analysis in Chinese Simmental beef cattle //Livestock science. - 2018. - Т. 212. - С. 75-82.

10.Torres-Vazquez J. A., van der Werf J. H. J., Clark S. A. Genetic and phenotypic associations of feed efficiency with growth and carcass traits in Australian Angus cattle //Journal of Animal Science. - 2018. - Т. 96. - №. 11. -С. 4521-4531.

11.Auffret M. D. et al. Identification of microbial genetic capacities and potential mechanisms within the rumen microbiome explaining differences in beef cattle feed efficiency //Frontiers in microbiology. - 2020. - Т. 11. - С. 527770.

© Ибрагимов Э.О., 2024

УДК 63

Тагангельдиева Н.,

Начальник отдела Министерства сельского хозяйства Туркменистана,

г. Ашхабад, Туркменистан

ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЮРЕ ИЗ ГРУШИ И АЙВЫ

Аннотация

В данной статье представлены особенности разработки технологии приготовления пюре из груши и айвы. Описаны основные этапы технологического процесса, включая подготовку сырья, его измельчение, термическую обработку, гомогенизацию, фасование и хранение. Проанализированы факторы, влияющие на качество пюре, такие как сорт плодов, степень их зрелости, условия хранения и технологические параметры обработки. Предложены рекомендации по оптимизации технологии с целью получения пюре высокого качества с сохранением вкусовых, ароматических и питательных свойств.

Ключевые слова

груша, айва, пюре, технология, качество, соотношение, варка, измельчение, гомогенизация, фасование, хранение.

Tagangeldieva N.,

Head of the Department of the Ministry of Agriculture of Turkmenistan,

Ashgabat, Turkmenistan

FEATURES OF THE DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR MAKING MASHED PEARS AND QUINCES

Annotation

This article presents the features of the development of technology for making mashed pears and quinces. The main stages of the technological process are described, including the preparation of raw materials, its grinding, heat treatment, homogenization, packing and storage. The factors influencing the quality of the puree, such as the variety of fruits, their degree of maturity, storage conditions and processing technological parameters, are analyzed. Recommendations for optimizing the technology in order to obtain high-quality purees while preserving their taste, aromatic and nutritional properties are proposed.