Характеристика генов и их экспрессия, ассоциированная с ростовыми показателями цыплят-бройлеров под действием различных кормовых добавок (обзор)

Для производства мяса птицы необходимы высокопродуктивные кроссы, поэтому идентификация и степень проявления генов, вовлеченных в формирование продуктивных признаков цыплят-бройлеров, являются важным шагом на пути к увеличению выхода мяса и улучшению его качества. Изучение генов, отвечающих за ростовые показатели, позволит повысить скороспелость птицы и снизить затраты на корма и обслуживание. В данном обзоре проведён поиск и изучение ряда генов, участвующих в формировании мышечной и жировой ткани, а также генов, регулирующих транспорт нутриентов у цыплят-бройлеров, что, в свою очередь, является важной составляющей для производства достаточного количества мяса птицы. В ходе изучения литературных данных было выяснено, что за формирование мышечной ткани отвечает перечень генов, таких как GH, MYOG, MYOD, MSTN, IGF-1, FGF2, влияющих непосредственно на показатели роста у цыплят-бройлеров. За формирование жировой ткани отвечают гены – LEP, AdipoQ, FABP2, ACACA, PPARA, FASN. Транспорт нутриентов, необходимых для нормального роста тканей и организма в целом, контролирует группа генов – SLC2A1, SLC2A2, SLC2A3, SLC7A1, SLC7A2, SLC7A5, SLC7A6, SLC7A7, SLC38A2. Проведенный анализ литературных данных показал, что использование кормовых добавок, имеющих в составе фитобиотики, пребиотики, пробиотики и синбиотики влияет на активность генов. Это способствует формированию мышечной массы, позволяет поддержать физиологическое состояние птицы, предотвратить развитие заболеваний, ускорить темпы роста и повысить продуктивность бройлеров.

1. Андреев В. П. Ген: структурно-функциональная организация единиц генетической информации. Журнал Гродненского государственного медицинского университета. 2007;4(20):143–152. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=19091988 EDN: QBUNWH

2. Travers A., Muskhelishvili G. DNA structure and function. The FEBS journal. 2015;282(12):2279–2295. DOI: https://doi.org/10.1111/febs.13307

3. Маслакова А. А., Долгих В. А., Землянская Е. В. Регуляция экспрессии генов, или что заставляет гены работать. Природа. 2023;(10(1298)):13–18. DOI: https://doi.org/10.7868/S0032874X23100022 EDN: SAFRXR

4. Йылдырым Е. А., Грозина А. А., Вертипрахов В. Г., Ильина Л. А., Филиппова В. А., Лаптев Г. Ю. и др. Экспрессия генов, ассоциированных с иммунитетом, в тканях слепых отростков кишечника и поджелудочной железы цыплят-бройлеров (Gallus Gallus L.) при экспериментальном т-2 токсикозе. Сельскохозяйственная биология. 2021;56(4):664–681. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2021.4.664rus EDN: VZYFUA

5. Титов В. Ю., Долгорукова А. М., Кочиш И. И., Мясникова О. В., Никонов И. Н. Особенности метаболизма оксида азота в эмбрионах разных видов птиц как генетически обусловленный признак, связанный с мясной продуктивностью. Сельскохозяйственная биология. 2022;57(2):343–355. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2022.2.343rus EDN: WQVEIJ

6. Gonzalez-Rivas P. A., Chauhan S. S., Ha M., Fegan N., Dunshea F. R, Warner R. D. Effects of heat stress on animal physiology, metabolism, and meat quality: A review. Meat Science. 2020;162:108025. DOI: https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2019.108025

7. Лаптев Г. Ю., Йылдырым Е. А., Ильина Л. А., Филиппова В. А., Калиткина К. А., Пономарева Е. С. и др. Экспрессия генов иммунитета и адаптации и состав микробиома у родительского поголовья кур и петухов (Gallus Gallus L.) линий СМ5 и СМ9 кросса Смена 9. Сельскохозяйственная биология. 2023;58(2):313–332. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.2.313rus EDN: DLLLIU

