Гаплотипная структура и селекционная дифференциация пород кур по полиморфизмам гена MSTN

Повышение эффективности мясного птицеводства является важным направление сельского хозяйства и требует комплексного подхода, в котором традиционные методы селекции сочетаются с современными технологиями молекулярной генетики. Применение ДНК-маркеров, в частности однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), позволяет проводить точный отбор и значительно ускорять селекционный процесс в животноводстве [1].

Одним из ключевых регуляторов развития мышечной ткани является ген миостатина (MSTN) — член суперсемейства TGF-β. Он выступает в роли отрицательного модулятора пролиферации и дифференцировки миобластов. В птицеводстве полиморфизмы гена MSTN рассматриваются как многообещающие маркёры для генетического отбора. Исследования выявили связь между отдельными SNP и такими показателями, как прирост массы тела, убойная ценность и выживаемость у различных пород и линий кур [2, 3, 4]. Согласно современным исследованиям, ген MSTN остаётся центральным звеном в понимании молекулярных механизмов формирования мышечной массы у птиц [5]. Более того, обзорные работы подчеркивают, что MSTN является высокополиморфным геном, а его вариации могут быть использованы в качестве генетических маркеров для улучшения мясной продуктивности не только у кур, но и у других видов сельскохозяйственных животных [6, 7]. Исследования, проведённые ранее на материале генофондных пород и пушкинской популяции, подчёркивают важность изучения взаимодействия «генотип × рацион». Они также демонстрируют, что отдельные SNP в MSTN могут использоваться в качестве маркеров при отборе птиц по мясным показателям [8–11].

Тем не менее ряд вопросов остается малоизученным. Большин- ство исследований посвящено коммерческим бройлерным линиям, в то время как данные о генофондных, декоративных и гибридных породах весьма ограничены. Пока мало известно о неравновесии по сцеплению (LD) и гаплотипах внутри локуса MSTN у редких пород, закономерностях фиксации отдельных аллелей [3, 8, 11].

Цель настоящего исследования — провести комплексный анализ полиморфизма гена MSTN среди генофондных и гибридных пород кур. В рамках исследования планируется оценить частоты аллелей и генотипов по SNP rs317925256 и rs14597164, охарактеризовать локальную гаплотипную структуру, определить показатели LD и отклонения от равновесия Харди–Вайнберга, а также интерпретировать полученные результаты с точки зрения селекционной значимости и возможности реализации генетического потенциала в разных породных группах. В качестве материала для исследования были использованы образцы ДНК из биоресурсной коллекции ВНИИРГЖ, а также данные, полученные путём секвенирования фрагментов MSTN и генотипирования с применением чип-технологии Illumina Chicken 60K BeadChip.

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки молекулярно-генетических маркёров для селекции и сохранения генофонда.Определениепород-специфичныхпрофилейвариабельности MSTN позволит адаптировать маркерные программы (например, маркер-ассоциированную и геномную селекцию) и снизить риски потери генетического разнообразия при интенсификации селекционного отбора. Новизна исследования заключается в сочетании локального секвенирования с высокоплотным SNP-генотипированием на широком спектре генофондных и гибридных форм. Такой подход даёт возможность не только выявить ассоциированные генетические варианты, но и оценить их селекционную стабильность, а также соотнести с историей разведения конкретных пород. Теоретическая значимость работы состоит в уточнении роли гена MSTN в генетической архитектуре признаков роста у птицы. Практическая значимость заключается в разработке конкретных маркёров и рекомендаций для селекционных программ, направленных на повышение мясной продуктивности при одновременном сохранении генетического резерва.

Материалы и методы

Объектом исследования стали образцы ДНК, полученные из крови кур пород: русская белая (30 голов), пушкинская (20 голов), юрловская (20 голов), царскосельская (20 голов), плимутрок полосатый (19 голов), новопавловская (15 голов), китайская шелковая (19 голов), итальянская куропатчатая (19 голов), узбекская бойцовая х амрок (14 голов), суссекс х амрок (14 голов), брама светлая х суссекс (14 голов), царскосельская х суссекс (16 голов). Птица содержится в биоресурсной коллекции ВНИИРГЖ «Генетическая коллекция редких и исчезающих пород кур» (г. Санкт-Петербург—Пушкин). ДНК из лейкоцитов цельной крови выделяли общепринятым фенольным методом. Генотипирование животных осуществляли с помощью чипов Illumina Chicken 60KBeadChip. Биометрическая обработка данных выполнена с помощью программ Microsoft Excel, PLINK.

Результаты

В результате секвенирования гена MSTN выявлены три полиморфных сайта MST_1, MST_2 и MST_3 в группах кур пушкинская, русская белая, китайская шелковая и гибридная птица царскосельская х суссекс. Результаты попарного сравнения SNPs представлены в таблицах 1, 2, 3. Неравновесие по сцеплению равное 1 обнаружено между SNPs MST_1 и MST_2 у китайской шелковой породы (таблица 1). У той же породы не обнаружено полиморфизма по MST_3. Это говорит о наличии только двух гаплотипов по изучаемому локусу у китайской шелковой породы кур (GAC и CGC) и может объясняться историческим происхождением породы от ограниченного числа родоначальников и длительной изоляцией популяции.

Частота аллеля G у MST_2 почти по всем группам низка, кроме китайской шелковой, где этот аллель наблюдаем с частотой 0,69. Такая значительная разница в аллельных частотах может отражать различные селекционные стратегии, направленные на поддержание генетической вариабельности или на стабилизацию желательного фенотипа.

Таблица 1 – Частота встречаемости минорного аллеля и неравновесие по сцеплению между MST_1 и MST_2 маркерами (данные секвенирования по Сэнгеру)

Порода	n, голов	Частота минорного аллеля MST_1 (С/G)	Частота минорного аллеля MST_2 (A/G)	LD
Пушкинская	20	0,27 (C)	0,06 (G)	0
Русская белая	16	0,13 (G)	0,09 (G)	0,02
Китайская шелковая	10	0,25 (G)	0,31 (A)	1
Гибриды царскосельская х суссекс	16	0,38 (G)	0,03 (G)	0,09

Неравновесие по сцеплению между различными парами маркеров демонстрирует неоднородность генетической структуры изучаемых популяций. Так, значение LD = 0,62 между MST_2 и MST_3 (Таблица 2) у русской белой породы указывает на сохранение определенных аллельных комбинаций, что может свидетельствовать о селекционной стабилизации благоприятных генотипов в условиях интенсивного отбора по продуктивным признакам.

Таблица 2 – Частота встречаемости минорного аллеля и неравновесие по сцеплению между MST_2 и MST_3 маркерами (данные секвенирования по Сэнгеру)

Порода	n, голов	Частота минорного аллеля MST_2 (A/G)	Частота минорного аллеля MST_3 (C/T)	LD
Пушкинская	20	0,06 (G)	0,27 (T)	0
Русская белая	16	0,09 (G)	0,25(C)	0,62
Китайская шелковая	10	0,31 (A)	0 (T)	0
Гибриды царскосельская х суссекс	16	0,03 (G)	0,31 (C)	0,03

Примечательным является умеренное неравновесие по сцеплению (LD = 0,50) у гибридов царскосельская х суссекс, что отражает сохраняющиеся ассоциации аллелей, унаследованные от родительских форм. У пушкинской породы отмечено минимальное неравновесие (LD = 0,15), что свидетельствует о случайном распределении аллелей MST_1 и MST_3. Данная картина характерна для популяций, не подвергавшихся интенсивной селекции по признакам, связанным с этими конкретными полиморфными сайтами. Русская белая порода демонстрирует еще более низкое значение LD (0,11), что указывает на практически случайное распределение аллелей и отсутствие селекционного давления на комбинации именно этих маркеров. В то же время, полное отсутствие неравновесия (LD = 0) у китайской шелковой породы связано с отсутствием полиморфизма по MST_3 в данной популяции (таблица 3).

Таблица 3 – Частота встречаемости минорного аллеля и неравновесие по сцеплению между MST_1 и MST_3 маркерами (данные секвенирования по Сэнгеру)

Порода	n, голов	Частота минорного аллеля MST_1 (С/G)	Частота минорного аллеля MST_3 (C/T)	LD
Пушкинская	20	0,27 (C)	0,27 (T)	0,15
Русская белая	16	0,13 (G)	0,25(C)	0,11
Китайская шелковая	10	0,25 (G)	0 (T)	0
Гибриды царскосельская х суссекс	16	0,38 (G)	0,31 (C)	0,50

Результаты генотипирования представлены в таблице 4. Анализ равновесия Харди-Вайнберга выявил значительные отклонения (χ² > 5,0) по rs317925256 у русской белой (χ² = 8,67) и пушкинской (χ² = 9,53) пород, что указывает на действие направленного отбора и дрейфа генов в этих популяциях. Указанные породы характеризуются интенсивной селекцией по мясной продуктивности, что могло привести к нарушению случайного распределения аллелей. Следует также отметить статистически значимые отклонения от равновесия у брамы светлой х суссекс (χ² = 4,54) и итальянской куропатчатой породы по rs14597164 (χ² = 2,42), что также может быть связано с селекционным давлением по фенотипическим признакам.

Таблица 4 – Частота встречаемости генотипов кур по двум полиморфным сайтам гена MSTN нек оторы х генофондны х по пуляций

№ n, голов		Порода Генотипы (v)	rs317925256				rs14597164 250502G/T			χ²
			213016С/Т		TT	χ²
			СС	СT			GG	GT	TT
1	30	Русская белая	0,46	0,23	0,31	8,67	0,83	0,17	0	0,25
2	20	Пушкинская	0,53	0,12	0,35	9,53	0,95	0,05	0	0,01
3	20	Царскосельская	0,11	0,31	0,58	1,39	0,80	0,20	0	0,25
4	19	Плимутрок полосатый	0,83	0,17	0	0,13	0,42	0,53	0,05	0,90
5	15	Новопавловская	0,27	0,46	0,27	0,07	0,94	0,06	0	0,02
6	19	Китайская шелковая	0,11	0,17	0,72	2,18	1	0	0	-
7	19	Итальянская куропатчатая	0	0,21	0,79	0,26	0,32	0,63	0,05	2,42
8	14	Узбекская бойцовая х амрок	0,36	0,36	0,28	1,11	0,79	0,21	0	0,20
9	14	Суссекс х амрок	0,58	0,33	0,09	0,10	0,50	0,50	0	1,56
10	14	Брама светлая х суссекс	0,36	0,21	0,43	4,54	0,43	0,57	0	2,24

Примечание: χ² - тест на равновесие по Харди-Вайнбергу; v – частота генотипов.

Рисунок 1 – Распределение частот генотипов изучаемых пород кур по замене rs317925256 гена MSTN

Анализ данных по замене rs317925256 (таблица 4; рисунок 1) выявляет четкие закономерности, коррелирующие с селекционной специализацией пород. Наиболее примечательным является доминирование гомозиготного генотипа СС у мясных и мясо-яичных пород. Так, у полосатого плимутрока частота генотипа СС достигает 0.83, что отражает длительное селекционное давление на мясную продуктивность в данной породной группе. Подобная тенденция наблюдается также у итальянской куропатчатой породы, где доля гомозигот ТТ составляет 0.79, что может свидетельствовать о специфических аллельных комбинациях. Особого внимания заслуживает и распределение генотипов у китайской шелковой породы, где наблюдается резкое преобладание гомозиготного генотипа ТТ (0.72) при минимальном уровне аллеля С (0.11). У новопавловской выявлена повышенная частота гетерозигот CT (0.46), что отражает отсутствие стабилизирующего отбора по локусу MSTN в декоративных линиях.

Полиморфизм rs14597164 (таблица 4; рисунок 2) демонстрирует еще более выраженную дифференциацию между породными группами. Почти во всех исследованных популяциях наблюдается доминирование гомозиготного генотипа GG, кроме итальянской куропатчатой и брамы светлой х суссекса с преобладанием GT, а также равного соотношения этих генотипов у гибридов суссекс х амрок. Особенно показательным является случай китайской шелковой породы, где генотип GG полностью фиксирован (частота 1,0), что подчеркивает отсутствие вариабельности по этому локусу и свидетельствует о древней селекционной стабилизации аллеля G. Гибридные популяции демонстрируют промежуточное распределение генотипов, что отражает эффект объединения генофондов различного происхождения и подтверждает генетическую дифференциацию исходных породных групп.

1.2

■ GG ■ GT ITT

Рисунок 2 – Распределение частот генотипов изучаемых пород кур по замене rs14597164 гена MSTN

Обсуждение

Проведенный анализ полиморфизма гена MSTN у различных пород кур выявил сложную картину генетической дифференциации, отражающую многолетнюю селекционную историю пород и специфику их использования. Наиболее показательным примером является китайская шелковая порода, демонстрирующая полное неравновесие по сцеплению (LD = 1) между маркерами MST_1 и MST_2 и одновременно отсутствие полиморфизма по MST_3. Данная генетическая структура указывает на длительную искусственную селекцию с фиксацией определенных аллельных комбинаций. Полученные результаты согласуются с данными предыдущих исследований, которые также выявляли высокую частоту полиморфных вариантов в гене миостатина у декоративных пород кур. Также, по данным Дементьевой и др. (2015), в генофондных породах наблюдаются значительные различия по частотам генотипов, особенно в участках гена миостатина, ответственных за селекционные изменения [11]. Аналогичные закономерности установлены при анализе полиморфизма в гене MSTN у кур пяти генофондных пород, где отмечено смещение в сторону преобладания определенных генотипов под действием селекционного давления.

Отдельного внимания заслуживает генетическая структура пушкинской породы, которая в нашем исследовании демонстрирует случайное распределение аллелей в большинстве локусов гена MSTN. Данный факт можно объяснить особенностями селекционной истории породы, направленной на поддержание высокой генетической вариабельности при одновременном улучшении мясных качеств. Исследования Митрофановой и др. (2019) также подтверждают динамику экстерьерных показателей у кур пушкинской породы при отборе по полиморфным вариантам в гене миостатина, что отражает сложность селекционных процессов в данной популяции [8].

Обнаруженные в нашем исследовании различия в распределении генотипов по SNP-маркерам rs317925256 и rs14597164 находят подтверждение в ряде публикаций, посвященных ассоциативному анализу полиморфизма гена MSTN с продуктивными признаками. Согласно данным Дементьевой и др. (2020), в популяциях кур мясного направления продуктивности по полиморфному варианту rs14597164 преобладает генотип ТТ (> 0,6) [12], что согласуется с нашими результатами для плимутрока полосатого, где частота генотипа TT составляет 0,05, а генотип GT доминирует (0,53). Особый интерес представляет выявленное нами нарушение равновесия Харди-Вайнберга у русской белой (χ² = 8,67) и пушкинской (χ² = 9,53) пород по rs317925256. Эти отклонения демонстрируют действие направленного отбора и дрейфа генов, что подтверждается данными исследований Ветох и др. (2023), которые показали связь генотипа GG по замене T4842G в гене миостатина с повышенными показателями живой массы у кур с разными генотипами [10]. Так, особи с генотипом GG имели значительное превосходство в живой массе.

Результаты нашего исследования по rs14597164 демонстрируют высокие частоты гомозиготного генотипа GG в большинстве исследованных популяций, что указывает на функциональную важность данного аллеля. Это согласуется с данными о связи полиморфных вариантов гена миостатина с интенсивностью роста молодняка у кур пушкинской породы, где различные аллельные варианты MSTN ассоциированы с различными показателями роста и развития [13].

Результаты анализа распределения генотипов в зависимости от селекционной специализации пород также сходятся с ранее опубликованными данными. Так, для мясных пород (плимутрок полосатый, пушкинская) характерно преобладание гомозиготных генотипов по обоим исследованным SNP-маркерам, что отражает длительную селекцию на мясную продуктивность. В свою очередь итальянская куропатчатая порода в нашем исследовании показала доминирование гомозигот ТТ по rs317925256 (0,79) при одновременном высоком уровне гетерозиготности по rs14597164 (GT = 0,63). Данная генетическая структура может отражать специфические требования к мышечной конституции. Китайская шелковая порода демонстрирует уникальную генетическую архитектуру с полной фиксацией аллеля G по rs14597164 и высокой частотой генотипа ТТ по rs317925256. Та- кие результаты согласуются с ранними исследованиями селекционной стабилизации определенных аллельных комбинаций в породах с длительной историей разведения и специфическими морфологическими особенностями [11, 12].

Заключение

Проведенное исследование комплексного анализа полиморфизма гена MSTN в популяциях кур различной селекционной специализации достигло поставленной цели по изучению генетической изменчивости в этом гене. Изученные SNP-маркеры rs317925256 и rs14597164 могут быть использованы для целенаправленной селекции кур с желаемыми характеристиками. Их включение в селекционные программы может обеспечить более точный отбор птицы и повысить эффективность отечественного птицеводства.

Перспективы дальнейших исследований включают расширение выборки для менее представленных пород, учитывание фенотипических параметров для прямого ассоциативного анализа, а также изучение влияния изученных полиморфных вариантов на экспрессию гена MSTN. Полученные данные создают основу для внедрения молекулярногенетических методов в селекционные программы домашней птицы и должны способствовать сохранению и рациональному использованию генетического разнообразия отечественных пород.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№НИОКТР 124020200114-7).