Полиморфизм в генах-кандидатах, связанных с репродуктивными функциями у овец (Ovis spp.)

Полиморфизм в генах-кандидатах, связанных с репродуктивными функциями у овец (Ovis spp.)

Автор: Денискова Т.Е., Шахин А.В., Esmailizadeh A., Доцев А.В., Зиновьева Н.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Генетика и геномика

Статья в выпуске: 6 т.58, 2023 года.

Бесплатный доступ

Репродуктивные качества значительно влияют на себестоимость овцеводческой продукции. Главные гены-кандидаты репродуктивных качеств овец - BMP15, GDF9 и BMPR1B , мутации в которых повышают число яйцеклеток при овуляции и число ягнят на ягнение. Периодически сообщается о сегрегации новых мутаций в расширяющемся породном спектре. Поэтому поиск новых SNPs в ранее не исследованных породах актуален для углубления знаний о генетических механизмах, лежащих в основе плодовитости овец. В нашей работе впервые проведен сравнительный анализ полных нуклеотидных последовательностей генов GDF9, BMP15 и BMP15B у овец романовской породы, других пород домашних овец ( Ovis aries L.) и диких родственных видов. Идентифицированы SNPs, наиболее сильно различающиеся при сопоставлении романовской породы с автохтонными породами домашних овец России и Персидского Нагорья, а также диких видов рода Ovis . Впервые изучен полиморфизм в главных генах-кандидатах пролиферативных признаков у архара ( O. ammon L.) и муфлона ( O. orientalis L.). Выявлены SNPs, фиксированные у архара и домашней овцы. Исследования проводили в 2022-2023 годах в ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста. Анализировали последовательности полных геномов домашних овец - романовской ( n = 9), других российских ( n = 7) и иранских ( n = 6) пород, диких видов рода Ovis - азиатских муфлонов ( O. orientalis , n = 16) и архаров ( O. ammon , n = 4). Выравнивание на референсный геном выполнялось с помощью инструментов bwa-mem2 и SAMtools. Из полных геномов извлечены последовательности генов GDF9 , BMP15 и BMP15B , в которых на основе расчета значений FST для каждого SNP для каждой пары групп проведен поиск наиболее различающихся SNPs. При сравнении последовательностей генов у романовских овец и других пород наибольшие различия были обнаружены в гене BMPR1B (FST = 0,562-0,749) в отличие от генов BMP15 (FST = 0,051-0,374) и GDF9 (FST = 0,037-0,660). Сравнение последовательностей генов у романовских овец и архара выявило наличие фиксированных SNPs (FST = 1), при этом в гене GDF9 был идентифицирован один такой SNP. Наибольшие значения FST при сравнении овец романовской породы с муфлоном составили 0,702-0,780 (ген BMPR1B ) , 0,113-0,645 (ген BMP15 ) и 0,338-0,512 (ген GDF9 ). Таким образом, мы идентифицировали целевые SNPs и планируем продолжить изучение их влияния на репродуктивные признаки у романовских овец в следующих работах.

Еще

Snp, гены-кандидаты, ovis aries, ovis ammon, ovis orientalis, домашняя овца, дикие виды овец, плодовитость

Короткий адрес: https://sciup.org/142240676

IDR: 142240676   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2023.6.1046rus

Список литературы Полиморфизм в генах-кандидатах, связанных с репродуктивными функциями у овец (Ovis spp.)

