Полногеномные ассоциативные исследования показателей развития семенников у петухов (Gallus gallus L.)

Полногеномные ассоциативные исследования показателей развития семенников у петухов (Gallus gallus L.)

Автор: Волкова Н.А., Котова Т.О., Ветох А.Н., Ларионова П.В., Волкова Л.А., Романов М.Н., Зиновьева Н.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Геномика, генофонд, репродуктивные биотехнологии: к 95-летию Федерального исследовательского центра животноводства - ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста

Статья в выпуске: 4 т.59, 2024 года.

Бесплатный доступ

Репродуктивная способность - один из основных показателей, определяющих племенную ценность самцов. Он зависит прежде всего от функционального состояния клеток семенников. Фертильность самцов определяется сложными физиологическими процессами, затрагивающими образование зрелых половых клеток - спермиев в процессе сперматогенеза. Формирование и накопление половых клеток происходит в семенных канальцах семенников, в связи с чем оценка развития гонад может служить одним из показателей, характеризующих сперматогенез и репродуктивный потенциал самцов. В ряде исследований на сельскохозяйственных животных, включая птицу, показана генетическая обусловленность этого признака. Выявлены соответствующие однонуклеотидные полиморфизмы SNPs и гены, детерминирующие рост и развитие мужских гонад. В настоящем сообщении представлены результаты GWAS-исследований массы и морфометрических показателей семенников петухов (Gallus gallus L.) F2 ресурсной популяции. Впервые идентифицированы новые достоверно значимые SNPs и гены-кандидаты (р -4), детерминирующие рост и развитие гонад у петухов. Целью работы был поиск и идентификация генов, ассоциированных с массой и морфометрическими параметрами семенников у петухов. Объектом исследований были петухи F2 модельной ресурсной популяции (n = 115), полученной посредством межпородного скрещивания двух пород - русская белая и белый корниш. Материалом для получения ДНК служила пульпа пера. ДНК выделяли с использованием коммерческого набора ДНК Экстран-2 (ООО «НПФ Синтол», Россия) в соответствии с протоколом, рекомендованным производителем. Генотипирование проводили с использованием чипов средней плотности Illumina Chicken 60K SNP iSelect BeadChip («Illumina, Inc.», США). В возрасте 63 сут после экспериментального убоя птицы определяли массу и изучали морфометрические показатели развития (длина, толщина) семенников. На основании полученных генотипических и фенотипических данных у петухов F2 ресурсной популяции был проведен GWAS-анализ с помощью программного обеспечения PLINK 1.9. Исследованная популяция петухов характеризовалась высоким коэффициентом изменчивости по изученным показателям. Коэффициент изменчивости по массе семенника достигал 96,1 %, по линейным промерам - 39,1 %. Масса и линейные промеры левого семенника были на 5-14 % выше значений, полученных для правого (р ≤ 0,05). GWAS-анализ выявил 36 достоверно значимых SNPs (р -4), ассоциированных с показателями роста и развития семенников петушков в возрасте 63 сут, в частности с массой, длиной и толщиной семенника - соответственно 3, 26 и 7 SNPs. SNPs были локализованы на хромосомах GGA1, GGA3, GGA6, GGA7, GGA12, GGA15 и GGA18. В области выявленных SNPs идентифицировано 156 генов, в том числе 16 генов, совпадающих с позициями таких SNPs, в частности 1 ген ( WNT7A ), связанный с массой семенников, 13 генов (LHFPL1, GALNT3, TMEM198, CACNA2D3, CCDC66, CACNA1D, DENND6A, CELSR3, WNT7A, IP6K2, ERC2, ABHD6, DEPDC5) - с длиной семенника, 3 гена (ESR1, POLE, RNFT2) - с толщиной семенника. Результаты исследования могут быть использованы в геномной селекции на повышение репродуктивного потенциала петухов.

Еще

Gallus gallus, петухи, gwas, snps, гены-кандидаты, семенники, репродуктивный потенциал

Короткий адрес: https://sciup.org/142243760

IDR: 142243760   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2024.4.649rus

Список литературы Полногеномные ассоциативные исследования показателей развития семенников у петухов (Gallus gallus L.)

  • Coulter G.H., Foote R.H. Bovine testicular measurements as indicators of reproductive performance and their relationship to productive traits in cattle: a review. Theriogenology, 1979, 11(4): 297-311 (doi: 10.1016/0093-691x(79)90072-4).
  • Thundathil J.C., Dance A.L., Kastelic J.P. Fertility management of bulls to improve beef cattle productivity. Theriogenology, 2016, 86(1): 397-405 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2016.04.054).
  • Guo S., Liu Y., Xu Y., Gai K., Cong B., Xing K., Qi X., Wang X., Xiao L., Long C., Guo Y., Chen L., Sheng X. Identification of key genes affecting sperm motility in chicken based on whole-transcriptome sequencing. Poultry Science, 2023, 102(12): 103135 (doi: 10.1016/j.psj.2023.103135).
  • Zhang G., Liu P., Liang R., Ying F., Liu D., Su M., Chen L., Zhang Q., Liu Y., Liu S., Zhao G., Li Q. Transcriptome analysis reveals the genes involved in spermatogenesis in white feather broilers. Poultry Science, 2024, 103(4): 103468 (doi: 10.1016/j.psj.2024.103468).
  • Dunn I.C., Miao Y.-W., Morris A., Romanov M.N., Wilson P.W., Sharp P.J. The detection and assay of polymorphism in candidate reproductive gene loci in a commercial broiler breeder population for association studies. Proc. of the Poultry Genetics Symposium. Working Group 3 of WPSA, Lohmann Tierzucht, Cuxhaven, Germany, 1999: 113.
  • Dunn I.C., Miao Y.-W., Morris A., Romanov M.N., Wilson P.W., Waddington D., Sharp P.J. Candidate genes and reproductive traits in a commercial broiler breeder population, an association study. Journal of Animal Science, 2001, 79(Suppl 1): 43.
  • Byrne C.J., Fair S., English A.M., Urh C., Sauerwein H., Crowe M.A., Lonergan P., Kenny D.A. Effect of breed, plane of nutrition and age on growth, scrotal development, metabolite concentrations and on systemic gonadotropin and testosterone concentrations following a GnRH challenge in young dairy bulls. Theriogenology, 2017, 96: 58-68 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2017.04.002).
  • Brito L.F.C., Barth A.D., Wilde R.E., Kastelic J.P. Effect of growth rate from 6 to 16 months of age on sexual development and reproductive function in beef bulls. Theriogenology, 2012, 77(7): 1398-1405 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2011.11.003).
  • Gaviley O.V., Tereshchenko O.V., Artemenko O.B., Ogurtsova N.S. Fertilizing capacity of spermatozoa of roosters in experimental T-2 toxicosis. Ptakhivnytstvo, 2009, 63: 156-160.
  • Мамонтова Т.В., Селионова М.И., Айбазов А.-М.М. Половая активность и спермопродукция у баранов пород шароле и иль-де-франс в разные сезоны года. Сельскохозяйственная биология [Agricultural Biology], 2021, 56(4): 752-762 (doi: 10.15389/agrobiology.2021.4.752rus).
  • Абилов А.И., Комбарова Н.А., Амерханов Х.А., Шеметюк С.А., Шамшидин А.С., Мымрин С.В., Пыжова Е.А., Боголюбова Н.В., Гудилина А.А., Абилова С.Ф., Комбаров П.Г., Митяшова О.С. Метаболический профиль и спермопродукция у голштинских быков-производителей зарубежной селекции при содержании в разных климатических и геохимических условиях в России и Казахстане. Сельскохозяйственная биология[Agricultural Biology], 2021, 56(4): 730-751 (doi: 10.15389/agrobiology.2021.4.730rus).
  • Сахацкий Н.И., Терещенко А.В., Артеменко А.Б. Экспресс-метод оценки оплодотворяющей способности замороженно-оттаянной спермы сельскохозяйственной птицы. Сельскохозяйственная биология, 1987, 12: 77-80.
  • Атрощенко М.М., Енгалычева М.Г., Шитикова А.М. Оценка окислительной модификации белков спермоплазмы жеребцов (EquusferuscaballusL.) разного возраста. Сельскохозяйственная биология[Agricultural Biology], 2023, 58(4): 660-668 (doi: 10.15389/agrobiology.2023.4.660rus).
