Актуальность поиска маркеров и индикаторов термотолерантности у крупного рогатого скота (обзор)

Эффективность животноводства, особенно молочного, в условиях глобального потепления определяется комплексом факторов: климатическими условиями (тепловой стресс), кормовой базой, физиологическим состоянием животных и их генетической адаптивностью. Повышенные температуры провоцируют у скота комплексные нарушения, включая метаболические расстройства и снижение продуктивности. На фоне климатических изменений влияние теплового стресса на крупный рогатый скот представляет серьёзную проблему для животноводства. Цель обзора: рассмотреть признаки адаптивных качеств и термотолерантности крупного рогатого скота. Исследования отечественных и зарубежных авторов показывают, что при превышении температурно-влажностного индекса (ТВИ) выше порогового значения (> 66) у животных наблюдаются физиологические нарушения (рост ректальной температуры, учащение дыхания и др.), поведенческие изменения (снижение активности, уменьшение потребления корма и др.), биохимические сдвиги (повышение кортизола, рост кетоновых тел и др.), снижение продуктивности (падение удоев, снижение содержания массовой доли жира и белка, изменение жирнокислотного состава, сокращение приростов живой массы), ухудшение репродуктивных функций (снижение оплодотворяемости, и ухудшение подвижности сперматозоиды). Исследования генетических показателей выявили ключевые маркеры термотолерантности, включая гены белков и факторов теплового шока (HSP и HSF), антиоксидантных ферментов, гены иммунитета и метаболизма. Однако селекция осложняется антагонизмом между продуктивностью и устойчивостью к стрессу. Для минимизации последствий негативного воздействия теплового стресса рекомендуется контролировать микроклимат (вентиляция, охлаждение) в животноводческих помещениях, оптимизировать кормление (вводить добавки антиоксидантов и витаминов) и применять, наряду с методами традиционной селекции, генетический отбор с использованием GWAS-анализа.

1. Shoulah S.A. Histopathological changes and oxidative stress associated with Fascioliasis in bovines / S.A. Shoulah, M.M.S. Gaballa, M.M. Al Assas et al. // Tropical Animal Health and Production. – 2024. – Vol. 56. – P. 48. DOI 10.1007/s11250-024-03896-1

2. Ullah M. Effect of heat stress on production performance in dairy animals / M. Ullah, M. Ibrahim, T. Hussain et al. // Biol. Clin. Sci. Res. J. - 2024: - Vol. 5(1). – P. 1078. DOI 10.54112/bcsrj.v2024i1.1078

3. Муханина Е.Н. Изучение негативного влияния теплового стресса на показатели молочной продуктивности коров при различных способах содержания / Е.Н. Муханина, Ш.К. Шакиров, Н.Ю. Сафина и др. // Международный вестник ветеринарии. – 2024. – № 4. – С. 509–517. DOI 10.52419/issn2072issn2072-2419.2024.4.509

4. Современные технологии в кормопроизводстве и животноводстве, проблемы и пути их решения (500 вопросов и ответов) : справочник / Ш.К. Шакиров, О.Л. Шайтанов, М.А. Сушенцова [и др.]. – 4-е издание, доработанное и дополненное. – Казань: Академия наук РТ, 2023. – 416 с. – ISBN 978-5-9690-1188-5

5. Mader T.L. Environmental factors influencing heat stress in feedlot cattle / T.L. Mader, M.S. Davis, T. Brown-Brandl // Journal of Animal Science. – 2006. – Vol. 84(3). – P. 712–719. DOI: 10.2527/2006.843712x

6. Gujar G. Characterization of thermophysiological, haematological, and molecular changes in response to seasonal variations in two tropically adapted native cattle breeds of Bos indicus lineage in hot arid ambience of Thar Desert / G. Gujar, V.K. Choudhary, P. Vivek et al. // Int J Biometeorol. – 2022. – Vol. 66. – P. 1515–1529. DOI 10.1007/s00484-022-02293-3

7. Shaji S. Summer season related to heat and nutritional stresses on the adaptive capability of goats based on blood biochemical response and hepatic HSP70 gene expression / S. Shaji, V. Sejian, M. Bagath et al. // Biol Rhythm Res. – 2017. – VOL. 48. – P. 65–83. DOI 10.1080/09291016.2016.1232340

8. Сафина Н.Ю. Динамика молочной продуктивности и качественного состава молока коров различных генотипов гена Hsp70.1 на фоне теплового воздействия / Н.Ю. Сафина, Е.Н. Муханина, Э.Р. Гайнутдинова и др. // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: Материалы ХIII Международной научно-практической конференции, Владикавказ, 08–10 декабря 2023 года. – Владикавказ: Веста, 2023. – С. 239–242.

9. Luo H. Weighted single-step GWAS and RNA sequencing reveals key candidate genes associated with physiological indicators of heat stress in Holstein cattle / H. Luo, L. Hu, L.F. Brito et al. //J. Anim. Sci. Biotechnol. – 2022. – Vol. 13. – Art. 108. DOI 0.1186/s40104-022-00748-6

10. Țogoe D., Mincă N.A. The Impact of Heat Stress on the Physiological, Productive, and Reproductive Status of Dairy Cows / D. Țogoe, N.A. Mincă // Agriculture. – 2024. – Vol. 14(8). – Art. 1241. DOI 10.3390/agriculture14081241

11. Passamonti M.M. The Quest for Genes Involved in Adaptation to Climate Change in Ruminant Livestock / M.M. Passamonti, E. Somenzi, M. Barbato et al. // Animals. – 2021. – Vol. 11. – Art. 2833. DOI 10.3390/ani11102833

12. Fujii N. Na(+)-K(+)-ATPase plays a major role in mediating cutaneous thermal hyperemia achieved by local skin heating to 39°C / N. Fujii, G.P. Kenny, T. Amano, et al. // J Appl Physiol. – 2021. – Vol. 131. – P. 1408–1416. DOI 10.1152/japplphysiol.00073.2021

13. Wang Z. Novel SNPs in the ATP1B2 gene and their associations with milk yield, milk composition and heat-resistance traits in Chinese Holstein cows / Z. Wang, G. Wang, J. Huang et al. // Mol Biol Rep. – 2011. – Vol. 38(3). – P. 1749–1755. DOI 10.1007/s11033-010-0289-6

14. Белоусов А.И. Влияние теплового стресса на коров в сухостойный и послеродовой период / А.И. Белоусов, И.А. Шкуратова, А.С. Красноперов и др. // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). – 2022. – № 3(64). – С. 93–101. DOI 10.31677/2072-6724-2022-64-3-93-101

15. Mylostyvyi R.V. Impact of heat stress on blood serum cortisol level in dairy cows / R.V. Mylostyvyi, M. Wrzecińska, M. Samardžija et al. // Theoretical and Applied Veterinary Medicine. – 2024. – Vol. 12(4). – P. 3–8. DOI 10.32819/2024.12016

16. Safina N. Polymorphism of the glutathioneperoxidase-1 gene (GPX-1 g. 189 T/C) and biochemical parameters of the blood serum of Holstein cattle / N. Safina, Sh. Shakirov, E. Gaynutdinova et al. // E3s web of conferences. – 2023. –Vol. 462. – P 01018. DOI 10.1051/e3sconf/202346201018

17. Ighodaro O.M., Akinloye O.A. First line defence antioxidants-superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPX): Their fundamental role in the entire antioxidant defence grid / O.M. Ighodaro, O.A. Akinloye // Alexandria Journal of Medicine. – 2018. – Vol. 54(4). – P. 287–293. DOI 10.1016/j.ajme.2017.09.001

18. Bohlouli M. Genome-wide associations for heat stress response suggest potential candidate genes underlying milk fatty acid composition in dairy cattle / M. Bohlouli, K. Halli, T. Yin et al. // J. Dairy Sci. – 2022. – Vol. 105. – P. 3323–3340. DOI 10.3168/jds.2021-21152

19. Brown-Brandl T.M. Analyses of thermoregulatory responses of feeder cattle exposed to simulated heat waves / T.M. Brown -Brandl, R.A. Eigenberg, G.L. Hahn et al. // Int J Biometeorol. – 2005. – Vol. 49(5). – P. 285–296. DOI 10.1007/s00484-004-0250-2

20. Chen X. Effects of heat stress on endocrine, thermoregulatory, and lactation capacity in heat-tolerant and -sensitive dry cows / X. Chen, C. Li, T. Fang et al. // Front. Vet. Sci. – 2024. – Vol. 11. – Art. 1405263. DOI 10.3389/fvets.2024.1405263

21. Dovolou E. Heat Stress: A Serious Disruptor of the Reproductive Physiology of Dairy Cows / E. Dovolou, T. Giannoulis, I. Nanas et al. // Animals. – 2023. – Vol. 13 (11). – Art. 1846. DOI 10.3390/ani13111846

22. Carabaño M.J. The challenge of genetic selection for heat tolerance: the dairy cattle example / M.J. Carabaño // Adv Anim Biosci. – 2016. – Vol. 7. – P. 218–222. DOI 10.1017/s2040470016000169

23. Nguyen T.T.T. Genomic selection for tolerance to heat stress in Australian dairy cattle / T.T.T. Nguyen, P.J. Bowman, M. Haile-Mariam et al. // J Dairy Sci. – 2016. – Vol. 99. – P. 2849–2862. DOI 10.3168/jds.2015-9685