  • Мамонтова Т.В., Селионова М.И., Айбазов А.-М.М. Половая активность и спермопродукция у баранов пород шароле и ильдефранс в разные сезоны года. Сельскохозяйственная биология, 2021, 56(4): 752-762 (doi: 10.15389/agrobiology.2021.4.752rus).
  • Луканина В.А., Чинаров Р.Ю., Сингина Г.Н. Результативность синхронизации полового цикла у ярок (Ovis aries L.) романовской породы в зависимости от схемы гормональной стимуляции и сезона года. Сельскохозяйственная биология, 2023, 58(2): 333-344 (doi: 10.15389/agrobiology.2023.2.333rus).
  • Dong J., Albertini D.F., Nishimori K., Kumar T.R., Lu N., Matzuk M.M. Growth differentiation factor-9 is required during early ovarian folliculogenesis. Nature, 1996, 383(6600): 531-535 (doi: 10.1038/383531a0).
  • Nilsson E.E., Skinner M.K. Growth and differentiation factor-9 stimulates progression of early primary but not primordial rat ovarian follicle development. Biology of Reproduction, 2002, 67(3): 1018-1024 (doi: 10.1095/biolreprod.101.002527).
  • Gilchrist R.B., Ritter L.J., Myllymaa S., Kaivo-Oja N., Dragovic R.A., Hickey T.E., Ritvos O., Mottershead D.G. Molecular basis of oocyte-paracrine signalling that promotes granulosa cell proliferation. Journal of Cell Science, 2006, 119(Pt 18): 3811-3821 (doi: 10.1242/jcs.03105).
  • Spicer L.J., Aad P.Y., Allen D., Mazerbourg S., Hsueh A.J. Growth differentiation factor-9 has divergent effects on proliferation and steroidogenesis of bovine granulosa cells. Journal of Endo-crinology, 2006, 189(2): 329-339 (doi: 10.1677/joe.1.06503).
  • Hussein T.S., Froiland D.A., Amato F., Thompson J.G., Gilchrist R.B. Oocytes prevent cumulus cell apoptosis by maintaining a morphogenic paracrine gradient of bone morphogenetic proteins. Journal of Cell Science, 2005, 118(Pt 22): 5257-5268 (doi: 10.1242/jcs.02644).
  • Orisaka M., Orisaka S., Jiang J.Y., Craig J., Wang Y., Kotsuji F., Tsang B.K. Growth differenti-ation factor 9 is antiapoptotic during follicular development from preantral to early antral stage. Molecular Endocrinology, 2006, 20(10): 2456-2468 (doi: 10.1210/me.2005-0357).
  • Juengel J.L., Bodensteiner K.J., Heath D.A., Hudson N.L., Moeller C.L., Smith P., Galloway S.M., Davis G.H., Sawyer H.R., McNatty K.P. Physiology of GDF9 and BMP15 signalling molecules. Animal Reproduction Science, 2004, 82-83: 447-460 (doi: 10.1016/j.anireprosci.2004.04.021).
  • Inagaki K., Shimasaki S. Impaired production of BMP-15 and GDF-9 mature proteins derived from proproteins with mutations in the proregion. Molecular and Cellular Endocrinology, 2010, 328 (1-2): 1-7 (doi: 10.1016/j.mce.2010.05.017).
  • Otsuka F., McTavish K.J., Shimasaki S. Integral role of GDF-9 and BMP-15 in ovarian function. Molecular Reproduction and Development, 2011, 78(1): 9-21 (doi: 10.1002/mrd.21265).
  • Galloway S.M., McNatty K.P., Cambridge L.M., Laitinen M.P., Juengel J.L., Jokiranta T.S., McLaren R.J., Luiro K., Dodds K.G., Montgomery G.W., Beattie A.E., Davis G.H. Mutations in an oocyte-derived growth factor gene (BMP15) cause increased ovulation rate and infertility in a dosage-sensitive manner. Nature Genetics, 2000, 25(3): 279-283 (doi: 10.1038/77033).
  • Hanrahan J.P., Gregan S.M., Mulsant P., Mullen M., Davis G.H., Powell R., Galloway S.M. Mutations in the genes for oocyte-derived growth factors GDF9 and BMP15 are associated with both increased ovulation rate and sterility in Cambridge and Belclare sheep (Ovis aries). Biology of Reproduction, 2004, 70 (4): 900-909 (doi: 10.1095/biolreprod.103.023093).
  • Bodin L., Di Pasquale E., Fabre S., Bontoux M., Monget P., Persani L., Mulsant P. A novel mutation in the bone morphogenetic protein 15 gene causing defective protein secretion is asso-ciated with both increased ovulation rate and sterility in Lacaune sheep. Endocrinology, 2007, 148(1): 393-400 (doi: 10.1210/en.2006-0764).
  • Martinez-Royo A., Jurado J.J., Smulders J.P., Martí J.I., Alabart J.L., Roche A., Fantova E., Bodin L., Mulsant P., Serrano M., Folch J., Calvo J.H. A deletion in the bone morphogenetic protein 15 gene causes sterility and increased prolificacy in Rasa Aragonesa sheep. Animal Genet-ics, 2008, 39(3): 294-297 (doi: 10.1111/j.1365-2052.2008.01707.x).
  • Monteagudo L.V., Ponz R., Tejedor M.T., Lavina A., Sierra I. A 17 bp deletion in the Bone Morphogenetic Protein 15 (BMP15) gene is associated to increased prolificacy in the Rasa Aragonesa sheep breed. Animal Reproduction Science, 2009, 110(1-2): 139-146 (doi: 10.1016/j.anireprosci.2008.01.005).
  • Lassoued N., Benkhlil Z., Woloszyn F., Rejeb A., Aouina M., Rekik M., Fabre S., Bedhiaf-Romdhani S. FecX Bar a novel BMP15 mutation responsible for prolificacy and female sterility in Tunisian Barbarine sheep. BMC Genetics, 2017, 18(1): 43 (doi: 10.1186/s12863-017-0510-x).
  • Demars J., Fabre S., Sarry J., Rossetti R., Gilbert H., Persani L., Tosser-Klopp G., Mulsant P., Nowak Z., Drobik W., Martyniuk E., Bodin L. Genome-wide association studies identify two novel BMP15 mutations responsible for an atypical hyperprolificacy phenotype in sheep. PLoS Genetics, 2013, 9(4): e1003482 (doi: 10.1371/journal.pgen.1003482).
  • Mulsant P., Lecerf F., Fabre S., Schibler L., Monget P., Lanneluc I., Pisselet C., Riquet J., Monniaux D., Callebaut I., Cribiu E., Thimonier J., Teyssier J., Bodin L., Cognié Y., Chitour N., Elsen J.M. Mutation in bone morphogenetic protein receptor-IB is associated with increased ovulation rate in Booroola Merino ewes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2001, 98(9): 5104-5109 (doi: 10.1073/pnas.091577598).
  • Souza C.J., MacDougall C., Campbell B.K., McNeilly A.S., Baird D.T. The Booroola (FecB) phenotype is associated with a mutation in the bone morphogenetic receptor type 1 B (BMPR1B) gene. Journal of Endocrinology, 2001, 169(2): R1-6 (doi: 10.1677/joe.0.169r001).
  • Wilson T., Wu X.Y., Juengel J.L., Ross I.K., Lumsden J.M., Lord E.A., Dodds K.G., Wall-ing G.A., McEwan J.C., O’Connell A.R., McNatty K.P., Montgomery G.W. Highly prolific Booroola sheep have a mutation in the intracellular kinase domain of bone morphogenetic protein IB receptor (ALK-6) that is expressed in both oocytes and granulosa cells. Biology of Reproduction, 2001, 64(4): 1225-1235 (doi: 10.1095/biolreprod64.4.1225).
  • Davis G.H., Galloway S.M., Ross I.K., Gregan S.M., Ward J., Nimbkar B.V., Ghalsasi P.M., Nimbkar C.G., Gray G.D., Subandriyo, Inounu I., Tiesnamurti B., Martyniuk E., Eythorsdot-tir E., Mulsant P., Lecerf F., Hanrahan J.P., Bradford G.E., Wilson T. DNA tests in prolific sheep from eight countries provide new evidence on origin of the Booroola (FecB) mutation. Biology of Reproduction, 2002, 66(6): 1869-1874 (doi: 10.1095/biolreprod66.6.1869).
  • Polley S., De S., Brahma B., Mukherjee A., Vinesh P.V., Batabyal S., Arora J.S., Pan S., Sa-manta A.K., Datta T.K., Goswami S.L. Polymorphism of BMPR1B, BMP15 and GDF9 fecun-dity genes in prolific Garole sheep. Tropical Animal Health and Production, 2010, 42(5): 985-993 (doi: 10.1007/s11250-009-9518-1).