  • Estermann M.A., Major A.T., Smith C.A. Genetic regulation of avian testis development. Genes, 2021, 12(9): 1459 (doi: 10.3390/genes12091459).
  • Белоглазова Е.В., Котова Т.О., Волкова Н.А., Волкова Л.А., Зиновьева Н.А., Эрнст Л.К. Возрастная динамика сперматогенеза у петухов в связи с оптимизацией сроков биоинженерных манипуляций. Сельскохозяйственная биология, 2011, 6: 60-64.
  • Kirby J.D., Froman D.P. Reproduction in male birds. In: Sturkie's avian physiology (fifth edition) /G. Causey Whittow (ed.). Academic Press, New York, 2000: 597-615 (doi: 10.1016/B978-012747605-6/50024-9).
  • Jacyno E., Kawęcka M., Pietruszka A., Sosnowska A. Phenotypic correlations of testes size with semen traits and the productive traits of young boars. Reproduction in Domestic Animals, 2015, 50(6): 926-930 (doi: 10.1111/rda.12610).
  • Terakado A.P.N., Boligon A.A., Baldi F., Silva J.A., Albuquerque L.G. Genetic associations between scrotal circumference and female reproductive traits in Nelore cattle. Journal of Animal Science, 2015, 93(6): 2706-2713 (doi: 10.2527/jas.2014-8817).
  • Ugwu S.O.C., Onyimonyi A.E., Foleng H. Testicular development and relationship between body weight, testis size and sperm output in tropical boars. African Journal of Biotechnology, 2009, 8: 1165-1169.
  • Romanov M.N., Miao Y.W., Wilson P.W., Morris A., Sharp P.J., Dunn I.C. Detection and assay of polymorphism in reproductive gene loci in a commercial broiler breeder population for use in association studies. Proc. Conf. «From Jay Lush to Genomics: Visions for Animal Breeding and Genetics» /J.C.M. Dekkers, S.J. Lamont, M.F. Rothschild (eds.). Iowa State University, Department of Animal Science, Ames, IA, USA, 1999.
  • Dunn I.C., Miao Y.-W., Morris A., Romanov M.N., Waddington D., Wilson P.W., Sharp P.J. Association between candidate genes and reproductive traits in a commercial broiler breeder population. British Poultry Science, 2001, 42(Suppl 1): S113-S114 (doi: 10.1080/00071660152681692).
  • Dementieva N.V., Dysin A.P., Shcherbakov Y.S., Nikitkina E.V., Musidray A.A., Petrova A.V., Mitrofanova O.V., Plemyashov K.V., Azovtseva A.I., Griffin D.K., Romanov M.N. Risk of sperm disorders and impaired fertility in frozen-thawed bull semen: a genome-wide association study. Animals, 2024, 14(2): 251 (doi: 10.3390/ani14020251).
  • Nikitkina E.V., Dementieva N.V., Shcherbakov Y.S., Atroshchenko M.M., Kudinov A.A., Samoylov O.I., Pozovnikova M.V., Dysin A.P., Krutikova A.A., Musidray A.A., Mitrofanova O.V., Plemyashov K.V., Griffin D.K., Romanov, M.N. Genome-wide association study for frozen-thawed sperm motility in stallions across various horse breeds. Animal Bioscience, 2022, 35(12): 1827-1838 (doi: 10.5713/ab.21.0504).
  • Dementeva N.V., Kudinov A.A., Mitrofanova O.V., Stanishevskaya O.I., Fedorova E.S., Romanov M.N. Genome-wide association study of reproductive traits in a gene pool breed of the Russian White chickens. Reproduction in Domestic Animals, 2018, 53(S2): 123-124 (doi: 10.1111/rda.13272).
  • Zhao Y., Zhang L., Wang L., Zhang J., Shen W., Ma Y., Ding C., Wu G. Identification and analysis of genes related to testicular size in 14-day-old piglets. Animals, 2024, 14(1): 172 (doi: 10.3390/ani14010172).
  • Große-Brinkhaus C., Storck L.C., Frieden L., Neuhoff C., Schellander K., Looft C., Tholen E. Genome-wide association analyses for boar taint components and testicular traits revealed regions having pleiotropic effects. BMCGenetics, 2015, 16: 36 (doi: 10.1186/s12863-015-0194-z).
