CC BY
55
УДК 636.4.082.12:636.033
АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВИНЕЙ МАТЕРИНСКИХ ПОРОД ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДНК-МАРКЕРОВ
Н. А. ЛОБАН, Е. В. ПИЩЕЛКА, Ю. С. КАЗУТОВА
РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по животноводству», г. Жодино, Республика Беларусь
О. В. КОСТЮНИНА, Н. А. ЗИНОВЬЕВА, В. Р. ХАРЗИНОВА
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр животноводства — ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста», пос. Дубровицы, Россия, 142132
Е. Н. ЛОБАН
Институт подготовки научных кадров НАНБеларуси, г. Минск, Республика Беларусь
(Поступила в редакцию 31.01.2019)
На основе анализа полиморфизма 10 микросателлитов, а также гена инсулинопо-добного фактора роста (IGF-2) дана характеристика аллелофонда и генетического разнообразия свиней крупной белой и черно-пестрой пород белорусской селекции. Анализ популяционно-генетических параметров выявил тенденцию более высокого генетического разнообразия в крупной белой породе свиней по сравнению с черно-пестрой. Частота встречаемости аллеля Q и генотипа QQ гена IGF-2 в породах белорусской селекции относительно была не высока, по всей видимости это связано с преимущественной селекцией данных пород по воспроизводительным качествам.
Ключевые слова: свиньи, белорусская крупная белая порода, белорусская черно-пестрая порода, микросателлиты, IGF-2.
Based on the analysis of polymorphism of 10 microsatellites, as well as insulin-like growth factor gene (IGF-2), characteristic of allele fund and genetic diversity of pigs of large white and black-and-white breeds of Belarusian breeding is given. Analysis of population genetic parameters revealed tendency of higher genetic diversity in the large white breed of pigs as compared with the black-and-white breed. The frequency of occurrence of the Q allele and the QQ genotype of IGF-2 gene in Belarusian breeds was relatively not high, apparently due to preferential selection of these breeds according to reproductive traits.
Keywords: pigs, Belarusian large white breed, Belarusian black-and-white breed, microsatellites, IGF-2.
Введение. В Республике Беларусь актуальной и стратегической задачей, связанной с обеспечением продовольственной безопасности страны, является повышение продуктивных качеств пород сельскохозяйственных животных, в том числе свиней, и рациональное использование их генетического потенциала [1]. Для Республики свиноводство является традиционной отраслью сельского хозяйства с достаточно высоким уровнем развития и занимает второе место в мясном балансе
страны [2]. Генофонд свиней представлен животными белорусской крупной белой, белорусскими черно-пестрой и мясной породами, эстонской беконной, гемпширом, а также ландрас и дюрок [3]. В настоящее время основной материнской породой и доминирующей по численности (60 % хряков и 90 % маток) среди разводимых плановых пород свиней является белорусская крупная белая (БКБ), от селекционно-генетического потенциала, развития и продуктивности которой, зависит экономическая эффективность откорма товарного молодняка и производства свинины [4]. Животные этой породы характеризуются крепкой конституцией, высокой резистентностью организма, стрессо-устойчивостью, а также приспособленностью к региональным условиям разведения и высокими адаптационными качествами при промышленном производстве свинины [5]. В качестве материнской и отцовской форм в системе гибридизации, широко используют белорусскую черно-пеструю породу [3]. Она характеризуется достаточно высоким многоплодием, хорошими адаптационными способностями, стрессо-устойчивостью и является наиболее приспособленной к технологиям, применяемым в свиноводстве [6].
