Ассоциация полиморфизма rs8193046 гена TLR4 с элементным составом сыворотки крови коров красной степной породы

В последние годы изучение генетических факторов, влияющих на иммунный ответ, устойчивость к заболеваниям и продуктивность животных, привлекает значительное внимание селекционеров. Одним из таких факторов является толл-подобный рецептор 4 (TLR4), который играет ключевую роль в иммунном ответе. Рецептор реагирует на липополисахаридные компоненты бактериальной клеточной стенки. У крупного рогатого скота идентифицированы 10 функциональных TLR (от TLR1 до TLR10), каждый из которых эволюционировал для распознавания специфических патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMP). Генетические полиморфизмы в генах TLR могут влиять на обмен веществ, связанный с усвоением и распределением макро- и микроэлементов, а также определять различия в их содержании в тканях и сыворотке крови.

Цель данного исследования — изучение влияния полиморфизма rs8193046 гена TLR4 на содержание лейкоцитов и элементный состав сыворотки крови коров красной степной породы. Впервые была выявлена связь аллельных вариантов гена TLR4 с содержанием элементов в сыворотке крови и показателями иммунитета у дойных коров этой породы. Генотип GG гена TLR4 был ассоциирован с более высоким содержанием макроэлементов, таких как кальций и фосфор, а также с более низким уровнем токсичных микроэлементов, включая кадмий. Наличие носителей альтернативных аллелей в стаде красной степной породы открывает возможности для селекции, направленной на повышение резистентности к инфекционным заболеваниям.

1. Miroshnikov S., Notova S., Kazakova T., Marshinskaia O. The total accumulation of heavy metals in body in connection with the dairy productivity of cows. Environmental Science and Pollution Research International. 2021; 28(36): 49852–49863. https://doi.org/10.1007/s11356-021-14198-6

2. Горлов И.Ф. и др. Влияние новых кормовых добавок на продуктивность коров красной степной породы. Аграрный вестник Урала. 2023; 04(233): 61‒69. https://doi.org/10.32417/1997-4868-2023-233-04-61-69

3. Овчинникова Е.К., Судаков Н.Н., Максимюк Н.Н., Морозов М.В. Совершенствование условий содержания и кормления молочных коров. Аграрная наука. 2024; (12): 70–76. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-389-12-70-76

4. Rybachuk Zh., Revunets A., Galatyuk O., Romanyshyna T., Behas V. Pharmacological effects of the use of enzyme and probiotic feed additive for dry cows. Наукові горизонти. 2024; 27(6): 9–18. https://doi.org/10.48077/scihor6.2024.09

5. Bartens M.-C. et al. Single Nucleotide Polymorphisms in the Bovine TLR2 Extracellular Domain Contribute to Breed and Species-Specific Innate Immune Functionality. Frontiers in Immunology. 2021; 12: 764390. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.764390

6. Власенко Н.В., Чанышев М.Д., Хафизов К.Ф., Кузин С.Н., Акимкин В.Г. Значимость генов главного комплекса гистосовместимости в отношении иммунитета против гепатита А. Инфекционные болезни в современном мире: эволюция, текущие и будущие угрозы. Сборник трудов XVI Ежегодного всероссийского конгресса по инфекционным болезням им. академика В.И. Покровского. М.: Медицинское маркетинговое агентство. 2024; 49. https://www.elibrary.ru/athfer

7. Бородин Н.Е., Сибен А.Н. Генетическое различие в иммунном ответе домашних и диких птиц. Аграрная наука в контексте времени. Сборник трудов LX Международной научно-практической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тюмень: Государственный аграрный университет Северного Зауралья. 2025; 5–8. https://www.elibrary.ru/wytryr

8. Карпова Н.С., Нурбеков М.К., Дмитренко О.П., Терехина О.Л. Путь от поиска генетической предрасположенности к развитию заболеваний до разработки терапии. От рождения до активного долголетия. Сборник тезисов докладов II Международного форума геномных и биомедицинских технологий. Сургут: Издательский центр Сургутского государственного университета. 2024; 49–50. https://www.elibrary.ru/jlzjwp

9. Решетникова А.А. и др. Определение экспрессии генов ТNFAIP3, CDS1 и MTAP в популяции свиней породы крупная белая. Аграрная наука. 2025; (2): 95–100. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2025-391-02-95-100

10. Максимчук М.Г., Левина Г.Н. Молочная продуктивность и функция воспроизводства коров черно-пестрой породы разных генотипов. Аграрная наука. 2023; (8): 53–57. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-373-8-53-57

