Связь минорных сегментов гомозиготности с левосторонним смещением сычуга

Введение. Левостороннее смещение сычуга (англ. Left displaced abomasum, LDA) – острое муль-тифакторное заболевание, которое характеризуется дислокацией сычуга влево, что приводит к наруше-

Annotation. Left displaced abomasum is a widespread multifactorial disease with a hereditary predisposition that occurs mainly in the post-calving period in dairy cows and causes significant economic losses to livestock farming. The aim of the study was to analyze the connection between minor runs of homozygosity and left displaced abomasum in highly productive Holstein cows of the Leningrad Region. The material for the study was results of genotyping of 360 highly productive Holstein cows from three farms of the Leningrad Region. One hundred eighty-five cows had left displaced abomasum in the current lactation. The control group included 175 healthy cows in third lactation and above without history of the disease. Genotyping was performed using high-density DNA chip GeneSeek® Genomic Profiler™ Bovine 100K. Only minor runs of homozygosity with a frequency from 0.15 to 0.3 were included in the analysis. As a result of the study, 3 runs of homozygosity were identified that were statistically associated with left displaced abomasum (p-value < 0.05). Detected loci were located on BTA7 and BTA29 and included a number of genes involved in development of nervous system. It was discovered that associated genomic regions were genetically linked with quantitative traits loci of milk productivity and morphological traits. Detailed study of the discovered runs of homozygosity may allow the identification of new genetic markers for control of economically important pathology spread in the livestock .

нию эвакуации пищевых и газовых масс из пищеварительной системы и впоследствии может провоцировать смерть животного [1]. Данная форма смещения сычуга чаще всего возникает у коров молочного направления, в частности, голштинской породы, в послеотельном периоде и связывается с нарушением метаболических процессов и атонией сычуга [2]. Заболевание имеет широкое распространение среди молочного скота на территории Российской Федерации и всего мира, нанося значительный экономический ущерб, который складывается из снижения продуктивности в период возникновения симптомов, лечения и дальнейшего восстановления, стоимости лечебных мероприятий и убытков, вызываемых выбраковкой заболевших животных [3]. Предполагается, что предрасположенность к левостороннему смещению сычуга генетически детерминирована и наследуется полигенно. Коэффициент наследуемости данного признака у различных популяций голштинского скота колеблется в пределах от 0,03 до 0,53 [4]. В связи с характером наследования предрасположенности к LDA для более точного и подробного анализа генетической архитектуры формирования признака с учетом множества гипотетических генов, оказывающих кумулятивное влияние на фенотип, могут быть использованы полногеномные методы генетического анализа, одним из которых является анализ сегментов гомозиготности. Сегменты гомозиготности (англ. Runs of homozygosity, ROH) представляют собой протяженные гомозиготные локусы хромосом. Анализ ROH широко применяются для оценки геномного инбридинга, однако, существует ряд исследований, которые указывают на возможность установления причин генетически детерминированных болезней или заболеваний с наследственной предрасположенностью, при условии рецессивного механизма их формирования, с применением анализа паттернов гомозиготности [5, 6].

В нашем предыдущем исследовании, посвященном полногеномному поиску ассоциаций, мы также рассмотрели связь левостороннего смещения сычуга с высокочастотными ROH, чья встречаемость в исследованной выборке голштинских коров Ленинградской области превышала 30% [7]. В связи с полигенным характером формирования генетической предрасположенности к заболеванию рассмотрение менее частотных, минорных, ROH может способствовать обнаружению новых генов-кандидатов и, впоследствии, сцепленных с ними маркеров. Обнаружение генетических полиморфизмов, ассоциированных с заболеванием, способно пролить свет на механизмы развития смещения сычуга и позволить контролировать распространение патологии на уровне анализа генотипов.

Цель исследований. Целью исследования стал анализ связи минорных ROH с предрасположенностью к возникновению левостороннего смещения сычуга у высокопродуктивных голштинских коров Ленинградской области.

Условия, материалы и методы. Материалом для исследования стали результаты генотипирования 360 высокопродуктивных голштинских коров из трёх ферм Ленинградской области, 185 коров составляли опытную группу, состоявшую из разновозрастных животных с диагностированным с помощью клинического осмотра левосторонним смещением сычуга.

Контрольная группа включала 175 здоровых коров третьей лактации и выше без левостороннего смещения сычуга в анамнезе.

Отбор крови для выделения ДНК проводили из яремной вены. Экстракция ДНК осуществлялась классическим фенол-хлороформным методом с использованием протеинкиназы К. Оценку качества выделения производили с применением спектрофотометра NanoDrop 2000 (Thermo Fisher, США). Процедура генотипирования была произведена на ДНК-чипе высокой плотности GeneSeek® Genomic Profiler™ Bovine 100K DNA chip (Neogen, США) с покрытием в 95256 SNP. Контроль качества генотипирования проводили при использовании программы PLINK 1.90, задав следующие пороговые значения: минимальная частота аллели <0.05, p-value для распределения Харди-Вайнберга <1e-6, число пропущенных полиморфизмов на образец <0.05, доля пропущенных SNP на образец <0.05.