Вместе с тем важной предпосылкой для дальнейшего повышения жизнеспособности, роста и репродуктивности животных с учётом особенностей генофонда пород и популяций свиней является обстоятельное описание их генетического разнообразия. Основным инструментом для этих целей являются молекулярно-генетические маркеры, в частности микросателлиты (STR-short tandem repeats), революционизировавшие способность характеризовать генетические вариации и оценивать генетическую структуру популяций млекопитающих [7]. Кроме этого, STR анализ остается бесценным генетическим инструментом для установления родства, идентификации и чистопородности животных, а также для картирования и оценки потоков генов между популяциями [8]. Также для оценки генетического потенциала свиней непосредственно на уровне генотипа и для характеристики различных пород вида Sus scrofa проводятся эксперименты по выявлению информативных SNPs и разработке систем анализа ДНК-маркеров, влияющих на проявление селекционно и экономически значимых признаков [9]. В качестве маркеров продуктивных качеств рассматриваются несколько генов, однако на откормочные и мясные качества свиней в большей степени влияет наличие в геноме животных гена инсулино-подобного фактора роста (IGF-2). Ранее установлено, что мутация в гене IGF-2 (q^-Q) существенно влияет на скорость роста и отложение жира у свиней. Следует учитывать, что данный ген характеризуется патернальным действием на продуктивность. Это означает, что у потомства проявляется действие только того аллеля, который был получен от отца. Патернальное действие гена существенно облегчает разработку селекционной стратегии, так как для достижения положитель-
101
ного эффекта у потомства достаточно проведения тестирования и отбора только хряков [4].
Цель работы. Изучение генетического разнообразия, а также характеристики генетической структуры белорусской крупной белой и черно-пестрой пород свиней с использованием генетических маркеров, в частности микросателлитов и ДНК-маркера инсулиноподобного фактора роста IGF-2.
Материалы и методика исследований. Исследования были проведены на свиньях двух пород: белорусская крупная белая (БКБ, n=82) разводимых в СГЦ «Заднепровский (БКБ1, n=47), ОАО п/з «Тимоново» (БКБ2, n=15), СГЦ «Вихра» (БКБ3, n=15) и ОАО «СГЦ Заречье» (БКБ4, n=5), а также белорусская черно-пестрая (БЧП, n=48), содержащаяся КСУП «Племзавод Ленино» (БЧП1, n=100), СГЦ «Вихра» (БЧП2, n=9), ОАО «СГЦ Заречье» (БЧП3, n=5). В качестве биологического материала использовали пробы ткани. Выделение ДНК осуществляли с помощью колонок Nexttec («Nexttec™ Biotechnologie GmbH», Германия), согласно протоколу фирмы-изготовителя. Мультиплексный анализ, включающий 10 STR-локусов (S0155, S0355, S0386, SW24, SO005, SW72, SW951, S0101, SW240, SW857), выполняли с использованием ранее описанной методики (Харзинова В.Р. и др., 2018). Капиллярный электрофорез проводили на генетическом анализаторе ABI3130xl («Applied Biosystems», США) с последующим определением длин аллелей микросателлитов в программном обеспечении Gene Mapper v. 4.0. («Applied Biosystems», США). Для характеристики аллелофонда определяли среднее число аллелей (Na), число эффективных (Ne) и «приватный» (Pr) аллелей в расчете на локус, число информативных аллелей или аллелей с частотой встречаемости более 5 % (Na>5%), степень наблюдаемой (Ho) и ожидаемой гетерозиготности (He) и коэффициент инбридинга (Fis). Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета MS Excel 2007 с плагином GenAIEx v. 6.5.1 (Peakall R., Smouse P.E., 2012).
Определение полиморфизма гена IGF-2 осуществляли с использованием разработанной методики [11] посредством ПЦР-ПДРФ анализа. Реакции проводили в конечном объеме 20 мкл, используя стандартный состав реакционной смеси и 5 пмол каждого из праймеров [14]. Проводили 40 циклов ПЦР в стандартном температурно-временном режиме (температура отжига - 60 градусов). Амплифицированный фрагмент длиной 198 п.о. подвергали гидролизу эндонуклеазой рестрикции Taq I и проводили разделение фрагментов в агарозном геле.
Результаты исследований и их обсуждение. В исследованной группе генотипов по 10 использованным микросателлитам было отмечено 74 аллеля. Наибольшей вариабельностью характеризовались ло-кусы SO005 (16 аллелей), SW857 и SW24 (по 9 аллелей), а наименьшей (по 4 аллеля) локусы S0155 и SW72. При проверке соотношения частот
102
генотипов по генетическому равновесию Харди-Вайнберга (табл.1.), по всей выборке в целом, два локуса имели высоко-достоверные отклонения (Р<0.001) от состояния генетического равновесия: S0005 и S0386.
Таблица 1. Результаты теста на соответствие генетическому равновесию Харди-Вайнберга
Порода свиней Локус МС
SW 24 S0 155 S0 005 SW 72 SW 951 S0 386 S0 355 SW 240 SW 857 S0 101
БКБ ** ns *** ns ns *** ** * ** ns
БЧП * * *** ns ns *** ** ns * ns
Примечание: ш - не достоверно; * - P<0,05; ** - P<0,01; *** - P<0,001; Расшифровку аббревиатур для пород свиней см. в методике исследований.
Статистически значимое отклонение ^<0.01) у свиней БКБ было отмечено в локусах SW24, SW857 и SO355, в то время как у БЧП только в локусе SO355. Однако, у свиней БЧП было детектировано наибольшее количество локусов с достоверным отклонением от равновесного состояния (Р<0.05), в сравнении со свиньями БКБ породы: три (SW24, SO155 и SW857) против одного (SW240). Вместе с тем свиньи как крупной белой, так и черно-пестрой пород имели равное количество локусов (шесть) имеющих достоверные отклонения от состояния генетического равновесия. Анализ аллельного разнообразия в отношении среднего числа аллелей (№), числа эффективных (№), информативных (№>5»/о) и приватный (Гг) аллелей по всем исследованным маркерам представлен на рис. 1.
Пр1шечание: Na — среднее число аллелей на лощ>с: Ne — среднее эффективное число аллелей на локус; Na^x-число информативных и Pr- приватный аллелей. Расшифровку аббревиатур для групп свиней см. в методике исследований.
Рис. 1. Показатели аллельного разнообразия исследуемых пород свиней на основе 10 STR.
Среди групп свиней БКБ породы среднее число аллелей (Na) варьировало от 3,778±0,222 у БКБ4 до 5,667±0,816 у БКБ1. Такая же зако-
номерность наблюдалась в отношении эффективного числа аллелей (№) и информативных аллелей (№>5»/о) на локус: свиньи БКБ1 имели максимальные значения показателей (№= 4,002±0,545, №>5о/о= 4,667±0,577). Группа БЧП1 - характеризовалась максимальными значениями среднего (№) и эффективного (№) числа аллелей, что составило 5,667±0,882 и 3,381±0,513 соответственно. В свою очередь БЧП2 превосходила остальных относительно числа информативных аллелей с частотой встречаемости более 5 %: №>5»/о=4,000±0,471 против №>5»/о= 3,778±0,494 у БЧП1 и №>»= 3,667±0,471 у БЧП3.
Только две группы свиней крупной белой (БКБ и БКБ3) и одна группа черно-пестрой (БЧП1) пород характеризовались наличием уникальных (приватных) аллелей, с равными максимальными значениями показателя у БКБ3 и БЧП1 ^кб^ 0,333±0,236 и PrБЧП1=0,333±0,167). В целом максимальный уровень аллельного разнообразия был выявлен у свиней крупной белой породы, о чем свидетельствуют наибольшие значения всех показателей (№= 6,444±1,168, №= 4,226±0,763, №>5»/о= 4,556±0,603 и Pr=0,889±0,512) в сравнении с черно-пестрой породой (№= 6,111±0,904, Ne= 3,490±0,521, №>5„/о= 3,889±0,484 и Pr=0,556±0,176). В табл. 2 приведены результаты анализа генетического разнообразия исследуемых пород свиней. Наблюдаемая степень гетерозиготности в исследованных группах свиней крупной белой породы находилась в пределах от 0,607±0,050 у БКБ2 до 0,707±0,046 у БКБ1.
Таблица 2. Показатели генетического разнообразия исследуемых пород свиней на основе 10 8ТК
Порода Наблюдаемая гетерозиготность (Ho) M±m) Ожидаемая гетерозиготность (He) (M±m) Коэффициент инбридинга (Fis) (M±m)
БКБ1 0,707±0,046 0,718±0,031 0,017±0,043
БКБ2 0,607±0,050 0,654±0,028 0,075±0,059
БКБ3 0,622±0,037 0,657±0,050 0,028±0,054
БКБ4 0,689±0,068 0,580±0,046 -0,189±0,063
БКБ 0,672±0,041 0,717±0,034 0,061±0,039
БЧП1 0,671±0,059 0,653±0,049 -0,024±0,034
БЧП2 0,617±0,102 0,630±0,057 0,008±0,132
БЧП3 0,667±0,058 0,618±0,040 -0,101±0,097
БЧП 0,666±0,058 0,663±0,049 -0,003±0,040
Примечание: Расшифровку аббревиатур для групп свиней см. в методике исследований.
Также данная группа свиней характеризовалась максимальными значениями ожидаемой гетерозиготности (He=0,718±0,031), в то время как группа БКБ4 имела минимальные значения показателя (He=0,580±0,046). Несмотря на достаточно высокий уровень наблюдаемой гетерозиготности, в группах БКБ1, БКБ2 и БКБ3 выявлен небольшой дефицит гетерозигот, что проявляется в положительных значениях коэффициента инбридинга (Fis). Исключение составила группа животных БКБ4, у которой данный показатель имел отрицательное значение (-0,189±0,063).
Среди свиней черно-пестрой породы, относительно значений ожидаемой и наблюдаемой степени гетерозиготности, существенных отличий выявлено не было. Смещение генетического разнообразия в сторону небольшого избытка гетерозигот было выявлено у БЧП1 и БЧП3, на что указывают отрицательные значения коэффициента инбридинга ^бчп=-0,024±0,034 и FisБчП3= -0,101±0,097). Анализ попу-ляционно-генетических параметров выявил тенденцию более высокого генетического разнообразия в крупной белой породе свиней по сравнению с черно-пестрой. При этом БЧП характеризуется незначительным (0,3 %) избытком гетерозигот.
При анализе распределения частот встречаемости генотипов гена IGF-2 (табл. 3) было выявлено, что частота аллеля Q, ассоциированного с мясными качествами, у свиней белорусской крупной белой породы варьировала в диапазоне 0,200-0,266, в среднем составила 0,268 у свиней белорусской черно-пестрой породы фиксировалась на уровне 0,389-0,060, в среднем составила 0,136.
Таблица 3 . Распределение частот встречаемости генотипов гена IGF-2 у хряков белорусской крупной белой и белорусской черно-пестрой пород
Порода Кол-во голов Частота встречаемости генотипа Частота встречаемости аллеля
QQ Qq qq Q q
КББ1 47 8,51 36,17 55,32 0,266 0,734
КББ2 15 6,67 53,33 40,00 0,333 0,667
КББ3 15 0,00 46,67 53,33 0,233 0,767
КББ4 5 0,00 40,00 60,00 0,200 0,800
КББ в среднем 82 6,10 41,46 52,44 0,268 0,732
БЧП1 50 2,00 8,00 90,00 0,060 0,940
БЧП2 35 2,86 31,43 65,71 0,186 0,814
БЧП3 9 0,00 77,78 22,22 0,389 0,611
ремонт 5 0,00 20,00 80,00 0,100 0,900
БЧП в среднем 99 2,02 23,23 74,75 0,136 0,864
Примечание: Расшифровку аббревиатур для пород свиней см. в методике исследований.
Гомозиготные носители желательного генетического варианта QQ гена IGF-2 были выявлены в обеих породах, однако их количество и % соотношение было разным. Гомозиготные носители желательного генетического варианта QQ были выявлены в двух группах свиней белорусской крупной белой породы на уровне 6,67-8,51 %, также в двух группах свиней белорусской черно-пестрой породы были идентифицированы особи с генотипом QQ с частотой 2,00-2,86 %. В целом частота встречаемости аллеля Q и генотипа QQ в породах белорусской селекции относительно не высока, по всей видимости, это связано с преимущественной селекцией данных пород по воспроизводительным качествам. Высокие частоты аллеля Q наиболее характерны для свиней мясных пород - дюрок, пьетрен, а также для терминальных линий (Лобан Н. А. и др., 2009).
Заключение. Таким образом, в результате проведенных нами исследований, с использованием двух типов ДНК-маркеров дана наиболее полная характеристика аллелофонда и генетического разнообразия свиней крупной белой и черно-пестрой пород белорусской селекции. В целом было показано, что интенсивное развитие молекулярно-генетических методов в последнюю четверть века, открывает новые возможности не только для более глубокого познания генетической структуры популяций свиней, но и для ускорения прогресса в селекционно-племенной работе в свиноводческой отрасли.
ЛИТЕРАТУРА
1. ДНК-маркеры репродуктивных качеств свиноматок пород белорусской селекции / В. А. Дойлидов [и др.] // Ученые записки учреждения образования Витебская ордена знак почета государственная академия ветеринарной медицины. - 2013. - 49 (2-1). - С. 286-290.
2. Серяков, И. С. Репродуктивные качества свиноматок белорусской крупной белой породы и ландрас при скрещивании с хряками мясных пород / И. С. Серяков, О. Г. Цикунова // Животноводство и ветеринарная медицина, 2017, 1 (24). - С. 26-29.
3. Шейко, И. П. Свиноводство Республики Беларусь / И. П. Шейко // Зоотехния. -2004. - № 1. - С. 23-26.
4. Лобан, Н. А. Карта генетического профиля свиней белорусской крупной белой породы / О. Я. Василюк, Н. А. Лобан // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2010. - N° 2. - С. 116-121.
5. Лобан, Н. А. Селекция белорусской крупной белой породы свиней / Н. А. Лобан // Сборник материалов XXII Международной научно-практической конференции. - Минск, 2015. - С. 82-91.
6. Гридюшко, И. Ф. Результаты селекционно-племенной работы со свиньями белорусской черно-пестрой породы / И. Ф. Гридюшко, Е. С. Гридюшко, Т. К. Курбан // Ученые Записки УО ВГАВМ. - 2011. - 47 (1). - С. 350-353.
7. Популяционно-генетическая характеристика свиней пород крупная белая, ланд-рас и дюрок с использованием микросателлитов В. Р. Харзинова [и др.] // Зоотехния, 2018. - № 4. - С. 2-7.
8. Феномен перекрестной амплификации микросателлитных ДНК-маркеров в исследовании видов отряда Artiodactyla (парнокопытные) / С. А. Котова [и др.] // Труды БГУ. - 2016. - 11 (2). - 56-69.
9. Гладырь, Е. А. Изучение генома свиней (Sus scrofa) с использованием ДНК-маркеров / Е. А. Гладырь, Л. К. Эрнст, О. В. Костюнина // Сельскохозяйственная биология. - 2009. - № 2. - С. 16-26.
10. Лобан, Н. А. Способ селекции для повышения мясо откормочных качеств свиней на основе скрининга гена IGF-2 и с учетом их полиморфизма / Н. А. Лобан // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. - 2010. - С. 14-19.
11. Костюнина, О. В. Ген IGF-2 - потенциальный ДНК-маркер мясной и откормочной продуктивности свиней / О. В. Костюнина, А. Н. Левиченко, Н. А. Зиновьева // Животноводство России. - 2008. - № 1. - С. 12-14.
12. 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)
13. К о с тю н и н а , О . В . Характеристика аллелофонда и анализ ассоциаций ДНК-маркеров с хозяйственно-полезными признаками свиней: дисс. ... д-ра биол. наук: 03.02.07 / О. В. Костюнина, 2016. - 372 с.
14. Зиновьева, Н. А. Введение в молекулярную генную диагностику сельскохозяйственных животных / Н. А. Зиновьева, Е. А. Гладырь, Л. К. Эрнст, Г. Брем // ВИЖ. -2002. - 112 с.
15. Полиморфизм гена IGF2 у свиней мясных пород в Республике Беларусь и его влияние на откормочные и мясные качества Н. А. Лобан [и др.] // Сельскохозяйственная биология, 2009. - № 2. - С. 27-30.
