Genome-Wide Association Studies for Somatic Cells Count and Their Morphological Differentiation in Cows’ Milk

Abstract

Изучение фенотипической и генетической детерминации мастита крупного рогатого скота представляет особый интерес в контроле состояния здоровья молочных коров. Целью настоящей работы был поиск полногеномных ассоциаций с количеством соматических клеток и их дифференциацией в молоке коров голштинизированной черно-пестрой породы. Изучено 2814 образцов сырого молока, полученных при проведении контрольных доек. Для определения количества соматических клеток и дифференциации их по морфологическим видам (лейкоциты и полиморфно-ядерные нейтрофилы) использовали автоматический анализатор Fossomatic 7 DC. Для генотипирования 144 коров применяли биочип высокой плотности GGP Neogen 150K. После проведения контроля качества генотипов отобрали для дальнейшей работы по 110884 однонуклеотидных полиморфизма на каждое животное. Проанализирована динамика изменения суточного удоя и оценки количества соматических клеток в молоке коров в течение лактации. Показано, что полиномиальный тренд для соматических клеток имел обратную зависимость с аналогичным трендом для суточного удоя молока. При GWAS-анализе для количества соматических клеток, их нормированной (логарифмической) оценке и дифференциации наблюдались общие полиморфизмы на хромосомах 1, 5, 8, 9, 14, 20, 21, 23, 26 и 29, при этом число аннотированных генов составило 56. Сопоставление собственных результатов и подтвержденных другими авторами позволило установить, что 12 генов (P=0,000003—0,003130) имели непосредственную сопряженность с соматическими клетками в молоке, скоростью молокоотдачи и устойчивостью к маститу. Кроме того, эти гены были сопряжены с показателями молочной продуктивности, репродуктивными качествами, экстерьером, продуктивным долголетием и восприимчивостью к заболеваниям, что указывает на генетическую взаимосвязь данных признаков с показателями здоровья вымени коров. Наибольшее число локусов количественных признаков, ассоциированных с соматикой, обнаружено на хромосоме 20 крупного рогатого скота, в которых находились 6 наиболее значимых генов: NPR3, ANKRD55, PTGER4, ADAMTS12, CTNND2, PDZD2. Полученные результаты после апробации на большем поголовье молочных коров могут быть использованы в программе разведения скота. Ключевые слова: крупный рогатый скот, молоко, соматические клетки, дифференциация соматических клеток, однонуклеотидный полиморфизм, GWAS. The research of the phenotypic and genetic determination of mastitis in cattle is of particular interest in the control of the health in dairy cows. The aim of this work was to search genome-wide associations with the somatic cells count and their differentiation in the milk of Holsteinized Black-and-White cows. 2814 samples of raw milk obtained during control milkings were studied. To determine the number of somatic cells and their differentiation by morphological types (leukocytes and polymorphonuclear neutrophils), automatic analyzer Fossomatic 7 DC was used. For genotyping of 144 cows, a GGP Neogen 150K high-density biochip was used. After quality control of genotypes, 110884 single nucleotide polymorphisms per animal were selected for further work. The dynamics of changes in daily milk yield and assessment of the number of somatic cells in the milk of cows during lactation was analyzed. It is shown that the polynomial trend for somatic cells had an inverse relationship with a similar trend for daily milk yield. GWAS analysis for the number of somatic cells, their normalized (logarithmic) evaluation and differentiation, showed common polymorphisms on chromosomes 1, 5, 8, 9, 14, 20, 21, 23, 26, and 29, while the number of annotated genes was 56. Comparison of our results and those confirmed by other authors made it possible to establish that 12 genes (P=0.000003— 0.003130) were directly related to somatic cells in milk, milk flow rate and resistance to mastitis. In addition, these genes were associated with milk production traits, reproductive features, conformation, productive longevity and susceptibility to diseases which indicates a genetic relationship of these traits with cow udder health. The largest number of quantitative traits loci associated with somatic cells (score) was found on Bos Taurus Autosome 20 which included 6 genes: NPR3, ANKRD55, PTGER4, ADAMTS12, CTNND2, PDZD2. The results obtained after testing on a larger number of dairy cows can be used in a livestock breeding program.