Анализ ассоциаций SNP (400 с > а) в гене IGF1 с показателями размера и массы у стерляди (Acipenser ruthenus Linnaeus, 1758)

Автор: Писаренко Н.Б., Бардуков Н.В., Никипелов В.И., Никипелова А.К., Харзинова В.Р., Зиновьева Н.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Геномика, генофонд, репродуктивные биотехнологии: к 95-летию Федерального исследовательского центра животноводства - ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста

Статья в выпуске: 4 т.59, 2024 года.

Бесплатный доступ

Стерлядь (Acipenser ruthenus Linnaeus, 1758) относиться к видам осетровых рыб, представляющих интерес для выращивания в аквакультуре, поскольку характеризуется ранним половым созреванием и хорошо адаптируется к условиям содержания. В связи с развитием товарной аквакультуры возрастает спрос на разведение стерляди, имеющей высокую скорость роста, что обеспечивает наибольший экономический эффект. Для генетического улучшения популяций аквакультурной стерляди по этому экономически значимому признаку важно идентифицировать полиморфизмы, значимо связанные с особенностями роста рыбы. Удобный и эффективный подход к выявлению молекулярных маркеров, влияющих на полигенные признаки, - изучение ассоциаций между полиморфизмами в генах-кандидатах и показателями продуктивности. Известно, что инсулиноподобный фактор роста 1 (insulin-like growth factor 1, IGF1) играет важную роль в росте и развитии позвоночных. В представленной работе мы впервые секвенировали последовательности кДНК паралогичных генов инсулиноподобного фактора роста 1 стерляди и выявили на 7-й хромосоме несинонимичный полиморфизм (400 С > А) в 1-м экзоне и синонимичный SNP (479 С > А) - во 2-м экзоне. Также получены данные о влиянии генотипа по SNP (400 С > А) гена IGF1 на размеры и массу стерляди. Нашей целью было изучение полиморфизма кодирующей части гена IGF1 с помощью секвенирования кДНК, идентификация SNP и проведение ассоциативных исследований генотипов по размерно-весовыми показателями стерляди. Исследования проводили на сухонской (n = 58) и окской (n = 44) популяциях стерляди, содержащихся в установке замкнутого водоснабжения (ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста, 2023 год). Окская популяция стерляди была привезена с Можайского производственно-экспериментального рыбоводного завода (Можайский городской округ, Московская обл.), сухонская - получена в ООО РТФ «Диана» (Кадуйский р-н, Вологодская обл.). Было выполнено чипирование рыбы и создана база данных, в которую заносили результаты бонитировки. Измерения проводили по 11 морфометрическим признакам. Тотальную РНК выделяли из фрагментов печени, мозга, мышцы, сердца и из крови с помощью комплекта реагентов РНК-ЭКСТРАН (НПО «Синтол», Россия). Синтез первой цепи ДНК на РНК-матрице проводили с использованием набора реагентов для проведения обратной транскрипции (НПО «Синтол», Россия). Геномную ДНК экстрагировали из консервированных в спирте фрагментов плавников с использованием набора для выделения геномной ДНК ДНК-ЭКСТРАН (НПО «Синтол», Россия). ПЦР выполняли на амплификаторе Thermal Cycler SimpliAmp («Thermo Fisher Scientific, Inc.», США). Детекцию результатов ПЦР осуществляли в 1-2 % агарозном геле с использованием колориметрической системы гель-документирования Uvitec FireReader V10 imaging System («Cleaver Scientific», Великобритания). A. ruthenus относится к тетраплоидным видам, поэтому подбор специфичных праймеров проводили к двум паралогичным генам, локализованным на 7-й и 14-й хромосомах. Последовательности ДНК определяли методом секвенирования по Сэнгеру на генетическом анализаторе Нанофор 05 (НПО «Синтол», Россия) с использованием набора GenSeq (НПО «Синтол», Россия) согласно инструкциям производителя. Полиморфизм гена (С → A в позиции 400 Accession No. XM_034024781.3) определяли методом ПЦР в режиме реального времени (ПЦР-РВ) на приборе QuantStudio 5 («Thermo Fisher Scientific», США). Работу с полученными нуклеотидными последовательностями генов выполняли с помощью специального программного обеспечения Mega7. В результате множественного выравнивания были идентифицированы несинонимичный (400 С > А) и синонимичный (479 G > A) однонуклеотидные полиморфизмы (7-я хромосома). Несинонимичная мутация в позиции 400 С > А приводила к замене аминокислоты пролина (триплет ССТ) на гистидин (триплет САТ) и, как следствие, к изменению пространственной структуры белка и его функций. Ассоциативные исследования генотипов по локусу 400 С > А с размерами и массой стерляди показали, что рыбы с генотипом СС имели достоверно большую массу тела, общую длину, длину тела до конца средних лучей, пектровентральное расстояние и наибольший обхват тела (р А на общую длину стерляди (р А гена IGF1 можно рассматривать как потенциальный генетический маркер для отбора по показателям роста у стерляди. Однако мы считаем необходимым провести дополнительные ассоциативные исследования на более многочисленной популяции, а также изучить влияние комплексных генотипов на показатели роста.

Еще

Igf1, acipenser ruthenus, стерлядь, полиморфизм, snp, размерно-весовые показатели

Короткий адрес: https://sciup.org/142243780

IDR: 142243780 | DOI: 10.15389/agrobiology.2024.4.680rus

Список литературы Анализ ассоциаций SNP (400 с > а) в гене IGF1 с показателями размера и массы у стерляди (Acipenser ruthenus Linnaeus, 1758)

Weatherley A.H., Gill H.S. Dynamics of increase in muscle fibres in fishes in relation to size and growth. Experientia, 1985, 41: 353-354 (doi: 10.1007/BF02004500).
Zhang G., Swank D.M., Rome L.C. Quantitative distribution of muscle fiber types in the scup Stenotomus chrysops. Journal of Morphology, 1996, 229(1): 71-81 (doi: 10.1002/(SICI)1097-4687(199607)229:1<71::AID-JMOR4-3.0.CO;2-S).
SäNger A.M., Stoiber W. Muscle fiber diversity and plasticity. In: Fish Physiology /I.A. Johnston (ed.). Academic Press, 2001, 18: 187-250 (doi: 10.1016/s1546-5098(01)18008-8).
Reinecke M., Bjornsson B.T., Dickhoff W.W., McCormick S.D., Navarro I., Power D.M., Gutierrez J. Growth hormone and insulin-like growth factors in fish: where we are and where to go. General and Comparative Endocrinology, 2005, 142(1-2): 20-24 (doi: 10.1016/j.ygcen.2005.01.016).
Liu X., Zeng S., Liu S., Wang G., Lai H., Zhao X., Bi S., Guo D., Chen X., Yi H., Su Y., ZhangY., Li G. Identifying the related genes of muscle growth and exploring the functions by compensatory growth in Mandarin fish (Siniperca chuatsi). Frontiers in Physiology, 2020, 11: 1-14 (doi: 10.3389/fphys.2020.553563).
Al-Samerria S., Radovick S. The role of insulin-like growth factor-1 (IGF-1) in the control of neuroendocrine regulation of growth. Cells, 2021, 10(10): 2664 (doi: 10.3390/cells10102664).
Gahete M.D., Córdoba-Chacón J., Lin Q., Brüning J.C., Kahn C.R., Castaño J.P., Christian H., Luque R.M., Kineman R.D. Insulin and IGF-I inhibit GH synthesis and release in vitro and in vivo by separate mechanisms. Endocrinology, 2013, 154(7): 2410-2420 (doi: 10.1210/en.2013-1261).
Chen T.Т., Marsh A., Shamblott M., Chan K.-M., Tang Y.-L., Cheng C.M., Yang B.-Y. Structure and evolution of fish growth hormone and insulin-like growth factor genes. In: Fish Physiology /N.M. Sherwood, C.L. Hew, A.P. Farrell, D.J. Randall (eds). Academic Press, 1994, 13: 179-209 (doi: 10.1016/S1546-5098(08)60067-9).
Moriyama S., Ayson F.G., Kawauchi H. Growth regulation by insulin-like growth factor-I in fish. Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 2000, 64(8): 1553-1562 (doi: 10.1271/bbb.64.1553).
Pérez-Sánchez J., Simó-Mirabet P., Naya-Català F., Martos-Sitcha J.A., Perera E., Bermejo-Nogales A., Benedito-Palos L., Calduch-Giner J.A. Somatotropic axis regulation unravels the differential effects of nutritional and environmental factors in growth performance of marine farmed fishes. Frontiers in Endocrinology, 2018, 9: 1-24 (doi: 10.3389/fendo.2018.00687).
Ayson F.G., de Jesus E.G.T., Moriyama S., Hyodo S., Funkenstein B., Gertler A., Kawauchi H. Diferential expression of insulin-like growth factor I and II mRNAs during embryogenesis and early larval development in rabbitfsh Siganus guttatus. General and Comparative Endocrinology, 2002, 126(2): 165-174 (doi: 10.1006/gcen.2002.7788).
Vong Q.P., Chan K.M., Cheng C.H.K. Quantifcation of common carp (Cyprinus carpio) IGF-I and IGF-II mRNA by realtime PCR: diferential regulation of expression by GH. The Journal of Endocrinology, 2003, 178(3): 513-521 (doi: 10.1677/joe.0.1780513).
Biga P.R., Schelling G.T., Hardy R.W., Cain K.D., Overturf K., Ott T.L. The eVects of recombinant bovine somatotropin (rbST) on tissue IGF-I, IGF-I receptor, and GH mRNA levels in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss. General and Comparative Endocrinology, 2004, 135(3): 324-333 (doi: 10.1016/j.ygcen.2003.10.014).
Inoue K., Iwatani H., Takei Y. Growth hormone and insulin-like growth factor I of a euryhaline fish Cottus kazika: cDNA cloning and expression after seawater acclimation. General and Comparative Endocrinology, 2003, 131(1): 77-84 (doi: 10.1016/s0016-6480(02)00650-0).
Triantaphyllopoulos K.A., Cartas D., Miliou H. Factors influencing GH and IGF-I gene expression on growth in teleost fish: how can aquaculture industry benefit? Reviews in Aquaculture, 2020, 12(3): 1637-1662 (doi: 10.1111/raq.12402).
Chauvign F., Gabillard J.C., Weil C., Rescan P.Y. Effect of refeeding on IGFI, IGFII, IGF receptors, FGF2, FGF6, and myostatin mRNA expression in rainbow trout myotomal muscle. General and Comparative Endocrinology, 2003, 132(2): 209-215 (doi: 10.1016/S0016-6480(03)00081-9).
Picha M.E., Turano M.J., Beckman B.R., Borski R.R. Endocrine biomarkers of growth and applications to aquaculture: a mini review of growth hormone, insulin-like growth factor (IGF)-I, and IGF-binding proteins and potential growth indicators in fish. North American Journal of Aquaculture, 2008, 70(2): 196-211 (doi: 10.1577/A07-038.1).
Beckman B.R., Fairgrieve W., Cooper K.A., Mahnken C.V.W., Beamish R.J. Evaluation of endocrine indices of growth in individual postsmolt coho salmon. Transactions of the American Fisheries Society, 2004, 133(5): 1057-1067 (doi: 10.1577/T03-098.1).
Duan C. Nutritional and developmental regulation of insulin like growth factors in fish. The Journal of Nutrition, 1998, 128(2): 306S-314S (doi: 10.1093/jn/128.2.306S).
Larsen D.A., Beckman B.R., Dickhoff W.W. The effect of low temperature and fasting during the winter on metabolic stores and endocrine physiology (insulin, insulin-like growth factor-I and thyroxine) of coho salmon, Oncorhynchus kisutch. General and Comparative Endocrinology, 2001, 123(3): 308-323 (doi: 10.1006/gcen.2001.7677).
Fox B.K., Riley L.G., Hirano T., Grau E.G. Effects of fasting on growth hormone, growth hormone receptor, and insulin-like growth factor-I axis in seawater acclimated tilapia, Oreochromis mossambicus. General and Comparative Endocrinology, 2006, 148(3): 340-347 (doi: 10.1016/j.ygcen.2006.04.007).
Писаренко Н.Б. Гены-кандидаты, перспективные для маркерной селекции объектов аквакультуры (обзор). Сельскохозяйственная биология, 2023, 58(6): 953-973 (doi: 10.15389/agrobiology.2023.6.953rus).
Hu X., Li C., Shi L. A novel 79-bp insertion/deletion polymorphism in 3′-flanking region of IGF-I gene is associated with growth-related traits in common carp (Cyprinus carpio L.). Aquaculture Research, 2013, 44(10): 1632-1638 (doi: 10.1111/are.12091).
Zhang H., Jawanjal N., Chae J., Jang M., Yoo B., Lee H.-H. Relationship between single nucleotide polymorphism of IGF-1 gene in Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and weight gain. Journal of Fisheries and Marine Sciences,2023, 35(2): 222-232 (doi: 10.13000/JFMSE.2023.4.35.2.222).
Ruan R.R., Yu J.H., Li H.X., Li J.L, Tang Y.K. Effects of IGF-1 genotype on weight gain and body shape in GIFT strain Oreochromis niloticus. Journal of Fishery Sciences of China, 2011, 18(3): 682-688 (doi: 10.3724/SP.J.1118.2011.00682).
Wang H., Sun J., Lu X., Wang P., Xu P., Zeng L., Yu D., Li G. Identification of insulin-like growth factor I gene polymorphisms using high-resolution melting and its effect on growth traits in sinipercid species. Fisheries Science, 2013, 79: 439-446 (doi: 10.1007/s12562-013-0607-8).
Müller T., Ittzés I., Szőke Zs., Hegyi Á., Mészáros E., Lefler K.K., Bokor Z., Urbányi B., Kucska B. Attempts on artificial induction of sexual maturation of sterlet (Acipenser ruthenus) and identification of late spermatogenesis stage in hermaphroditic fish. International Aquatic Research, 2018, 10(4): 293-297 (doi: 10.1007/s40071-018-0196-3).
Akhavan S.R., Salati A.P., Falahatkar B., Jalali S.A.H. Changes of vitellogenin and lipase in captive sterlet sturgeon Acipenser ruthenus females during previtellogenesis to early atresia. Fish Physiology and Biochemistry, 2016, 42(3): 967-978 (doi: 10.1007/s10695-015-0189-8).
Pikitch E.K., Doukakis P., Lauck L., Chakrabarty P., Erickson D.L. Status, trends and management of sturgeon and paddlefish fisheries. Fish and Fisheries, 2005, 6(3): 233-265 (doi: 10.1111/j.1467-2979.2005.00190.x).
Золотов А.В. Организация и эффективность культивирования стерляди (Acipenser ruthenus) в замкнутой аквасистеме с выходом готовой продукции 40 тонн в год для условий Смоленской области. Наука, техникаиобразование, 2018, 6(47): 93-95 (doi: 10.20861/2312-8267-2018-47-006).
Ali A., Al-Tobasei R., Lourenco D., Leeds T., Kenney B., Salem M. Genome-wide identification of loci associated with growth in rainbow trout. BMC Genomics, 2020, 21(1): 209 (doi: 10.1186/s12864-020-6617-x).
Tran T.H., Nguyen H.T., Le B.T.N., Tran P.H., Nguyen S.V., Kim O.T.P. Characterization of single nucleotide polymorphism in IGF1 and IGF1R genes associated with growth traits in striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus Sauvage, 1878). Aquaculture,2021, 538(2): 736542 (doi: 10.1016/j.aquaculture.2021.736542).
Wenne R. Single nucleotide polymorphism markers with applications in aquaculture and assessment of its impact on natural populations. Aquatic Living Resources, 2018, 31: 2 (doi: 10.1051/alr/2017043).
Feng X., Yu X., Tong J. Novel single nucleotide polymorphisms of the insulin-like growth factor-I gene and their associations with growth traits in common carp (Cyprinus carpio L.). International Journal of Molecular Sciences, 2014, 15(12): 22471-22482 (doi: 10.3390/ijms151222471).
Крылова В.Д., Соколов Л.И. Морфологические исследования осетровых рыб и их гибридов. Метод. реком. М., 1981.
Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Molecular Biology and Evolution, 2016, 33(7): 1870-1874 (doi: 10.1093/molbev/msw054).
McGuffin L.J., Edmunds N.S., Genc A.G., Alharbi S.M.A., Salehe B.R., Adiyaman R. Prediction of protein structures, functions and interactions using the IntFOLD7, MultiFOLD and ModFOLDdock servers. Nucleic Acids Research, 2023, 51(10): W274-W280 (doi: 10.1093/nar/gkad297).
Birstein V.J., Hanner R., DeSalle R. Phylogeny of the Acipenseriformes: cytogenetic and molecular approaches. Environmental Biology of Fishes, 1997, 48: 127-155.
Du K., Stöck M., Kneitz S., Klopp C., Woltering J.M., Adolfi M.C., Feron R., Prokopov D., Makunin A., Kichigin I., Schmidt C., Fischer P., Kuhl H., Wuertz S., Gessner J., Kloas W., Cabau C., Iampietro C., Parrinello H., Tomlinson C., Journot L., Postlethwait J.H., Braasch I., Trifonov V., Warren W.C., Meyer A., Guiguen Y., Schartl M. The sterlet sturgeon genome sequence and the mechanisms of segmental rediploidization. Nature Ecology & Evolution,2020, 4(6):841-852 (doi: 10.1038/s41559-020-1166-x).
Fontana F., Zane L., Pepe A., Congiu L. Polyploidy in Acipenseriformes: cytogenetic and molecular approaches. In: Fish cytogenetics /E. Pisano, C. Ozouf-Costaz, F. Foresti, B.G. Kapoor (eds.). Enfield, Science Publisher, 2007.
Ge W., Davis M.E., Hines H.C., Irvin K.M., Simmen R.C.M. Association of a genetic marker with blood serum insulin-like growth factor-I concentration and growth traits in Angus cattle. Journal of Animal Science, 2001, 79(7): 1757-1762 (doi: 10.2527/2001.7971757x).
Tsai H.Y., Hamilton A., Guy D.R., Houston R.D. Single nucleotide polymorphisms in the insulin-like growth factor 1 (IGF1) gene are associated with growth-related traits in farmed Atlantic salmon. Animal Genetics, 2014, 45(5): 709-715 (doi: 10.1111/age.12202).
Li X.H., Bai J.J., Ye X., Hu Y.C., Li S.J., Yu L.Y. Polymorphisms in the 5' flanking region of the insulin-like growth factor I gene are associated with growth traits in largemouth bass Microp-terus salmoides. Fisheries Science, 2009, 75(2): 351-358 (doi: 10.1007/s12562-008-0051-3).

Еще

Статья научная