8. Боголюбова Н. В., Некрасов Р. В., Никанова Д. А., Зеленченкова А. А., Колесник Н. С., Рыков Р. А. и др. Биохимические и молекулярно-генетические индикаторы антиоксидантной защиты и иммунитета у петушков (gallus gallus domesticus) разных генотипов. Сельскохозяйственная биология. 2023;58(4):669–684. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.4.669rus EDN: KFERWG

9. Ларкина Т. А., Дементьева Н. В. Влияние генов на формирование скелетных мышц у кур. Международный научно-исследовательский журнал. 2023;11(137):19. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.137.38 EDN: DHITTA

10. Shi X., Garry D. J. Muscle stem cells in development, regeneration, and disease. Genes&Development. 2006;20:1692–1708. DOI: https://doi.org/10.1101/gad.1419406

11. Meadows E., Cho J. H., Flynn J. M., Klein W. H. Myogenin regulates a distinct genetic program in adult muscle stem cells. Developmental Biology. 2008;322(2): 406–414. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2008.07.024

12. Булгакова С. В., Тренева Е. В., Захарова Н. О., Горелик С. Г. Старение и гормон роста: предположения и факты (обзор литературы). Клиническая лабораторная диагностика. 2019;64(12):708–715. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0869-2084-2019-64-12-708-715 EDN: RSBKKO

13. Mohammadabadi M., Bordbar F., Jensen J., Du M., Guo W. Key Genes Regulating Skeletal Muscle Development and Growth in Farm Animals. Animals. 2021;11(3):835. DOI: https://doi.org/10.3390/ani11030835

14. Xiao Y., Wu C., Li K., Gui G., Zhang G., Yang H. Association of growth rate with hormone levels and myogenic gene expression profile in broilers. Journal of Animal Science and Biotechnology. 2017;8:43. DOI: https://doi.org/10.1186/s40104-017-0170-8

15. Тюрина Д. Г., Лаптев Г. Ю., Йылдырым Е. А., Ильина Л. А., Филиппова В. А., Бражник Е. А. и др. Продуктивность и экспрессия генов у цыплят-бройлеров (Gallus Gallus L.) кросса Ross 308 под влиянием антибиотиков, глиофосфата и штамма Bacillus sp. Сельскохозяйственная биология. 2022;57(6):1147–1165. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2022.6.1147rus EDN: JWCPAX

16. Esposito P., Picciotto D., Battaglia Y., Costigliolo F., Viazzi F., Verzola D. Myostatin: Basic biology to clinical application. Advances in Clinical Chemistry. 2022;106:181–234. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.acc.2021.09.006

17. Кукес В. Г., Газданова А. А., Фуралев В. А., Маринин В. Ф., Перков А. В., Ленкова Н. И. и др. Современное представление о биологической роли и клиническом значении миостатина – главного регулятора роста и дифференцировки мышц. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2021;16(3):327–332. DOI: https://doi.org/10.14300/mnnc.2021.16079 EDN: IIAHRL

18. Zhiliang G., Dahai Z., Ning L., Hui L., Xuemei D., Changxin W. The single nucleotide polymorphisms of the chicken myostatin gene are associated with skeletal muscle and adipose growth. Science in China. Series C, Life sciences. 2004;47(1):25–30. DOI: https://doi.org/10.1360/02yc0201

19. Bhattacharya T. K., Reddy B. R., Chatterjee R. N., Ashwini R. Myostatin (GDF8) gene and its intriguing role in regulating growth in poultry. The Indian Journal of Animal Sciences. 2022;92(10):1141–1148. DOI: https://doi.org/10.56093/ijans.v92i10.124368

20. Сизова Е. А., Лутковская Я. В. Экспрессия генов, связанных с хозяйственно полезными признаками цыплят-бройлеров (Gallus Gallus domesticus), под влиянием различных паратипических факторов (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2023;58(4):581–597. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.4.581rus EDN: GSSMJR

21. Kareem K. Y., Loh T. C., Foo H. L., Akit H., Samsudin A. A. Effects of dietary postbiotic and inulin on growth performance, IGF1 and GHR mRNA expression, faecal microbiota and volatile fatty acids in broilers. BMC Veterinary Research. 2016;12(1):163. DOI: https://doi.org/10.1186/s12917-016-0790-9

22. Lei M., Peng X., Zhou M., Luo C., Nie Q., Zhang X. Polymorphisms of the IGF1R gene and their genetic effects on chicken early growth and carcass traits. BMC Genetics. 2008;9:70. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2156-9-70

23. Amills M., Jiménez N., Villalba D., Tor M., Molina E., Cubiló D. et al. Identification of three single nucleotide polymorphisms in the chicken insulin-like growth factor 1 and 2 genes and their associations with growth and feeding traits. Poultry Science. 2003;82(10):1485–1493. DOI: https://doi.org/10.1093/ps/82.10.1485

24. Nugent M. A., Iozzo R. V. Fibroblast growth factor-2. The International Journal of Biochemistry Cell Biology. 2000;32(2):115–120. DOI: https://doi.org/10.1016/s1357-2725(99)00123-5

25. Buckingham M., Relaix F. PAX3 and PAX7 as upstream regulators of myogenesis. Seminars in Cell & Developmental Biology. 2015;44:115–125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2015.09.017

26. Wang H. B., Li H., Wang Q. G., Zhang X. Y., Wang S. Z., Wang Y. X., Wang X. P. Profiling of chicken adipose tissue gene expression by genome array. BMC Genomics. 2007;8:193. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2164-8-193

27. Kersten S. Mechanisms of nutritional and hormonal regulation of lipogenesis. The EMBO Reports. 2001;2(4):282–286. DOI: https://doi.org/10.1093/embo-reports/kve071

28. Ohkubo T., Nishio M., Tsurudome M., Ito M., Ito Y. Existence of leptin receptor protein in chicken tissues: isolation of a monoclonal antibody against chicken leptin receptor. General and Comparative Endocrinology. 2007;151(3):269–273. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2007.01.021

29. Hu Y., Zhang R., Zhang Y., Li J., Grossmann R., Zhao R. In ovo leptin administration affects hepatic lipid metabolism and microRNA expression in newly hatched broiler chickens. Journal of Animal Science and Biotechnology. 2012;3(1):16. DOI: https://doi.org/10.1186/2049-1891-3-16

30. Yan J., Gan L., Qi R., Sun C. Adiponectin decreases lipids deposition by p38 MAPK/ATF2 signaling pathway in muscle of broilers. Molecular Biology Reports. 2013;40(12):7017–7025. DOI: https://doi.org/10.1007/s11033-013-2821-y

31. Larkina T. A., Sazanova A. L., Fomichev K. A., Barkova O. Y., Malewski T., Jaszczak K., Sazanov A. A. HMG1A and PPARG are differently expressed in the liver of fat and lean broilers. Journal of Applied Genetics. 2011;52(2):225–228. DOI: https://doi.org/10.1007/s13353-010-0023-z

32. Hu G., Wang S., Tian J., Chu L., Li H. Epistatic effect between ACACA and FABP2 gene on abdominal fat traits in broilers. Journal of Genetics and Genomics. 2010;37(8):505–512. DOI: https://doi.org/10.1016/S1673-8527(09)60070-9

33. Wang H. B., Li H., Wang Q. G., Zhang X. Y., Wang S. Z., Wang Y. X., Wang X. P. Profiling of chicken adipose tissue gene expression by genome array. BMC Genomics. 2007;8:193. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2164-8-193

34. Cui H. X., Zheng M. Q., Liu R. R., Zhao G. P., Chen J. L., Wen J. Liver dominant expression of fatty acid synthase (FAS) gene in two chicken breeds during intramuscular-fat development. Molecular Biology Reports. 2012;39(4):3479–3484. DOI: https://doi.org/10.1007/s11033-011-1120-8

35. Kishawy A. T. Y., Al-Khalaifah H. S., Nada H. S., Roushdy E. M., Zaglool A. W., Ahmed Ismail T. et al. Black Pepper or Radish Seed Oils in a New Combination of Essential Oils Modulated Broiler Chickens' Performance and Expression of Digestive Enzymes, Lipogenesis, Immunity, and Autophagy-Related Genes. Veterinary Sciences. 2022;9(2):43. DOI: https://doi.org/10.3390/vetsci9020043

36. Bigot K., Mignon-Grasteau S., Picard M., Tesseraud S. Effects of delayed feed intake on body, intestine, and muscle development in neonate broilers. Poultry Science. 2003;82(5):781–788. DOI: https://doi.org/10.1093/ps/82.5.781

37. Wang Y., Li Y., Willems E., Willemsen H., Franssens L., Koppenol A. et al. Spread of hatch and delayed feed access affect post hatch performance of female broiler chicks up to day 5. Animal. 2014;8(4):610 –617. DOI: https://doi.org/10.1017/S175173111400007X

38. Kheravii S. K., Swick R. A., Choct M., Wu S. B. Upregulation of genes encoding digestive enzymes and nutrient transporters in the digestive system of broiler chickens by dietary supplementation of fiber and inclusion of coarse particle size corn. BMC Genomics. 2018;19(1):208. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-018-4592-2

39. Byers M. S., Howard C., Wang X. Avian and Mammalian Facilitative Glucose Transporters. Microarrays (Basel, Switzerland). 2017;6(2):7. DOI: https://www.mdpi.com/2076-3905/6/2/7

40. Zhang W., Sumners L. H., Siegel P. B., Cline M. A., Gilbert E. R. Quantity of glucose transporter and appetite-associated factor mRNA in various tissues after insulin injection in chickens selected for low or high body weight. Physiological Genomics. 2013;45(22):1084–1094. DOI: https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00102.2013

41. Seki Y., Sato K., Kono T., Abe H., Akiba Y. Broiler chickens (Ross strain) lack insulin-responsive glucose transporter GLUT4 and have GLUT8 cDNA. General and Comparative Endocrinology. 2003;133(1):80–87. DOI: https://doi.org/10.1016/s0016-6480(03)00145-x

42. Zhao J. P., Bao J., Wang X. J., Jiao H. C., Song Z. G., Lin H. Altered gene and protein expression of glucose transporter1 underlies dexamethasone inhibition of insulin-stimulated glucose uptake in chicken muscles. Journal of Animal Science. 2012;90(12):4337–4345. URL: https://www.sci-hub.ru/10.2527/jas.2012-5100

43. Ji J., Tao Y., Zhang X., Pan J., Zhu X., Wang H. et al. Dynamic changes of blood glucose, serum biochemical parameters and gene expression in response to exogenous insulin in Arbor Acres broilers and Silky fowls. Scientific Reports. 2020;10(1):6697. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-63549-9

44. Al-Khalaifah H. S., Shahin S. E., Omar A. E., Mohammed H. A., Mahmoud H. I., Ibrahim D. Effects of graded levels of microbial fermented or enzymatically treated dried brewer's grains on growth, digestive and nutrient transporter genes expression and cost effectiveness in broiler chickens. BMC Veterinary Research. 2020;16(1):424. DOI: https://doi.org/10.1186/s12917-020-02603-0

45. Khwatenge C. N., Kimathi B. M., Nahashon S. N. Transcriptome analysis and expression of selected cationic amino acid transporters in the liver of broiler chicken fed diets with varying concentrations of lysine. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(16):5594. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21165594

