Изучение аллелофонда и степени генетической интрогрессии домашней и дикой популяций северного оленя (Rangifer tarandus L., 1758) с использованием микросателлитов

Изучение аллелофонда и степени генетической интрогрессии домашней и дикой популяций северного оленя (Rangifer tarandus L., 1758) с использованием микросателлитов

Автор: Харзинова В.Р., Доцев А.В., Крамаренко А.С., Лайшев К.А., Романенко Т.М., Соловьева А.Д., Денискова Т.Е., Костюнина О.В., Брем Г., Зиновьева Н.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Геномное сканирование, биоразнообразие

Статья в выпуске: 6 т.51, 2016 года.

Бесплатный доступ

Совместное существование домашней и дикой форм северного оленя ( Rangifer tarandus L., 1758) - важная особенность вида. Обе формы обитают в условиях, которые остаются практически неизменными очень продолжительное время. Установлено, что между домашней и дикой популяциями происходит обмен генами, приводящий к смешению их генофонда. Наряду с эволюционными факторами (дрейф генов, мутации, естественный отбор) на изменение генофонда популяции влияет миграционный процесс. В настоящей работе на основе анализа микросателлитов дана характеристика биоразнообразия двух самых многочисленных популяций северного оленя: домашних оленей ненецкой породы и дикой популяции, обитающей на территории Ненецкого (НАО) и Таймырского (ТАО) автономных округов, а также оценена степень интрогрессии этих популяций. Материалом для исследований служили пробы ткани 178 северных оленей. Биоматериал от животных ненецкой породы домашних оленей (DOM, n = 115, 4 субпопуляции) был взят на сельхозпредприятиях НАО и в оленеводческих бригадах на территории ТАО. Материал от оленей дикой таймырской популяции (WLD, n = 63, 5 субпопуляций) собирали в разных регионах ТАО. Геномную ДНК выделяли с использованием колонок фирмы Nexttec («Nexttec Biotechnologie GmbH», Германия). Полиморфизм 9 STR-локусов (NVHRT21, NVHRT24, NVHRT76, RT1, RT6, RT7, RT9, RT27, RT30) определяли по ранее разработанной методике на ДНК-анализаторе ABI3130xl («Applied Biosystems», США). Для оценки аллелофонда каждой популяции рассчитывали среднее число аллелей (Na) и эффективное число аллелей (Ne) на локус, аллельное разнообразие, вычисленное с применением процедуры рарификации (Ar), число приватных аллелей на локус (PrAr), наблюдаемую (Ho) и ожидаемую (He) гетерозиготность, коэффициент инбридинга (FIS). Степень генетической дифференциации популяций оценивали на основании попарных значений FST и генетических дистанций по M. Nei. На основе частот аллелей микросателлитов рассчитывали показатели миграции генов между популяциями. Распределение общей генетической изменчивости между популяциями и в их пределах изучали методом AMOVA (анализ молекулярной дисперсии). Олени дикой популяции характеризовались бóльшим генетическим разнообразием по сравнению с домашними: среднее число аллелей на локус - 10,00±0,78 против 8,44±0,80, наблюдаемая гетерозиготность - 0,633±0,060 против 0,589±0,049. Показано формирование двух независимых кластеров, соответствующих дикой и домашней популяциям, с высокими значениями членства в собственных кластерах: QWLD = 0,940±0,013 и QDOM = 0,938±0,010. При этом были выявлены несколько особей (4,4-4,8 %), имеющих смешанное генетическое происхождение. Степень взаимной интрогрессии популяций составляла около 6 %. Кластерный анализ генетической структуры отдельно дикой и домашней популяций не выявил четкой кластеризации, что указывало на однородность генетической структуры внутри изучаемых популяций. Разложение общей генетической изменчивости с использованием AMOVA показало, что большая часть разнообразия приходилась на изменчивость внутри популяций (95,40 %, p ST и DN составили соответственно 0,046 против 0,023 и 0,353 против 0,151). Полученные нами данные будут использованы для разработки программ селекционно-племенной работы с ненецкой породой домашних северных оленей, а также организации мероприятий по охране и рациональному использованию биологических ресурсов диких северных оленей.

Еще

Аллелофонд, интрогрессия, популяции, северный олень, микросателлиты

Короткий адрес: https://sciup.org/142213984

IDR: 142213984   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2016.6.811rus

Список литературы Изучение аллелофонда и степени генетической интрогрессии домашней и дикой популяций северного оленя (Rangifer tarandus L., 1758) с использованием микросателлитов

  • Мухачев А.Д. Путешествие в мир оленеводов. Новосибирск, 2001.
  • Бороздин Э.К., Забродин В.А., Востряков П.Н. Северное оленеводство/Под ред. В.А. Забродина. М., 1979.
  • Йернслеттен Й.-Л., Клоков К. Оленеводство в России. Глава из отчета по проекту Арктического cовета «Устойчивое оленеводство» (Университет Тромсё, Санкт-Петербургский университет; Арктический совет, 2000-2002). Илин, 2005, 1(42). Режим доступа: http://ilin-yakutsk.narod.ru/2005-1/18.htm. Без даты.
  • Логинов В.Г. Оленеводство как базовая отрасль традиционного сектора АПК Севера. Аграрный вестник Урала, 2014, 11(129): 74-77.
  • Южаков А.А. Ненецкая аборигенная порода северных оленей. Автореф. докт. дис. Новосибирск, 2004.
  • Югай В.К. Экстерьерные особенности северных оленей в условиях Ямала. Аграрный вестник Урала, 2009, 10(64): 48-51.
  • Stammler F. Reindeer nomads meet the market: culture, property and globalisation at the end of the land. Lit-Verlag Muenster, 2005 (ISBN 3-8258-8046-x).
  • Романенко Т.М., Филиппова Г.И. Генетический полиморфизм в популяции домашнего северного оленя Канинско-тиманской тундры Ненецкого АО. Символ науки, 2015, 11: 44-52.
  • Эрнст Л.К., Дмитриев Н.Г., Паронян И.А. Генетические ресурсы сельскохозяйственных животных в России и сопредельных странах. СПб, 1994.
  • Колпащиков Л.А. Таймырская популяция дикого северного оленя (биологические основы управления и устойчивого использования ресурсов). Автореф. докт. дис. Норильск, 2000.
  • Сыроечковский Е.Е., Рогачева Э.В., Савченко А.П., Соколов Г.А., Баранов А.А., Емельянов В.И. Красная книга Красноярского края. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных. Красноярск, 2000.
  • Мухачев А.Д., Колпащиков Л.A., Лайшев К.А. Мясная продуктивность северных оленей. Новосибирск, 2001.
  • Тихомиров Б.А. Взаимосвязи животного мира и растительного покрова тундры. М.-Л., 1959.
  • Тишков A.A. Взаимодействие животных фитофагов с растительностью тундры. Журнал общей биологии, 1977, 38(1): 15-23.
  • Колпащиков Л.А., Михайлов В.В. К проблеме изучения пространственно-временной динамики таймырской популяции диких северных оленей. Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства, 2012, 1: 108-109.
  • Семенов-Тян-Шанский О.И. Северный олень. М., 1977.
  • Клоков К.Б. Современное состояние циркумполярного оленеводства. Мат. III Межд. школы по юридической антропологии «Олень всегда прав». СПб-Пушкин, 2003: 53-74.
  • Syroechkovskii E.E. Wild reindeer. Amerind Publishing, New Delhi, India, 1995.
  • Baskin L.M. Number of wild and domestic reindeer in Russia in the late 20th century. Rangifer, 2005, 25(1): 51-57 ( ) DOI: 10.7557/2.25.1.337
  • Papa R. Gene flow and introgression between domesticated crops and their wild relatives. Proc. Int. Workshop «The role of biotechnology for the characterization and conservation of crop, forestry, animal and fishery genetic resources». Turin, Italy, 2005: 71-76.
  • MacHugh D.E., Bradley D.G. Livestock genetic origins: goats buck the trend. PNAS USA, 2001, 98: 5382-5384 ( ) DOI: 10.1073/pnas.111163198
  • Bruford M.W., Bradley D.G., Luikart G. DNA markers reveal the complexity of livestock domestication. Nat. Rev. Genet., 2003, 4: 900-910 ( ) DOI: 10.1038/nrg1203
  • MacHugh D.E., Shriver M.D., Loftus R.T., Cunningham P., Bradley D.G. Microsatellite DNA variation and the evolution, domestication and phylogeography of taurine and zebu cattle (Bos taurus and Bos indicus). Genetics, 1997, 146: 1071-1086.
  • Luikart G., Gielly L., Excoffier L., Vigne J.-D., Bouvet J., Taberlet P. Multiple maternal origins and weak phylogeographic structure in domestic goats. PNAS USA, 2001, 98: 5927-5932 ( ) DOI: 10.1073/pnas.091591198
  • Baskin L.M. Reindeer husbandry in the Soviet Union. Wildlife production systems: economic utilization of wild ungulates/R.J. Hudson, K.R. Drew, L.M. Baskin (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1989: 197-206.
  • Staalannd H., Eikelmann I.M.H. Status of the reindeer industry in Fennoscandia. Wildlife production: conservation and sustainable development/L.A. Renecker, R.J. Hudson (eds.). AFES Misc. University of Alaska, Fairbanks, 1991, 91(6): 77-88.
  • Давыдов А.В., Холодова М.В., Мещерский И.Г., Груздев А.Р., Сипко Т.П., Кол Н.В., Царев С.А., Железнов-Чукотский Н.К., Мирутенко B.C., Губарь Ю.П., Линьков А.Б., Рожков Ю.И. Дифференциация диких и домашних форм северного оленя (Rangifer tarandus L.) по результатам анализа мтДНК. Сельскохозяйственная биология, 2007, 6: 48-53.
  • Хохлов А.М. Теоретическое обоснование процесса доместикации, селекционно-генетический и технологический мониторинг в свиноводстве. Автореф. докт. дис. Харьков, 2006.
  • Ball M.C., Finnegan L., Manseau M., Wilson P. Integrating multiple analytical approaches to spatially delineate and characterize genetic population structure: an application to boreal caribou (Rangifer tarandus caribou) in central Canada. Conserv. Genet., 2010, 11: 2131-2143 ( ) DOI: 10.1007/s10592-010-0099-3
  • Zittlau K.A. Population genetic analyses of North American caribou (Rangifer tarandus). PhD Thesis. University of Alberta, Canada, 2004.
  • Cronin M.A., MacNeil M.D., Patton J.C. Variation in mitochondrial DNA and microsatellite DNA in caribou (Rangifer tarandus) in North America. J. Mammal., 2005, 86: 495-505 (doi: 10.1644/1545-1542(2005)862.0.CO;2).
  • Tyler S.K., Mcfarlane K.A., Pamela Groves P., Mooers A.Ø., Shapiro B. Modern and ancient DNA reveal recent partial replacement of caribou in the southwest Yukon. Mol. Ecol., 2010, 19: 1312-1323 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-294X.2010.04565.x
  • Kharzinova V.R., Gladyr' E.A., Fedorov V.I., Romanenko T.M., Shimit L.D., Layshev K.A., Kalashnikova L.A., Zinovieva N.A. Development of multiplex microsatellite panel to assess the parentage verification in and differentiation degree of reindeer populations (Rangifer tarandus). Agricultural Biology, 2015, 50(6): 756-765 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2015.6.756eng
  • Pfeiffer A., Olivieri A.M., Morgante M. Identification and characterization of microsatellites in Norway spruce (Picea abies K.). Genome, 1997, 40: 411-419.
  • Scotti I., Magni F., Paglia G.P., Morgante M. Trinucleotide microsatellite in Norway spruce (Picea abies): their features and the development of molecular markers. Theor. Appl. Genet., 2002, 106: 40-50 ( ) DOI: 10.1007/s00122-002-0986-1
  • Fluch S., Burg A., Kopecky D., Homolka A., Spiess N., Vendramin G.G. Characterization of variable EST SSR markers for Norway spruce (Picea abies L.). BMC Res. Not., 2011, 4: 401-412 ( ) DOI: 10.1186/1756-0500-4-401
  • Cremer E., Liepelt S., Sebastiani F., Buonamici A., Michalczyk I.M., Ziegenhagen B., Vendramin G.G. Identification and characterization of nuclear microsatellite loci in Abies alba Mill. Mol. Ecol. Notes, 2006, 6: 374-376 ( ) DOI: 10.1111/j.1471-8286.2005.01238.x
  • Kahle D., Wickham H. ggmap: Spatial visualization with ggplot2. The R Journal, 2013, 5(1): 144-161.
  • Wickham H. ggplot2: Elegant graphics for data analysis. Springer-Verlag, NY, 2009.
  • Brown A.H.D., Weir B.S. Measuring genetic variability in plant populations. In: Isozymes in plant genetics and breeding, Part A/S.D. Tanksley, T.J. Orton (eds.). Elsevier Science Publ., Amsterdam, 1983.
  • Kalinowski S.T. Counting alleles with rarefaction: Private alleles and hierarchical sampling designs. Conserv. Genet., 2004, 5: 539-543 ( ) DOI: 10.1023/B:COGE.0000041021.91777.1a
  • Hartl D.L., Clark A.G. Principles of population genetics. Sunderland, Massachusetts, 1997.
  • Weir B.S., Cockerham C.C. Estimating F-statistics for the analysis of population structure. Evolution, 1984, 38: 1358-1370.
  • Nei M. Genetic distance between populations. Am. Nat., 1972, 106(949): 283-292 ( ) DOI: 10.1086/282771
  • Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research -an update. Bioinformatics, 2012, 28: 2537-2539 ( ) DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460
  • Kalinowski S.T. HP RARE 1.0: a computer program for performing rarefaction on measures of allelic richness. Mol. Ecol. Notes, 2005, 5: 187-189 ( ) DOI: 10.1111/j.1471-8286.2004.00845.x
  • Belkhir K., Borsa P., Chikhi L., Raufaste N., Bonhomme F. GENETIX 4.05, logiciel sous Windows TM pour la génétique des populations. Laboratoire Génome, Populations, Interactions, CNRS UMR 5171, Université de Montpellier II, Montpellier (France), 1996-2004.
  • Sundqvist L., Zackrisson M.Z., Kleinhans D. Directional genetic differentiation and asymmetric migration. Режим доступа: https://arxiv.org/abs/1304.0118 . Без даты.
  • Keenan K., McGinnity P., Cross T.F., Crozier W.W., Prodohl P.A. diveRsity: An R package for the estimation of population genetics parameters and their associated errors. Methods in Ecology and Evolution, 2013, 4: 782-788 ( ) DOI: 10.1111/2041-210X.12067
  • Meirmans P.G., Hedrick P.W. Assessing population structure: FST and related measures. Mol. Ecol. Resour., 2011, 11: 5-18 ( ) DOI: 10.1111/j.1755-0998.2010.02927.x
  • Jost L. GST and its relatives do not measure differentiation. Mol. Ecol., 2008, 17: 4015-4026 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-294X.2008.03887.x
  • Jombart T. adegenet: a R package for the multivariate analysis of genetic markers. Bioinformatics, 2008, 24: 1403-1405 ( ) DOI: 10.1093/bioinformatics/btn129
  • Excoffier L., Lischer H.E.L. Arlequin suite ver 3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Mol. Ecol. Resour., 2010, 10: 564-567 ( ) DOI: 10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x
  • Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics, 2000, 155: 945-959.
  • Earl D.A., von Holdt B.M. Structure Harvester: A website and program for visualizing Structure output and implementing the Evanno method. Conserv. Genet. Resour., 2012, 4: 359-361 ( ) DOI: 10.1007/s12686-011-9548-7
  • Evanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: A simulation study. Mol. Ecol., 2005, 14: 2611-2620 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x
  • Mager K.H. Population structure and hybridization of Alaskan caribou and reindeer: integrating genetics and local knowledge. Dissertation of the degree doctor of philosophy. Fairbanks, Alaska, 2012.
  • Южаков А.А. Ненецкая аборигенная порода северных оленей. Автореф. докт. дис. Новосибирск, 2004.
  • Малыгина Н.В. Дикий северный олень (Rangifer tarandus L.) Восточного Таймыра. Автореф. канд. дис. М., 2000.
  • McVean G. A genealogical interpretation of principal components analysis. PLoS Genet., 2009, 5(10): e1000686 ( ) DOI: 10.1371/journal.pgen.1000686
  • Юрченко А.А. Генетическая структура популяций сахалинского тайменя Parahucho perryi brevoort и вопросы природоохранной генетики вида. Автореф. канд. дис. М., 2015.
  • Давыдов А.В. Морфологическая и генетическая дифференциация популяций северного оленя Евразии. Автореф. канд. дис. М., 1997.
  • Sundqvist L., Keenan K., Zackrisson M., Prodöhl P., Kleinhans D. Directional genetic differentiation and asymmetric migration. Ecol. Evol., 2016, 6(11): 3461-3475 ( ) DOI: 10.1002/ece3.2096
  • Burns J.J. Report of the scientific workshop on caribou in the NPRA. Barrow, Alaska, 1989.
  • Klein D.R. Conflicts between domestic reindeer and their wild counterparts: A review of Eurasian and North American experience. Arctic, 1980, 33: 739-756.
  • Jepsen B., Siegismund H., Fredholm M. Population genetics of the native caribou (Rangifer tarandus groenlandicus) and the semi-domestic reindeer (Rangifer tarandus tarandus) in Southwestern Greenland: Evidence of introgression. Conserv. Genet., 2002, 3: 401-409 ( ) DOI: 10.1023/A:1020523303815
  • Cronin M.A., Renecker L.A., Pierson B.J., Patton J.C. Genetic variation in domestic reindeer and wild caribou in Alaska. Anim. Genet., 1995, 26: 427-434 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-2052.1995.tb02695.x
  • Cronin M.A., Patton J.C., Balmysheva N., MacNeil M.D. Genetic variation in caribou and reindeer (Rangifer tarandus). Anim. Genet., 2003, 34: 33-41 ( ) DOI: 10.1046/j.1365-2052.2003.00927.x
  • Mager K.H., Colson K.E., Hundertmark K.J. High genetic connectivity and introgression from domestic reindeer characterize northern Alaska caribou herds. Conserv. Genet., 2013, 14: 1111-1123 ( ) DOI: 10.1007/s10592-013-0499-2
  • Kharzinova V.R., Sermyagin A.A., Gladyr E.A., Okhlopkov I.M., Brem G., Zinovieva N.A. A study of applicability of SNP chips developed for Bovine and Ovine species to whole-genome analysis of reindeer Rangifer tarandus. J. Heredity, 2015, 106(6): 758-761 ( ) DOI: 10.1093/jhered/esv081
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp