Ассоциация SNP, локализованного вблизи гена DIO2, с гормональными профилями тиреоидной оси и показателями фертильности у коров черно-пестрой породы

Тиреоидные гормоны могут влиять на воспроизводительную функцию коров посредством регуляции различных метаболических путей. Активность тиреоидной системы находится под контролем дейодиназ (DIO) трех типов. У крупного рогатого скота существует несколько генетических вариантов по генам DIO1 и DIO3, однако нет никакой информации о полиморфизме гена DIO2.

Цель: провести поиск генетических вариантов по SNP в гене DIO2 и в близлежащих регионах и исследовать их ассоциацию с предродовым и послеродовым тиреоидным профилем и показателями репродуктивной способности у коров молочного типа.

Материалы и методы. В экспериментах использовали коров черно-пестрой породы 2-4 отела. Перед отелом и после отела у животных брали кровь для определения концентрации гормонов методом ИФА. Оценку лютеальной активности яичников проводили на основании УЗ-исследования и содержания прогестерона в крови. Генотипирование было выполнено на 48 образцах ДНК коров с помощью биочипа Bovine GGP 150K.

Результаты. В пределах целевого гена не было найдено SNP, имеющихся на чипе Bovine GGP 150K. Для исследований был отобран SNP BovineHD1000026761, локализованный перед геном DIO2, с частотой генотипов AA – 45,83%, AG – 47,92%, GG – 6,25%. Обнаружено снижение концентрации общего тироксина (Т4) в крови коров с генотипом AA и AG в 1,4 раза (p<0,01) за 2 недели до отела, по сравнению с таковой за 4 недели, и ее дальнейшее понижение в 1,5-1,9 раза (p<0,001-p<0,05) к 1-й неделе лактации. С 6-й по 2-ю неделю до родов этот показатель был в 1,5-1,6 раза выше у особей с генотипом AG, чем у особей с генотипом AA (p<0,001–p<0,05). У животных с генотипом AG было выявлено снижение концентрации реверсивного Т3 в крови (в 1,4 раза, p<0,05) между 4-й неделей до отела и 1-й неделей лактации. В то же время эта концентрация была относительно постоянной у животных двух других групп. Кроме того, у животных с генотипом AG содержание rT3 в крови было в 1,3 раза ниже, чем у животных с генотипом AA с 3-й по 7-ю неделю лактации. У коров с гетерозиготным генотипом соотношение Т4/Т3 возрастало в 2,1 раза (p<0,001) между 2-й неделей до отела и 1-й неделей после отела, а затем снижалось в 2,2 раза (p<0,001) к 3-й неделе. Через 1 неделю лактации данное соотношение было в 1,9 раза выше (p<0,001), чем у животных с генотипом АА. При этом частота встречаемости особей с наиболее коротким периодом восстановления функции яичников и сервис-периодом была самой низкой в группе с генотипом AA.

Заключение. Полученные данные свидетельствуют о том, что SNP BovineHD1000026761, локализованный перед геном DIO2, ассоциирован с длительными изменениями уровней тиреоидных гормонов в предотельный и послеотельный периоды.

1. Chagas, L.M. Invited review: New perspectives on the roles of nutrition and metabolic priorities in the subfertility of high-producing dairy cows / L.M. Chagas, J.J. Bass, D. Blache, et al. // J. Dairy Sci. – 2007. – V. 90. – P. 4022-4032. doi: 10.3168/jds.2006-852

2. Wathes D.C. Associations between lipid metabolism and fertility in the dairy cow/ D.C. Wathes, A.M. Clempson, G.E. Pollott // Reprod. Fertil. Dev. – 2012. – V. 25. – P. 48-61. doi: 10.1071/RD12272

3. González F.D. Relationship among blood indicators of lipomobilization and hepatic function during early lactation in high-yielding dairy cows / F.D. González, R. Muiño, V. Pereira et al. // J. Vet. Sci. – 2011. – V. 12. – P. 251-255. doi: 10.4142/jvs.2011.12.3.251

4. Shin E.K. Relationships among ketosis, serum metabolites, body condition, and reproductive outcomes in dairy cows / E.K. Shin, J.K. Jeong, I.S. Choi et al. // Theriogenology. – 2015. – V. 84. – P. 252-260. doi: 10.1016/j.theriogenology.2015.03.014

5. Wathes D.C. Mechanisms linking metabolic status and disease with reproductive outcome in the dairy cow / D.C. Wathes // Reprod. Domest. Anim. – 2012. – V. 47. – Suppl. 4. – P. 304-312. doi: 10.1111/j.1439-0531.2012.02090.x

6. Mullur R. Thyroid hormone regulation of metabolism / R. Mullur, Y.Y. Liu, G.A. Brent // Physiol. Rev. – 2014. – V. 94. – P. 355-382. doi: 10.1152/physrev.00030.2013.

7. Capuco A.V. Effect of somatotropin on thyroid hormones and cytokines in lactating dairy cows during ad libitum and restricted feed intake / A.V. Capuco, D.L. Wood, T.H. Elsasser et al. // J. Dairy Sci. – 2001. – V. 84. – P. 2430-2439. doi: 10.3168/jds.S0022-0302(01)74693-0

8. Mohebbi-Fani M. Thyroid hormones and their correlations with serum glucose, beta hydroxybutyrate, nonesterified fatty acids, cholesterol, and lipoproteins of high-yielding dairy cows at different stages of lactation cycle / M. Mohebbi-Fani, S. Nazifi, E. Rowghani et al. // Comp. Clin. Pathol. – 2009. – V. 18. – P. 211-216. doi: 10.1007/s00580-008-0782-7

9. Fiore E. Serum thyroid hormone evaluation during transition periods in dairy cows / E. Fiore, G. Piccione, M. Gianesella et al. // Arch. Anim. Breed. – 2015. – V. 58. – P. 403-406. doi:10.5194/aab-58-403-2015

10. Митяшова О.С. Липидный обмен и тиреоидный статус у коров-первотелок с разным функциональным состоянием яичников / О.С. Митяшова, А.А. Соломахин, Н.В. Боголюбова и др. // Достижения науки и техники АПК. – 2020. – Т. 34. – № 2. – С. 69-74. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10215

11. Vernon R.G. Leptin and the adaptations of lactation in rodents and ruminants / R.G. Vernon, R.G. Denis, A. Sorensen, G. Williams // Horm. Metab. Res. – 2002. – V. 34. – P. 678-685. doi: 10.1055/s-2002-38258

12. Samanc H. Thyroid hormones concentrations during the mid-dry period: an early indicator of fatty liver in Holstein-Friesian dairy cows / H. Samanc, Stojić V., Kirovski D. et al. // J. Thyroid Res. – 2010. – V. 2010. – ID 897602. doi: 10.4061/2010/897602

13. Piechotta M. Antepartal insulin-like growth factor concentrations indicating differences in the metabolic adaptive capacity of dairy cows / M. Piechotta, L. Holzhausen, M.G. Araujo et al. // J. Vet. Sci. – 2014. – V. 15. – P. 343-352. doi: 10.4142/jvs.2014.15.3.343

14. Kafi M. Relationships between thyroid hormones and serum energy metabolites with different patterns of postpartum luteal activity in high-producing dairy cows / M. Kafi, A. Tamadon, M. Saeb et al. // Animal. – 2012. – V. 6. – P. 1253-1260. doi: 10.1017/S1751731112000043

15. Лебедева И.Ю. Репродуктивная способность коров-первотелок в связи с динамикой содержания в крови тиреоидных гормонов в первый триместр лактации / И.Ю. Лебедева, О.С. Митяшова // Достижения науки и техники АПК. – 2020. – Т. 34. – № 10. – С. 91-96. doi: 10.24411/0235-2451-2020-11014

16. Артыкбаева Г.М. Роль дейодиназ 1-го и 2-го типа в метаболизме тиреоидных гормонов (обзор литературы) / Г.М. Артыкбаева // Проблемы эндокринологии. – 2016. – Т. 62. – № 2. – С. 46 51. doi: 10.14341/probl201662246-52

17. Coster A. The imprinted gene DIO3 is a candidate gene for litter size in pigs / A. Coster, O. Madsen, H.C. Heuven et al. // PLoS One. – 2012. – V. 7. – P. e31825. doi: 10.1371/journal.pone.0031825

18. Oczkowicz M. Associations between polymorphisms in the DIO3 gene and reproductive traits and carcass performance in pigs / M. Oczkowicz, A. Dunkowska, K. Piórkowska et al. // Ann. Anim. Sci. – 2016. – V. 16. – P. 399-413. doi: 10.1515/aoas-2015-0073

19. Zhang X. The type 2 deiodinase Thr92Ala polymorphism is associated with worse glycemic control in patients with type 2 diabetes mellitus: a systematic review and meta-analysis / X. Zhang, J. Sun, W. Han et al. // J. Diabetes Res. – 2016. – V. 2016. – P. 5928726. doi: 10.1155/2016/5928726

20. Connor E.E. The bovine type I iodothyronine deiodinase (DIO1) gene maps to chromosome 3 / E.E. Connor, T.S. Sonstegard, S. Kahl et al. // Anim. Genet. – 2003. – V. 34. – № 3. – P. 233-234. doi: 10.1046/j.1365-2052.2003.00997.x

21. Yang W. Expression and imprinting of DIO3 and DIO3OS genes in Holstein cattle / W. Yang, D. Li, G. Wang et al. // J. Genet. – 2017. – V. 96. – P. 333-339. doi: 10.1007/s12041-017-0780-0

22. Shrestha H.K. Effects of abnormal ovarian cycles during pre-service period postpartum on subsequent reproductive performance of high-producing Holstein cows / H.K. Shrestha, T. Nakao, T. Suzuki et al. // Theriogenology. – 2004. – V. 61. – P. 1559-1571. doi: 10.1016/j.theriogenology.2003.09.007

23. Panicker V. A common variation in deiodinase 1 gene DIO1 is associated with the relative levels of free thyroxine and triiodothyronine / V. Panicker, C. Cluett, B. Shields et al. // J. Clin. Endocrinol. Metab. – 2008. – V. 93. – P. 3075-3081. doi: 10.1210/jc.2008-0397

24. de Jong F.J. The association of polymorphisms in the type 1 and 2 deiodinase genes with circulating thyroid hormone parameters and atrophy of the medial temporal lobe / F.J. de Jong, R.P. Peeters, T. den Heijer et al. // J. Clin. Endocrinol. Metab. – 2007. – V. 92. – P. 636-640. doi: 10.1210/jc.2006-1331

25. Castagna M.G. DIO2 Thr92Ala reduces deiodinase-2 activity and serum-T3 levels in thyroid-deficient patients / M.G. Castagna, M. Dentice, S. Cantara et al. // J. Clin. Endocrinol. Metab. – 2017. – V. 102. – P. 1623-1630. doi: 10.1210/jc.2016-2587

26. Abramova N.O. Peculitaries of carbohydrate metabolism in patients with metabolic syndrome depending on C/Т polymоrphism in the DIO 1 gene / N.O. Abramova, N.V. Pashkovska // Pathologia. – 2019. – V. 16. – P. 345–349. doi: 10.14739/2310-1237. 2019.3.188838

27. Ameur A. Identification of candidate regulatory SNPs by combination of transcription-factor-binding site prediction, SNP genotyping and haploChIP / A. Ameur, A. Rada-Iglesias, J. Komorowski, C. Wadelius // Nucleic Acids Res. – 2009. – V. 37. – P. e85. doi: 10.1093/nar/gkp381

28. Arrojo e Drigo R. Type 2 deiodinase at the crossroads of thyroid hormone action / R. Arrojo e Drigo, A.C. Bianco // Int. J. Biochem. Cell. Biol. – 2011. – V. 43. – P. 1432-1441. doi: 10.1016/j.biocel.2011.05.016

29. Sagar G.D. The thyroid hormone-inactivating deiodinase functions as a homodimer / G.D. Sagar, B. Gereben, I. Callebaut et al. // Mol. Endocrinol. – 2008. – V. 22. – P. 1382-1393. doi: 10.1210/me.2007-0490.