Agrarian Bulletin of the Agrarian Bulletin of the Аграрный вестник Урала 1997-4868 2307-0005 56739 10.32417/1997-4868-2022-229-14-33-42 Биология Biology Биология Study of genetic diversity of bovine leukemia virus isolates obtained in the Belgorod region Изучение генетической вариабельности выделенных изолятов вируса лейкоза крупного рогатого скота в Белгородской области https://orcid.org/0000-0002-9892-6092 Петропавловский Максим Валерьевич Petropavlovskiy Maxim V. https://orcid.org/0000-0001-8349-3004 Донник Ирина Михайловна Donnik Irina M.

доктор биологических наук;

doctor of sciences in biology;

 Безбородова Наталья Александровна Bezborodova Natalia Aleksandrovna Коваленко Анатолий Михайлович Kovalenko Anatoliy Mihaylovich Беляева Светлана Николаевна Belyaeva Svetlana Nikolaevna Уральский государственный аграрный университет Екатеринбург Россия Ural State Agrarian University Yekaterinburg Russian Federation Уральский государственный аграрный университет Екатеринбург Россия Ural State Agrarian University Yekaterinburg Russian Federation Белгородский государственный аграрный университет имени В. Я. Горина Россия Белгородский государственный аграрный университет имени В. Я. Горина Russian Federation Белгородский государственный аграрный университет имени В. Я. Горина Россия Белгородский государственный аграрный университет имени В. Я. Горина Russian Federation 18 01 2023 18 01 2023 229 14 33 42 18 01 2023 https://usau.editorum.ru/en/nauka/article/56739/view

Аннотация. Цель исследования – изучение генетической вариабельности выделенных в Белгородской области изолятов вируса лейкоза с применением метода полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (RFLP). Методы. Объектом исследований служили инфицированные вирусом лейкоза коровы 3–4-летнего возраста (n = 10), выявленные серологическими методами в неблагополучных молочно-товарных сельскохозяйственных предприятиях. Проводили РИД-диагностику, гематологические исследования, ПЦР, генотипирование, статистическую обработку полученных данных. Научная новизна. Лейкоз является одним из наиболее распространенных хронических инфекционных заболеваний крупного рогатого скота во многих странах мира и служит причиной существенных экономических потерь в отрасли животноводства. Типизация вируса лейкоза (BLV), изучение его генетической структуры, оценка мутаций и более подробное раскрытие биологических свойств патогена имеет большое фундаментальное и прикладное значение. Результаты. В результате проведенных гематологических исследований определена стадия лейкозного процесса у каждого животного. Методом двухэтапной гнездовой (nested) ПЦР был амплифицирован целевой участок env (gp51) гена BLV (444 п. н.) и осуществлено его генотипирование для всех изучаемых изолятов вируса лейкоза с применением метода полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (RFLP). Нами дана первичная оценка генетической вариабельности BLV с установлением генетической группы (бельгийский генотип по RFLP). Мониторинговые исследования генотипов BLV и изучение антигенных изменений патогена позволят своевременно разрабатывать новейшие средства контроля и борьбы с распространением лейкоза, совершенствовать диагностические серологические и ПЦР тест-системы. Полученные специфические участки гена env (gp51) BLV будут использованы для дальнейшего проведения ДНК-секвенирования с последующим филогенетическим анализом и установлением аминокислотных изменений в структуре поверхностного гликопротеина (gp51) вируса лейкоза крупного рогатого скота.

