Влияние различных форм лизина и метионина в рационе бройлеров на профиль транскрипции ключевых генов
Важнейшим условием повышения экономической эффективности отраслей животноводства и птицеводства является наличие конкурентоспособной отечественной племенной базы. В отечественном селекционно-генетическом центре «Смена» была проведена многолетняя работа по созданию высокопродуктивного кросса бройлеров «Смена 9».
Основа раскрытия хорошего генетического потенциала животных и птиц — это научно обоснованное кормление. Протеин — важное в кормлении вещество, которое поддерживает продуктивность, способствует росту новых тканей, восстановлению поврежденных, служит источником энергии, играет решающую роль в оптимизации роста и развития птиц. Поэтому крайне важным представляется совершенствование методов коррекции содержания протеина в рационе для удовлетворения всех потребностей сельскохозяйственной птицы. Избыточное содержание белка в организме животных и птиц будет выводиться в виде аммиака, и, наоборот, низкое количество белка отрицательно влияет на показатели роста.
Интересно, что различия по количеству и качеству белка в рационе могут отмечаться и между полами. Так, F.M. Hernandez и соавт. показали, что рационы, содержащие пониженный уровень сырого протеина, в меньшей степени влияли на продуктивность самцов-бройлеров, нежели самок. Изменение содержания белка и одновременно энергии в рационе птиц в соответствии с их конкретными потребностями — это эффективная стратегия повышения продуктивности и снижения уровня стресса.
Содержание отдельных аминокислот в рационе должно точно соответствовать потребностям птицы. Ввод в рацион кормовых кристаллических аминокислот предоставил возможность разработать экономически эффективные рационы с низким содержанием протеина при сохранении оптимального использования белка птицами.
Лизин — наиболее важная аминокислота в рационах бройлеров. Монохлоргидрат лизина содержит минимум 78% лизина. Сульфат лизина имеет минимальное содержание лизина — 46,8–51%.
Ряд исследований показали, что биоэффективность сульфата лизина по сравнению с монохлоргидратом лизина была аналогичной при использовании суточного привеса и конверсии корма в качестве критериев оценки. Таким образом, несмотря на включение в рацион бройлеров сульфата лизина, учитывая его более низкую стоимость, может быть экономически целесообразно.
Стоит отметить, что в рацион бройлеров добавляют синтетический DL-метионин, содержащий около 99% действующего вещества, или гидроксианалог метионина, содержащий 88% действующего вещества. Гидроксианалог метионина не имеет в своей структуре аминогруппы, но имеет гидроксильную группу у асимметричного атома углерода, а DL-метионин обладает аминогруппой. Данное различие в химической структуре приводит к существенным отличиям между гидроксианалогом метионина и DL-метионином в отношении всасывания, транспорта в организме и метаболизма в различных тканях.
Информация о биологической эффективности различных форм лизина и метионина является важным фактором для увеличения рентабельности производства, составления правильных рецептур кормов и увеличения продуктивности птиц. Несмотря на то что в настоящее время проведено несколько метаанализов биологической эффективности данных соединений, результаты их значительно различаются.
Важно, что различия в составе питательных веществ и энергии в рационе могут оказать значительное влияние на экспрессию генов у птицы. Представляет интерес дальнейшее изучение влияния кормления на транскриптом и последующее его влияние на фенотип птиц. Синергия между генетическим потенциалом, потреблением питательных веществ и энергии определяет показатели роста бройлеров, в то же время реакция генов-кандидатов у бройлеров на подобного рода манипуляции с составом рационов может приоткрыть механизмы взаимодействия.
Цель исследования — оценить влияние комбикормов с пониженной (на 5%) питательностью по лизину, метионину и обменной энергии при включении в них лизина и метионина в различных формах при их взаимодействии с полом бройлеров на профиль транскрипции ключевых генов, регулирующих антиоксидантную защиту, иммунную систему, воспаление и апоптоз, продуктивность и барьерную функцию эпителия ЖКТ.
Материалы и методы исследования
Эксперимент проводили в СГЦ «Загорское ЭПХ» (Московская обл., Сергиево-Посадский р-н, г. Сергиев Посад, Россия) в 2024 г. на мясной птице кросса «Смена 9» с суточного до 35-суточного возраста.
Птиц содержали в клеточных батареях (Big Dutchman, Германия) по 36 голов в группе (18 курочек и 18 петушков).
Схема опыта представлена в таблице 1.
Нормы посадки, световой, температурный и влажностный режимы, фронт кормления и поения во все возрастные периоды соответствовали рекомендациям для кросса. ОР был сбалансирован по питательным веществам согласно руководству по работе с кроссом.
При постановке опыта были соблюдены требования Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS № 123, г. Страсбург, 1986).
Условия содержания птиц соответствовали требованиям.
Учитывали сохранность поголовья и живую массу бройлеров путем индивидуального взвешивания всего поголовья по группам.
Абдоминальный жир и убойный выход рассчитывали согласно общепринятым методикам.
В конце эксперимента птицу декапитировали и проводили отбор тканей слепых отростков кишечника для анализа экспрессии генов. Анализ проводили с помощью Real-time PCR с обратной транскрипцией. РНК выделяли с использованием мини-набора Aurum™ Total RNA (Bio-Rad, Hercules, США). кДНК получали с использованием iScript ™ Reverse Transcription Supermix (Bio-Rad, США).
Для анализа экспрессии мРНК были выбраны праймеры, которые представлены в таблице 2.
В качестве референсного контроля использовали праймеры на ген «домашнего хозяйства» — белка бета-актина (ACTB). При построении графиков, отражающих влияние комбикормов с нормальной и пониженной питательностью по обменной энергии, а также лизина и метионина в различных формах на экспрессию ключевых генов у петушков кросса «Смена 9» отрицательные значения на оси х означали понижение уровня экспрессии в опытных группах II–IV по сравнению с контрольной группой I, уровень экспрессии в которой условно принят за 1 (кратность отклонений представлена красным цветом), положительные значения — увеличение уровня экспрессии (кратность отклонений представлена синим цветом).
Реакцию амплификации проводили с использованием SsoAdvanced™ Universal SYBR® Green Supermix (Bio-Rad, США) с использованием амплификатора детектирующего «ДТлайт» («ДНК-Технология», Россия). Режим и условия амплификации были следующими: 5 мин. при 95 °С; 30 сек. при 95 °C, 30 сек. при 60 °C, 30 сек. при 70 °C (40 циклов).
Математическую и статистическую обработку результатов осуществляли методом многофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) в программах Microsoft Excel XP/2003, R-Studio v. 1.1.453 (США). Средние значения сравнивались с использованием теста достоверно значимой разницы Тьюки (HSD) и функции TukeyHSD в пакете R Stats Package (США).
Результаты и обсуждение
Основные зоотехнические показатели бройлеров кросса «Смена 9» представлены в таблице 3.
Сохранность поголовья за время выращивания составила 100% по всем группам.
Живая масса петушков и курочек в опытных группах II и IV была несколько выше по сравнению с контролем I (р ≤ 0,05), тогда как в группе III, напротив, несколько ниже (р ≤ 0,05). Это свидетельствует в пользу лучшей биологической активности сульфата лизина и гидроксианалога метионина по сравнению с комбинацией лизина в форме монохлоргидрата и DL-метионина на фоне ОР с пониженными (на 5%) уровнями лизина, метионина и обменной энергии.
Ранее, напротив, показано, что DL-метионин обладает более высокой активностью в качестве источника метионина у бройлеров, чем гидроксианалог метионина на эквимолярной основе, тогда как в другом исследовании показано, что оба соединения обладают одинаковой активностью.
Ряд исследователей показали, что биоэффективность сульфата лизина по сравнению с монохлоргидратом лизина часто практически идентична. Выход абдоминального жира в данном исследовании в опытных группах II–IV был ниже по сравнению с контролем I (р ≤ 0,05).
Влияние комбикормов с нормальной и пониженной питательностью по обменной энергии, а также лизина и метионина в различных формах на экспрессию ключевых генов у петушков кросса «Смена 9» представлено на рисунке 1, у курочек — на рисунке 2.
Отметим, что изменение состава рациона у петушков (рис. 1) и курочек (рис. 2) оказало во многих случаях значительное влияние (р ≤ 0,05) на экспрессию ряда ключевых генов, регулирующих антиоксидантную защиту, иммунную систему, воспаление, апоптоз, продуктивность и барьерную функцию эпителия ЖКТ. Эти данные говорят о том, что изменение рациона может приводить к изменению регуляции некоторых ключевых генов у птиц, что может указывать на физиологическую адаптацию.
Что касается изменения генов антиоксидантной защиты, то следует отметить, что домашняя птица, как и все аэробные живые организмы, способна вырабатывать активные формы кислорода для регуляции физиологических процессов организма, в норме поддерживая их уровень на низких значениях для стабилизации окислительно-восстановительного баланса.