11. Сабетова К.Д. и др. Молочная продуктивность и уровень кетоновых тел в крови коров костромской породы разных генотипов LEP. Аграрная наука. 2024; (6): 56–61. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-383-6-56-61

12. Тарасова Е.И. Элементный состав сыворотки крови молочных коров с различными полиморфными вариантами гена TLR4. Современные достижения и проблемы физиологии и кормления животных. Сборник тезисов Международного научного форума «Современные достижения и проблемы физиологии и кормления животных», посвященного 120-летию со дня рождения академика А.Д. Синещёкова и 100-летию со дня рождения профессора В.А. Крохиной. Подольск: ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста, 2024; 62–64. https://www.elibrary.ru/lticzb

13. Тарасова Е.И. Полиморфизм гена TLR4 и его влияние на продуктивность и элементный состав крови коров черно-пестрой породы трех областей России. Зоотехния сегодня — приоритеты и перспективы развития. Материалы Международной научнопрактической конференции, посвященной памяти заслуженных деятелей науки Российской Федерации В.И. Левахина и Г.И. Левахина. Оренбург: Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук. 2025; 151–155. https://www.elibrary.ru/cxmdpl

14. Chen H. et al. Contribution of the mutation rs8193069 in TLR4 to mastitis resistance and performance in Holstein cows in southern China. Veterinary Medicine and Science. 2022; 8(1): 357–366. https://doi.org/10.1002/vms3.671

15. Zamorano-Algandar R. et al. Genetic Markers Associated with Milk Production and Thermotolerance in Holstein Dairy Cows Managed in a Heat-Stressed Environment. Biology. 2023; 12(5): 679. https://doi.org/10.3390/biology12050679

16. Mukherjee S., Huda S., Sinha Babu S.P. Toll-like receptor polymorphism in host immune response to infectious diseases: A review. Scandinavian Journal of Immunology. 2019; 90(1): e12771. https://doi.org/10.1111/sji.12771

17. Sameer A.S., Nissar S. Toll-Like Receptors (TLRs): Structure, Functions, Signaling, and Role of Their Polymorphisms in Colorectal Cancer Susceptibility. BioMed Research International. 2021; 2021: 1157023. https://doi.org/10.1155/2021/1157023

18. Maurić Maljković M., Vlahek I., Piplica A., Ekert Kabalin A., Sušić V., Stevanović V. Prospects of toll-like receptors in dairy cattle breeding. Animal Genetics. 2023; 54(4): 425–434. https://doi.org/10.1111/age.13325

19. Sharma B.S., Leyva I., Schenkel F., Karrow N.A. Association of Toll-Like Receptor 4 Polymorphisms with Somatic Cell Score and Lactation Persistency in Holstein Bulls. Journal of Dairy Science. 2006; 89(9): 3626–3635. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(06)72402-X

20. Wang M. et al. Toll-like receptor 4 gene polymorphisms influence milk production traits in Chinese Holstein cows. Journal of Dairy Research. 2018; 85(4): 407–411. https://doi.org/10.1017/S0022029918000535

21. Gopi B. et al. Single-nucleotide polymorphisms in CLEC7A, CD209 and TLR4 gene and their association with susceptibility to paratuberculosis in Indian cattle. Journal of Genetics. 2020; 99: 14. https://doi.org/10.1007/s12041-019-1172-4

22. Badami S., Thanislass J., Barathiraja S., Anitha T., Upadhyaya I., Kumar Mukhopadhyay H. Identification of single nucleotide variations in the Toll-like receptor 9 (TLR9) gene and its association to mastitis susceptibility in dairy cattle. Biological Rhythm Research. 2019; 50(6): 887–896. https://doi.org/10.1080/09291016.2018.1502233

23. Свириденко Г.М., Мордвинова В.А., Вахрушева Д.С., Остроухова И.Л. Маститы — проблема безопасности, качества и сыропригодности молока сырого. Сыроделие и маслоделие. 2024; (3): 58–63. https://doi.org/10.21603/2073-4018-2024-3-5

24. Tarasova E., Notova S., Markova I., Kataev V., Plotnikov A. PSI-B-27 Association of multiple SNP in the LRP4 gene with features of the cattle elemental status. Journal of Animal Science. 2021; 99(S3): 227. https://doi.org/10.1093/jas/skab235.414

25. Sizova E.A. et al. Serum and Hair Trace Element and Mineral Levels in Dairy Cows in Relation to Daily Milk Yield. Biological Trace Element Research. 2022; 200(6): 2709–2715. https://doi.org/10.1007/s12011-021-02878-w

26. Miroshnikov S.A., Skalny A.V., Zavyalov O.A., Frolov A.N., Grabeklis A.R. The Reference Values of Hair Content of Trace Elements in Dairy Cows of Holstein Breed. Biological Trace Element Research. 2020; 194(1): 145–151. https://doi.org/10.1007/s12011-019-01768-6

27. Littledike E.T., Wittum T.E., Jenkins T.G. Effect of breed, intake, and carcass composition on the status of several macro and trace minerals of adult beef cattle. Journal of Animal Science. 1995; 73(7): 2113–2119. https://doi.org/10.2527/1995.7372113x

28. Elmaghraby M.M., El-Nahas A.F., Fathala M.M., Sahwan F.M., Tag El-Dien M.A. Association of toll-like receptors 2 and 6 polymorphism with clinical mastitis and production traits in Holstein cattle. Iranian Journal of Veterinary Research. 2018; 19(3): 202–207.

29. Sharma B.S. et al. Association of TLR4 polymorphisms with Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis infection status in Canadian Holsteins. Animal Genetics. 2015; 46(5): 560–565. https://doi.org/10.1111/age.12333

30. El-Zayat S.R., Sibaii H., Mannaa F.A. Micronutrients and many important factors that affect the physiological functions of toll-like receptors. Bulletin of the National Research Centre. 2019; 43: 123. https://doi.org/10.1186/s42269-019-0165-z

31. Yang J. et al. Regularity of Toll-Like Receptors in Bovine Mammary Epithelial Cells Induced by Mycoplasma bovis. Frontiers in Veterinary Science. 2022; 9: 846700. https://doi.org/10.3389/fvets.2022.846700

32. Zhou H., Cheng L., Gong H., Byun S.O., Edwards G.R., Hickford J.G.H. Variation in the Toll-like Receptor 4 (TLR4) gene affects milk traits in dairy cows. Journal of Dairy Research. 2017; 84(4): 426–429. https://doi.org/10.1017/S0022029917000711

33. Spears J.W. Micronutrients and immune function in cattle. Proceedings of the Nutrition Society. 2000; 59(4): 587–594. https://doi.org/10.1017/S0029665100000835

34. Arthington J.D., Ranches J. Trace Mineral Nutrition of Grazing Beef Cattle. Animals. 2021; 11(10): 2767. https://doi.org/10.3390/ani11102767

35. Луцай В.И., Руденко П.А., Сибирцев В.Д., Нефедов А.М. Эффективность терапии высокопродуктивных коров при коморбидном течении акушерско-гинекологической и ортопедической патологии. Аграрная наука. 2025; (5): 41–47. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2025-394-05-41-47

36. Spears J.W., Weiss W.P. Invited Review: Mineral and vitamin nutrition in ruminants. The Professional Animal Scientist. 2014; 30(2): 180–191. https://doi.org/10.15232/S1080-7446(15)30103-0

37. Munteanu C., Schwartz B. The relationship between nutrition and the immune system. Frontiers in Nutrition. 2022; 9: 1082500. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.1082500

38. Zhu C., Chen G., Yao J., Lin W. Effect of infection after liver cancer interventional therapy on T lymphocyte subsets and Toll-like receptors in peripheral blood mononuclear cells and its mechanism. Advances in Clinical and Experimental Medicine. 2022; 31(1): 17–23. https://doi.org/10.17219/acem/141499

39. Ribeiro-Gomes F.L. et al. Neutrophils Activate Macrophages for Intracellular Killing of Leishmania major through Recruitment of TLR4 by Neutrophil Elastase. Journal of Immunology. 2007; 179(6): 3988–3994. https://doi.org/10.4049/jimmunol.179.6.3988

40. Puck A. et al. The soluble cytoplasmic tail of CD45 regulates T-cell activation via TLR4 signaling. European Journal of Immunology. 2021; 51(12): 3176–3185. https://doi.org/10.1002/eji.202149227

41. Mitsuhashi M. Ex vivo simulation of leukocyte function: Stimulation of specific subsets of leukocytes in whole blood followed by the measurement of function-associated mRNAs. Journal of Immunological Methods. 2010; 363(1): 95–100. https://doi.org/10.1016/j.jim.2010.10.002

42. Sanguinetti C. et al. Binding of Gamma-Glutamyl Transferase to TLR4 Signalling Allows Tissue Factor Activation in Monocytes. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(20): 12207. https://doi.org/10.3390/ijms232012207

43. Lu P. et al. Intestinal epithelial Toll-like receptor 4 prevents metabolic syndrome by regulating interactions between microbes and intestinal epithelial cells in mice. Mucosal Immunology. 2018; 11(3): 727–740. https://doi.org/10.1038/mi.2017.114