24. Santana M.L. Genetics of heat tolerance for milk yield and quality in Holsteins / M.L. Santana, A.B. Bignardi, R.J. Pereira et al. // Animal. – 2017. – Vol. 11. – P. 4–14. DOI 10.1017/S1751731116001725

25. Cuellar C.J. Differences in body tempera ture regulation during heat stress and seasonal depression in milk yield between Holstein, Brown Swiss, and crossbred cows / C.J. Cuellar, M. Saleem, L.M. Jensen et al. // J. Dairy Sci. – 2023. – Vol. 106. – P. 3625– 3632. DOI 10.3168/jds.2022-22725

26. Kishore A. Transcriptional Stability of Heat Shock Protein Genes and Cell Proliferation Rate Provides an Evidence of Superior Cellular Tolerance of Sahiwal (Bos indicus) Cow PBMCs to Summer Stress / A. Kishore, M. Sodhi, A. Sharma et al. // Research & Reviews: Journal of Veterinary Sciences. – 2016. – Vol. 2(1). – P. 33–40.

27. Юдин Н.С. Молекулярные маркеры адаптации к холодному климату у крупного рогатого скота / Н.С. Юдин, А.В. Игошин, Д.М. Ларкин // Письма в Вавиловский журнал генетики с селекции. – 2023. – № 9(1). – 5–14. DOI 10.18699/LettersVJ-2023-9-02

28. Rowinski J.R. Impact of an acute heat shock during in vitro maturation on interleukin 6 and its associated receptor component transcripts in bovine cumulus-oocyte complexes / J.R. Rowinski, L.A. Rispoli, R.R. Payton et al. // J. Lannett Edwards Anim Reprod. – 2021. – Vol. 17(4). – e20200221. DOI 10.1590/1984-3143-AR2020-0221

29. Safina N.Yu. Associations of the SCD1 gene SNP with fatty acids composition of Holstein cows / N.Yu. Safina, Sh.K. Shakirov, R.Kh. Ravilov et al. // Bio web of conferences. – 2020. – Vol. 27. – P. 00060. DOI 10.1051/bioconf/20202700060.

30. Wertheimer E. The ubiquitous glucose transporter GLUT-1 belongs to the glucoseregulated protein family of stress-inducible proteins / E. Wertheimer, S. Sasson, E. Cerasi et al. // Proc Natl Acad Sci USA. – 1991. – Vol. 88. – P. 2525–2529. DOI 10.1073/pnas.88.6.2525

31. Charoensook R. Polymorphisms in the bovine HSP90AB1 gene are associated with heat tolerance in Thai indigenous cattle / R. Charoensook, K. Gatphayak, A.R. Sharifi, et al. // Trop Anim Health Prod. – 2012. – Vol. 44. – P. 921–928.DOI 10.1007/s11250-011-9989-8

32. Prasanna Sai J. Association of SSCP Polymorphisms of HSP70 Gene with Physiological, Production and Reproduction Performance in Sahiwal and Crossbred Cows / J. Prasanna Sai, S.T. Rao Viroji, M. Prakash Gnana et al. // Asian Journal of Dairy and Food Research. – 2022. – Vol. 41(2). – P. 150–155. DOI 10.18805/ajdfr.DR-1796

33. De Campos J.S. Potentials of single nucleotide polymorphisms and genetic diversity studies at HSP90AB1 gene in Nigerian White Fulani, Muturu, and N’Dama cattle breeds / J.S. De Campos, G.O. Onasanya, A. Ubong et al. // Trop Anim Health Prod. – 2024. – Vol. 56. – Art. 58. DOI 10.1007/s11250-024-03909-z

34. Sajjanar B. Identification of SNP in HSP90AB1 and its Association with the Relative Thermotolerance and Milk Production Traits in Indian Dairy Cattle / B. Sajjanar, R. Deb, U. Singh et al. // Animal Biotechnology. – 2015. – Vol. 26(1). P. 45–50. DOI 10.1080/10495398.2014.882846

35. Sailo L.I.D. Association of single nucleotide polymorphism of Hsp90ab1 gene with thermotolerance and milk yield in Sahiwal cows / L.I.D. Sailo, A.V. Gupta, R. Das et al. // African Journal of Biochemistry Research. – 2015. – Vol. 9(8). – P. 99–103. DOI 10.5897/AJBR2015.0837

36. Atalay S., Kök S. The comparison of polymorphisms in the heat shock transcription factor 1 gene of Turkish grey cattle and Holstein cattle / S. Atalay, S. Kök // Kafkas Univ Vet Fak Derg. – 2023. – Vol. 29(5). – P. 429–435. DOI 10.9775/kvfd.2023.29256

37. Челомина Г.Н. Ландшафтная геномика (краткий обзор) / Г.Н. Челомина // Биота и среда природных территорий. – 2021. – № 4. – С. 122–134. DOI 10.37102/2782-1978_2021_4_6