Relación de las variantes A y B de la β-lactoglobulina con la producción y composición de la leche de vacas Holstein y criollo lechero tropical

Associations between variants A and B of β-lactoglobulin and milk production and composition of Holstein and milking tropical criollo cows

Martín A. Meza-Nieto^1,2, Aarón F. González-Córdova¹, Carlos M. Becerril-Pérez³, Adalberto Rosendo-Ponce³, Pablo Díaz-Rivera³, Felipe de J. Ruíz-López⁴, Belinda Vallejo-Cordoba^1*

¹ Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A. C. (CIAD). Carretera a La Victoria, Km. 0.6, 83304. Hermosillo, Sonora, México. ^* Autor responsable: ( vallejo@ciad.mx ).

³ Campus Córdoba, Colegio de Postgraduados. Carretera Federal México-Veracruz, Km. 348, 94946. Amatlán de los Reyes, Veracruz, México.

⁴ Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). Carretera a Colón. Km. 1, 76280. Ajuchitlán, Querétaro, México.

Recibido: febrero, 2011.
Aprobado: diciembre, 2011.

Resumen

Las variantes genéticas de la β-lactoglobulina (β-LG) A y B se han asociado con la producción y composición de la leche, lo que puede variar entre razas lecheras. El objetivo del presente estudio fue determinar la relación de las variantes genéticas de β-LG con la composición y producción de la leche de vacas Holstein (H) y Criollo Lechero Tropical (CLT). Se caracterizaron 350 muestras de leche de vacas H y 64 de CLT. La información individual de los registros productivos y reproductivos de ambas razas fue recopilada. En cada muestra se determinó la composición química por espectroscopía de infrarrojo medio y el recuento de células somáticas (CCS) por citometría de flujo. Se realizó un análisis de varianza con modelos mixtos para estudiar el efecto del fenotipo de la β-LG sobre la composición química de la leche, CCS, producción de leche, grasa y proteína ajustada a 305 d y producción de leche al día del muestreo. En el modelo estadístico se incluyó el efecto aleatorio del padre de la vaca y los efectos fijos de hato-año-estación, fenotipo y número de parto, además de las covariables días en leche y edad de la vaca. Se encontró efecto significativo del fenotipo de la β-LG sobre la composición química de la leche. Los porcentajes de grasa, proteína, sólidos no grasos y sólidos totales fueron significativamente (p≤0.05) mayores en el fenotipo BB en ambas razas. La producción de leche ajustada a los 305 d fue superior (p ≤0.05) en el fenotipo AA de vacas H.

Palabras clave: β-lactoglobulina, variantes A y B, leche, vacas Holstein y Criollo Lechero Tropical.

Abstract

Genetic variants of β-lactoglobulin (β-LG) A and B have been associated with milk production and composition, which can vary between dairy breeds. The aim of this study was to determine the relationship of genetic variants of β-LG with milk composition and production of Holstein cows (H) and Tropical Milking Criollo (TMC). Three hundred and fifty milk samples of H cows and 64 of TMC were characterized. Individual information on production and reproduction records of both breeds was collected. The chemical composition of each sample was determined by mid-infrared spectroscopy and somatic cell count (SCC) by flow cytometry. An analysis of variance was conducted with mixed models to study the effect of β-LG phenotype on the chemical composition of milk, SCC, milk production, fat and protein adjusted to 305 d and milk yield at the day of sampling. In the statistical model, the random effect of the cows father and the fixed effects herd-year-season, phenotype and number of birth were included, besides the covariates days in milk and cow age. β-LG phenotype was found to have a significant effect on chemical composition of milk. The percentage of fat, protein, nonfat and total solids were significantly (p≤0.05) higher in BB phenotype for both breeds. The milk yield/production fitted to 305 d was higher (p ≤0.05) for AA phenotype of H cows.

Key words: β-lactoglobulin, variants A and B, milk, Holstein cows, Tropical Milking Criollo.

INTRODUCCIÓN

Técnicas de separación electroforética han mostrado variantes genéticas en las proteínas caseicas y séricas (Ng-Kwai-Hang, 1997). Después del descubrimiento de las 30 variantes genéticas en las proteínas de la leche, se encontró una asociación entre las variantes genéticas con las características de producción y composición de la leche (Hill, 1993; Ng-Kwai-Hang, 1997; Caroli et al., 2004). Por tanto, es interesante usar los genes relacionados con las proteínas de la leche como marcadores genéticos para incrementar la producción y mejorar la composición de la leche (Ng-Kwai-Hang, 1997). También se detectaron nuevos polimorfismos del gen de la β-LG con efectos en la concentración de la β-LG en la leche (Ganai et al., 2008).

Según McLean et al. (1984), Haenlein et al. (1987) y Bonfatti et al. (2010) hay una relación entre las variantes genéticas de α_s1 caseína (α_s1-CN), β-caseína (β-CN), κ-caseína (κ-CN), β-lactoglobulina (β-LG) y la producción o composición de la leche. Sin embargo, los resultados han variado en relación al tamaño de la muestra estudiada, raza de ganado utilizada, frecuencias bajas de algunas variantes, métodos para determinar la producción y los tipos de análisis estadísticos usados para corregir los factores que afectan la producción y composición de la leche (Ng-Kwai-Hang, 1997; Bobe et al., 1999).

El efecto de las variantes genéticas sobre la composición de la leche se ha determinado mediante modelos de efectos fijos con análisis de mínimos cuadrados, estimando el efecto de un sólo gen particular e ignorando los efectos poligénicos (Bobe et al., 1999). El uso de modelos mixtos permite analizar los datos con variabilidad aleatoria de otros efectos no incluidos en el error experimental (Kennedy et al., 1992). Los modelos mixtos permiten mostrar el efecto de los genotipos de las proteínas de la leche en su rendimiento y composición en vacas Holstein y Jersey (Lunden et al., 1997; Ojala et al., 1997; Bobe et al., 1999). Sin embargo, no se han realizado estudios similares con datos de ganado criado en México, donde la Holstein (H) es la raza productora de leche más numerosa. Una alternativa para producir leche en la región tropical es la raza Criollo Lechero Tropical (CLT), constituida por animales descendientes de los traídos a América durante la conquista y que han evolucionado en el trópico. En este ganado hay frecuencias de 0.14, 0.33 y 0.53 para los genotipos AA, AB y BB de la β-LG, mientras que en H hay frecuencias de 0.19, 0.57 y 0.24 (Meza-Nieto et al., 2010). El objetivo de esta investigación fue relacionar el efecto de las variantes genéticas A y B de la β-LG con la producción y composición de la leche de vacas H y CLT de México.

Fuente de datos

Se recolectaron muestras de leche de 350 vacas H y 64 CLT. Las vacas CLT pertenecían a un hato localizado a 20 km al sur del puerto de Veracruz, México (clima cálido subhúmedo con lluvias en verano), las vacas H estaban en dos hatos del estado de Querétaro (clima templado). Los datos fueron proporcionados por el Colegio de Postgraduados y la Asociación Holstein de México.

Muestras de leche

Para la raza H cada muestra consistió en una mezcla de leche de la ordeña matutina (50 mL) y vespertina (50 mL) y para la CLT una muestra de la mañana (100 mL). Se utilizó bronopol 2-bromo-2-nitro1, 3 propanediol como conservador. Las muestras fueron transportadas a una temperatura de 4 °C y almacenadas en el laboratorio a — 20 °C hasta su análisis. De cada muestra se tomaron 50 mL para su análisis químico (grasa, proteína, sólidos totales y lactosa) por espectroscopía en el infrarrojo medio (EIRM) en un equipo Bentley 2000 y recuento de células somáticas (CCS) por citometría de flujo en un equipo Somacount 300. Los análisis se realizaron en el laboratorio de la Asociación Holstein de México.

Determinación del fenotipo y la variante genética de la β-LG

La separación de las variantes genéticas de la β-LG se efectuó por electroforesis capilar en zona libre (ECZ) con la metodología de Olguin-Arredondo y Vallejo-Cordoba (1999). La identificación de la β-LG para la fenotipificación de las muestras de leche se realizó mediante la adición de estándares analíticos. Se utilizó un sistema HP 3D, provisto de un capilar de sílice no recubierto de 72 cm de longitud × 50 µm de diámetro interno y longitud efectiva de 63.5 cm a la ventana. Las muestras fueron inyectadas a presión con nitrógeno (50 mbar por 10 s). El capilar se mantuvo a temperatura constante de 40 °C. La separación se llevó a cabo aplicando 25 KV en una solución amortiguadora de boratos 50.0 mM con 0.1 % de Tween 20 a pH 8.0. La detección de las variantes fue a 214 nm con un detector con arreglo de diodos. El capilar tuvo una secuencia de lavado entre muestras y muestra con: agua grado HPLC, solución capilar limpiadora (NaOH 0.1 M), agua HPLC y nitrógeno por 360 s cada una. Todas las soluciones se filtraron (0.22 µm) antes de ser introducidas al capilar.

Análisis estadístico

En ambas razas las variables estudiadas fueron la concentración de grasa (%), proteína (%), lactosa (%), sólidos no grasos (%), sólidos totales (%), recuento de células somáticas (Log_n) y producción de leche al día del muestreo (kg); además para la H se incluyó producción de leche (kg), grasa (kg) y proteína (kg) ajustada a los 305 d de lactancia. Para cada raza se realizó un análisis de varianza (ANDEVA) con modelos mixtos para estudiar el efecto del fenotipo de las variantes de la β-LG presente en la leche. En el modelo se incluyó el efecto aleatorio del padre de la vaca y los efectos fijos de hato, año y estación de parto, número de parto, fenotipo y concentración total de β-LG, β-LG A y β-LG B. Además se incluyeron los días en lactación y la edad de la vaca como covariables lineales y cuadráticas.

