Оценка вклада различных популяций в генетическое разнообразие свиней корня крупной белой породы

Оценка спектра генетического разнообразия пород требует изучения по возможности большего числа генетически изолированных популяций. Существенный вклад в генетическое разнообразие пород вносят региональные популяции, генофонд которых, как правило, формировался в условиях относительной географической изоляции и на основе местного скота — носителя собственного уникального аллелофонда (1, 2). Кроме того, на аллельные профили пород, используемых в сельскохозяйственном производстве продукции животноводства, значительное влияние оказывают стратегии селекционно-племенной работы.

Наиболее распространенная порода свиней в мире — крупная белая. На ее долю в России приходится более 85 %, во Франции и Финляндии — около 63 %, в Польше — 60 %, в Англии — 50 % от общего поголовья (3). Порода выведена в Англии в графстве Йоркшир в середине XIX века. Первоначально она называлась йоркширской, а позже от Английского королевского земледельческого общества получила название крупной белой. В ряде стран, импортировавших английскую крупную белую породу, за ней закрепилось название йоркшир.

В Россию первые партии свиней английской крупной белой породы были завезены в конце 1870-х—начале 1880-х годов, второй завоз из Англии произошел в период с 1923 по 1931 год с целью восстановления численности поголовья, существенно снизившейся после Первой мировой войны (3). На формирование отечественной крупной белой породы значи- тельное влияние оказали щепкинские свиньи, которыми в то время были укомплектованы все племхозы. Так, около 30 % из 48 хряков и свыше 60 % из 340 маток, занесенных в I том племенной книги, вышедшей в 1932 году под редакцией Н.Н. Завадовского, имели кровь щепкинских свиней, несущих, в свою очередь, кровь павлиновских метисных свиней (4). В большинстве племенных хозяйств животных английской крупной белой породы использовали в скрещиваниях с местными метисными свиньями, хорошо приспособленными к природно-климатическим условиям региона (5). В 1920-1930-х годах крупную белую породу представляли животные как мясосального, так и беконного типа. Первый советский стандарт, разработанный в 1934 году Н.Н. Завадовским, предусматривал отбор свиней мясосального типа. В 1940-е годы был введен новый стандарт, предполагающий создание свиней густого сального типа, что было обусловлено потребностями в жирной свинине (6). Для совершенствования мясных и откормочных качеств в последующие годы применяли освежение крови с использованием крупных белых и йоркширских животных английской, шведской, голландской, датской, французской, канадской селекции. Импорт свиней из Англии проводился в 1947-1948 годах, из Швеции и Англии — в 1970-1981 годах, из Голландии — в 1982 году (7). В последнее десятилетие повышенный спрос на постную свинину стал причиной депопуляции свиней крупной белой породы отечественной селекции в ряде племенных хозяйств и их вытеснения животными зарубежной селекции — канадской (племенные фермы Канадского центра совершенствования свиней — Canadian Centre for Swine Improvement, CCSI), датской (племенные фермы, участвующие в программе DanBred, организованной датским исследовательским центром по свиноводству — Danish Pig Research Centre), ирландской («Hermitage Genetics»), голландской («Hypor B.V.», «Topigs»), французской («Cooperl Ark Atlantique», «France Hybrid»), немецкой («Rhg Hirshmann Hybrid GmbH») и др., обладающими высокими показателями мясной и откормочной продуктивности.

В качестве инструмента для определения состояния и динамики популяций у животных находят применение ДНК-маркеры разных типов, из которых к числу наиболее распространенных относятся микросателлиты (8). Показана их прикладная значимость для характеристики аллело-фонда пород, типов и линий животных, в контроле и управлении структурой стад (9-12).

Целью настоящей работы было изучение аллелофонда и оценка вклада отдельных популяций в генетическое разнообразие свиней крупной белой породы с использованием микросателлитов.

Методика . Исследовали образцы биологического материала (ушной выщип, консервант — 96 % этанол), взятого у 837 свиней пород крупная белая и йоркшир из 17 различных популяций.

Микросателлитный анализ проводили по 11 локусам (S0155, S0355, S0386, SW72, SW951, S0101, SW240, SW857, S0228, SW911 и SW936), используя разработанную тест-систему для ДНК-экспертизы свиней (13). Разделение и детекцию продуктов амплификации выполняли на генетическом анализаторе АВ13130xl («Applied Biosystems», США) согласно рекомендациям фирмы-изготовителя.

Статистическую обработку данных проводили по Б. Вейр (14) с использованием пакета Microsoft Excel 2007 с плагином GenAlEx v. 6.4. Определяли среднее число аллелей и число эффективных аллелей в расчете на локус, наблюдаемую и ожидаемую степени гетерозиготности, индекс фиксации Fis. Изменчивость микросателлитов в изучаемых популяциях свиней оценивали по значениям индекса фиксации Fst и Rst (рассчитан с использованием функции молекулярной вариансы — AM OVA). Для выполнения кластерного анализа по методу J.K. Pritchard с соавт. (15) применяли программное обеспечение Structure v. 2.3.1, при этом значения коэффициента подобия особи в популяции (Q) рассчитывали с помощью Admixture Model и Correlation Model без введения предварительной информации о популяционной принадлежности особей для числа популяций k, равного 2, 5, 10 и 17. Генетические дистанции вычисляли по M. Nei (16). Построение филогенетического дерева осуществляли методом попарного внутригруппового невзвешенного среднего (UPGMA, программного обеспечение Past v. 2.15).

Результаты . Характеристика проанализированных популяций и число исследованных образов приведены в таблице.

Происхождение групп свиней пород крупная белая (КБ) и йоркшир (Й) , ис

А

Рис. 1. Аллельные профили по 11 микросателлитам (А) и дефицит («+») /избыток (« - ») гетерозигот (Б) в изучаемых популяциях свиней пород крупная белая и йоркшир: оси Х — номер изучаемой популяции согласно таблице (А и Б); оси Y — число аллелей на локус микросателлитов (А, а — среднее число аллелей, б — среднее число эффективных аллелей; 0, 2, 4, 6 и 8 — шкала значений) и величина индекса фиксации F_is (Б).

0,25

0,20

0,15*

-0,05

-0,10-

I 3     5     7     9 II 13    15    17

пользуемых в исследованиях

№ популяции	| Порода |                Происхождение (регион)		n
1	КБ	Селекция «Hypor B.V.» (Канада)	100
2	Й	Племенные фермы острова Принца Эдварда (Канада)	15
3	Й	Отечественная селекция с прилитием крови свиней европейской селекции (Республика Чувашия)	43
4	КБ	Селекция DanBred (Danish Pig Research Centre, Дания)	26
5	КБ	Отечественная селекция с прилитием крови свиней европейской селекции (Самарская обл.)	24
6	Й	Отечественная селекция с прилитием крови свиней европейской селекции (Самарская обл.)	20
7	Й	Фермы Canadian Centre for Swine Improvement (Канада)	16
8	КБ	Отечественная селекция с прилитием крови свиней европейской селекции (Белгородская обл.)	52
9	КБ	Селекция «Rhg Hirschmann Hybrid GmbH» (Германия)	104
10	Й	Отечественная селекция с прилитием крови свиней французской селекции «Cooperl Ark Atlantique» (Оренбургская обл.)	37
11	КБ	Селекция «Cooperl Ark Atlantique» (Франция)	29
12	КБ	Селекция «Hermitage Genetics» (Ирландия)	61
13	КБ	Отечественная селекция с прилитием крови свиней европейской селекции (Брянская обл.)	78
14	КБ	Отечественная селекция с прилитием крови свиней европейской селекции (Брянская обл.)	80
15	Й	Селекция «Norsvin Lietuva» (Литва)	58
16	КБ	Украинская селекция с прилитием крови свиней английской, датской и французской селекции (Украина, Запорожская обл.)	72
17 Всего	КБ	Венгерская селекция (Венгрия)	22 837

Б

Y

Среднее число аллелей на локус микросателлитов (рис. 1, А) варьировало от 3,8±0,5 в популяции № 7 до 7,5±0,5 в популяции № 1, число эффективных аллелей — от 2,6±0,2 в популяции № 4 до 4,3±0,6 в популяции № 16. Анализ величины индекса фиксации Fis (см. рис. 1, Б) выявил дефицит гетерозигот, превышающий 5 %, в семи из 17 изученных популяций (№№ 2, 4, 6, 11, 14, 16 и 17) при наибольшем дефиците в популяции № 16 (22,5 %). Избыток гетерозигот, превышающий 5 %, отмечали в популяции № 15 (8,6 %). В 15 из 17 исследованных групп (за исключением популяций № 2 и № 7) по ряду локусов наблюдалось высокодостоверное (р < 0,01 и р < 0,001) отклонение от генного равновесия по локусам микросателлитов. Наибольшее число локусов, в которых имелось отклонение, обнаружили в популяциях № 13 и № 16 (соответственно 6 и 7 локусов). Зависимость между характером (дефицит или избыток) гетерозиготности и смещением генного равновесия мы не выявили.

В 11 из 17 популяций были найдены приватные аллели, большинство из которых встречались с частотой менее 5 %. Наибольшее число таких аллелей (11 из 34) идентифицировалось в украинской популяции свиней (№ 16), что, по всей видимости, обусловлено отсутствием обмена генами с другими исследованными популяциями. В 4 популяциях (№№ 1, 2, 12 и 16) имелись приватные аллели с частотой > 5 % (их можно рассматривать как специфичные для этих популяций): № 1 — аллель 243 в локусе SO355 (5,6 %), № 2 — 244 в локусе SO228 (6,7 %), № 12 — 119 в локусе SW72 (5,1 %), № 16 — 97 в локусе SW72, 118 в локусе SW951, 87 в локусе SW240 и 93 в локусе SW936 (соответственно 8,7; 7,6; 5,5 и 6,3 %).

Анализ характера изменчивости аллелофонда микросателлитных локусов показал, что на долю межпопуляционных различий приходилось 24,2 % общей изменчивости (Rst = 0,242 при р = 0,01). Величина индекса фиксации Fst при парном сравнении, использованного в качестве критерия, свидетельствовала, что наибольший вклад в генетическую изменчивость всей выборки свиней вносили популяции канадской и французской селекции (для № 7 и № 11 значения Fst соответственно 0,134±0,007 и 0,123±0,006), а также региональные популяции из Брянской области (для № 13 и № 14 Fst соответственно 0,125±0,006 и 0,122±0,006) и Украины (для № 16 и № 17 Fst соответственно 0,115±0,005 и 0,119±0,005). Примененный в качестве критерия оценки индекс Rst (AMOVA), при расчете которого учитываются различия не только в частоте аллелей микросателлитов, но и в их длине, указывал на наибольший вклад популяции «Hypor B.V.» (№ 1, Rst = 0,338±0,054) в изменчивость изучаемой выборки. Следует отметить существенное влияние свиней датской селекции (популяция № 4, Rst = 0,269) на общую изменчивость. В остальном отмечались тенденции, аналогичные описанным выше: значения Rst для популяций №№ 7, 11, 13, 14 и 17 составили соответственно 0,281; 0,263; 0,251; 0,244 и 0,267, в то время как для других популяций индекс Rst варьировал от 0,139 до 0,223.

Результаты кластерного анализа изучаемых популяций свиней по J.K. Pritchard с соавт. (15) для числа кластеров k = 2, 5, 10 и 17 представлены на рисунке 2, данные филогенетического анализа по M. Nei (16) в виде филогенетического дерева обобщены на рисунке 3.

При k = 17 (см. рис. 2, Г), что соответствует числу изучаемых популяций, ни одна из них не формировала независимые кластеры при Q = 0,75. Это можно рассматривать как указание на единое происхождение групп свиней, обусловленное их принадлежностью к породам одного корня. Анализ кластерной структуры при k = 2 (см. рис. 2, А) выявил генетическую обособленность двух канадских популяций свиней от других исследованных групп: величина Q2/2 составляла соответственно 0,949 (№ 1) и 0,916 (№ 2). Относительно высокие значения, характеризующие членство в обсуждаемом кластере, имели популяции свиней с острова Принца Эдварда (Канада, популяция № 7), «Cooperl Ark Atlantique» (Франция, популяция № 10), а также отечественная и украинская популяции с прилитием крови от животных французской селекции (популяции № 11 и № 16): значения Q2/2 равнялись соответственно 0,452; 0,554; 0,642 и 0,771. На генеалогическом дереве (см. рис. 3) перечисленные популяции формировали общий подкластер. Распределение кластеров при k = 5 (см. рис. 2, Б) подтверждало иное происхождение популяции свиней «Hypor B.V.» (№ 1, Q2/5 = 0,858), что может быть следствием замкнутой системы их разведения в ряде генераций. Генетически эта популяция обособлена от 15 других, на что указывали

Номер популяции

Рис. 2. Кластерный анализ изучаемых популяций свиней пород крупная белая и йоркшир по J.K. Pritchard с соав. (15) по 11 микросателлитным локусам: А — k = 2, Б — k = 5, В — k = 10, Г — k = 7.

относительно невысокие показатели, отражающие их членство в кластере (Q2/5 = 0,021-0,174), и близка лишь одной популяции канадского происхождения (№ 2) (Q2/5 = 0,424), что, по-видимому, стало следствием географической общности указанных популяций. Такую же тенденцию прослеживали при k = 10 (см. рис. 2, В) и k = 17 (см. рис. 2, Г). При k = 10 для популяции № 1 и № 2 коэффициент Q4/10 составил соответственно 0,780 и 0,237, в то время как для других популяций значения, характеризующие членство в этом кластере, варьировали от 0,011 до 0,087. При k = 17 коэффициент Q11/17 составил соответственно 0,373 и 0,167, а у дру- гих значения для вышеназванных кластеров были существенно ниже — 0,010-0,078. Генетически обособленной оказалась популяция свиней «Rhg Hirshman Hybrid GmbH» (№ 9), о чем свидетельствовали высокие значения коэффициента подобия Q в соответствующем кластере при k = 5 (Q4/5 = 0,900), k = 10 (Q9/10 = 0,834) и k = 17 (Q17/17 = 0,424), тогда как для других популяций эти показатели варьировали соответственно от 0,027 до 0,411, от 0,020 до 0,234 и от 0,017 до 0,122. Относительно высокими коэффициентами Q в своих кластерах характеризовались популяции свиней из Республики Чувашия (№ 3, Q1/17 = 0,630), селекции «Norsvin Lietuva» (№ 15, Q4/17 = 0,594) и датского исследовательского центра по свиноводству (№ 4, Q12/17 = 0,592), для других изученных популяций значения Q составили соответственно 0,015-0,110; 0,017-0,202 и 0,014-0,088. Отмеченный факт можно расценивать как указание на генетическую обособленность названных популяций.

Рис. 3. Дендрограмма филогенетического родства изучаемых популяций свиней (№№ 1-17, см. табл.) , построенная по M. Nei (16) методом попарного внутригруппового невзвешенного среднего (UPGMA) на основании микросателлитного анализа по 11 локусам (ось X — генетические дистанции).

Формирующаяся структура генеалогического дерева (см. рис. 3) соответствовала описанным выше закономерностям и отражала происхождение изучаемых групп свиней. Так, популяции №№ 1, 2 и 7, образующие единую ветвь, объединяет их географическое происхождение (Канада). Популяции №№ 10, 11 и 16 представлены группой свиней французской селекции (№ 10), а также локальными популяциями, для улучшения мясных и откормочных качеств которых активно использовались свиньи французской селекции (№ 11 и № 16). По всей видимости, в единый подкластер эти популяции объединяются вследствие активного привлечения хряков породы йоркшир французского происхождения в программы разведения на канадских племенных фермах (17). Второй подкластер сформировали популяции отечественной селекции, для улучшения которых были использованы животные европейской селекции (№№ 3, 5, 6 и 8), а также европейские популяции — из Германии (№ 9) и Ирландии (№ 12). Третий подкластер объединял ветвь, представленную узкоспециализированными популяциями частных европейских компаний (№№ 4, 15 и 17), и ветвь, образованную двумя российскими популяциями свиней из Брянской области (№№ 13, 14), при разведении которых для улучшения мясных и откормочных качеств использовались хряки европейской селекции.

Следует также отметить, что популяции свиней пород крупная белая и йоркшир не расположены на генеалогическом дереве обособленно, что служит подтверждением их единого происхождение.

Таким образом, результаты наших исследований показывают, что вовлечение в исследование большого числа географически изолированных популяций позволяет дать наиболее полную характеристику аллелофонда пород. Микросателлитные профили могут быть использованы в качестве критерия оценки состояния и степени родства популяций внутри пород и отражают их происхождение.