ROH анализ был осуществлен с помощью программного пакета detectRUNS на языке R в среде разработки RStudio с применением следующих параметров: размер скользящего окна составлял 25 SNP, доля гомозиготных перекрывающихся окон была установлена на 0,05, в один протяженный гомозиготный участок включалось минимум 35 гомозиготных пар полиморфизмов, максимальное число гетерозиготных SNP, приходящихся на один ROH, составляло 1.

Минорные ROH, включенные в анализ, были определены как протяженные участки гомозиготности, перекрывающиеся у разных особей, имеющие в исследованной выборке частоту встречаемости от 0,15 до 0,3 хотя бы в одной из экспериментальных групп. Статистические различия во встречаемости отдельных ROH у здоровых и больных животных были подсчитаны при использовании критерия хи-квадрат Пирсона. Уровень статистической значимости был установлен на 0,05.

Структурная аннотация обнаруженных ROH проводилась с использовании геномной сборки ARS-UCD1.3

2263795.3/). Для обнаружения локусов количественных признаков (англ. Quantitative trait loci, QTL), ассоциированных с хозяйственно-важными признаками крупного рогатого скота, был осуществлен поиск в открытой базе данных CattleQTLdb.

Результаты и их обсуждение. Нами был произведен анализ распределения минорных (частота <0,3) паттернов гомозиготности в генотипах коров, отличающихся разной предрасположенностью к левостороннему смещению сычуга. В результате анализа был обнаружен ряд ROH, имеющих неодинаковую встречаемость у животных экспериментальных групп. В частности, было обнаружено 7 гомозиготных локусов, частота которых в опытной и контрольной группах отличается более чем на 5%, информация о данных регионах хромосом и расположенных в них генах-кандидатах левостороннего смещения сычуга приведена в таблице 1.

I 13   1

Таблица 1 – Протяженные сегменты гомозиготности, имеющие различную встречаемость у животных экспериментальных групп и гены-кандидаты, находящиеся в них.

Из 7 обнаруженных сегментов гомозиготности, распределение 3 в экспериментальных группах имело достоверные статистические отличия (p-value <0.05), эти ROH располагались на двух хромосомах быка домашнего: BTA7 и BTA29.

При структурной и функциональной аннотациях выделенных локусов было обнаружено, что ROH, располагающийся в локусе BTA7 с 51,8 по 52,7 мегабазу, содержал крупный кластер генов протокадгери-на альфа, бета и гамма. Белковые продукты этих генов являются интегральными белками плазматической мембраны, играющими важную роль в клеточной адгезии. Предполагается, что эти протеины имеют решающее значение в установлении и функционировании специфических межклеточных связей в нервной системе [8]. Функциональная аннотация обозначенного участка хромосомы с применением базы данных AnimalQTLdb установила нахождение в нём QTL признаков молочной продуктивности: удоя и процента молочного жира, процента каппа-казеина в молоке; экстерьерных черт: высоты, угла копыт, постановки задних конечностей, прикрепления долей вымени, а также прогнозируемой передающей способности.

Локус, расположенный на BTA7 по координатам c 84,6 по 86,8 мегабазу, согласно данным Ani-malQTLdb, был сцеплен с QTL таких количественных признаков, как содержание карнозина в мышцах, площадь длиннейшей мышцы, процент содержание жира в молоке, процентное содержание в молоке таких веществ как белок, молочный жир, бета-лактоглобулин и конъюгированная линолевая кислота.

Самый насыщенный генами из статистически достоверно отличающихся по своей частоте ROH был обнаружен на BTA29. Последовательности, расположенные на нём, были вовлечены в множество биологических процессов, таких как аутофагия (STX5) [9], метаболизм аспарагина (ASRGL1) [10], метаболизм липидов (PLA2G16) [11] и другие. Однако, большую долю белок-кодирующих генов в данном участке составляли последовательности, продукты экспрессии которых были вовлечены в развитие и функционирование центральной и периферической нервной системы (AHNAK, HRASLS5, ATL3, RTN3) [12]. В пределах участка гомозиготности были расположены QTL для удоя и его персистентности, процента молочного жира, ежедневного привеса, содержание креатина в мышечной ткани.

Одним из главных предрасполагающих факторов к развитию левостороннего смещения сычуга является возникновение атонии, которая способствует быстрому накоплению газов в просвете органа и в конечном итоге приводит к изменению его положения. Результаты функциональной аннотации генов, расположенных в минорных ROH, статистически ассоциированных с LDA, свидетельствует о вовлеченности большого числа генов-кандидатов в формирование и метаболизм нервной системы. Одним из возможных объяснений участия обнаруженных генов-кандидатов в патогенезе заболевания может являться их роль в нервной регуляции перистальтики сычуга.

Выводы. Таким образом, при анализе распространенности минорных сегментов гомозиготности у высокопродуктивных голштинских коров Ленинградской области было выявлено 3 ROH, статистически ассоциированных с левосторонним смещением сычуга. Обнаруженные ROH находились на BTA7 и BTA29 и включали ряд генов, вовлеченных в формирование нервной системы. Детальное исследование генов-кандидатов может позволить обнаружить новые генетические маркеры, предназначенные для селекционного контроля распространения экономически важной патологии в поголовье.

I 14   1

Биология в сельском хозяйстве №1(46), 2025