Relación del fenotipo de la β-LG con la composición de la leche

No hubo efecto significativo de la concentración total de β-LG, concentración de β-LG A y β-LG B, número de parto y hato-año-estación en la composición de la leche de las dos razas. El efecto aleatorio del padre de la vaca tampoco fue significativo (p>0.05). Sin embargo, hubo un efecto significativo (p≤0.05) del fenotipo de la β-LG en la composición de la leche de vacas H y cantidad de células somáticas. La leche de vacas con fenotipo BB presentó mayor concentración de sólidos totales, aunque con mayor número de células somáticas que el fenotipo AB (Cuadro 1). Destacaron las diferencias de proteína y sólidos totales del fenotipo BB con respecto al AA de 0.5 y 0.8 %.

El fenotipo de la β-LG tuvo efecto (p≤0.05) en el porcentaje de grasa, proteína, sólidos no grasos y sólidos totales, pero no para el contenido de lactosa y el conteo de células somáticas (Cuadro 2).

Los porcentajes de grasa, proteína, sólidos no grasos y sólidos totales fueron mayores en el fenotipo BB que en AA y AB, con mayor contenido de grasa, proteína y sólidos totales (1.2, 1.0 y 1.6 %) en el fenotipo BB. No hubo diferencias (p>0.05) en grasa, proteína, lactosa y cantidad de células somáticas entre los fenotipos AA y AB.

Los porcentajes de grasa mayores en ambas razas se presentaron en el fenotipo BB, lo que concuerda con reportes anteriores (Farmir et al., 1994; Hill y Paterson, 1994; Hill et al., 1995) y contrasta con el estudio realizado por Kim (1994) con vacas Ayrshire, Jersey y Suizo Pardo, en el que las leches con el fenotipo AA de la β-LG presentaron mayor contenido de grasa. En el fenotipo BB en H y CLT se observó mayor porcentaje de proteína, como lo reportado en la raza Polish Black-and-White (Strzalkowsca et al., 2002) y difiere de otros resultados, en los que el fenotipo AA fue superior (McLean et al., 1984; Ng-Kwai-Hang et al., 1986; Ng-Kwai-Hang et al., 1990). Los resultados del porcentaje de sólidos no grasos y sólidos totales por efecto del fenotipo BB, en ambas razas lecheras, concuerdan con lo reportado por Hill (1993) y Strzalkowsca et al. (2002).

La mayor frecuencia del genotipo BB en CLT (Meza-Nieto et al., 2010), asociado al mayor porcentaje de sólidos, sugiere que la leche de esta ganado puede presentar propiedades fisicoquímicas y tecnológicas ventajosas para la elaboración de derivados lácteos, como quesos y leches fermentadas. En concordancia con lo señalado por Demeter et al. (2010), la selección adecuada del ganado en función de la composición de la leche, para la manufactura de derivados lácteos, puede incrementar las ganancias de la industria.

Relación del fenotipo de la β-LG con producción de la leche

Sólo la producción de leche ajustada a 305 d de lactancia de vacas H se afectó (p≤0.05) por el fenotipo. La mayor producción de leche se presentó para el fenotipo AA (Cuadro 3).

Los resultados concuerdan con los de algunos autores (Ng-Kwai-Hang et al., 1982; Aleandri et al., 1990; Bovenhuies et al., 1992) que indican que las vacas H con fenotipo AA produjeron más leche. Sin embargo, Yebrovski y Komissarenko (1982) y Jairam y Nair (1983) indican mayor producción de leche por el fenotipo BB, mientras que Cerbulis y Farell (1975), McLean et al. (1984) y Ng-Kwai-Hang et al. (1984) no encontraron efecto del fenotipo.

CONCLUSIONES

El fenotipo de la β-LG afectó la composición de la leche, con porcentajes mayores para el fenotipo BB, en grasa, proteína y sólidos totales en Holstein y Criollo Lechero Tropical. En la raza Holstein el fenotipo AA produjo más leche por lactancia en 305 d, pero no en la producción del día de muestreo. Considerando que la leche de vacas Criollo Lechero Tropical presentó mayor porcentaje de sólidos que la leche de vacas Holstein, la primera podría presentar ventajas para la elaboración de derivados lácteos.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el apoyo a los proyectos de investigación: "Conservación, mejora genética y aprovechamiento del ganado Criollo Lechero Tropical (CLT) en México" (SAGARPA-CONACYT), "Polimorfismo genético de las proteínas de la leche determinado por electroforesis capilar y espectrometría de masas: Impacto en la producción, composición y propiedades fisicoquímicas de la leche" (CONACYT Ciencia Básica G 26490-B) y "La proteómica como un campo emergente en la ciencia de la leche: Un nuevo enfoque para conocer y entender el comportamiento de las proteínas lácteas y sus interacciones" (CONACYT Ciencia Básica 42340 Z).

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