44. Wathes D.C. et al. Relationships between metabolic profiles and gene expression in liver and leukocytes of dairy cows in early lactation. Journal of Dairy Science. 2021; 104(3): 3596–3616. https://doi.org/10.3168/jds.2020-19165

45. Kenny E.F., Quinn S.R., Doyle S.L., Vink P.M., van Eenennaam H., O’Neill L.A.J. Bruton’s Tyrosine Kinase Mediates the Synergistic Signalling between TLR9 and the B Cell Receptor by Regulating Calcium and Calmodulin. PloS ONE. 2013; 8(8): e74103. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0074103

46. Shintani Y. et al. Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. EMBO Reports. 2014; 15(4): 438–445. https://doi.org/10.1002/embr.201337945

47. Tang S. et al. Extracellular calcium elicits feedforward regulation of the Toll-like receptor-triggered innate immune response. Cellular & Molecular Immunology. 2017; 14(2): 180–191. https://doi.org/10.1038/cmi.2015.59

48. Oh-hora M. et al. Dual functions for the endoplasmic reticulum calcium sensors STIM1 and STIM2 in T cell activation and tolerance. Nature Immunology. 2008; 9(4): 432–443. https://doi.org/10.1038/ni1574

49. Hogan P.G., Lewis R.S., Rao A. Molecular Basis of Calcium Signaling in Lymphocytes: STIM and ORAI. Annual Review of Immunology. 2010; 28: 491–533. https://doi.org/10.1146/annurev.immunol.021908.132550

50. Moreira V.R., Zeringue L.K., Williams C.C., Leonardi C., McCormick M.E. Influence of calcium and phosphorus feeding on markers of bone metabolism in transition cows. Journal of Dairy Science. 2009; 92(10): 5189–5198. https://doi.org/10.3168/jds.2009-2289

51. Wächter S., Cohrs I., Golbeck L., Wilkens M.R., Grünberg W. Effects of restricted dietary phosphorus supply to dry cows on periparturient calcium status. Journal of Dairy Science. 2022; 105(1): 748‒760. https://doi.org/10.3168/jds.2021-20726

52. Zhang D. et al. High Phosphate-Induced Calcification of Vascular Smooth Muscle Cells is Associated with the TLR4/NF-κb Signaling Pathway. Kidney and Blood Pressure Research. 2018; 42(6): 1205–1215. https://doi.org/10.1159/000485874

53. Almousa L.A., Salter A.M., Langley-Evans S.C. Varying magnesium concentration elicits changes in inflammatory response in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Magnesium Research. 2018; 31(3): 99–109. https://doi.org/10.1684/mrh.2018.0439

54. Haase H. et al. Zinc Signals Are Essential for LipopolysaccharideInduced Signal Transduction in Monocytes. Journal of Immunology. 2008; 181(9): 6491–6502. https://doi.org/10.4049/jimmunol.181.9.6491

55. Скальный А.В., Сотникова Т.И., Коробейникова Т.В., Тиньков А.А. Значение коррекции дефицита цинка в практической медицине: обзор. Сеченовский вестник. 2022; 13(4): 4–17. https://doi.org/10.47093/22187332.2022.13.4.4-17

56. Liu X. et al. Zinc finger protein ZBTB20 promotes toll-like receptor-triggered innate immune responses by repressing IκBα gene transcription. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013; 110(27): 11097–11102. https://doi.org/10.1073/pnas.1301257110

57. Sharif-Askari E. et al. Zinc Finger Protein Gfi1 Controls the Endotoxin-Mediated Toll-Like Receptor Inflammatory Response by Antagonizing NF-κB p65. Molecular and Cellular Biology. 2010; 30(16): 3929–3942. https://doi.org/10.1128/MCB.00087-10

58. Maiguma M. et al. Dietary Zinc Is a Key Environmental Modifier in the Progression of IgA Nephropathy. PLoS ONE. 2014; 9(2): e90558. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090558

59. Kamei N. et al. Overexpression of Monocyte Chemoattractant Protein-1 in Adipose Tissues Causes Macrophage Recruitment and Insulin Resistance. Journal of Biological Chemistry. 2006; 281(36): 26602–26614. https://doi.org/10.1074/jbc.M601284200

60. de Pontual L. Iron and susceptibility to infections. Archives de Pédiatrie. 2017; 24(5S): 5S14–5S17 (in French). https://doi.org/10.1016/S0929-693X(17)24004-4

61. Balounová J., Vavrochová T., Benešová M., Ballek O., Kolář M., Filipp D. Toll-like receptors expressed on embryonic macrophages couple inflammatory signals to iron metabolism during early ontogenesis. European Journal of Immunology. 2014; 44(5): 1491–1502. https://doi.org/10.1002/eji.201344040