Генетическое разнообразие пород степного скота в России и их вклад в изменчивость аллелофонда крупного рогатого скота
Автор: Абдельманова А.С., Абрамов Г.О., Волкова В.В., Зиновьева Н.А.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Генетика, геномика
Статья в выпуске: 2 т.61, 2026 года.
Бесплатный доступ
Локальные породы уступают по продуктивности специализированным коммерческим породам скота, однако обладают хорошими адаптационными качествами. Степная зона России занимает обширные пространства, характеризуясь резко-континентальным климатом. Разведение высокопродуктивных коммерческих пород в условиях степной зоны требует значительных затрат, в то время как локальные породы менее требовательны к условиям содержания и кормления. Полногеномное генотипирование с применением SNP-маркеров помогает детально охарактеризовать генетическое разнообразие и структуру аллелофонда пород. Учитывая особенности таких пород, важно комплексно подходить к разработке программ сохранения их генетических ресурсов, включая использование молекулярно-генетического мониторинга для оценки структуры популяций и контроля инбридинга. В настоящей работе впервые приведены результаты анализа аллелофондов степных пород крупного рогатого скота разного происхождения (группы турано-монгольского, серого и красного скота) в сравнительном аспекте с улучшающими и предковыми породами. Описаны аллельные профили степных пород скота, а также профили улучшающих и предковых пород для исследуемых популяций, выявлены аллели, общие для степных пород скота. Целью исследований было изучение генетического разнообразия, филогенетических взаимосвязей и изменений аллелофонда локальных степных пород крупного рогатого скота с использованием микросателлитных маркеров. Объектом исследования были образцы биоматериала от животных трех пород крупного рогатого различного происхождения, традиционно разводимых в степной зоне: красная степная (REDSTEP, n = 161), калмыцкая (KALM, n = 38), серая украинская (GUKR, n = 150). Образцы от серой украинской породы были разделены на три субпопуляции в соответствии с происхождением, а именно архивные образцы от животных, разводимых в 2008 году в монастырском подсобном хозяйстве в Киевской области (GUKR, n = 42); образцы от животных, содержащихся в 2009-2010 годах в Новосибирской области (GUKR_SYB, n = 45); образцы от животных, содержащихся в 2023 году в Алтайском крае (GUKR_ALT, n = 63). В качестве групп сравнения в анализ были включены образцы от трех трансграничных пород, используемых для улучшения локального скота: голштинской (HOL, n = 34), симментальской (SIM, n = 32), герефордской (HRFD, n = 26). Также использовали образцы двух групп локального скота, разводимого в условиях степи на протяжении многих веков, — киргизского (KRGZ, n = 20) и монгольского (MNGL, n = 76). Породы генотипировали по 11 микросателлитным локусам: TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA122, INRA23, TGLA126, BM1818, ETH225, BM1824. Для оценки генетического разнообразия в каждой породе были рассчитаны наблюдаемая (HO) и несмещенная ожидаемая гетерозиготность (UHE), коэффициент инбридинга (UFIS), основанный на несмещенной ожидаемой гетерозиготности, и аллельное разнообразие, скорректированное на размер выборки (AR). Степень генетической дифференциации оценивали на основании попарных значений генетических дистанций Jost’s D. Матрицы попарных значений UFST и генетических дистанций Jost’s D использовали для построения дендрограмм по алгоритму «сеть соседей» в программе SplitsTree 4.14.5 software. Анализ структуры популяций проводили в программе Structure 2.3.4 с визуализацией результатов в программной среде R с использованием пакета BITE. Программа CLUMPAK использовалась для определения наиболее вероятного числа кластеров в исследованной выборке на основании значений DeltaK. Кроме того, при определении структуры популяции дополнительно учитывали полученные в CLUMPAK средние оценки сходства нескольких независимых запусков при одном значении K. На основании анализа РСА была выявлена дифференциация красной степной, голштинской и одной из популяций серой украинской породы от остальных групп. Анализ генетических дистанций ' выявил минимальные расстояния внутри группы турано-монгольского скота (Jost’s D = 0,042). Показана близость между традиционно разводимым в степи скотом и серой украинской (Jost’s D = 0,088), а также красной степной (Jost’s D = 0,124) породами. По результатам анализа генетического разнообразия установлены минимальные значения наблюдаемой гетерозиготности HO и аллельного разнообразия AR в серой украинской породе (HO = 0,593-0,736 и AR = 4,211-6,250), в то время как в группе турано-монгольского скота они оказались несколько выше (HO = 0,715-0,841 и AR = 7,436-8,000). Сопоставление аллельных профилей популяций выявило аллели (81 в локусе TGLA227, 115 в TGLA126), общие для всех степных пород скота. Также обнаружено совпадение аллельных профилей для пар пород: 5 из 11 локусов — для KALM и REDSTEP, 7 из 11 локусов — для KALM и GUKR, 9 из 11 — для REDSTEP и GUKR. Анализ структуры популяций выявил генетические компоненты, характерные для каждой из исследованных пород, а также предковые компоненты. Исследованные породы степного скота являются носителями уникальных форм изменчивости.
Степные породы, крупный рогатый скот, молекулярно-генетические маркеры, аллелофонд, популяция
Короткий адрес: https://sciup.org/142247686
IDR: 142247686 | УДК: 636.2:575.174.015.3:577.21 | DOI: 10.15389/agrobiology.2026.2.245rus
Genetic diversity of steppe breeds bred in Russia and their impact in variability of allele pool of cattle
Local breeds are inferior in productivity to specialized commercial cattle breeds, but possess good adaptability. The Russian steppe zone occupies vast areas, characterized by a sharply continental climate. Breeding highly productive commercial breeds in the steppe zone requires significant investment, while local breeds are less demanding in terms of housing and feeding conditions. Whole-genome genotyping using SNP markers helps to thoroughly characterize the genetic diversity and allele pool structure of breeds. Given the characteristics of such breeds, it is important to take a comprehensive approach to developing programs for preserving their genetic resources, including the use of molecular genetic monitoring to assess population structure and control inbreeding. This paper presents the first analysis of the allele pools of steppe cattle breeds of different origins (Turanian-Mongolian, Gray, and Red cattle groups) in a comparative study with improving and ancestral breeds. The allelic profiles of steppe cattle breeds, as well as the profiles of improving and ancestral breeds for the studied populations are described; alleles common to steppe cattle breeds are identified. The aim of the research was to investigate the genetic diversity, phylogenetic relationships and changes in the allele pool of local steppe cattle breeds using microsatellite markers. The object of the study were samples of three cattle breeds of different origins, traditionally bred in the steppe zone: Red Steppe (REDSTEP, n = 161), Kalmyk (KALM, n = 38), and Gray Ukrainian (GUKR, n = 150). Samples of the Gray Ukrainian breed were divided into three subpopulations according to their origin, namely, archival samples of animals bred in 2008 at a monastery subsidiary farm in the Kyiv region (GUKR, n = 42); Samples of animals kept in 2009-2010 in the Novosibirsk region (GUKR_SYB, n = 45); samples of animals kept in 2023 in the Altai region (GUKR_ALT, n = 63). Samples of three transboundary breeds used to improve local cattle were involved as comparison groups, these were Holstein (HOL, n = 34), Simmental (SIM, n = 32), Hereford (HRFD, n = 26) cattle. Samples of two groups of local cattle bred in steppe conditions for many centuries also used were Kyrgyz (KRGZ, n = 20) and Mongolian (MNGL, n = 76) cattle. The breeds were genotyped for 11 microsatellite loci TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA122, INRA23, TGLA126, BM1818, ETH225, and BM1824. To assess the genetic diversity in each breed, the observed (HO) and unbiased expected heterozygosity (UHE), the inbreeding coefficient (UFIS) based on the unbiased expected heterozygosity, and the allelic diversity adjusted for sample size (AR) were calculated. The degree of genetic differentiation was estimated based on pairwise Jost’s D genetic distances. Matrices of pairwise FST values and Jost’s D genetic distances were used to construct dendrograms using the neighbor-joining network algorithm in SplitsTree 4.14.5 software. Population structure analysis was performed in Structure 2.3.4 with results visualization in the R software environment using the BITE package. CLUMPAK was used to determine the most probable number of clusters in the studied sample based on DeltaK values. In addition, the average similarity estimates obtained in CLUMPAK for several independent runs with the same K value were additionally accounted when determining the population structure. Based on PCA analysis, differentiation of the Red Steppe, Holstein, and one of the populations of the Gray Ukrainian breed from the other groups was revealed. Analysis of the Jost's D genetic distances revealed minimal distances within the Turanian-Mongolian cattle group (Jost’s D = 0.042). The closeness between cattle traditionally bred in the steppe and the Grey Ukrainian (Jost’s D = 0.088) and Red Steppe (Jost’s D = 0.124) breeds was shown. Based on the genetic diversity data, the minimum values of the observed heterozygosity Ho and allelic diversity Ar were revealed in the Grey Ukrainian breed (HO = 0.593-0.736 and AR = 4.211-6.250), while in the Turanian-Mongolian cattle group they were slightly higher (HO = 0.715-0.841 and AR = 7.436-8.000). Comparison of the allelic profiles of the populations revealed alleles (81 in the TGLA227 locus, 115 in TGLA126) common to all steppe cattle breeds. A match in the allelic profiles for pairs of breeds was also found: 5 of 11 loci for KALM and REDSTEP, 7 of 11 loci for KALM and GUKR, and 9 of 11 for REDSTEP and GUKR. An analysis of the population structure revealed genetic components characteristic of each of the studied breeds, as well as ancestral components. The studied steppe cattle breeds are carriers of unique forms of variability. A strategy for further conservation of the genetic resources of these breeds may involve monitoring the genetic state of populations and preventing mass crossbreeding with transboundary breeds.
