ДНК-полиморфизмы, ассоциированные с живой массой ягнят южной мясной породы при отъеме

Вес ягненка при отъеме в возрасте 120 дней – исключительно важный показатель, который с одной стороны позволяет оценить условия содержания и кормления в этот период, с другой – непосредственно влияет на состояние животного на следующих этапах его развития [4]. Коэффициент наследуемости живой массы при отъеме составляет 0.180.23, что свидетельствует как о мультифакторности признака, так и о его полигенности [5]. Помимо влияния факторов, обусловленных особенностями кормления и ухода, разница в живой массе между ягнятами одного возраста может быть обусловлена полом, типом рождения (одинцовое или в двойне), а также возрастом матери [6]. Одной из наиболее важных в области изучения генетики продуктивных показателей овец до сих пор является работа W. Raadsma, в которой были представлены результаты поиска локусов количественных признаков, связанных с живой массой помесных овец (мериносовые овцы×авасси) [7]. После расшифровки генома Ovis aries в 2014 году и последующего создания чипов для одновременного генотипирования тысяч однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs), распределенных по всему геному, исследователи получили мощный инструмент для исследования и улучшения продуктивных показателей овец. Метод полногеномного поиска ассоциаций дал возможность локализовать значимые полиморфизмы, ассоциированные с показателями живой массы разных пород овец на различных стадиях онтогенеза [2, 3].

Важно отметить, что полногеномный поиск ассоциаций продемонстрировал отсутствие уникального набора маркеров живой массы, работающего на представителях различных пород овец. Породоспецифичность и зависимость влияния значимых ДНК-полиморфизмов от стадии развития животного делают актуальной проблему поиска специфичных маркеров продуктивности отечественных пород овец.

Материал и методика исследований. В работе были исследованы овцы южной мясной породы, содержащиеся в ФГУП «Рассвет – Кубань» (п. Знаменский Краснодарского края). Ярочки были ранжированы по результатам измерения живой массы в возрасте 120 дней. Выделение ДНК из ушных выщипов осуществлялось в соответствии с инструкцией производителя на колонках «К-СОРБ-50» (Синтол). Для генотипирования на чипах средней плотности OvineSNP50 Genotyping BeadChip были отобраны 48 ярочек, не являющихся сибсами и полусибсами. Результаты генотипирования отфильтрованы по стандартному алгоритму в программных пакетах Rstudio 2023.03.0 и plink 1.9. При фильтрации удалены полиморфизмы X-хромосомы и митохондриальной ДНК; с частотой минорного аллеля ниже 0.05 и те, точность генотипирования которых составила <90 %. Также, были удалены полиморфизмы, находящиеся в неравновесии по сцеплению, и отклоняющиеся от равновесия Харди-Вайнберга. После фильтрации расчет FST производился на основании попарного сравнения частот аллелей 43947 некоррелированных полиморфизмов (при 0.001 % выбросов). Визуализация результатов расчетов проводились с использованием пакета ggplot в R. Локализация значимых полиморфизмов определена в геномном браузере Ensembl с помощью VEP (Variant Effect Predictor), функциональное аннотирование осуществлено в онлайн базах данных Panther DB и String .

Результат исследований. Для расчета индексов генетической дифференциации ярочки были разделены на опытную (живая масса при отъеме 3941 кг) и контрольную (15-23 кг) группы.

Результаты расчета F ST позволили выявить 62 SNPs, связанных с исследуемым показателем у ягнят южной мясной породы (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Манхэттенский график связи ДНК-полиморфизмов с весом ягнят южной мясной породы в 120 дней (по оси абсцисс – номер хромосомы, по оси ординат – логарифм вероятности ассоциации полиморфизмов с показателем живой массы)

Выявленные значимые полиморфизмы локализованы следующим образом: 12 SNPs - OAR2; по 7 SNPs -OAR6 и OAR9; 5 SNPs - OAR7; по 3 SNPs -OAR1, OAR3, OAR10, OAR12 и OAR22; по 2 SNPs - OAR4, OAR8, OAR15, OAR16, OAR17 и OAR24; по 1 SNP локализовано в OAR11, OAR18, OAR19 и OAR26 (Рисунок 2). Значимые генетических вариантов более равномерно распределены по геному, по сравнению со значимыми полиморфизмами для живой массы взрослых животных, локализованными нами ранее [8]. Интересно отметить, что сопоставление значимых полиморфизмов, ассоциированных с живой массой при отъеме и взрослых животных, выявило лишь одно совпадение – ДНК- полиморфизм, локализованный в вышележащей области гена U2 (OAR9). При этом в обоих случаях значение FST для этого SNP не превышало выбранного порогового значения. U2 snRNP или U2 мяРНП – малый ядерный некодирующий рибонулеопротеид, ключевой элемент сплайсосомы, участвующей в сплайсинге пре-мРНК. Для дальнейшего исследования было отобрано 24 полиморфизма с максимальным значением FST (0.6500.880). Аннотирование в Ensembl показало, что значимые генетические варианты локализованы не только в интронах и регуляторных областях белок-кодирующих последовательностей, но и в длинных некодирующих (lncRNA) и малых ядерных (snoRNA) РНК, а также в псевдогенах.

Chromosome

Рисунок 2 – Гистограмма распределения по геному значимых ДНК-полиморфизмов, ассоциированных с весом ягнят южной мясной породы в 120 дней (по оси абсцисс номер хромосомы, по оси ординат – количество выявленных на каждой хромосоме)

Функциональное аннотирование позволило классифицировать белковые продукты генов-кандидатов следующим образом: белки, участвующие в метаболизме РНК (PABPC4L, U1), молекулы клеточной адгезии (ASAP1), ген-специфичные регуляторы транскрипции (PRDM16), ферменты конверсии метаболитов (QDPR, DENND2D), модуляторы белок-связывающей активности (ACVR2A) и трансмембранные сигнальные рецепторы (ITGB6, ASAP1). Особого внимания заслуживает ген ACVR2A (активин A рецептор типа 2A), имеющий высокую степень ассоциации с показателем живой массы в 120 дней (FST=0.750). Этот ген кодирует рецептор, опосредующий функции активинов членов суперсемейства трансформирующего фактора роста-бета (TGF-бета) (Рисунок 3). Белковый продукт гена ACVR2A образует сложные, разветвленные связи с MSTN (миостатин или дифференциальный фактор роста 8), GDF11 (дифференцированный фактор роста 11) и BMPs (морфогенетические костные белки). Белки суперсемейства BMPs активируют транскрипционные факторы семейства SMAD, регулируя экспрессию генов. BMP2 задействован в формировании костной и хрящевой тканей, BMP4 – в регуляции развития сердца и образовании жировой ткани, BMP6 регулирует развитие жировой и костной тканей, BMP7 – развитие костной ткани, почек и жировой ткани.

Рисунок 3 – Белок-белковые взаимодействия продукта гена ACVR2A

Заключение . Для исключения влияния ряда внешних факторов на вес ягнят при отъеме в работе были исследованы ярочки южной мясной породы, содержащиеся в идентичных условиях и получающие одинаковые рационы кормления и в то же время, не состоящие друг с другом в кровном родстве. Методами полногеномного генотипирования и последующего расчета индексов F ST локализованы 62 значимых ДНК-полиморфизма, ассоциированных с исследуемым показателем. Важно отметить, что выявленные в предыдущих работах генетические варианты, связанные с показателем живой массы взрослых овцематок южной мясной породы, не совпадают с полиморфизмами, ассоциированными с весом ягнят в 120 дней. Распределение значимых полиморфизмов для двух показателей по геному также различны – наибольшее их количество для веса в 120 дней локализовано в хромосомах 2, 6, 9 и 7. Наблюдаемые различия свидетельствуют о том, что полигенный признак живой массы на разных этапах онтогенеза контролируется различными генными сетями.

Функциональная активность генов-кандидатов, в структуре которых были выявлены значимые ДНК-полиморфизмы, в значительной степени связана с метаболизмом РНК и регуляцией транскрипции. Особое положение среди генов-кандидатов занимает ACVR2A – ключевой рецептор, опосредующий функции активинов членов суперсемейства трансформирующего фактора роста-бета.

Более подробное исследование локализованных в работе ДНК-полиморфизмов с последующим созданием и внедрением тест-системы позволит не только лучше понять основы формирования признака живой массы, но и улучшить продуктивные качества овец южной мясной породы.