  • Bai M., Sun L., Zhao J., Xiang L., Cheng X., Li J., Jia C., Jiang H. Histological analysis and identification of spermatogenesis-related genes in 2-, 6-, and 12-month-old sheep testes. The Science of Nature, 2017, 104: 84 (doi: 10.1007/s00114-017-1505-1).
  • Xu H., Sun W., Pei S., Li W., Li F., Yue X. Identification of key genes related to postnatal testicular development based on transcriptomic data of testis in Hu sheep. Frontiers in Genetics, 2021, 12: 773695 (doi: 10.3389/fgene.2021.773695).
  • Zou Y., Chen X., Tian X., Guo W., Ruan Y., Tang W., Fu K., Ji T. Transcriptomic analysis of the developing testis and spermatogenesis in Qianbei Ma goats. Genes, 2023, 14(7): 1334 (doi: 10.3390/genes14071334).
  • Zhang H., Na W., Zhang H.-L., Wang N., Du Z.-Q., Wang S.-Z., Wang Z.-P., Zhang Z., Li H. TCF21 is related to testis growth and development in broiler chickens. Genetics Selection Evolution,2017, 49(1): 25 (doi: 10.1186/s12711-017-0299-0).
  • Ding J., Tang D., Zhang Y., Gao X., Du C., Shen W., Jin S., Zhu J. Transcriptomes of testes at different developmental stages in the Opsariichthys bidens predict key genes for testis development and spermatogenesis. Marine Biotechnology, 2023, 25: 123-139 (doi: 10.1007/s10126-022-10186-0).
  • Герман Н.Ю., Волкова Н.А., Ларионова П.В., Ветох А.Н., Волкова Л.А., Сермягин А.А., Шахин А.В., Аншаков Д.В., Фисинин В.И., Зиновьева Н.А. Полногеномные ассоциативные исследования показателей роста у перепелов Coturnix japonica. Сельскохозяйственная биология[Agricultural Biology], 2022, 57(6): 1136-1146 (doi: 10.15389/agrobiology.2022.6.1136rus).
  • Волкова Н.А., Герман Н.Ю., Ларионова П.В., Ветох А.Н., Романов М.Н., Зиновьева Н.А. Идентификация SNPs и генов-кандидатов, ассоциированных с отложением абдоминального жира у перепелов Coturnix japonica. Сельскохозяйственная биология[Agricultural Biology], 2023, 58(6): 1079-1087 (doi: 10.15389/agrobiology.2023.6.1079rus).
  • Abdelmanova A.S., Dotsev A.V., Romanov M.N., Stanishevskaya O.I., Gladyr E.A., Rodionov A.N., Vetokh A.N., Volkova N.A., Fedorova E.S., Gusev I.V., Griffin D.K., Brem G., Zinovieva N.A. Unveiling comparative genomic trajectories of selection and key candidate genes in egg-type Russian White and meat-type White Cornish chickens. Biology, 2021, 10(9): 876 (doi: 10.3390/biology10090876).
  • Romanov M.N., Shakhin A.V., Abdelmanova A.S., Volkova N.A., Efimov D.N., Fisinin V.I., Korshunova L.G., Anshakov D.V., Dotsev A.V., Griffin D.K., Zinovieva N.A. Dissecting selective signatures and candidate genes in grandparent lines subject to high selection pressure for broiler production and in a local Russian chicken breed of Ushanka. Genes, 2024, 15(4): 524 (doi: 10.3390/genes15040524).
  • Luo W., Huang X., Li J., Gu L. Investigating the genetic determination of duration-of-fertility trait in breeding hens. Scientific Reports, 2024, 14: 14819 (doi: 10.1038/s41598-024-65675-0).
  • Rostamzadeh Mahdabi E., Esmailizadeh A., Ayatollahi Mehrgardi A., Asadi Fozi M. A genome-wide scan to identify signatures of selection in two Iranian indigenous chicken ecotypes. Genetics Selection Evolution, 2021, 53: 72 (doi: 10.1186/s12711-021-00664-9).
  • Chu J., Ma Y., Song H., Zhao Q., Wei X., Yan Y., Fan S., Zhou B., Li S., Mou C. The genomic characteristics affect phenotypic diversity from the perspective of genetic improvement of economic traits. iScience, 2023, 26(4): 106426 (doi: 10.1016/j.isci.2023.106426).