  • Bradford G.E., Inounu I., Iniguez L.C., Tiesnamurti B., Thomas D.L. The prolificacygene of Javanese sheep. In: Major genes for reproduction in sheep /J.M. Elsen, L. Bodin, J. Thimonier (eds.). Inra, Paris, France, 1991.
  • Davis G.H. Major genes affecting ovulation rate in sheep. Genetics Selection Evolution, 2005, 37(Suppl. 1): 11-23 (doi: 10.1186/1297-9686-37-S1-S11).
  • Hua G.H., Yang L.G. A review of research progress of FecB gene in Chinese breeds of sheep. Animal Reproduction Science, 2009, 116(1-2): 1-9 (doi: 10.1016/j.anireprosci.2009.01.001).
  • Zuo B., Qian H., Wang Z., Wang X., Nisa N., Bayier A., Ying S., Hu X., Gong C., Guo Z., Wang F. A study on BMPR-IB genes of Bayanbulak sheep. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2013, 26(1): 36-42 (doi: 10.5713/ajas.2012.12238).
  • Roy J., Polley S., De S., Mukherjee A., Batabyal S., Pan S., Brahma B., Datta T.K., Gos-wami S.L. Polymorphism of fecundity genes (FecB, FecX, and FecG) in the Indian Bonpala sheep. Animal Biotechnology, 2011, 22(3): 151-162 (doi: 10.1080/10495398.2011.589239).
  • Mahdavi M., Nanekarani S., Hosseini S.D. Mutation in BMPR-IB gene is associated with litter size in Iranian Kalehkoohi sheep. Animal Reproduction Science, 2014, 147(3-4): 93-98 (doi: 10.1016/j.anireprosci.2014.04.003).
  • Nicol L., Bishop S.C., Pong-Wong R., Bendixen C., Holm L.E., Rhind S.M., McNeilly A.S. Homozygosity for a single base-pair mutation in the oocyte-specific GDF9 gene results in sterility in Thoka sheep. Reproduction, 2009, 138(6): 921-933 (doi: 10.1530/REP-09-0193).
  • Silva B.D., Castro E.A., Souza C.J., Paiva S.R., Sartori R., Franco M.M., Azevedo H.C., Silva T.A., Vieira A.M., Neves J.P., Melo E.O. A new polymorphism in the Growth and Differ-entiation Factor 9 (GDF9) gene is associated with increased ovulation rate and prolificacy in homozygous sheep. Animal Genetics, 2011, 42(1): 89-92 (doi: 10.1111/j.1365-2052.2010.02078.x).
  • Souza C.J., McNeilly A.S., Benavides M.V., Melo E.O., Moraes J.C. Mutation in the protease cleavage site of GDF9 increases ovulation rate and litter size in heterozygous ewes and causes infertility in homozygous ewes. Animal Genetics, 2014, 45(5): 732-739 (doi: 10.1111/age.12190).
  • Li Y., Jin W., Wang Y., Zhang J., Meng C., Wang H., Qian Y., Li Q., Cao S. Three complete linkage SNPs of GDF9 gene affect the litter size probably mediated by OCT1 in Hu sheep. DNA Cell Biology, 2020, 39(4): 563-571 (doi: 10.1089/dna.2019.4984).
  • European Nucleotide Archive (ENA). Режим доступа: https://www.ebi.ac.uk/. Без даты.
  • The National Center for Biotechnology Information (NCBI). Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/. Без даты.
  • Vasimuddin M., Misra S., Li H., Aluru S. Efficient architecture-aware acceleration of BWA-MEM for multicore systems. Proc. 2019 IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS). Rio de Janeiro, Brazil, 2019: 314-324 (doi: 10.1109/IPDPS.2019.00041).
  • Danecek P., Bonfield J.K., Liddle J., Marshall J., Ohan V., Pollard M.O., Whitwham A., Keane T., McCarthy S.A., Davies R.M., Li H. Twelve years of SAMtools and BCFtools. Giga-Science, 2021, 10(2): giab008 (doi: 10.1093/gigascience/giab008).
  • Pembleton L.W., Cogan N.O., Forster J.W. StAMPP: an R package for calculation of genetic differentiation and structure of mixed-ploidy level populations. Molecular Ecology Resources, 2013, 13(5): 946-952 (doi: 10.1111/1755-0998.12129).
