Генетика, геномика, фенотип. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Геномная оценка признаков воспроизводства свиней (Sus scrofa) крупной белой породы
Статья научная
Размер помета - один из важнейших экономических признаков для свиноводства, поскольку он напрямую связан с эффективностью производства товарного и племенного поголовья. Важной характеристикой размера помета у свиней считается число отнятых поросят (ЧОП). Учет этого признака демонстрирует, в частности, сохранность молодняка от рождения до отъема и последующей постановки на выращивание. Существуют также признаки, характеризующие негативные аспекты воспроизводства: поросята, рожденные мертвыми (мертворожденные поросята, МР) и поросята, мумифицированные в период эмбрионального развития (мумифицированный плод, ММ). Впервые в России мы представили данные о генетической обусловленности количественных признаков воспроизводства свиней породы крупная белая. В условиях смоделированного отбора показано, что ранжирование согласно комплексной оценке племенной ценности особей дает иной результат, чем выявление животных, лучших по значениям признаков, с определением их вклада в потенциальный доход. Цель работы заключалась в селекционно-генетическом анализе характеристик воспроизводства у свиней крупной белой породы на основании геномных оценок племенной ценности и полногеномного анализа ассоциаций, а также прогноза потенциального дохода от использования оцениваемых особей в селекции. Объектом исследования были 709 свиней ( Sus scrofa ) крупной белой породы (126 свиноматок и 583 хряков) с записями о признаках ЧОП, МР и ММ. Источниками информации были записи первичного зоотехнического учета, включавшего наблюдаемые (фенотипические) значения признака и сведения о происхождении, а также результаты SNP-генотипирования образцов ткани животных. По каждому показателю были предложены модели для расчета геномных оценок племенной ценности (GEBV), которые показали, что наибольшую степень изменчивости демонстрировал признак ММ (R2 = 0,770), наименьшую - ЧОП (R2 = 0,479). Затем в соответствии с направлением селекции животных с контрастными консолидированными значениями показателей ранжировали от лучших к худшим. У отобранных лучших особей выполнили полногеномное исследование ассоциаций с SNP (однонуклеотидныt полиморфизмs) (GWAS). В общей сложности выявлено 702 SNP-маркера, взаимосвязанных с изучаемыми признаками. Интерес представляла аннотация общих для ряда признаков маркеров, по итогам которой идентифицировано 27 генов. Из них 10 ( PSMB1, CLDN3 , CLDN4 , FAM120B, ТCTE3 , WDR27 , MLXIPL , ELN , PARP14 , DTX3L ) рассматривались как перспективные (они имели взаимосвязь с изучаемыми признаками и ранее были обнаружены у свиней). Функциональная аннотация по биологическим путям (GO) была выполнена для 8 генов, взаимосвязанных с дифференциацией жировой ткани (GO:0045444), регуляцией кровяного давления (GO:0008217), развитием спинного мозга (GO:0021510), увеличением размера или массы скелетной мышечной ткани (GO:0048630), развитием скелетной мышечной ткани (GO:0007519), развитием нервной системы (GO:0007399), биосинтезом липидов (GO:0008610), развитием головного мозга (GO:0007420), формированием кожного барьера, ограничивающего проницаемость кожи (GO:0061436), формированием и структурой аортального клапана (GO:0003180) и развитием мужских половых органов (GO:0001673). Проведенное исследование углубляет представления о генетической структуре крупной белой породы и формировании геномной оценки свиней по показателям воспроизводства. С практической точки зрения комплексная индексная оценка животных может рассматриваться как метод повышения экономической эффективности производства свинины.
Бесплатно
Статья научная
Исследование геномной архитектуры, лежащей в основе экономически значимых и адаптационных признаков коз, важно при выявлении генов-кандидатов для включения в маркер-ориентированную селекцию. В связи с этим весьма перспективен поиск следов селекции у отечественных пород коз в сравнении с иностранными. В представленной работе впервые выявлены гены, находящиеся под давлением отбора у оренбургской и карачаевской пород при сравнении с иностранными породами. Выявлено, что оренбургская и карачаевская породы характеризуются высокими значениями аллельного и генетического разнообразия. Установлено, что оренбургская и карачаевская породы формировали свои независимые ветви в кластере пуховых пород, что указывает на их генетическое своеобразие. Цель работы - провести оценку генетического разнообразия и идентифицировать гены-кандидаты, находящиеся под давлением отбора, связанные с адаптационными и экономически значимыми признаками у оренбургской и карачаевской пород коз в сравнении с иностранными породами. Работу проводили в ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста в 2024-2025 годах. В качестве объектов исследования использовали образцы коз (Capra hircus) оренбургской и карачаевской пород. Использовали полногеномные данные коз оренбургской (n = 81, из них 19 извлечены из полных геномов) и карачаевской пород (n = 34, из них 20 извлечены из полных геномов). В качестве групп сравнения были использованы полногеномные SNP-профили 15 пород иностранного происхождения (n = 550), разделенных по направлению продуктивности на молочные (альпийская, зааненская, мурсиано гранадина, нубиан, тоггенбургская), мясные (барбари, бурская, джалонке, канинде, чаппар), пуховые (ангорская, анкара, кашемировая, кил, килис). Поиск локусов, находящихся под давлением селекции, проводился с помощью расчета попарных значений FST на основе анализа 48155 SNP. Несмещенная ожидаемая (HE) и наблюдаемая (HO) гетерозиготность, несмещенный коэффициент инбридинга (UFis), аллельное разнообразие, скорректированное на размер выборки (AR), попарные значения индекса фиксации (FST) были рассчитаны с использованием R пакета diveRsity. Генетическая сеть, построенная по принципу ближайшего соседа (Neighbor Net) на основе матрицы попарных значений FST, была визуализирована в программе SplitsTree 4.14.5. Значения генетического и аллельного разнообразия у отечественных пород были сопоставимы с иностранными: HO = 0,401 и 0,385 и AR = 1,971 и 1,953 у оренбургской и карачаевской против HO = 0,31-0,401 и AR = 1,902 -1,972. При сравнении оренбургской и иностранных пород были выявлены известные гены-кандидаты, находящиеся под давлением отбора, регулирующие репродуктивные качества (SPATA16, GSE1) и метаболические процессы (PCSK1, HOXC8). Идентифицированы гены, влияющие на формирование адаптации к температурному стрессу (C16orf74, GSG1L, SBK1, HOXC4, HOXC6 и HOXC9 ). При сравнении карачаевской и иностранных пород были идентифицированы известные гены-кандидаты, регулирующие воспроизводительные функции (CCDC14, SNORA70, ROPN1, SLC8A3, E2F1, TEX14, RAD51C), рост и развитие ( TEX14 , RAD51 , MYLK ), иммунитет (IL26, IL22 и IL26) и окрас шерсти (RALY ). Среди общих генов у обеих отечественных пород коз при сравнении с иностранными выявлены гены-кандидаты, связанные с иммунитетом (C1QA, C1QC, HTR4, HSPA8), адаптацией к климату (HTR4, HSPA8), ростом и развитием (HTR4, GREB1). На основании полученных результатов рекомендуется более детальное изучение полиморфизма идентифицированных генов.
Бесплатно
Статья научная
Поиск и идентификация генетических маркеров, связанных с формированием перспективных фенотипов и оценкой продуктивного потенциала служит основой маркерной и геномной селекции сельскохозяйственной птицы, в том числе направленной на создание и совершенствование высокопродуктивных мясных пород и кроссов кур ( Gallus gallus ). В настоящем исследовании впервые идентифицированы новые достоверно значимые SNP (single nucleotide polymorphisms) и гены-кандидаты, ассоциированные с продуктивными качествами мясных кур. Детектированные SNPs могут быть в дальнейшем исследованы в качестве генетических маркеров для использования в селекции на улучшение мясной продуктивности у кур мясных пород и кроссов. Цель работы - поиск однонуклеотидных полиморфизмов и идентификация генов-кандидатов, ассоциированных с интенсивностью роста, убойным выходом и весовыми параметрами тушки и ее отдельных частей у кур. Работа была выполнена в 2023-2025 годах на базе ФГБНУ Федеральный исследовательский центр - ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста. Объектом исследований служили петушки F2 ресурсной популяции кур ( G. gallus ), которая была создана посредством скрещивания двух контрастных по интенсивности роста пород: мясной породы корниш белый (материнская форма), характеризующейся высокой скоростью роста и используемой для получения высокопродуктивных мясных кроссов, и русской белой породы яичного направления продуктивности (отцовская форма) с умеренной скоростью роста. Цыплят поколения F2 выращивали в несколько этапов по типу содержания (брудерное и напольное). Для проведения полногеномного ассоциативного исследования из общей популяции F2 были отобраны 40 петушков с высокими ( n = 20) и низкими ( n = 20) показателями живой массы в возрасте 63 сут. Эти особи были охарактеризованы по показателям роста и мясной продуктивности: живой массе, среднесуточному приросту живой массы, убойному выходу, массе тушки, массе грудки, бедра, голени, крыльев. Для выделения ДНК и последующего поиска SNP и генов, ассоциированных с показателями роста, отбирали пульпу пера. Геномную ДНК экстрагировали с помощью набора ДНК-Экстран-2 (ООО «Синтол», Россия). Выполняли полногеномное генотипирование кур ресурсной популяции. GWAS-анализ проводили с использованием программного обеспечения PLINK 1.9 (https://www.cog-genomics.org/plink/) для поиска достоверно значимых ассоциаций SNP с изученными показателями роста и мясной продуктивности. С помощью ресурса https://www.ncbi.nlm.nih.gov/datasets/genome/ провели аннотацию генов, в которых были локализованы обнаруженные SNP. Анализ выявил 59 значимых SNP и 12 генов, локализованных в позициях этих SNP, в том числе 51 SNP и 10 генов, ассоциированных с живой массой и ее среднесуточным приростом, и 13 SNP и 4 гена, связанных с весовыми параметрами тушки и ее отдельных частей у петушков исследованной популяции. Выявленные SNP и гены были локализованы на 5 из 28 учтенных хромосом: GGA2 (1 SNP, 1 ген), GGA4 (55 SNP, 8 генов), GGA6 (2 SNP, 2 гена), GGA9 (19 SNP, 1 ген), GGA23 (2 SNP). При этом было установлено 12 SNP (rs16451696, rs734169095, rs734922454, rs739717793, rs733453394, rs317394303, rs733563521, rs312391845, rs314257889, rs318214875, rs312310372, rs318006749), общих для группы изученных признаков, и 5 генов ( ATRN , CTN2 , DAF9 , GFRA4 , DLG1 ), в области которых локализовались от 2 до 7 выявленных SNP. Максимальное число значимых ассоциаций изученных признаков ( n = 5) было установлено для SNP rs318006749, локализованного в гене DLG1 . Анализ аллельных вариантов гена DLG1 в указанном локусе выявил связь генотипа СС с высокой живой массой, среднесуточным приростом живой массы, массой тушки, грудки, бедра, голени и крыльев у петушков исследованной популяции (р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Бесплатно
Статья научная
Стерлядь (Acipenser ruthenus , Linnaeus, 1758), характеризующаяся ранним половым созреванием и высокой выживаемостью в условиях интенсивного выращивания, - один из основных объектов товарного осетроводства. Важное значение в селекции и генетике объектов товарной аквакультуры имеет определение корреляций между живой массой и морфологическими признаками, поскольку это позволяет оценить, насколько тесно связаны между собой количественные признаки на уровне фенотипа (наблюдаемые характеристики), и понять, как изменения одного признака могут влиять на другие. В этом сообщении впервые уделено внимание особенностям аллометрического роста стерляди волжской популяции в аквакультуре и предложено уравнение, описывающее этот рост, которое может быть использовано для совершенствования программ селекционно-племенной работы. Нашей целью было определение динамики роста и развития стерляди (A. ruthenus) волжской популяции в установке замкнутого водоснабжения (УЗВ). Исследования проводили в ФГБНУ ФИЦ животноводства - ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста на стерляди генерации апреля 2022 года (n = 62). Рыба содержалась в бассейне площадью 3,14 м2 с ихтиомассой 20-25 кг/м2. У особей измеряли живую массу (W, г) и 11 морфологических показателей: L - абсолютная длина (см); l - промысловая длина (см), L2 - длина рыбы до конца средних лучей хвостового плавника (см); HL - длина головы (см); PV - пектовентральное расстояние (см); VA - вентроанальное расстояние (см); pl1 - длина хвостового стебля (см); H - наибольшая высота тела (см), h - высота хвостового стебля (см); GC - обхват тела (см), Сс - обхват хвостового стебля (см). Учет показателей проводили в начале эксперимента в возрасте 1 год 5 мес (Бн) и в четыре возрастных периода с интервалом между измерениями 5-7 мес - в 1 год 7 мес (Б1), 2 года 2 мес (Б2), 2 года 7 мес (Б3) и 3 года 2 мес (Б4). Для оценки интенсивности роста и развития определяли показатели удельной интенсивности роста (SGR) за период и удельного прироста длины тела (SLR) за период. Для характеристики экстерьера рыбы рассчитывали индекс упитанности по Фультону (KF) и индекс прогонистости (Q). С увеличением возраста наблюдалось достоверное (p 2f= 0,223; min-max 0,048-0,537), что свидетельствует о возможности проводить селекционную работу по этим признакам. Морфометрические показатели находились в умеренной и высокой корреляционной зависимости с показателем живой массы рыбы (r = 0,49-0,93; р ≤ 0,05). Разработаны уравнения, которые позволяют с высокой точностью (коэффициент детерминации R2 = 0,877-0,941) определять массу рыбы на основании морфометрических показателей. Наиболее предпочтительными предикторами оказались H (R2 = 0,941), h (R2 = 0,916) и L2 (R2 = 0,903). Их следует рассматривать в качестве перспективных при разработке методов бесконтактного определения живой массы стерляди на основе машинного зрения и алгоритмов машинного обучения. Полученные данные могут быть использованы для разработки и совершенствования программ селекционно-племенной работы со стерлядью при разведении в установках замкнутого водоснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Развитие технологии полногеномного секвенирования (WGS) открывает новые возможности в изучении изменчивости геномов сельскохозяйственных животных под воздействием естественного и искусственного отбора. Анализ WGS-данных позволяет выявлять ключевые гены и геномные регионы, ответственные за формирование адаптационных свойств к специфическим природно-климатическим условиям разведения. Селекция и генетический дрейф - ключевые источники генетической дифференциации между представителями исходных и современных пород. Изучение динамики изменений генофонда местных пород актуально, поскольку именно местные породы - это носители редких и ценных генетических вариантов, которые могут стать приоритетными в случае смены требований рынка и при климатических изменениях. В настоящей работе впервые описаны результаты идентификации участков генома, закрепившихся вследствие отбора у контрастных групп крупного рогатого скота, приспособленных к значительно различающимся условиям внешней среды, проведена структурная и функциональная аннотация локализованных в них генов. Выявлены гены, общие для современных и предковых популяций скота исследуемых групп. Цель исследований состояла в сравнительном анализе геномов музейных и современных образцов крупного рогатого скота разных пород на основании данных полногеномного секвенирования для выявления участков генома, подвергшихся действию естественного и искусственного отбора. Материалом для изучения служили музейные образцы черепов крупного рогатого скота из Музея животноводства им. Е.Ф. Лискуна (РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, г. Москва), датированные концом XIX-началом XX века, а также образцы от племенных животных, хранящиеся в биологической коллекции Национального центра генетических ресурсов сельскохозяйственных животных ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста. Группа северного скота была представлена образцами холмогорской и ярославской пород, группа степного скота - образцами калмыцкого скота. Выборку музейных образцов ( n = 20) составили 15 образцов от северного скота (холмогорский скот, n = 8; ярославский скот, n = 7) и 5 образцов степного (калмыцкого) скота. Выборка современных образцов включала соответственно 17, 11 и 12 образцов названных выше пород. Итоговый набор данных включал генотипы по 1 615 259 SNPs (Single Nucleotide Polymorphism). Выделение ДНК из музейных образцов проводили с использованием методики, описанной ранее, из современных образцов - с помощью набора ДНК-Экстран 2 (ЗАО «Синтол», г. Москва). Библиотеки для полногеномного секвенирования с использованием технологии NGS готовили с помощью наборов TruSeq DNA Nano Library Prep kit («Illumina, Inc.», США) и Accel-NGS® 2S Plus DNA Library Kit (IDT). Секвенирование выполняли на секвенаторе NovaSeq 6000 (2½150 bp). Для выявления участков генома, находящихся под давлением отбора, применили три метода: попарное сравнение популяций на основании генетических дистанций FST с использованием скользящего окна, анализ межпопуляционной гомозиготности гаплотипов (XP-EHH) и определение регионов избыточной гомозиготности (островки ROH). Показано отсутствие в геноме изучаемых пород скота перекрывающихся геномных регионов, находящихся под давлением отбора по результатам сравнительного анализа FST и XP-EHH предковых и современных популяций для пар (холмогорская + ярославская)-калмыцкая, что указывает на существенные различия в целях и направлениях селекции в различные периоды формирования пород. Идентифицированы семь островков ROH, перекрывающихся в музейных и современных образцах холмогорского и ярославского скота, которые локализованы в известных QTL удоя, состава молока, энергии роста, размера тела и фертильности, что свидетельствует о длительном использовании этих показателей в качестве целевых параметров отбора при разведении пород. Выявлены гены, общие для современных и предковых популяций скота исследуемых групп. Идентифицированные нами геномные регионы, подверженные действию отбора в предковых популяциях и перекрывающиеся с «отпечатками» селекции в геноме современных представителей пород, могут быть использованы при отборе животных для программ сохранения генетических ресурсов и аутентичных геномных компонентов.
Бесплатно
Полиморфизм по микросателлитным локусам у карачаевской овцы Ovis aries L.
Статья научная
Сокращение биоразнообразия требует особого внимания к изучению и сохранению локально адаптированных аборигенных пород. Карачаевская овца обладает повышенной способностью адаптироваться к условиям высокогорья (более 3000 м над уровнем моря). В настоящей работе с использованием стандартной панели, рекомендованной Международным обществом генетики животных (ISAG), в ООО Племенной завод «Махар» (юго-восточная зона Карачаево-Черкесской Республики, высота от 1000 до 3000 м над уровнем моря) выполнен анализ полиморфизма по микросателлитным локусам. Получены данные о существенных различиях полиморфизма между локусами, а также между типичными для карачаевской породы по сравнению с результатами генотипирования тех же локусов у других пород овец, представленными в литературе. Наибольшее число аллельных вариантов обнаружено у карачаевской породы по локусу OarFCB20 (17 аллелей), наименьшее - по локусам ETH152 и MAF214 (по 7 аллелей каждого). Относительно пониженный полиморфизм по локусу MAF214 отмечался у разных пород овец, но, в отличие от результатов других исследований, у карачаевской породы выделились два типичных для нее аллельных варианта - вариант 189 п.н. и вариант 191 п.н., выявляемых суммарно в 83 % случаев. У 5 из 6 самцов в выборке обнаружены четыре гомозиготы по аллелю 189 п.н. и одна по аллелю 191 п.н.. Наибольший процент гетерозигот наблюдался у овцематок по локусам McM42, McM527, OarFCB20, INRA172, MAF65, INRA5, почти в 2 раза меньшие значения отмечали по локусам INRA6 и CSRD247. В большинстве микросателлитных локусов можно было выделить один или два аллеля, обозначенные как типичные, которые встречались в 20 % случаев или чаще. Исключение составляли локусы OarFCB20 (17 аллелей) и INRA5 (15 аллелей), у которых таких типичных аллелей не обнаружено. Все микросателлиты представлены динуклеотидными тандемными повторами, типичные аллели по трем из них различались на один коровый мотив (локус McM527 - аллели 164 и 166 п.н.; MAF65 - 125 и 127 п.н.; MAF214 - 189 и 191 п.н.). Наблюдается тенденция к совпадениям присутствия аллелей разных микросателлитов в случае локусов INRA6 (9 аллелей) и CSRD247 (9 аллелей) между аллелями соответственно 110 и 213 п.н. Оба эти аллеля встречаются среди выявленных с частотой 61 % каждый, из них 20 % совпадают в гетерозиготах, 18 % - в гомозиготах. Полученные данные свидетельствуют о широкой изменчивости числа аллельных вариантов между микросателлитными локусами как у карачаевской породы, так и в одном и том же микросателлите у разных пород овец. Обсуждается важность анализа полиморфизма микросателлитных локусов в связи с большим объемом данных о животных сельскохозяйственных видов. На основании накопленных данных могут быть выявлены геномные участки, на которые факторы внешней среды влияют с разной интенсивностью, приводя к изменчивости числа аллелей в разных локусах.
Бесплатно