Гипервыработка свободных радикалов, приводящая к окислительному стрессу, — основной фактор, вызывающий негативные последствия у животных и птиц. У птицы сформировались интегрированные системы антиоксидантной защиты, такие как SOD1 (супероксиддисмутаза 1). Супероксиддисмутаза 1 участвует в регуляции выработки свободных радикалов и поддержания баланса между антиоксидантами и прооксидантами. У петушков экспрессия SOD1 в опытных группах II–IV резко возрастала (от 9,4 до 11,8 раза) по сравнению с контролем I (р ≤ 0,05), тогда как у курочек не имела достоверных различий с контролем I в группах II и III и повышалась незначительно в группе IV (р ≤ 0,05).
Изменение состава рациона в опытных группах (что в большей степени касается групп петушков) могло «вмешаться» в окислительно-восстановительный баланс и привело к активации звена эндогенной антиоксидантной системы. F.M. Hernandez и соавт. показали, что снижение сырого протеина в рационе бройлеров на 1,5% отрицательно сказалось на продуктивности петушков, но не курочек, в рационе которых сырой протеин можно было снизить до 3% без каких-либо последствий для продуктивности. При этом наблюдалась значительная взаимосвязь между уровнем сырого протеина и полом в отношении экспрессии генов CAT2, PEPT2 и ASCTI1. Возможно, у курочек имеются иные компенсаторные механизмы преодоления кормовых стрессов или сам стресс имеет меньшее негативное влияние в отношении курочек.
Такую же тенденцию, связанную с полом, сохранял уровень экспрессии мРНК PTGS2 (простагландин-эндопероксидсинтазы) у бройлеров. Так, у петушков экспрессия PTGS2 в опытных группах II–IV резко возрастала (от 4,9 до 52,0 раз) по сравнению с контролем I (р ≤ 0,05), тогда как у курочек увеличивалась лишь в 1,5–2,3 раза (р ≤ 0,05). PTGS2 считается важнейшим провоспалительным медиатором.
Активация данного гена может ухудшить продуктивность бройлеров в условиях промышленного выращивания, ведь усиление иммунного ответа приводит к значительным потерям энергии кормов, поскольку для иммунной регуляции требуется огромное количество как энергии, так и питательных веществ. L. Kern и соавт. предположили, что механизм, который может быть задействован в провоспалительных реакциях у петушков, может заключаться в более высокой массе тела по сравнению с курочками.
Кроме того, экспрессия гена SGLT2 в слепых отростках кишечника петушков и курочек в ответ на изменение рациона демонстрировала различные уровни. Так, например, экспрессия данного гена у курочек была снижена в опытной группе II в 5,0 раз по сравнению с группой I (р ≤ 0,05), тогда как у петушков, напротив, повышена в 2,4 раза (р ≤ 0,05). SGLT2 — это ген, который кодирует котранспортеры натрия и глюкозы, а значит, участвует во всасывании питательных веществ и снабжении организма энергией.
Потенциальная разница в усвоении питательных веществ в кишечнике у петушков и курочек может приводить к разнице в скорости всасывания питательных веществ и, следовательно, к наблюдаемой разнице в массе тела между полами. Ранее было проведено несколько исследований для определения различий в экспрессии переносчиков питательных веществ у курочек и петушков. Показано, что у индюшат-самок, напротив, был выше уровень экспрессии гена SGLT1 по сравнению с самцами.
Стоит отметить, что экспрессия гена Muc2 в слепых отростках кишечника петушков и курочек изменялась по-разному в зависимости от используемого рациона. Например, экспрессия мРНК данного гена у курочек снижалась в опытной группе II в 1,9 раза по сравнению с группой I (р ≤ 0,05), тогда как у петушков, напротив, повышалась в 3,1 раза (р ≤ 0,05). Эпителий кишечного тракта покрыт слоем слизи, состоящим преимущественно из гликопротеинов муцина, которые синтезируются бокаловидными клетками. Муцин влияет на защиту кишечника от кислот, пищеварительных ферментов и патогенов, фильтрацию питательных веществ в желудочно-кишечном тракте, их переваривание и всасывание.
Предыдущие исследования показали, что экспрессия генов муцинов в кишечнике может рассматриваться как биомаркер барьерной функции. Было показано, что белки и специфические аминокислоты изменяют секрецию муцина Muc2 в ответ на состав рациона. Это связано с тем, что белки и аминокислоты, содержащиеся в кормах, способны напрямую взаимодействовать с бокаловидными клетками, вызывая изменения секреции муцина.
