Роль генов соматотропной оси в регуляции продуктивных качеств молочного и мясного скота (обзор)

Соматотропин играет важную роль в регулировании процессов роста, метаболизма и развития у крупного рогатого скота. Этот гормон действует через сложную сеть белковых взаимодействий, известную как соматотропная ось, которая отвечает за координацию обмена веществ и различных физиологических процессов у млекопитающих.

Цель обзора – систематизировать современные данные о влиянии генов соматотропной оси (GH, GHR, IGF-1 и др.) на продуктивные качества крупного рогатого скота (молочную и мясную продуктивность), а также оценить перспективы их использования в селекционных программах животноводства. Множество аллельных вариантов генов, ассоциированных с соматотропной осью, оказывает значительное влияние на ключевые экономические показатели, такие как молочная продуктивность и состав молока, характеристики туши, уровень мясной продукции и репродуктивные способности животных. Генетические варианты гена GH влияют на такие параметры, как удой, содержание жира и белка в молоке, продолжительность лактации. Некоторые генотипы, например GH^LL, способны обеспечить более высокий удой, однако они характеризуются пониженным содержанием жира и белка. В то же время другие генотипы, такие как GH^VL, могут повышать содержание жира в молоке, но одновременно снижать общий удой. Взаимодействия GH с другими генами также играют важную роль в определении молочной продуктивности. В этом контексте рекомбинантный соматотропин активно используется для повышения продуктивных характеристик у коров, особенно в молочном скотоводстве. Применение рекомбинантного соматотропина крупного рогатого скота (rBGH) в кормлении коров в средние и поздние периоды лактации способствует активации механизмов, которые влияют на увеличение молочной и мясной продуктивности. Несмотря на существующие обширные данные, исследования генетической изменчивости гена гормона роста у различных пород крупного рогатого скота остаются актуальными и востребованными. В этом контексте разработка персонализированных схем применения rBGH, учитывающих генетические особенности животных, направлена на повышение продуктивности при сохранении их здоровья и качества продукции, что требует комплексных исследований для определения оптимальных дозировок, режимов введения и оценки их влияния на физиологическое состояние животных различных генотипов в течение продуктивного цикла.

1. Бейшова И. С. Фенотипические эффекты генов соматотропинового каскада, ассоциированных с мясной продуктивностью у коров казахской белоголовой породы. Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2018;(1):48–53. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=35019210 EDN: OTEFVL

2. Bordonaro S., Tumino S., Marletta D., De Angelis A., Di Paola F., Avondo M., Valenti B. Effect of GH p.L127V Polymorphism and Feeding Systems on Milk Production Traits and Fatty Acid Composition in Modicana Cows. Animals. 2020;10(9):1651. DOI: https://doi.org/10.3390/ani10091651

3. Balogh O., Kovacs K., Kulcsar M., Gáspárdy A., Zsolnai A., Kátai L. et al. AluI polymorphism of the bovine growth hormone (GH) gene, resumption of ovarian cyclicity, milk production and loss of body condition at the onset of lactation in dairy cows. Theriogenology. 2009;71(4):553–559. DOI: https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2008.06.032

4. Шевцова А. А., Климов Е. А., Ковальчук С. Н. Обзор вариабельности генов, связанных с молочной продуктивностью крупного рогатого скота. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018;(11-1):194–200. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=36493474 EDN: YOWPLF

5. Ткаченко И. В., Гридина С. Л. Влияние полиморфных вариантов генов каппа-казеина и гормона роста на молочную продуктивность первотелок уральского типа. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2018;(5):87–95. DOI: https://doi.org/10.26897/0021-342X-2018-5-87-95 EDN: YQVNSX

6. Сабетова К. Д., Чаицкий А. А., Лемякин А. Д., Щеголев П. О. Продуктивные признаки коров чёрнопёстрой породы с разными комплексными генотипами по генам GH и TG в условиях племрепродукторов Костромской области. Вестник АПК Верхневолжья. 2023;(3(63)):49–59. DOI: https://doi.org/10.35694/YARCX.2023.63.3.006 EDN: RMVSIM

7. Долматова И. Ю., Ильясов И. Г. Полиморфизм гена гормона роста крупного рогатого скота в связи с молочной продуктивностью. Генетика. 2011;47(6):814–820. DOI: https://doi.org/10.1134/S1022795411060081 EDN: NWCKGB

8. Шайдуллин Р. Р., Загидуллин Л. Р., Ахметов Т. М., Халилова Г. Х. Оценка молочной продуктивности холмогорских коров с аллельными вариантами генов пролактина и соматотропина. Аграрный научный журнал. 2022;(3):75–78. DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2022i3pp75-78 EDN: LBZXAT

9. Ялуга В. Л., Прожерин В. П., Хабибрахманова Я. А., Калашникова Л. А., Багаль И. Е. Полиморфизм генов CSN3, LGB, PRL, GH, LEP у холмогорских коров. Молочное и мясное скотоводство. 2018;(4):5–8. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35325822 EDN: XULDBR

10. Повозникова М. В., Тулинова О. В., Погорельский И. А., Сердюк Г. Н. Генетическая структура айрширского скота по однонуклеотидным ДНК-маркерам и влияние их генотипов на молочную продуктивность. Генетика и разведение животных. 2015;(2):22–27. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24389576 EDN: UNSQOD

11. Михайлова М. Е., Белая Е. В. Влияние полиморфных вариантов генов соматотропинового каскада bGH, bGHR и bIGF-1 на признаки молочной продуктивности у крупного рогатого скота голштинской породы. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2011;55(2):63–69. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30053537 EDN: ZHREYR

12. Сафина Н. Ю., Гилемханов И. Ю., Зиннатова Ф. Ф., Шакиров Ш. К. Характеристика молочной продуктивности коров-первотёлок с разными генотипами соматотропина (GH). Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019;14(3):58–61. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5db9535ed384a3.87060395 EDN: RPJVBP

13. Перчун А. В., Лазебная И. В., Белокуров С. Г., Рузина М. Н., Сулимова Г. Е. Полиморфизм генов CSN3, bPRL и bGH у коров костромской породы в связи с показателями молочной продуктивности. Фундаментальные исследования. 2012;(11–2):304–308. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18318436 EDN: PKWKUH

14. Михалюк А. Н., Танана Л. А., Кузьмина Т. И. Ассоциация комплекса полиморфных вариантов генов DGAT1, GH, PRL и BLG с показателями молочной продуктивности коров голштинской породы молочного скота отечественной селекции. Генетика и разведение животных. 2023;(1):74–83. DOI: https://doi.org/10.31043/2410-2733-2023-1-74-83 EDN: HOYEXJ

15. Танана Л. А. Вертинская О. В., Кизилевич К. О., Лебедько Е. Я. Убойные и качественные показатели мяса герефордских быков в зависимости от генотипов гена соматотропина. Вестник Брянской ГСХА. 2019;(6(76)):40–44. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41466924 EDN: XHRYBT

16. Sedykh T. A. Association between gene polymorphism of growth hormone and growth performance of meat bulls. Nauka i studia. 2016;23:10–13.

17. Pal A., Chakravarty A. K. Mutations in growth hormone gene affect stability of protein structure leading to reduced growth, reproduction, and milk production in crossbred cattle–an insight. Domestic Animal Endocrinology. 2020;71:106405. DOI: https://doi.org/10.1016/j.domaniend.2019.106405

18. Некрасов А. А., Попов А. Н., Попов Н. А., Федотова Е. Г. Влияние полиморфизма генов молочных белков и гормонов на энергию роста телок черно-пестрой голштинской породы. Таврический научный обозреватель. 2016;(5-2(10)):91–95. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=26249580 EDN: WCKXKH

19. Урядников М. В., Улубаев И. Х. Оценка аллелей и генотипов соматотропина по полиморфизму и живой массе коров черно-пестрой породы. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011;(3(77)):80–83. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15615380 EDN: NDSMTJ

20. Ярышкин А. А., Шаталина О. С., Лешонок О. И. Ассоциации полиморфных вариантов гена соматотропина с хозяйственно-ценными показателями коров. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2021;(2):60–70. DOI: https://doi.org/10.26897/0021-342X-2021-2-60-70 EDN: WKTPCT

21. Ferchichi M. A., Jemmali B., Bel Larbi M., Ben Gara A. Genetic polymorphism of the growth hormone (GH) gene and its effect on the incidence of lameness in dairy cows in Tunisia. Journal of new scinces. 2021;81(2):4696–4701. URL: https://www.jnsciences.org/agri-biotech/116-volume-81/665-genetic-polymorphismof-the-growth-hormone-gh-gene-and-its-effect-on-the-incidence-of-lameness-in-dairy-cows-in-tunisia.html

22. Bangar Y. C., Magotra A., Yadav A. S., Patil C. S. Meta-analysis of MspI derived variants of growth hormone gene associated with milk yield in dairy cattle. Growth Hormone & IGF Research. 2022;63:101459. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ghir.2022.101459

23. Sachan S., Gupta I. D., Verma A., Vineeth M. R., Sinha R. Growth hormone-Msp1 loci polymorphism and its association with first lactation traits in Sahiwal cattle. Indian Journal of Animal Sciences. 2020;90(4):655–657. DOI: https://doi.org/10.56093/ijans.v90i4.104226

24. El-Nahas A., Basiony W. M., El-Kassas S., Mahmoud S. Variation in the Genetic Effects of ABCG2, Growth Hormone and Growth Hormone Receptor Gene Polymorphisms on Milk Production Traits in Egyptian Native, Holstein and Hybrid Cattle Populations. Pakistan Veterinary Journal. 2018;38(4):371–376. DOI: https://doi.org/10.29261/pakvetj/2018.089

25. Keogh K., Waters S. M., Kelly A. K., Wylie A. R. G., Kenny D. A. Effect of feed restriction and subsequent re-alimentation on hormones and genes of the somatotropic axis in cattle. Physiol Genomics. 2015;47(7):264–273. DOI: https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00134.2014

26. Hax L. T., Schneider A., Jacometo C. B., Mattei P., Casarin da Silva T., Farina G., Corrêa M. N. Association between polymorphisms in somatotropic axis genes and fertility of Holstein dairy cows. Theriogenology. 2017;88:67–72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2016.03.044

27. Lucy M. C., Verkerk G. A., Whyte B. E., Macdonald K. A., Burton L., Cursons R. T. et al. Somatotropic axis components and nutrient partitioning in genetically diverse dairy cows managed under different feed allowances in a pasture system. Journal of Dairy Science. 2009;92(2):526–539. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2008-1421

28. Zheng W., Leng X., Vinsky M., Li C., Jiang H. Association of body weight gain with muscle, fat, and liver expression levels of growth hormone receptor, insulin-like growth factor I, and beta-adrenergic receptor mRNAs in steers. Domestic Animal Endocrinology. 2018;64:31–37. DOI: https://doi.org/10.1016/j.domaniend.2018.03.008

29. Mense K., Meyerholz M., Gil Araujo M., Lietzau M., Knaack H., Wrenzycki C. The somatotropic axis during the physiological estrus cycle in dairy heifers – Effect on hepatic expression of GHR and SOCS2. Journal of Dairy Science. 2015;98(4):2409–2418. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2014-8734

30. Yu J., Zhao L., Wang A., Eleswarapu S., Ge X., Chen D., Jiang H. Growth hormone stimulates transcription of the fibroblast growth factor 21 gene in the liver through the signal transducer and activator of transcription 5. Endocrinology. 2012;153(2):750–758. DOI: https://doi.org/10.1210/en.2011-1591

31. Khan M. Z., Khan A., Xiao J., Ma Yu., Ma J., Gao J., Gao Zh. Role of the JAK-STAT Pathway in Bovine Mastitis and Milk Production. Animals. 2020;10(11):2107. DOI: https://doi.org/10.3390/ani10112107

32. Tian M., Qi Y., Zhang X., Wu Zh., Chen J., Chen F. et al. Regulation of the JAK2-STAT5 Pathway by Signaling Molecules in the Mammary Gland. Frontiers Cell and Developmental Biology. 2020;8:604896. DOI: https://doi.org/10.3389/fcell.2020.604896

33. Huang Y., Zhao F., Luo C., Zhang X., Si Yu, Sun Zh. et al. SOCS3-Mediated Blockade Reveals Major Contribution of JAK2/STAT5 Signaling Pathway to Lactation and Proliferation of Dairy Cow Mammary Epithelial Cells in Vitro. Molecules. 2013;18(10):12987–13002. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules181012987

34. Arun S. J., Thomson P. C., Sheehy P. A., Khatkar M. S., Raadsma H. W., Williamson P. Targeted Analysis Reveals an Important Role of JAK-STAT-SOCS Genes for Milk Production Traits in Australian Dairy Cattle. Frontiers in Genetics. 2015;6:00342. DOI: https://doi.org/10.3389/fgene.2015.00342

35. Winkelman L. A., Lucy M. C., Elsasser T. H., Pate J. L., Reynolds C. K. Short Communication: Suppressor of Cytokine Signaling-2 mRNA Increases After Parturition in the Liver of Dairy Cows. Journal of Dairy Science. 2008;91(3):1080–1086. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2007-0433

36. Kim J. W., Rhoads R. P., Block S., Overton T. R., Frank S. J., Boisclair Y. R. Dairy cows experience selective reduction of the hepatic growth hormone receptor during the periparturient period. Journal of Endocrinology. 2004;181(2):281–290. DOI: https://doi.org/10.1677/joe.0.1810281

37. Durante L. I., Angeli E., Etchevers L., Notaro U. S., Rodríguez F. M., Ortega H. H., Marelli B. E. Evaluation of the expression of growth hormone and its receptor during the resumption of postpartum ovarian follicle development in dairy cows. Reproductive Biology. 2024;24(1):100848. DOI: https://doi.org/10.1016/j.repbio.2023.100848

38. Caixeta L. S., Giesy S. L., Krumm C. S., Perfield J. W., Butterfield A., Boisclair Y. R. Fibroblast growth factor-21 (FGF21) administration to early-lactating dairy cows. II. Pharmacokinetics, whole-animal performance, and lipid metabolism. Journal of Dairy Science. 2019;102(12):11597–11608. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2019-16696

39. Davis A. N., Myers W. A., Chang C., Tate B. N., Rico J. E., Moniruzzaman M. et al. Somatotropin increases plasma ceramide in relation to enhanced milk yield in cows. Domestic Animal Endocrinology. 2021;74:106480. DOI: https://doi.org/10.1016/j.domaniend.2020.106480

40. Zhao Y. Recombinant Bovine Somatotropin. Published under licence by IOP Publishing Ltd. 2020;440:022034. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/440/2/022034

41. Jarvis L. S. The Potential Effect Of Two New Biotechnologies On The World Dairy Industry. Boca Raton: CRC Press, 1996. p. 168. DOI: https://doi.org/10.1201/9780429314032

42. St-Pierre N. R., Milliken G. A., Bauman D. E., Collier R. J., Hogan J. S., Shearer J. K. et al. Meta-analysis of the effects of sometribove zinc suspension on the production and health of lactating dairy cows. Journal of the American Veterinary Medical Association. 2014;245(5):550–564. DOI: https://doi.org/10.2460/javma.245.5.550

43. Silva P. R.B., Weber W. J., Crooker B. A., Collier R. J., Thatcher W. W., Chebel R. C. Hepatic mRNA expression for genes related to somatotropic axis, glucose and lipid metabolisms, and inflammatory response of periparturient dairy cows treated with recombinant bovine somatotropin. Journal of Dairy Science. 2017;100(5):3983–3999. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2016-12135

44. Silva P. R. B., Machado K. S., Lobаo Da Silva D. N., Moraes J. G. N., Keisler D. H., Chebel R. C. Effects of recombinant bovine somatotropin during the periparturient period on innate and adaptive immune responses, systemic inflammation, and metabolism of dairy cows. Journal of Dairy Science. 2015;98(7):4449–4464. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2014-8959

45. Baruselli P. S., Elliff F. M., Silva L. G., Catussi B. L. Ch., Bayeux B. M. Estrategias para aumentar a producao de embrioes em bovinos. Revista Brasileira de Reproducao Animal. 2019;43(2):315–326. URL: https://repositorio.usp.br/item/002956228

46. Campos B. G., Lombardi M. C., Neto H. C. D., Lana A. M. Q., Pereira M. N., Rabelo E. et al. How to use recombinant bovine somatotropin in crossbred Holstein x Gyr (¾ and 7/8) cows? Tropical Animal Health and Production. 2022;1–11. DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1702713/v1

47. Gasseferth G., Gaievski F. R., Bergstein-Galan T. G., Junior A. G., Bragato A., Valle V. M. et al. Effect of recombinant bovine somatotropin on the reproductive efficiency of beef cows subjected to differently timedartificial insemination protocols. Reproduction in Domestic Animals. 2023;58(12):1654–1661. DOI: https://doi.org/10.1111/rda.14479

48. Oliveira F. A., Almeida I. C., Sena L. M., Penitente-Filho J. M., Torres C. A. A. Recombinant bovine somatotropin in the synchronization of ovulation in crossbred dairy cows (Bos taurus indicus × Bos taurus taurus). Veterinary World. 2020;13(4):746–750. DOI: https://doi.org/10.14202/vetworld.2020.746-750

49. Barreiro R., Lamas A., Miranda J. M., Franco C. M., Cepeda A., Regal P. Impact of Recombinant Bovine Somatotropin on Bovine Milk Composition and Fatty Acidome: A Multidose Longitudinal Study. Foods. 2022;11(21):3477. DOI: https://doi.org/10.3390/foods11213477