Варианты генов рецепторов феромонов в вомероназальной системе и QTL вокруг генов поведения и обмена жиров, связанные с изменённой эффективностью использования корма у крупного рогатого скота

Почему умнее коровы важны для всех нас

Кормление молочных коров — одна из крупнейших статей расходов на ферме и значительный источник парниковых газов. Если коровы могли бы превращать тот же объём корма в большее количество молока — или давать то же молоко при меньшем потреблении — фермеры экономили бы деньги, а окружающая среда выиграла бы за счёт меньших потерь питательных веществ и снижения выбросов. В этом исследовании изучается, почему некоторые коровы по природе более «бережливы» в еде, с упором на небольшие различия в их ДНК, которые могут определять аппетит, поведение и то, как их организм обращается с жиром.

Измерение, какие коровы — бережливые едоки

Чтобы понять эффективность использования корма, исследователи использовали показатель, называемый остаточным приёмом корма (RFI). Вместо простого подсчёта того, сколько корова съела, RFI сравнивает фактическое потребление корма с ожидаемым потреблением с учётом массы тела и производства молока. Коровы, которые едят меньше, чем ожидается для их размера и продуктивности, имеют отрицательный RFI и считаются более эффективными. Те, кто ест больше ожидаемого, имеют положительный RFI и менее эффективны. Такой подход позволяет учёным находить животных, которые тратят корма меньше, не просто отбирая коров с более высоким удоем.

Объединение стад для обнаружения скрытых генов

Поиск генов, влияющих на сложный признак, такой как эффективность кормления, обычно требует большого числа животных. Предыдущие исследования часто опирались на относительно небольшие, единичные исследовательские стада, что ограничивало обнаруживаемые генетические различия. В этой работе команда объединила подробные измерения кормления и данные ДНК у голштинских коров из двух стран — США и Израиля. За счёт объединения разных стад увеличилось и общее число коров, и разнообразие вариантов генов. Этот совместный анализ выявил 14 участков в геноме, где небольшие изменения в ДНК были тесно связаны с различиями в RFI, что предполагает наличие в этих регионах генов, влияющих на то, насколько эффективно коровы используют корм.

Запахи, социальные сигналы и управление жиром

При изучении генов рядом с этими 14 маркерами выделились три основных темы. Во‑первых, в одной из горячих точек обнаружился плотный кластер рецепторов феромонов — молекул в так называемой вомероназальной системе, которые помогают животным ощущать химические сигналы из окружающей среды и от других особей. Ранее исследования указывали, что обоняние и феромоны могут влиять на аппетит и поведение питания у млекопитающих. Здесь конкретный ген рецептора VN1R1 показал несколько вариантов, включая повреждённые, укороченные версии белка. Во‑вторых, рядом с другими маркерами были найдены гены, связанные с социальными и поведенческими реакциями, что намекает на то, что реакция коровы на окружение и сородичей может тонко влиять на её пищевое поведение. В‑третьих, маркеры около генов, участвующих в метаболизме жиров, свидетельствуют о том, что то, как корова откладывает и сжигает жир, тоже связано с эффективностью использования корма.

Разрушенный рецептор и расточительное питание

Чтобы проверить, действительно ли VN1R1 важен для эффективности, команда провела более глубокий анализ данных полногеномного секвенирования из дополнительных популяций крупного рогатого скота, включая ирландских быков голштин‑фризской породы, у которых уже была известна эффективность кормления. Они выявили ключевые изменения в гене VN1R1, которые приводят к укорочению белка рецептора — фактически неработоспособной версии. Одна конкретная усечённая версия, дающая фрагмент длиной 89 аминокислот вместо полного рецептора, была значительно чаще у животных с высоким, неблагоприятным RFI. Иными словами, у животных с целым функциональным VN1R1 как правило была лучшая способность превращать корм в молоко, тогда как у носителей сломанной версии коровы склонны были есть больше, чем необходимо. Удивительно, но такие укороченные формы были распространены среди голштинов из США, Израиля, Ирландии и Новой Зеландии, что указывает на длительную борьбу в селекции между разными признаками, например между высоким удоем и чистой экономичностью потребления корма.

Что это значит для ферм будущего

Для неспециалистов главный вывод в том, что эффективность кормления — это не только размер коровы или объём её молока; это также отражение того, как её мозг воспринимает пищу и социальные сигналы, и как её организм управляет жиром. Это исследование даёт ранние свидетельства того, что гены, вовлечённые в химическое ощущение — в частности рецептор феромонов VN1R1 — а также гены, связанные с метаболизмом жира, формируют эффективность использования корма. Хотя работа носит исследовательский характер и требует подтверждения на более крупных стадах, она указывает на практические возможности. В будущем селекционеры могли бы тестировать быков и коров на наличие неблагоприятных вариантов VN1R1 и связанных генов, выбирая животных, которые более экономно расходуют корм. Такая генетическая селекция, в сочетании с существующими программами разведения, могла бы снизить затраты фермеров на корм и уменьшить экологический след производства молока.

Цитирование: Shirak, A., Yang, L., Bhowmik, N. et al. Gene variants in the pheromone vomeronasal receptors and QTLs around behavioral and fat metabolism genes associated with altered feed efficiency in cattle. Sci Rep 16, 7430 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37314-3

Ключевые слова: эффективность кормления, молочный скот, остаточный прием корма, рецепторы феромонов, генетический отбор