46. Taylor P. M. Role of amino acid transporters in amino acid sensing. The American journal of clinical nutrition. 2014;99(1):223S–230S. DOI: https://doi.org/10.3945/ajcn.113.070086

47. Payne J. A., Proszkowiec-Weglarz M., Ellestad L. E. Delayed access to feed alters expression of genes associated with carbohydrate and amino acid utilization in newly hatched broiler chicks. American journal of physiology. Regulatory, integrative and comparative physiology. 2019;317(6):864–878. DOI: https://doi.org/10.1152/ajpregu.00117.2019

48. Alagawany M., Elnesr S. S., Farag M. R., Tiwari R., Yatoo M. I., Karthik K. et al. Nutritional significance of amino acids, vitamins and minerals as nutraceuticals in poultry production and health – a comprehensive review. The veterinary quarterly. 2020;41(1):1–29. DOI: https://doi.org/10.1080/01652176.2020.1857887

49. Patterson J. A., Burkholder K. M. Application of prebiotics and probiotics in poultry production. Poultry Science. 2003;82(4):627–631. DOI: https://doi.org/10.1093/ps/82.4.627

50. Yang Y, Iji P. A, Choct M. Dietary modulation of gut microflora in broiler chickens: a review of the role of six kinds of alternatives to in-feed antibiotics. World's Poultry Science Journal. 2009;65(1):97–114. DOI: https://doi.org/10.1017/S0043933909000008

51. Селионова М. И., Трухачев В. И., Загарин А. Ю., Беляева Н. П., Куликов Е. И. Экспрессия генов, связанных с антиоксидантной защитой, у цыплят-бройлеров под влиянием биологически активных соединений растительного происхождения. Достижения науки и техники АПК. 2024;38(12):41–46. DOI: https://doi.org/10.53859/02352451_2024_38_12_41 EDN: KCWHKL

52. Шацких Е. В., Латыпова Е. Н. Показатели крови и продуктивность кур при использовании в рационе фитобиотических препаратов. Аграрный вестник Урала. 2023;23(8):78–88. DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2023-237-08-78-88 EDN: CBPVJK

53. Zaikina A. S., Buryakov N. P., Buryakova M. A., Zagarin A. Y., Razhev A. A., Aleshin D. E. Impact of Supplementing Phytobiotics as a Substitute for Antibiotics in Broiler Chicken Feed on Growth Performance, Nutrient Digestibility, and Biochemical Parameters. Veterinary Sciences. 2022;9(12):672. DOI: https://doi.org/10.3390/vetsci9120672

54. Rabelo-Ruiz M., Ariza-Romero J. J., Zurita-González M. J., Martín-Platero A. M., Baños A., Maqueda M. et al. Allium-Based Phytobiotic Enhances Egg Production in Laying Hens through Microbial Composition Changes in Ileum and Cecum. Animals. 2021;11(2):448. DOI: https://doi.org/10.3390/ani11020448

55. Ibrahim D., Moustafa A., Metwally A. S., Nassan M. A., Abdallah K., Eldemery F. et al. Potential Application of Cornelian Cherry Extract on Broiler Chickens: Growth, Expression of Antioxidant Biomarker and Glucose Transport Genes, and Oxidative Stability of Frozen Meat. Animals. 2021;11(4):1038. DOI: https://doi.org/10.3390/ani11041038

56. Калоев Б. С. Экономическая эффективность комплексного использования биологически активных препаратов при выращивании цыплят-бройлеров. Международный научно-исследовательский журнал. 2021;(5-1(107)):156–159. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.107.5.026 EDN: SZROYU

57. Ардатская М. Д. Пробиотики, пребиотики и метабиотики в коррекции микроэкологических нарушений кишечника. Медицинский совет. 2015;(13):94–99. DOI: https://doi.org/10.21518/2079-701X-2015-13-94-99 EDN: UNSZJJ