Несоответствие некоторых результатов ряду данных, полученных ранее, вероятно, связано с различными методическими особенностями проведения экспериментов, такими как генотип птицы, возраст, условия содержания.
Выводы
Исследованиями на мясных курочках и петушках кросса «Смена 9» установлено, что, по данным динамики изменений живой массы птиц (как петушков, так и курочек), биологическая активность сульфата лизина и гидроксианалога метионина оказалась лучше по сравнению с комбинацией лизина в форме монохлоргидрата и DL-метионина (на фоне ОР с пониженными (на 5%) уровнями лизина, метионина и обменной энергии).
Было показано, что изменения в составе рациона у петушков и курочек оказали во многих случаях значительное влияние на экспрессию ряда ключевых генов, регулирующих антиоксидантную защиту(например, SOD1), иммунную систему, воспаление(PTGS2), продуктивность (SGLT2)и барьерную функции эпителия ЖКТ (Muc2). Эти данные свидетельствуют о том, что изменение рациона может приводить к изменению регуляции некоторых ключевых генов у птиц, что может указывать на физиологическую адаптацию и, вероятно, оказывать влияние на зоотехнические показатели.
Об авторах
Елена Александровна Йылдырым1, 2
• доктор биологических наук, главный биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории1;
• доктор биологических наук, профессор кафедры крупного животноводства
deniz@biotrof.ru; https://orcid.org/0000-0002-5846-5105
Лариса Александровна Ильина1, 2
• доктор биологических наук, начальник молекулярно-генетической лаборатории1;
• доктор биологических наук, профессор кафедры крупного животноводства2
ilina@biotrof.ru; https://orcid.org/0000-0003-2789-4844
Георгий Юрьевич Лаптев1; доктор биологических наук, генеральный директор ООО «БИОТРОФ+»
laptev@biotrof.ru; https://orcid.org/0000-0002-8795-6659
Валентина Анатольевна Филиппова1, 2
• старший биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории1;
• заведующая лабораторией кафедры крупного животноводства2
filippova@biotrof.ru; https://orcid.org/0000-0001-8789-9837
Андрей Валерьевич Дубровин1, 2
• кандидат ветеринарных наук, биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории1;
• кандидат ветеринарных наук, старший научный сотрудник кафедры крупного животноводства2
dubrowin.a.v@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0001-8424-4114
Дарья Георгиевна Тюрина1; кандидат экономических наук, главный биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории
tiurina@biotrof.ru; https://orcid.org/0000-0001-9001-2432
Ксения Андреевна Соколова1, 2
• биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории1;
• ассистент кафедры крупного животноводства2
ksenya.k.a@biotrof.ru; https://orcid.org/0000-0002-9541-6839
Василий Александрович Заикин1; биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории
dfxt@biotrof.ru; https://orcid.org/0009-0006-8029-9955
Екатерина Сергеевна Пономарева1; биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории
kate@biotrof.ru; https://orcid.org/0000-0002-4336-8273
Ирина Александровна Ключникова1, 2
• биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории1;
• аспирант2
irina@biotrof.ru; https://orcid.org/0009-008-6484-1235
Владимир Иванович Фисинин3; доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАН, научный руководитель
https://orcid.org/0000-0003-0081-6336
Иван Афанасьевич Егоров3; доктор биологических наук, профессор, академик РАН
https://orcid.org/0000-0001-9122-9553
Татьяна Анатольевна Егорова3; доктор сельскохозяйственных наук, заместитель директора по научно-исследовательской работе
eta164@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-5102-2248
Вардгес Агавардович Манукян3; доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник, заведующий отделом питания птицы
manukyan@vnitip.ru; https://orcid.org/0000-0003-4564-4427
Татьяна Николаевна Ленкова3; доктор сельскохозяйственных наук, профессор
dissоvet@vnitip.ru; https://orcid.org/0000-0001-8391-5000
Ольга Николаевна Дегтярева3; кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник
fncvnitip@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-7243-7381
1 ООО «БИОТРОФ+», бульвар Загребский, 19/1, Санкт-Петербург, 192284, Россия
2 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Петербургское шоссе, 2, Пушкин, Санкт-Петербург, 196601, Россия
3 Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт птицеводства, ул. Птицеградская, 10, Сергиев Посад, Московская обл., 141311, Россия
УДК 619:616.98:579.852.13
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-391-02-87-94