Abstract. The purpose of the research Was to study genetic diversity of bovine leukemia virus isolates obtained in the Belgorod Region using restriction fragment length polymorphism method (RFLP). Scientific novelty. Bovine leukosis is one of the most common chronic infectious diseases of cattle in many countries of the world, which causes significant economic losses in the livestock industry. The typing of bovine leukemia virus (BLV), the study of its genetic structure, the evaluation of the mutation vector and a more detailed disclosure of the biological properties of the pathogen represent fundamental and applied value. Methods. The object of the research was 3-4-year-old cows infected with leukemia virus (n = 10), identified by serological methods in disadvantaged dairy farms. The immunodiffusion (ID) test, hematologic studies, PCR, genotyping, statistical processing of obtained data were conducted. Results. Conducted hematological studies determined the stage of the leukemic process in each animal. The target env fragment of the BLV gene (444 bp) was amplificated by 2-stage nested PCR, and this region was genotyped for all studied leukemia virus isolates using the restriction fragment length polymorphism (RFLP) method. In the course of the work, specific regions of the BLV env (gp51) gene, 970 bp long, were also obtained. We have given a primary assessment of the genetic diversity of BLV with the establishment of a genetic group (Belgian genotype according to RFLP). In the course of the work, specific regions of the env gp51 BLV gene, 444 bp long, were obtained. These fragments will be used for further DNA sequencing followed by phylogenetic analysis and determination of amino acid changes in the structure of the surface glycoprotein (gp51) of the bovine leukemia virus. Monitoring studies of BLV genotypes and the study of antigenic changes in the pathogen will allow timely development of the latest means of controlling and restricting the spread of bovine leukosis and improvement of diagnostic serological and PCR test systems.

 вирус лейкоза молекулярно-генетическая характеристика филогенетика гематология крупный рогатый скот генотипирование днк-секвенирование реакция энзимного полиморфизма bovine leukemia virus molecular genetic characteristics phylogenetics hematology cattle genotyping DNA sequencing enzyme polymorphism reaction

Донник И. М., Гулюкин М. И., Бусол В. А., Коваленко Л. В., Коваленко А. М. Лейкоз крупного рогатого скота - диагностика, оздоровление, антропозоонозный потенциал (история вопроса) (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2021. Т. 56. № 2. С. 230-244. Donnik I. M., Gulyukin M. I., Busol V. A., Kovalenko L. V., Kovalenko A. M. Leykoz krupnogo rogatogo skota - diagnostika, ozdorovlenie, antropozoonoznyy potencial (istoriya voprosa) (obzor) // Sel'skohozyaystvennaya biologiya. 2021. T. 56. № 2. S. 230-244. Гулюкин М. И., Капустина О. В., Ездакова И. Ю., Вальциферова С. В., Степанова Т. В., Аноятбеков М. Выявление специфических антител классов G и M к вирусу лейкоза крупного рогатого скота в сыворотках крови // Вопросы вирусологии. 2019. № 64 (4). С. 173-177. DOI: 10.36233/0507-4088-2019-64-4-173-177. Gulyukin M. I., Kapustina O. V., Ezdakova I. Yu., Val'ciferova S. V., Stepanova T. V., Anoyatbekov M. Vyyavlenie specificheskih antitel klassov G i M k virusu leykoza krupnogo rogatogo skota v syvorotkah krovi // Voprosy virusologii. 2019. № 64 (4). S. 173-177. DOI: 10.36233/0507-4088-2019-64-4-173-177. Asfaw Y., Tsuduku S., Konishi M., Murakami K., Tsuboi T., Wu D. et al. Distribution and superinfection of bovine leukemia virus genotypes in Japan // Archives of Virology. 2005. No.150. Pp. 493-505. Asfaw Y., Tsuduku S., Konishi M., Murakami K., Tsuboi T., Wu D. et al. Distribution and superinfection of bovine leukemia virus genotypes in Japan // Archives of Virology. 2005. No.150. Pp. 493-505. Bartlett P. C., Ladronka R. M., Ruggiero V. J., Hutchinson H. What dairy veterinarians should know about bovine leukemia virus // Bovine Practitioner. 2018. No. 52 (1). Pp. 1-7. Bartlett P. C., Ladronka R. M., Ruggiero V. J., Hutchinson H. What dairy veterinarians should know about bovine leukemia virus // Bovine Practitioner. 2018. No. 52 (1). Pp. 1-7. Beier D., Blankenstein P., Marquardt O., Kuzmak J. Identification of different BLV provirus isolates by PCR, RFLPA and DNA sequencing // Berl Munch Tierarztl Wochenschr. 2001. Vol. 114. No. 7-8. Pp. 252-256. Beier D., Blankenstein P., Marquardt O., Kuzmak J. Identification of different BLV provirus isolates by PCR, RFLPA and DNA sequencing // Berl Munch Tierarztl Wochenschr. 2001. Vol. 114. No. 7-8. Pp. 252-256. Chen Y. C., Chin W. Y., Chang C. C., Chuang S. T., Hsu W. L. Potential Risk Factors Associated with Infection with Bovine Leukaemia Virus in Dairy and Beef Cattle in Taiwan // Pathogens. 2021. No. 10 (12). Article number 1553. DOI: 10.3390/pathogens10121553. Chen Y. C., Chin W. Y., Chang C. C., Chuang S. T., Hsu W. L. Potential Risk Factors Associated with Infection with Bovine Leukaemia Virus in Dairy and Beef Cattle in Taiwan // Pathogens. 2021. No. 10 (12). Article number 1553. DOI: 10.3390/pathogens10121553. Fechner H., Blankenstein P., Looman A. C., Elwert J., Geue L., Albrecht C. et al. Provirus variants of the bovine leukemia virus and their relation to the serological status of naturally infected cattle // Virology. 1997. Vol. 237. No. 2. Pp. 261-269. Fechner H., Blankenstein P., Looman A. C., Elwert J., Geue L., Albrecht C. et al. Provirus variants of the bovine leukemia virus and their relation to the serological status of naturally infected cattle // Virology. 1997. Vol. 237. No. 2. Pp. 261-269. Frie M. C., Coussens P. M. Bovine leukemia virus: a major silent threat to proper immune responses in cattle // Veterinary Immunology and Immunopathology. 2015. Vol. 163 (3-4). Pp. 103-114. DOI: 10.1016/j.vetimm.2014.11.014. Frie M. C., Coussens P. M. Bovine leukemia virus: a major silent threat to proper immune responses in cattle // Veterinary Immunology and Immunopathology. 2015. Vol. 163 (3-4). Pp. 103-114. DOI: 10.1016/j.vetimm.2014.11.014. Kuczewski A., Adams C., Lashewicz B., van der Meer F. Alberta dairy farmers’ and veterinarians’ opinion about bovine leukemia virus control measures // Preventive Veterinary Medicine. 2022. Vol. 200. Article number 105590. DOI: 10.1016/j.prevetmed.2022.105590. Kuczewski A., Adams C., Lashewicz B., van der Meer F. Alberta dairy farmers’ and veterinarians’ opinion about bovine leukemia virus control measures // Preventive Veterinary Medicine. 2022. Vol. 200. Article number 105590. DOI: 10.1016/j.prevetmed.2022.105590. LaDronka R. M., Ainsworth S., Wilkins M. J., Norby B., Byrem T. M., Bartlett P. C. Prevalence of bovine leukemia virus antibodies in US dairy cattle // Veterinary Medicine International. 2018. Vol. 2018. DOI: 10.1155/2018/5831278. LaDronka R. M., Ainsworth S., Wilkins M. J., Norby B., Byrem T. M., Bartlett P. C. Prevalence of bovine leukemia virus antibodies in US dairy cattle // Veterinary Medicine International. 2018. Vol. 2018. DOI: 10.1155/2018/5831278. Enzootic Bovine Leukosis Disease situation [e-resource] URL: https://wahis.woah.org/#/dashboards/country-or-disease-dashboard (date of reference: 13.06.2022). Enzootic Bovine Leukosis Disease situation [e-resource] URL: https://wahis.woah.org/#/dashboards/country-or-disease-dashboard (date of reference: 13.06.2022). Pavliscak L. A., Nirmala J., Singh V. K., Sporer K. R. B., Taxis T M., Kumar P., Goyal S. M., Mor S. K., Schroeder D. C., Wells S.J., Droscha C. J. Tracing Viral Transmission and Evolution of Bovine Leukemia Virus through Long Read Oxford Nanopore Sequencing of the Proviral Genome // Pathogens. 2021. Vol. 10 (9). Article number 1191. DOI: 10.3390/pathogens10091191. Pavliscak L. A., Nirmala J., Singh V. K., Sporer K. R. B., Taxis T M., Kumar P., Goyal S. M., Mor S. K., Schroeder D. C., Wells S.J., Droscha C. J. Tracing Viral Transmission and Evolution of Bovine Leukemia Virus through Long Read Oxford Nanopore Sequencing of the Proviral Genome // Pathogens. 2021. Vol. 10 (9). Article number 1191. DOI: 10.3390/pathogens10091191. Petropavlovskiy M. et al. Epizootiological and genetic characterization of the bovine leukemia virus in the Russian Federation - evaluation of bovine leukemia virus in Russia // Veterinary Archives. 2019; 89: 785-798. Petropavlovskiy M. et al. Epizootiological and genetic characterization of the bovine leukemia virus in the Russian Federation - evaluation of bovine leukemia virus in Russia // Veterinary Archives. 2019; 89: 785-798. Petropavlovsky M. V., Vereshchak N. A., Bezborodova N. A., Oparina O. Yu. Immuno-biological evaluation of individual genetic variants of bovine leukemia virus in the conditions of the Ural region // Digital agriculture - development strategy: proceedings of the International Scientific and Practical Conference (ISPC 2019). Advances in Intelligent Systems Research. Ekaterinburg, 2019. Pp. 372-377. Petropavlovsky M. V., Vereshchak N. A., Bezborodova N. A., Oparina O. Yu. Immuno-biological evaluation of individual genetic variants of bovine leukemia virus in the conditions of the Ural region // Digital agriculture - development strategy: proceedings of the International Scientific and Practical Conference (ISPC 2019). Advances in Intelligent Systems Research. Ekaterinburg, 2019. Pp. 372-377. Pluta A., Rola-Łuszczak M., Kubis´ P., Balov S., Moskalik R., Choudhury B., Kuzmak J.. Molecular characterization of bovine leukemia virus from Moldovan dairy cattle. Archives of Virology. 2018. Vol. 162. No. 6. Pp. 1563-1576. Pluta A., Rola-Łuszczak M., Kubis´ P., Balov S., Moskalik R., Choudhury B., Kuzmak J.. Molecular characterization of bovine leukemia virus from Moldovan dairy cattle. Archives of Virology. 2018. Vol. 162. No. 6. Pp. 1563-1576. Polat M., Takeshima S., Aida Y. Epidemiology and genetic diversity of bovine leukemia virus // Virology Journal. 2017. Vol. 14. Article number 209. DOI: 10.1186/s12985-017-0876-4. Polat M., Takeshima S., Aida Y. Epidemiology and genetic diversity of bovine leukemia virus // Virology Journal. 2017. Vol. 14. Article number 209. DOI: 10.1186/s12985-017-0876-4. Rice N. R., Stephens R. M., Couez D., Deschamps J., Keltmann R., Burny A. et al. The nucleotide sequence of the env gene and the post-env region of bovine leukemia virus // Virology. 1984.Vol. 138. Pp. 82-93. Rice N. R., Stephens R. M., Couez D., Deschamps J., Keltmann R., Burny A. et al. The nucleotide sequence of the env gene and the post-env region of bovine leukemia virus // Virology. 1984.Vol. 138. Pp. 82-93. Rola-Łuszczak M., Pluta A., Olech M., Donnik I., Petropavlovskiy M., Gerilovych A. et al. The molecular characterization of bovine leukemia virus isolates from Eastern Europe and Siberia and its impact on phylogeny // PLoS One. 2013. Vol. 8. No. 3. Article number e58705. DOI: 10.1371/journal.pone.0058705. Rola-Łuszczak M., Pluta A., Olech M., Donnik I., Petropavlovskiy M., Gerilovych A. et al. The molecular characterization of bovine leukemia virus isolates from Eastern Europe and Siberia and its impact on phylogeny // PLoS One. 2013. Vol. 8. No. 3. Article number e58705. DOI: 10.1371/journal.pone.0058705. Ruggiero V. J., Bartlett P. C. Control of Bovine Leukemia Virus in Three US Dairy Herds by Culling ELISA-Positive Cows // Veterinary Medicine International. 2019. Article number 3202184. DOI: 10.1155/2019/3202184. Ruggiero V. J., Bartlett P. C. Control of Bovine Leukemia Virus in Three US Dairy Herds by Culling ELISA-Positive Cows // Veterinary Medicine International. 2019. Article number 3202184. DOI: 10.1155/2019/3202184. Sultanov A., Rola-Łuszczak M., Mamanova S., Ryło A., Osiński Z., Saduakassova M. A., Bashenova E., Kuźmak J. Molecular Characterization of Bovine Leukemia Virus with the Evidence of a New Genotype Circulating in Cattle from Kazakhstan // Pathogens. 2022. Vol. 11 (2). Article number 180. DOI: 10.3390/pathogens11020180. Sultanov A., Rola-Łuszczak M., Mamanova S., Ryło A., Osiński Z., Saduakassova M. A., Bashenova E., Kuźmak J. Molecular Characterization of Bovine Leukemia Virus with the Evidence of a New Genotype Circulating in Cattle from Kazakhstan // Pathogens. 2022. Vol. 11 (2). Article number 180. DOI: 10.3390/pathogens11020180. Suzuki A., Chapman R., Douglass N., Carulei O., van Rensburg J., Williamson A. L. Phylogenetic Analysis of South African Bovine Leukaemia Virus (BLV) Isolates. Viruses. 2020. Vol. 12. No. 8. Article number 898. DOI: 10.3390/v12080898. Suzuki A., Chapman R., Douglass N., Carulei O., van Rensburg J., Williamson A. L. Phylogenetic Analysis of South African Bovine Leukaemia Virus (BLV) Isolates. Viruses. 2020. Vol. 12. No. 8. Article number 898. DOI: 10.3390/v12080898. Enzootic bovine leucosis // In: OIE Terrestrial Manual 2018. Chap 3.4.9. Pp. 1113-1124. [e-resource] URL: https://www.woah.org/fileadmin/Home/eng/Health_standards/tahm/3.04.09_EBL.pdf (date of reference: 13.06.2022). Enzootic bovine leucosis // In: OIE Terrestrial Manual 2018. Chap 3.4.9. Pp. 1113-1124. [e-resource] URL: https://www.woah.org/fileadmin/Home/eng/Health_standards/tahm/3.04.09_EBL.pdf (date of reference: 13.06.2022). Yang, Y., Chen, L., Dong, M. et al. Molecular characterization of bovine leukemia virus reveals existence of genotype 4 in Chinese dairy cattle. Virology Journal. 2019. Vol. 16. Article number 108. DOI: 10.1186/s12985-019-1207-8. Yang, Y., Chen, L., Dong, M. et al. Molecular characterization of bovine leukemia virus reveals existence of genotype 4 in Chinese dairy cattle. Virology Journal. 2019. Vol. 16. Article number 108. DOI: 10.1186/s12985-019-1207-8. Zhao X., Buehring G. Natural genetic variations in bovine leukemia virus envelope gene: possible effects of selection and escape // Virology. 2007. Vol. 366. Pp. 150-165. Zhao X., Buehring G. Natural genetic variations in bovine leukemia virus envelope gene: possible effects of selection and escape // Virology. 2007. Vol. 366. Pp. 150-165.