  • Dolebo A.T., Khayatzadeh N., Melesse A., Wragg D., Rekik M., Haile A., Rischkowsky B., Rothschild M.F., Mwacharo J.M. Genome-wide scans identify known and novel regions associ-ated with prolificacy and reproduction traits in a sub-Saharan African indigenous sheep (Ovis aries). Mammalian Genome, 2019, 30(11-12): 339-352 (doi: 10.1007/s00335-019-09820-5).
  • Drouilhet L., Mansanet C., Sarry J., Tabet K., Bardou P., Woloszyn F., Lluch J., Harichaux G., Viguié C., Monniaux D., Bodin L., Mulsant P., Fabre S. The highly prolific phenotype of Lacaune sheep is associated with an ectopic expression of the B4GALNT2 gene within the ovary. PLoS Genetics, 2013, 9(9): e1003809 (doi: 10.1371/journal.pgen.1003809).
  • Ozmen O., Seker I., Cinar Kul B., Ertugrul O. Haplotype variation of estrogen receptor  (er) gene exon 4 in Turkish sheep breeds. Genetika, 2012, 48 (10): 1185-1189.
  • Chu M.X., Guo X.H., Feng C.J., Li Y., Huang D.W., Feng T., Cao G.L., Fang L., Di R., Tang Q.Q., Ma Y.H., Li K. Polymorphism of 5’ regulatory region of ovine FSHR gene and its associ-ation with litter size in Small Tail Han sheep. Molecular Biology Reports, 2012, 39(4): 3721-3725 (doi: 10.1007/s11033-011-1147-x).
  • Lu T.T., Makishima M., Repa J.J., Schoonjans K., Kerr T.A., Auwerx J., Mangelsdorf D.J. Molecular basis for feedback regulation of bile acid synthesis by nuclear receptors. Molecular Cell, 2000, 6(3): 507-515 (doi: 10.1016/s1097-2765(00)00050-2).
  • Селионова М.И., Чижова Л.Н., Суржикова Е.С., Подкорытов Н.А., Подкорытов А.Т. По-лиморфизм генов CAST, GH, GDF9 овец горноалтайской породы. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2020, 50(1): 92-100 (doi: 10.26898/0370-8799-2020-1-11).
  • Оздемиров А.А., Чижова Л.Н., Хожоков А.А., Суржикова Е.С., Догеев Г.Д., Абдулмагоме-дов С.Ш. Полиморфизм генов CAST, GH, GDF9 овец дагестанской горной породы. Юг России: экология, развитие, 2021, 16(2): 39-44 (doi: 10.18470/1992‐1098‐2021‐2‐39‐44).
  • Скорых Л.Н., Суховеева А.В., Суржикова Е.С. Аллельные и генотипические варианты полиморфизма генов GH, GDF9 у овец породы манычский меринос. Овцы, козы, шерстяное дело, 2022, 2: 22-25 (doi: 10.26897/2074-0840-2022-2-22-25).
  • Малюченко О.П., Алексеев Я.И., Монахова Ю.А., Марзанова С.Н., Марзанов Н.С. Изучение молекулярной изменчивости генов плодовитости BMP15 и GDF9 у романовской породы овец. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, 2011, 6: 167-169.
  • Marzanov N.S., Devrishov D.A., Ozerov M.Y., Maluchenko O.P., Marzanova S.N., Shuku-rova E.B., Koreckaya E.A., Kantanen J., Petit D. The significance of a multilocus analysis for assessing the biodiversity of the Romanov sheep breed in a comparative aspect. Animals (Basel), 2023, 13(8): 1320 (doi: 10.3390/ani13081320).
  • Chen Z.H., Xu Y.X., Xie X.L., Wang D.F., Aguilar-Gómez D., Liu G.J., Li X., Esmailizadeh A., Rezaei V., Kantanen J., Ammosov I., Nosrati M., Periasamy K., Coltman D.W., Lenstra J.A., Nielsen R., Li M.H. Whole-genome sequence analysis unveils different origins of European and Asiatic mouflon and domestication-related genes in sheep. Communications Biology, 2021, 4(1): 1307 (doi: 10.1038/s42003-021-02817-4). SNP, candidate genes, Ovis aries, Ovis ammon, Ovis orientalis, domestic sheep, wild species, prolificacy
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp