FOLIA POMERANAE UNIVERSITATIS TECHNOLOGIAE STETINENSIS Folia Pomer. Univ. Technol. Stetin. 2012, Agric., Aliment., Pisc., Zootech.

Transkrypt

1 FOLIA POMERANAE UNIVERSITATIS TECHNOLOGIAE STETINENSIS Folia Pomer. Univ. Technol. Stetin. 2012, Agric., Aliment., Pic., Zootech. 300 (24), Barbara CIOCH, *Ewa CZERNIAWSKA-PIĄTKOWSKA, Ewa CHOCIŁOWICZ, Małgorzata SZEWCZUK 1 ZWIĄZEK POLIMORFIZMU KAPPA-KAZEINY (CASK) Z WYDAJNOŚCIĄ I SKŁADEM MLEKA KRÓW RASY POLSKIEJ HOLSZTYŃSKO-FRYZYJSKIEJ ODMIANY CZARNO-BIAŁEJ ASSOCIATION BETWEEN KAPPA-CASEIN (CASK) POLYMORPHISM AND YIELD AND COMPOSITION OF MILK OF HOLSTEIN-FRESIAN BLACK-AND- WHITE COWS Katedra Nauk o Zwierzętach PrzeŜuwających, Zachodniopomorki Uniwerytet Technologiczny w Szczecinie, ul. Doktora Judyma 10, Szczecin Abtract. The tudy involved 859 Polih Holtein-Freian var. Black-and-White cow. The kappa-caein (CASK) genotype were determined uing PCR (Polymerae Chain Reaction) method. It wa found that allele of CASK A had occurred more frequently than allele of CASK B in all analyzed lactation of Polih Holtein-Freian cow. It wa alo found that cow with the CASK AA genotype had a higher milk yield than cow with CASK BB genotype. The difference were ignificant (P 0.01) in the econd lactation. The highet milk protein content and fat content for the three analyzed lactation were recorded for the CASK BB genotype. The difference were ignificient (P 0.01, P 0.05) in the econd lactation and the third lactation. Milk with a higher content protein in cow with CASK BB genotype i a better material in technological uefulne. Słowa kluczowe: białka mleka, kappa-kazeina, phf, polimorfizm, wydajność mleka. Key word: kappa-caein, milk protein, milk yield, PHF, polymorphim. WSTĘP Białko jet kładnikiem mleka, które odgrywa najwaŝniejzą rolę w jego przetwórtwie. Dwie grupy białek determinują cechy mleka i przydatność technologiczną: cztery frakcje kazein (CSN1S1, CSN1S2, CSN2 and CASK) i białka erwatki (BLG and LALBA). Polimorfizm białek mleka i ich warianty genetyczne ą determinowane przez wiele alleli, czyli obecność dwóch lub więcej alleli w jednym locu (Litwińczuk i in. 2003). W ten poób tworzone ą warianty genetyczne, które róŝnią ię ekwencją aminokwaową. Zmiany te mają itotny wpływ na kład i właściwości mleka jako urowca. Najczęściej wyróŝnia ię trzy warianty CASK: AA, AB i BB. Mleko pochodzące od krów o genotypie CASK BB ma wyŝzą zawartość białka całkowitego i kazeiny (Barłowka i in. 2000). Co więcej, allel CASK B zwiękza zawartość tłuzczu, poprawia tabilność miceli kazeinowych i zwiękza wydajność era (Jacob i Puhan 1992, Kamińki 1994). *Adre do korepondencji Correponding author: dr hab. Ewa Czerniawka-Piątkowka, Katedra Nauk o Zwierzętach PrzeŜuwających, Zachodniopomorki Uniwerytet Technologiczny w Szczecinie, ul. Doktora Judyma 10, Szczecin, ewa.czerniawka-piatkowka@zut.edu.pl

2 28 B. Cioch i in. Badania nad polimorfizmem białek mleka ą na tyle wiarygodne, Ŝe moŝna wprowadzić do praktyki hodowlanej genetyczne warianty białek mleka jako parametr elekcyjny. CASK jet białkiem, którego warianty polimorficzne związane ą z wydajnością i kładem mleka krów, tąd celowość prowadzenia badań nad tym białkiem. Wiele tacji zajmujących ię ineminacją bydła mlecznego w Europie, w Polce, a takŝe w Ameryce Północnej umiezcza genotypy (CSN2, CASK, BLG) kaŝdego buhaja jako marker genetyczny w katalogach buhajów (Ziemińki i in. 2005, Litwińczuk i in. 2006). Kappa-kazeina jet frakcją białek mleka, która wzbudza najwiękze zaintereowanie, poniewaŝ jej warianty genetyczne związane ą z wydajnością mleczną i przydatnością mleka w produkcji erów (Litwińczuk i in. 2006). Celem pracy było utalenie frekwencji genów i genotypów determinujących warianty kappa-kazeiny u krów ray polkiej holztyńko-fryzyjkiej odmiany czarno-białej oraz utalenie związku między cechami mleczności (wydajnością mleczną, wydajnością białka i tłuzczu, zawartością białka i tłuzczu) a polimorfizmem w locu genu kappa-kazeiny (CASK). MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono na 859 krowach ray polkiej holztyńko-fryzyjkiej odmiany czarno-białej. Krew do badań pobrano z Ŝyły zyjnej zewnętrznej do probówek próŝniowych zawierających antykoagulant EDTA, wykorzytując zetaw MaterPure Genomic DNA Purification Kit firmy Epicentre Technologie. Genotypy kappa-kazeiny (CASK) oznaczono metodą PCR-RFLP (Polymerae Chain Reaction-Retricted Fragment Lenght Polymorphim) wg metodyki Kamińkiego (1993). Uzykane fragmenty DNA trawiono za pomocą enzymu retrykcyjnego HindIII (a agctt) firmy Fermenta. Fragmenty retrykcyjne rozdzielono elektroforetycznie w 2-procentowym Ŝelu agarozowym z dodatkiem bromku etydyny w obecności buforu 1*TBE i zwizualizowano w traniluminatorze firmy Vilber Lourmant. Analizę wydajności mlecznej przeprowadzono na podtawie wyników oceny uŝytkowości mlecznej metodą A4, uwzględniając wydajność mleka, tłuzczu i białka (w kilogramach) oraz procentową zawartość w mleku tłuzczu i białka. Dane poddano analizie tatytycznej, obliczając średnie wartości ( ), odchylenie tandardowe (S). RóŜnice itotne tatytycznie określono za pomocą tetu Duncana, wykorzytując program Statitica 9 PL (StatSoft, Inc 2010). WYNIKI I DYSKUSJA Na ryunku 1 przedtawiono uzykany obraz elektroforetyczny rozeparowanych fragmentów retrykcyjnych CASK/HindIII. Uzykano pecyficzne produkty reakcji PCR o długości 271 par zaad (pz). W badanym tadzie bydła mlecznego twierdzono obecność dwóch alleli genu kappa-kazeiny (CASK A i CASK B ) oraz trzech genotypów (AA, AB i BB) (ry. 1). W badaniach włanych twierdzono zdecydowaną przewagę allelu A nad allelem B we wzytkich analizowanych laktacjach. Frekwencja allelu CSN3 A była najwyŝza w pierwzej laktacji (0,831), dla allela CSN3 B wynoiła (0,169). Podobne wyniki uzykali Litwińczuk i in. (2006), Botaro i in. (2009) oraz Molee i in. (2011).

3 Związek polimorfizmu kappa-kazeiny (CASK) M marker wielkości DNA (puc19/mpi); tory 1, 2 genotyp AA; tory 3, 4 genotyp AB; tory 5, 6 genotyp BB; pz par zaad. M DNA ize marker (puc19/mpi); lane 1, 2 genotype AA; lane 3, 4 genotype AB; lane 5, 6 genotype BB; bp bae pair. Ry. 1. Elektroforetyczny rozdział fragmentów retrykcyjnych CASK/HindIII genu kappa-kazeiny bydła Fig. 1. Electrophoretic retriction fragment CASK/HindIII of bovine kappa-caein gene W badaniach Botaro i in. (2009) frekwencja genotypów AA, AB i BB kappa-kazeiny wynoiła odpowiednio 66,83, 31,84 i 1,33% dla bydła ray holztyńkiej oraz 71,38, 27,90 i 0,72% dla bydła ray Girolando. Allel A wytępował częściej niŝ allel B w przypadku obu ra, zarówno holztyńkiej (A = 0,827 i B = 0,173), jak i Girolando (A = 0,853 i B = 0,147). Analizując krowy o róŝnym udziale genów ray hf: G1 87,5% i G2 > 87,5% zaoberwowano wyŝzą frekwencję allelu A w obu grupach: G1 (A = 0,755 i B = 0,208) i G2 (A = 0,771 i B = 0,180) (Molee i in. 2011). Anggraeni i in. (2010), badając krowy ray holztyńko- -fryzyjkiej z regionów zachodniej Jawy twierdzili, Ŝe allel CASK A wytępował częściej (0,64) niŝ allel CASK B (0,36). Dooti i in. (2011) odnotowali równieŝ, Ŝe allel A wytępował częściej niŝ allel B u ray holztyńkiej i rodzimej irańkiej. U bydła holztyńkiego frekwencja alleli wynioła: A = 59% i B = 41%, natomiat u drugiej ray odpowiednio 81 i 19%. Przeprowadzone badania wykazały (tab. 1), Ŝe genotyp CASK AA wytępował najczęściej. NajwyŜzą frekwencję genotypu CASK AA zaoberwowano w grupie pierwiatek (69%). Wyniki wcześniejzych badań Sitkowkiej i in. (2008) oraz Botaro i in. (2009) ą podobne. Z drugiej trony wyniki badań Micińkiego i in. (2008) oraz Anggraeni i in. (2010) pokazują, Ŝe to genotyp heterozygotyczny CASK AB wytępował najczęściej (odpowiednio 56,25 i 65%). W niniejzym badaniu genotyp CASK BB wytępował z najniŝzą frekwencją we wzytkich analizowanych laktacjach (tab. 1), co znajduje potwierdzenie w badaniach Sitkowkiej i in. (2008), Micińkiego i in. (2008) oraz Botaro i in. (2009).

4 30 B. Cioch i in. Tabela 1. Frekwencja alleli i genotypów polimorficznych kappa-kazeiny u krów ray polkiej holztyńko- -fryzyjkiej Table 1. Kappa-caein allel and genotype frequencie in PHF cow Laktacja Lactation I Genotypy Genotype AA AB BB Liczba genotypów Number of genotype genotypu genotype 0,691 0,280 0,028 Frekwencja Frequency genu gene A =0,831 B = 0,169 II AA AB BB ,667 0,299 0,034 A = 0,817 B = 0,183 III AA AB BB ,652 0,311 0,037 A = 0,807 B = 0,193 Wyniki wkazują tendencję wzrotu wydajności mlecznej krów o genotypie CASK AA (tab. 2). Tabela 2. Wydajność mleka i jego kład w zaleŝności od genotypu CASK w laktacjach 305-dniowych Table 2. Milk yield and compoition depending on CASK genotype in 305-day lactation Laktacja Lactation Genotypy CASK Genotype CASK Cecha Trait Mleko, kg Milk, kg I II III AA AB BB AA AB BB AA AB BB 6572, , , , , ,5 7560,2 A 1237, ,0 A 1225,1 7054, , , , , , , ,20 Tłuzcz, kg Fat, kg 0270,10 045, , ,10 260,20 47, , ,10 314,30 061,90 313,20 062,00 294,00 054,00 299,90 53,90 295,40 54,00 Białko, kg Protein, kg 0222, , , ,20 216,70 39, , ,50 248,70 048,30 248,30 048,50 229,60 042,40 235,40 42,20 234,60 38,90 Tłuzcz, % Fat, % 004,11 000, , ,06 4,13 0, ,38 A 000,38 004,41 000,39 004,44 A 00,39 04,20 00,28 4,20 0,29 4,23 0,32 Białko, % Protein, % 003,39 000, , ,02 3,44 0,16 003,48 000,29 003,49 000,29 003,52 000,29 03,28 a 0,24 3,30 0,24 3,36 a 0,25 A róŝnica itotna na poziomie P 0,01 A tatitically ignificiant difference at P a róŝnica itotna na poziomie P 0,05 a tatitically ignificiant difference at P NajwyŜzą wydajność uzykano od krów o genotypie CASK AA w drugiej laktacji (7560,2 kg) i róŝniła ię ona itotnie na poziomie (P 0,01) od heterozygot CASK AB (7126,0 kg). Podobne wyniki uzykali Micińki i in. (2008), analizując zaleŝność między genotypem kappa-kazeiny a wydajnością krów ray holztyńko-fryzyjkiej. NajniŜzą wydajnością we wzytkich trzech laktacjach cechowały ię krowy homozygoty CSN3 BB. Heterozygoty CSN3 AB wykazywały wydajność na poziomie pośrednim. Rezultaty innych badań takŝe potwierdzają uzykane wyniki zwierzęta o genotypie AA charakteryzowały ię najwyŝzą

5 Związek polimorfizmu kappa-kazeiny (CASK) wydajnością mleka Litwińczuk i in. (1996), Strzałkowka i in. (2002), Micińki i in. (2008), Sitkowka i in. (2008). Według Walawkiego i in. (1994), Tiara i in. (2005) oraz Ziemińkiego i in. (2005) to genotyp AB był związany z najwyŝzą wydajnością mleka. Krowy o genotypie CASK AA charakteryzowały ię najwiękzą wydajnością tłuzczu i białka w pierwzej (odpowiednio 270,1 i 222,8 kg) i drugiej laktacji (odpowiednio 331,1 i 263,1 kg). Jednak w trzeciej laktacji krowy o genotypie AB charakteryzowały ię najwiękzą wydajnością tłuzczu i białka (odpowiednio 299,9 i 235,4 kg). W badaniach Litwińczuka i in. (2006) podobnie najwyŝzą wydajność tłuzczu i białka twierdzono u krów o genotypie AA (odpowiednio 203,4 i 160,0 kg). Inne wyniki uzykali Strzałkowka i in. (2002). NajwyŜzą wydajność tłuzczu uzykano w grupie krów o genotypie BB (27,7 kg). Wykazano róŝnice itotne tatytycznie (P 0,01) pomiędzy analizowanymi genotypami (AA, AB i BB). Z badań Ziemińkiego i in. (2005) wynika, Ŝe najwyŝzą wydajnością tłuzczu i białka charakteryzowały ię krowy o genotypie AB (odpowiednio 297,0 kg i 224,2 kg). TakŜe Tiara i in. (2005) podają, Ŝe heterozygoty AB produkowały o 21 kg białka więcej, przy wyŝzej o 0,08% jego zawartości w porównaniu do homozygot AA. Podobne zaleŝności oberwowano w przypadku tłuzczu mleka krowy o genotypie AB produkowały o 24 kg tłuzczu więcej przy wyŝzej jego zawartości (o 0,04%) niŝ krowy o genotypie AA. Analizując zawartość tłuzczu w mleku (tab. 2) wykazano itotne róŝnice pomiędzy genotypami kappa-kazeiny: BB (4,44%) i AA (4,38%) w drugiej laktacji (P 0,01). NajwyŜzą zawartość białka twierdzono u krów o genotypie BB we wzytkich analizowanych laktacjach (tab. 2). RóŜnice między genotypami AA (3,28%) i BB (3,36%) okazały ię itotne (P 0,05) w trzeciej laktacji. Podobne wyniki uzykali Ziemińki i in. (2005). Cytowani autorzy najwyŝzą zawartość białka (3,36%) i tłuzczu (4,39%) odnotowali u krów z genotypem BB. Otrzymane wyniki znajdują potwierdzenie w badaniach innych autorów, m.in.: Barłowkiej i in. (2000), Strzałkowkiej i in. (2002), Feleńczaka i in. (2006) oraz Micińkiego i in. (2007). Natomiat Litwińczuk i in. (1996) podają, Ŝe najwiękzą procentową zawartością tłuzczu charakteryzowało ię mleko krów heterozygot AB, w porównaniu z homozygotami BB (P 0,05). NajwyŜzy udział kładników podtawowych dla heterozygotycznego genotypu AB u krów ray hf uzykali Molee i in. (2011), odpowiednio 3,75% tłuzczu i 3,19% białka. Podobne wyniki otrzymali Sitkowka i in. (2008). U cytowanych autorów heterozygoty AB cechowały ię najwiękzą procentową zawartością tłuzczu (4,34%) i białka (3,26%). Natomiat Feleńczak i in. (2006) dla genotypu CASK AB twierdzili pośrednie zawartości białka, a i genotypy BB i AB uwaŝają za korzytniejze dla tej cechy. WNIOSKI Stwierdzono, Ŝe krowy z genotypem CASK AA charakteryzowały ię najwyŝzą wydajnością mleka. W zakreie tej cechy oberwowano między genotypami róŝnice itotne (P 0,01) w drugiej laktacji. Genotyp CASK BB związany był z najwyŝzą zawartością tłuzczu i białka we wzytkich analizowanych laktacjach. W drugiej i trzeciej laktacji róŝnice zotały potwierdzone tatytycznie (P 0,01 i P 0,05). Biorąc pod uwagę wyŝzą zawartość białka w mleku krów o genotypie BB moŝna uznać, Ŝe tanowi urowiec bardziej przydatny do produkcji erów w apekcie technologicznym i ekonomicznym.

6 32 B. Cioch i in. PIŚMIENNICTWO Anggraeni A., Sumantri C., Farajallah A., Andrea E Kappa-Caein Genotypic Frequencie in Holtein-Frieian Dairy Cattle in Wet Java Province. Media Peternakan 33 (2), Barłowka J., Litwińczuk Z., Król J., Pietra U Związek wariantów genetycznych białek mleka z jego cechami fizyko-chemicznymi i zdrowotnością wymienia krów. Zez. Nauk. Prz. Hod. 51, Botaro B.G., De Lima Y.R., Cortinha C.S., Silva L.P., Renno F.P., Santo M.V Effect of kappa caein gene polymorphim, breed and eaonality on phyicochemical characteritic, compoition and tability of bovine milk. Rev. Bra. Zootech. 38, Dooti A., Arhi A., Vatankhah M., Amjadi P Kappa-caein gene polymorphim in Holtein and Iranian native cattle by polymerae chain reaction retriction fragment length polymorphim (PCR-RFLP). Afr. J. Biotech. 10 (25), Feleńczak A., Fertig A., Gardzina E., Ormian M., Trela J Technological trait of milk of immental cow a related to κ-caein polymorphim. Ann. Anim. Sci. 6 (1), Jacob E., Puhan Z Technological propertie of milk a influenced by genetic polymorphim of milk protein- a review. Int. Dairy J. 2, Kamińki S Identyfikacja genotypu kappa-kazeiny u buhajów przy pomocy metody PCR-RFLP. ART. Olztyn (praca doktorka). Kamińki S Gen kappa-kazeiny moŝliwości wykorzytania w elekcji bydła. Prz. Hod. 3, Litwińczuk A., Barłowka J., Florek M., Aarabowka A Związek między polimorfizmem białek mleka a produkcyjnością krów. Ann. UMCS, Sec. E, Agric. 14, Litwińczuk A., Barłowka J., Król J., Kędzierka-Matyek M Polimorfizm białek mleka u krów ra mlecznych i mięnych z regionu środkowowchodniej Polki. Prz. Hod. 71, Litwińczuk A., Barłowka J., Król J., Litwińczuk Z Białka polimorficzne mleka jako markery cech uŝytkowych bydła mlecznego i mięnego. Med. Weter. 62 (1), Micińki J., Klupczyńki J., Morda W., Zabłotna R Yield and compoition of milk from jerey cow a dependent on the genetic variant of milk protein. Pol. J. Food Nutr. Sci. 57 (3A), Micińki J., Pogorzelka J., Barańki W Parametry uŝytkowe pierwiatek ray hf w zaleŝności od genetycznych wariantów wybranych białek mleka. Med. Weter. 64 (9), Molee A., Boonek L., Rungakinnin N The effect of beta and kappa caein gene on milk yield and milk compoition in different percentage of Holtein in crobred dairy cattle. Anim. Sci. J. 82, Sitkowka B., Neja W., Wiśniewka E Relation between kappa-caein polymorphim (CSN3) and milk performance trait in heifer cow. J. Cent. Eur. Agric. 9 (4), StatSoft, Inc Statitica (data analyi oftware ytem), verion 9. www. tatoft.com. Strzałkowka N., KrzyŜewki J., Ryniewicz Z., Zwierzchowki L Effect of κ-caein and β-lactoglobulin loci polymorphim, cow age, tage of lactation and omatic cell Mount on daily milk field and milk compoition in Polih Black-and-White cattle. Anim. Sci. Pap. Rep. 20 (1), Tiara A.M., Bargouli G.G., Bano G., Boco C.M Effect of Kappa-Caein and Beta- -Lactoglobulin Loci on Milk Production Trait and Reproductive Performance of Holtein Cow. J. Dairy Sci. 88, Walawki K., Sowińki G., Czarnik U., Zabolewicz T β-lactoglobulin and κ-caein polymorphim in relation to production trait and technological propertie of milk in the herd of Polih Black and White cow. Gen. Pol. 35 (1 2), Ziemińki R., Juzczak J., Czarnik U., Ćwikła A., Zabolewicz T., Walawki K Związek między polimorfizmem białek mleka i zróŝnicowaniem wydajności oraz kładu mleka krów utrzymywanych w tadzie bydła ray czarno-białej kombinatu rolnego Kietrz. Acta Sci. Pol., Zootech. 4 (1),