  • Niu X., Tyasi T.L., Qin N., Liu D., Zhu H., Chen X., Zhang F., Yuan S., Xu R. Sequence variations in estrogen receptor 1 and 2 genes and their association with egg production traits in Chinese Dagu chickens. The Journal of Veterinary Medical Science, 2017, 79: 927-934 (doi: 10.1292/jvms.17-0014).
  • Zhang Q., Zhu F., Liu L., Zheng C.W., De Wang H., Hou Z.C., Ning Z.H. Integrating transcriptome and genome re-sequencing data to identify key genes and mutations affecting chicken eggshell qualities. PLoS ONE, 2015, 10: e0125890 (doi: 10.1371/journal.pone.0125890).
  • Wang X.G., Shen M.M., Lu J., Dou T.C., Ma M., Guo J., Wang K.H., Qu L. Genome-wide association analysis of eggshell color of an F2 generation population reveals candidate genes in chickens. Animal, 2024, 18(6): 101167 (doi: 10.1016/j.animal.2024.101167).
  • Wang J., Liu Z., Cao D., Liu J., Li F., Han H., Han H., Lei Q., Liu W., Li D., Wang J., Zhou Y. Elucidation of the genetic determination of clutch traits in Chinese local chickens of the Laiwu Black breed. BMC Genomics, 2023, 24(1): 686 (doi: 10.1186/s12864-023-09798-0).
  • Zhang T., Chen L., Han K., Zhang X., Zhang G., Dai G., Wang J., Xie K. Transcriptome analysis of ovary in relatively greater and lesser egg producing Jinghai Yellow Chicken. Animal Reproduction Science, 2019, 208: 106114 (doi: 10.1016/j.anireprosci.2019.106114).
  • Shah T.M., Patel N.V., Patel A.B., Upadhyay M.R., Mohapatra A., Singh K.M., Deshpande S.D., Joshi C.G. A genome-wide approach to screen for genetic variants in broilers (Gallus gallus) with divergent feed conversion ratio. Molecular Genetics and Genomics, 2016, 291: 1715-1725 (doi: 10.1007/s00438-016-1213-0).
  • Tarekegn G.M., Strandberg E., Andonov S., Båge R., Ask-Gullstrand P., Rius-Vilarrasa E., Christensen J.M, Berglund B. Single-step genome-wide association study uncovers known and novel candidate genomic regions for endocrine and classical fertility traits in Swedish Red and Holstein dairy cows. Livestock Science, 2021, 253: 104731 (doi: 10.1016/j.livsci.2021.104731).
  • Suwannasing R., Duangjinda M., Boonkum W., Taharnklaew R., Tuangsithtanon K. The identification of novel regions for reproduction trait in Landrace and Large White pigs using a single step genome-wide association study. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2018, 31(12): 1852-1862 (doi: 10.5713/ajas.18.0072).
  • Wu Y., Pan A.L., Pi J.S., Pu Y.J., Du J.P., Liang Z.H., Shen J. SNP analysis reveals estrogen receptor 1 (ESR1) gene variants associated with laying traits in quails. Archives Animal Breeding, 2015, 58(2): 441-444 (doi: 10.5194/aab-58-441-2015).
  • Ouyang Q., Xie H., Hu S., Lan C., Ran M., Hu J., He H., Li L., Liu H., Qu H., Wang J. Comparative genomics study between high and low laying goose breeds reveals the important role of ESR1 in laying ability. Journal of Integrative Agriculture, 2023 (doi: 10.1016/j.jia.2023.05.028).
  • Lázaro S.F., Tonhati H., Oliveira H.R., Silva A.A., Nascimento A.V., Santos D.J.A., Stefani G., Brito L.F. Genomic studies of milk-related traits in water buffalo (Bubalus bubalis) based on single-step genomic best linear unbiased prediction and random regression models. Journal of Dairy Science, 2021, 104(5): 5768-5793 (doi: 10.3168/jds.2020-19534).
  • Venturini G.C., Cardoso D.F., Baldi F., Freitas A.C., Aspilcuetaborquis R.R., Santos D.J., Camargo G.M., Stafuzza N.B., Albuquerque L.G., Tonhati H. Association between single-nucleotide polymorphisms and milk production traits in buffalo. Genetics and Molecular Research, 2014, 13: 10256-10268 (doi: 10.4238/2014.December.4.20).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp