Генетическая оценка происхождения крупного рогатого скота голштинской породы по микросателлитным STR‑локусам

Достоверность происхождения животных является основой селекционноплеменной работы. Ошибки в родословных искажают оценку наследуемости, снижают точность селекционных индексов и ухудшают качество отбора. В работах на голштинском скоте показано [5], что для проверки происхождения наиболее пригодны маркеры, позволяющие однозначно различать генотипы потомка и предполагаемых родителей по аллельному составу. Микросателлитные локусы получили широкое применение благодаря высокому уровню полиморфизма, распределенности по геному и удобству интерпретации результатов.

Для практического использования микросателлитных панелей важны не только сами локусы, но и единая система интерпретации аллелей. Так, была предложена стандартизованная номенклатура 16 STR-локусов крупного рогатого скота, что позволило сопоставлять результаты разных лабораторий [8]. Позднее для этих же локусов были опубликованы популяционные данные, показавшие необходимость учета частот аллелей в конкретных выборках [9]. На материале немецкого голштинского скота было показано [6], что аллельные частоты и исключающая способность панели меняются со временем, поэтому оценка информативности маркеров должна проводиться на актуальном поголовье, а не по справочным данным.

На голштинской породе диагностическая ценность микросателлитных панелей подтверждена в нескольких независимых работах. В чешской популяции голштинского скота 10 микросателлитов обеспечили суммарную вероятность исключения 0,999, что было признано достаточным для контроля происхождения [5]. В иранской выборке голштинского скота 12 локусов также показали высокую информативность; число аллелей на локус варьировало от 5 до 13, а суммарная исключающая способность панели достигала 0,999 [6]. В китайской популяции голштинов панель из 17 STR-маркеров также показала высокую эффективность при проверке происхождения и идентификации животных [7]. Сравнительное исследование показало [10], что SNP-панели могут превосходить STR по плотности информации, однако микросателлиты сохраняют практическую ценность для идентификации и анализа происхождения.

Отечественные исследования подтверждают применимость того же подхода для голштинского и голштинизированного черно-пестрого скота. В работе М.В. Модорова и соавторами по материалам 15 микросателлитных локусов у 15786 животных показано, что данные, первоначально полученные для контроля происхождения, могут использоваться и для оценки популяционной структуры, и для мониторинга снижения генетического разнообразия [1]. На уровне отдельных стад и породных групп российские авторы также показали, что локусы различаются по аллельному разнообразию, гетерозиготности и информативности. Для голштинского скота это отмечено, в частности, в работах М.А. Часовщиковой [2], Е.Б. Шукюровой [3], Я.А. Хабибрахмановой [4]. Следовательно, анализ панели STR-маркеров имеет не только идентификационное, но и селекционно-практическое значение.

С учетом приведенных данных актуальность настоящего исследования определяется необходимостью оценить, насколько используемая в хозяйстве панель из 15 микросателлитных локусов пригодна не только для подтверждения происхождения, но и для характеристики генетической вариабельности стада. Цель исследования – оценить информативность панели STR-локусов, применяемой для подтверждения происхождения животных черно-пестрой голштинской породы.

Материалы и методы исследований . В исследование включены 286 животных черно-пестрой голштинской породы из ПЗ ЗАО «Славянское» Верховского района Орловской области. Исходным материалом служили лабораторные протоколы генетического тестирования, содержащие генотипы животных по 15 микросателлитным локусам: BM1824, BM2113, CSRM60, CSSM66, ETH10, ETH225, ETH3, SPS115, TGLA122, TGLA126, TGLA227, TGLA53, BM1818, ILSTS006 и INRA023 (заключение по генетическому тестированию дано сотрудниками ВНИИ племенного дела для данного стада – М.Г. Максимчук, Л.А. Калашникова, Т.Б. Ганченковой в 2026 г.). Для каждого локуса учитывали два аллеля. Происхождение оценивали по сопоставлению аллельных профилей потомка, матери и предполагаемого отца. Распределение по быкам-производителям анализировали только для случаев, в которых происхождение было подтверждено по отцовской линии.

Статистическую обработку проводили по аллельным профилям потомков по 15 микросателлитным локусам. Для каждого локуса определяли число выявленных аллелей, относительные частоты аллелей и наблюдаемую гетерозиготность. Дополнительно оценивали долю случаев, в которых профиль потомка был совместим с профилями матери и предполагаемого отца по исследованным локусам. Расчет числа выявленных аллелей, наблюдаемой гетерозиготности и относительных частот аллелей, а также построение графиков выполняли в среде Python с использованием библиотек pandas и matplotlib. Число аллелей по каждому локусу определяли как количество различных аллельных вариантов, выявленных в исследуемой выборке. Наблюдаемую гетерозиготность рассчитывали как долю гетерозиготных генотипов среди типированных животных по каждому локусу. Относительные частоты аллелей определяли как отношение числа повторов конкретного аллеля к общему числу учтенных аллелей в пределах соответствующего локуса.

Результаты исследований и их анализ . Числовые значения в столбцах микросателлитных локусов представляют собой аллельные варианты маркеров. Для каждого локуса у животного учитывали два аллеля, что использовали при сопоставлении генотипов потомка и предполагаемых родителей. Аллельное разнообразие локусов оценивали по числу выявленных аллелей в исследуемой выборке.

Число выявленных аллелей по микросателлитным локусам

Рисунок 1 – Число выявленных аллелей по исследованным микросателлитным STR-локусам у животных черно-пестрой голштинской породы

Анализ числа выявленных аллелей показал различную степень полиморфизма исследованных локусов. Число аллелей варьировало от 5 до 13. Наибольшее аллельное разнообразие отмечено по локусам TGLA53, TGLA122 и TGLA227, наименьшее – по BM1824, CSRM60, SPS115 и TGLA126. Следовательно, исследованные маркеры различались по информативности, а наибольшую диагностическую ценность в данной выборке имели наиболее полиморфные локусы.

Для оценки фактической генетической вариабельности локусов определяли наблюдаемую гетерозиготность.

Наблюдаемая гетерозиготность по микросателлитным локусам

Наблюдаемая гетерозиготность

Рисунок 2 – Наблюдаемая гетерозиготность по исследованным микросателлитным STR-локусам у животных черно-пестрой голштинской породы

Наблюдаемая гетерозиготность по исследованным локусам варьировала от 0,552 до 0,843. Наибольшие значения установлены для TGLA53, TGLA122 и INRA023, наименьшие – для TGLA126 и SPS115. Это показывает, что исследованные локусы различались по уровню фактической генетической вариабельности. Наиболее гетерозиготные локусы лучше различали генотипы животных и были более полезны для подтверждения происхождения.

Дополнительно было проанализировано распределение подтвержденных потомков по быкам-производителям.

Распределение подтвержденных потомков по быкам-производителям (случаи подтверждения по отцу)

Альта Юрген 3200824071 Альта Нитро 3132991976

Альтахазон 13227660

Экзакто 3134408638

Альтаэскейп 3140616363

Альта Багги 3138498807

АльтаОрдж 3200824632

М.Альтавормонт 3128713944

Бигскреен 3202794358

Х.Мод.Каде 3137288293

Супернатурал 3215425300

Альта Геликон 751487334

Д.Кафеин 3151588884

Альта Чаво 3207349716

Альта Гивэвэй 13165419

Спартакус 74117395

П.АльтаХайЭнд 3147805888 л АльтаДжампКа 3143806809 g Аксельрейн 3131131506 70346650 Альтаальфа о П.АльтаПлинко 3200824505 i Альта Фейсти 3132117150 ш                   Бэст 23

Коби 3129128824

Рэмбо 787

АльтаПако 734691918

Альфабет 71088768

Оншот 62207139

Сталварт 70694639

Альта Плэдж 13024756

Легал 3010979794

М.Альтавормон 3128713944

Альта Тарнкей 3129128746

АльтаФаертайгр 3219939630

АльтаОлаф 3150701313

АльтаТрилл 3149482696

Го Голд 62336853

Индженус 64401212

Тренд 49

Хавьер 3125475777

0                  5                  10                 15                 20                 25

Число подтвержденных потомков

Рисунок 3 - Распределение подтвержденных потомков по быкам-производителям у животных черно-пестрой голштинской породы

Распределение подтвержденных потомков по быкам-производителям было неравномерным. Потомство с подтвержденным происхождением по отцовской линии было связано с 40 производителями, однако основная часть животных приходилась на ограниченное число быков. Это указывает на неодинаковую интенсивность использования производителей в стаде и имеет практическое значение для оценки структуры воспроизводства в хозяйстве.

Bml824

Bm2113

Csrm60

Cssm66

Структуру аллельных частот по исследованным локусам дополнительно оценивали по тепловой карте относительных частот аллелей.

Тепловая карта относительных частот аллелей

Относительная частота аллеля

§ Spsllb

Tglal22

Tglal26

Tgla227

Tgla53

bml818

ilstsOO6

inraO23

Рисунок 4 – Тепловая карта относительных частот аллелей по исследованным микросателлитным STR-локусам у животных черно-пестрой голштинской породы

Тепловая карта показала неодинаковую структуру аллельных частот по исследованным локусам. Для части маркеров распределение аллелей было более равномерным, для других – определялось преобладанием отдельных аллельных вариантов. Это подтверждает, что исследованные локусы различались не только по числу аллелей и уровню гетерозиготности, но и по внутренней структуре аллельного спектра.

Выводы. Наиболее информативными в исследуемой выборке были локусы TGLA53, TGLA122, TGLA227 и INRA023, поскольку они сочетали высокое аллельное разнообразие и высокую наблюдаемую гетерозиготность. Локусы BM1824, CSRM60, SPS115 и TGLA126 были менее вариабельны и хуже различали генотипы животных. Распределение подтвержденных потомков по быкам-производителям показало неравномерное использование производителей в стаде. Полученные данные могут быть использованы для контроля достоверности племенного учета, оценки вклада отдельных быков в формирование стада и уточнения набора наиболее информативных маркеров для дальнейшей племенной работы.

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России для ФГБОУ ВО Орловский ГАУ по теме: «Повышение генетического потенциала селекционных признаков в орловской популяции молочного скота» (FEEF 2024-0011, рег. №10240322800041-7-4.2.1).