CC BY
47
УДК574.1: 636.475
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЧОРСКИХ ОВЕЦ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ МАРКЕРОВ*
Т.Е. ДЕНИСКОВА1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (e-mail: horarka@yandex. ru)
Л.А. КАНЕВА2, аспирант, ВРИО директора Е. А. ГЛАДЫРЬ1, кандидат биологических наук, зав. лабораторией
М.И. СЕЛИОНОВА3, доктор биологических наук, профессор РАН, директор
Н.А. ЗИНОВЬЕВА1, доктор биологических наук, академик РАН, директор
всероссийский научно-исследовательский институт животноводства им. Л.К. Эрнста, пос. Дубро-вицы, 60, Подольский р-н, Московская обл., 142132, Российская Федерация
2Печорская научно-исследовательская опытная станция имени А.В. Журавского Научно-исследовательского института сельского хозяйства Республики Коми, пос. Журавский, Усть-Цилемский р-н, Республика Коми, 169480, Российская Федерация
3Всероссийский научно-исследовательский институт овцеводства и козоводства, пер. Зоотехнический, 15, Ставрополь, 355017, Российская Федерация
Резюме. Микросателлитные маркеры дают возможность оценить генетическое состояние популяций сельскохозяйственных животных. Цель нашей работы - характеристика аллелофонда и генетического разнообразия печорской породной группы овец, а также определение её генетических взаимосвязей с различными породами овец по одиннадцати микросателлитным маркерам. Работа выполнена в Центре биотехнологии и молекулярной диагностики животных ВИЖ им. Л.К. Эрнста. Образцы тканей печорских овец (PECH, n=50) отобраны в генофондном стаде Печорской опытной станции и фермерском хозяйстве Л.А. Каневой (Республика Коми, Россия). Для сравнения использовали овец романовской (ROM, n=59), тувинской короткожирнохвостой (TUV, n=50), цигайской (TSIG, n=40), горноалтайской (ALT, n=30) и куйбышевской (KUI, n=15) пород. Микросателлит-ные локусы анализировали на капиллярном генетическом анализаторе ABI 3130xl. Среднее число аллелей и число эффективных аллелей на локус в группе PECH составило 8,00±0,79 и 4,58±0,46, соответственно, что на 1,17 и 0,48 аллели меньше среднего значения во всей выборке. В группе PECH выявлен умеренный дефицит гетерозигот (9,2%). Наибольшая генетическая близость установлена между PECH и KUI, как по дистанциям Нея, так и по значению индекса FST: 0,106 и 0,026, соответственно. Результаты генетического структурирования, выполненного для наиболее вероятного числа кластеров k=6, показали, что средняя величина членства в собственном кластере у печерских овец составила Q=0,821±0,029, в то время как в группах ROM, ALT, TSIG, TUV и KUI - Q =0,827±0,037, Q =0,763±0,039, Q5/6=0,665±0,041, Q4/6=0,491±0,054 и Q)/6=0,452±0,086, соответственно. На индивидуальном уровне для 80% особей в группе PECH значение членства в собственном кластере Q>75%. Печорские овцы обладают собственным уникальным аллелофондом и генетически дифференцированы от овец сравниваемых групп, близких по направлению продуктивности. Полученные сведения важны для селекционно-племенной работы и дальнейшей генетической консолидации овец печорской породной группы. Ключевые слова: печорские овцы, микросателлиты, ал-лелофонд, генетическое разнообразие. Для цитирования: Генетическая характеристика печорских овец с помощью микросателлитных маркеров / Т.Е. Денискова, Л.А. Канева, Е.А. Гладырь, М.И. Селионова,
Н.А. Зиновьева // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 8. С. 75-78.
В России существует множество климатических зон с контрастными условиями для ведения животноводства. Во многих районах страны созданы породы овец, сочетающие в себе высокие продуктивные качества и хорошие адаптационные способности к разведению в определённых условиях. Сохранение и воспроизводство таких уникальных пород - важная задача современного сельского хозяйства, приобретающая все большую актуальность на фоне возрастающего спроса на качественную продукцию животноводства в связи с политикой импортозамещения.
Республика Коми, где создали и разводят местную печорскую породную группу овец, не исключение [1]. Её история берет свое начало с 30-х гг. XX века, когда для улучшения аборигенных грубошерстных короткохвостых овец стали использовать английскую полутонкорунную мясошерстную породу ромни-марш. В 1950-е гг. под руководством Д.А. Епанеш-никова в хозяйствах Усть-Цилемского и Ижемского районов Республики Коми была выведена печорская породная группа полутонкорунных мясошерстных овец [2]. В 1970-е гг. товарное овцеводство в Республике Коми признали нерентабельным, и все хозяйства этого направления, в том числе племенные, ликвидировали. Печорские полутонкорунные овцы сохранились у населения в индивидуальных хозяйствах, при этом в одних их разводили «в чистоте», а в других бессистемно скрещивали с аборигенными беспородными животными [3]. В 2000 г. на Печорской научно-исследовательской опытной станции на основе оставшегося у населения поголовья, адаптированного к местным экологическим условиям, воссоздали генофондное стадо полутонкорунных овец в типе ромни-марш. Породность и типичность животных определяли по экстерьеру, качеству шерсти и на основании информации, полученной от владельцев. Животных с характерными признаками экстерьера и шерсти отнесли к печорской полутонкорунной породной группе. Особей с выраженными признаками северной короткохвостой грубошерстной овцы причисляли к аборигенным [3].
Молекулярно-генетические исследования алле-лофонда воссозданной породной группы ранее не проводили. Использование молекулярных маркеров для оценки отдельных животных и всей популяции по генотипу, а не по фенотипу, необходимость определения уровня гетерогенности или однородности породной группы и её генетического своеобразия на современном этапе обосновало актуальность исследования.
Несмотря на появление новых методов генотипи-рования, микросателлитные маркеры, обладающие такими важными преимуществами, как равномерное распределение в геноме, большое аллельное разнообразие, высокая информативность, менде-
* Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 14-36-00039.
Таблица 1. Генетико-популяционные параметры генетического разнообразия овец печорской породной группы в сравнении с различными породами овец*
Группа, порода 1 n 1 Na Ne Ho He 1 Ho-He FS
PECH 50 8,00±0,79 4,58±0,46 0,664±0,047 0,755±0,031 -0,092 0,124±0,048
ROM 59 8,40±0,96 4,66±0,59 0,679±0,052 0,740±0,044 -0,061 0,080± 0,044
TSIG 40 11,30±0,84 5,58±0,49 0,948±0,021 0,806±0,019 0,141 -0,185±0,048
TUV 50 11,60±1,33 6,00±0,69 0,947±0,017 0,811±0,023 0,136 -0,180±0,050
ALT 30 8,80±1,02 4,57±0,63 0,542±0,087 0,719±0,056 -0,176 0,277±0,084
KUI 15 6,90±1,11 4,96±0,84 0,577±0,060 0,744±0,039 -0,167 0,229±0,071
В целом 244 9,17±0,46 5,06±0,26 0,726±0,030 0,763±0,015 -0,036 0,058±0,033
*Na - среднее число аллелей на локус; N0 - число эффективных аллелей на локус; Но - наблюдаемая гетерозиготность; Не - ожидаемая гетерозиготность; - индекс фиксации; аббревиатура групп овец приведена в разделе «Условия, материалы и методы».
левскии характер наследования и легкость автоматизации определения [4, 5], играют важную роль в популяционно-генетических исследованиях сельскохозяйственных животных разных видов [6-13].
В этой связи, цель нашей работы - исследование состояния аллелофонда и генетического разнообразия овец уникальной печорской породной группы, характеристика их гетерогенности, а также установление генетических взаимосвязей с различными породами овец, схожими по продуктивному типу или имеющими общее происхождение, с использованием микросателлитных маркеров.
Условия, материалы и методы. Работа выполнена в Центре биотехнологии и молекулярной диагностики животных ВИЖ им. Л.К. Эрнста. Образцы ткани печорских овец (PECH, n=50) отбирали в генофондном стаде Печорской опытной станции и фермерском хозяйстве Л.А. Каневой. В качестве групп сравнения по показателям аллельного разнообразия, а также для установления генеалогических связей выбраны овцы романовской (ROM, n=59), тувинской короткожирнохвостой (TUV, n=50), цигайской (TSIG, n=40), горноалтайской (ALT, n= 30) и куйбышевской (KUI, n =15) пород. Породы для сравнения выбирали по направлению продуктивности и на основании потенциально возможного генетического родства.
ДНК выделяли на колонках Nexttec (Nexttec Biotechnologie GmbH, Германия) и с помощью набора «ДНК-Экстран» (ЗАО «Синтол», Россия) согласно рекомендациям производителей. Для генетической характеристики овец использовали 11 микросателлитных локусов (OarCP49, INRA063, HSC, OarAE129, MAF214, OarFCB11, INRA005, SPS113, INRA23, MAF65 и McM527), объединенных в две мультиплексные панели. ПЦР-амплификацию выполняли на термоциклерах Biometra (Analytik Jena, Германия) и SimpliAmp Thermal Cycler (Life Technologies, США) согласно «Методическим рекомендациям...» [14]. Микросателлитные локусы анализировали на капиллярном генетическом анализаторе ABI 3131xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems, США). Размеры аллелей вычисляли с помощью
программного обеспечения Gene Mapper 4. Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы GenAlEx 6.5 [15].
Изучали следующие параметры: среднее число аллелей на локус (Na), число эффективных аллелей (Ne), ожидаемая (He) и наблюдаемая (Ho) гетерозиготность, показатели F-статистики. Степень генетической дифференциации между группами овец оценивали по показателю FST при парном сравнении. Филогенетическое дерево строили в программе PAST [16] на основе расчета генетических дистанций по Нею (Dn) [17]. Для подтверждения индивидуального соответствия особи породе по методу Pritchard J.K. с соавторами [18] использовали программу Structure 2.3.2 с указанием наиболее вероятного числа популяций (k) и без введения предварительной информации о принадлежности особи к породе. В качестве порогового значения выбрали 75%-й уровень критерия Q, характеризующего членство особи в соответствующей популяции.
Результаты и обсуждение. Среднее число аллелей на локус у печорских овец было на 1,17 меньше, чем в выборке в целом, и на 0,40, 0,80, 3,30 и 3,60 аллели меньше, по сравнению с группами ROM, ALT, TSIG и TUV, соответственно. Только группа KUI характеризовалась меньшим количеством аллелей на локус, чем PECH, что, вероятно, связано с её малочисленностью. По количеству эффективных аллелей на локус группа PECH близка к ROM и ALT, причём у последних величина этого показателя также ниже среднего по всей выборке, разница составила, соответственно, 0,48, 0,40 и 0,49 аллели. Наибольшее число эффективных аллелей выявлено у TSIG и TUV (табл. 1).
Анализ параметров генетического разнообразия показал, что уровень наблюдаемой гетерозиготности печорских овец был на 0,062 ниже среднего по всем изучаемым породам. По выборке выявлен незначительный дефицит гетерозигот, который колебался от 6,1 и 9,2% у ROM и PECH до 16,7 и 17,6% у KUI и ALT, соответственно. Эта закономерность подтверждена положительными значениями индекса фиксации FIS,
Таблица 2. Значение генетических дистанций между овцами печорской породной группы и различными породами овец
Группа, порода PECH ROM TSIG TUV ALT KUI
PECH 0,040 0,032 0,042 0,046 0,026
ROM 0,245 0,049 0,052 0,067 0,048
TSIG 0,221 0,365 0,016 0,043 0,032
TUV 0,337 0,416 0,101 0,049 0,042
ALT 0,266 0,412 0,249 0,311 0,049
KUI 0,106 0,255 0,168 0,271 0,229
*под диагональю указаны несмещённые генетические дистанции DN, над диагональю - значения индекса при парном сравнении; аббревиатура групп овец приведена в разделе «Условия, материалы и методы».
Рис. 1. Филогенетическое дерево на основе матрицы попарных генетических дистанций Nei M. (1978) между изучаемыми группами овец (метод UMPGA).
которые составили 0,080, 0,124, 0,229 и 0,277 для ROM, PECH, KUI и ALT, соответственно. При этом в группах TSIG (FIS=-0,185) и TUV (FIS=-0,180) отмечен избыток гетерозигот.
Анализ генетических дистанций по Нею и индекса FST при попарном сравнении (табл. 2) показал наибольшую генетическую близость групп PECH и KUI (Dn=0,106 и FST=0,026). Самая значительная удаленность от группы PECH установлена для TUV (DN=0,337, FST=0,042) и ALT (DN=0,266, FST=0,046).
Рис. 2. Результаты анализа генетической структуры печорских овец для числа кластеров к=6: а) характеристика структуры на групповом уровне; ось Х - изученная порода овец, ось Y - доля членства в соответствующем кластере Q1-Q6; □ - Q1; □ - Q2; □ - Q3; □ - Q4; ■ - Q5; □ - Q6; б) индивидуальная структура печорских овец; ось X - исследованные особи, ось Y - доля членства в соответствующем кластере Q1-Q6; □ - Q1; □ - Q2; ■ - Q3; □ - Q4; □ - Q5; □ - Q6; значения Q рассчитаны по методу J.K. Pritchard с соавт. [18].
Структура филогенетического древа, построенного на основании генетических дистанций DN, демонстрирует наличие двух ветвей, соответствующих группам TSIG+TUV и ALT+(PECH+KUI), которые в базальной части объединены группой ROM (рис. 1).
Кластерный анализ, выполненный для наиболее вероятного числа кластеров k=6, продемонстрировал уникальность аллелофонда печорских овец: доля членства в собственном кластере составила Q3/6=0,821±0,029, что сопоставимо с величиной этого показателя у уникальной отечественной романовской породы (Q2/6=0,827±0,037). Для ALT, TSIG, TUV и KUI членство в собственном кластере было равно, соответственно, Q6/6=0,763±0,039, Q5/6=0,665±0,041, Q4/6=0,491±0,054 и Q1/6=0,452±0,086 (рис. 2а). Анализ распределения индивидуальных профилей печорских овец показал, что критерий Q варьировал от 0,086 до 0,979, при этом у 80% животных его величины превышали 75%-ный порог, характеризующий принадлежность особи к собственной популяции (рис. 2б), что позволяет говорить о высокой генетической консолидированности исследованных животных.
Таким образом, с использованием различных критериев (Dn, Fst, Q) установлена близкая генетическая связь PECH и KUI, что, вероятно обусловлено историей выведения и этапами совершенствования этих групп овец. Известно, что при их создании широко использовали генофонд английской полутонкорунной породы ромни-марш. Так, при выведении куйбышевской породы с баранами ромни-марш скрещивали местных черкасских овец [19], при создании печорской породной группы - аборигенных короткохвостых грубошерстных. Кроме того, для предотвращения негативных последствий инбридинга при воспроизводстве современного поголовья и закрепления ценных породных качеств, наряду с местными баранами печорской породной группы, использовали чистопородных производителей породы ромни-марш отечественной селекции, завезённых в 2002 г. из Рязанской области [2], а, начиная с 2011 г., - куйбышевских племенных баранов [3].
Выводы. Результаты проведенного генетического исследования овец печорской породной группы, в сравнении с животными романовской, тувинской короткожирнохвостой, цигайской, горноалтайской и куйбышевской пород показали, что в целом по количеству аллелей на локус, в том числе эффективных, она соответствует показателям заводских пород. Наличиеумеренно-го дефицита гетерозигот объясняется, вероятно, ограниченностью популяции, представленной
единственным реликтовым генофондным стадом в России. Генетическая близость печорских овец к животным куйбышевской породы служит индикатором участия породы ромни-марш в печорской породной группе. Членство в собственной популяции равное 82,1% свидетельствует о высокой степени генетиче-
ской дифференциации печорской породной группы и представляет собой важный фактор успешного воспроизводства генетически консолидированного стада в будущем. В дальнейшем молекулярно-генетическая характеристика овец этой группы будет дополнена с использованием маркеров других типов.
Литература.
1. Канева Л.А., Жариков Я.А., Матюков В.С. Мясошерстное овцеводство на Севере. Сыктывкар: Усть-Цильма, 2013. 376 с.
2. Епанешников Д.А. Разведение полутонкорунных овец на Крайнем Севере Коми АССР: дисс.... канд. с.-х. наук. М., 1953. 125 с.
3. Канева Л.А., Матюков В.С., Митюков А.С. Результаты зоотехнического обследования исчезающей популяции печорских овец // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2015. № 40. С. 95-99.
4. Tautz D., Renz M. Simple sequences are ubiquitous repetitive components of eukaryotic genomes // Nucleic Acids Research. 1984. No 12. Pp. 4127-4138.
5. Putman A.I., Carbone I. Challenges in analysis and interpretation of microsatellite data for population genetic studies // Ecology Evolution. 2014. No 4 (22). Pp. 4399-4428.
6. Genetic diversity and population structure of Zackel sheep and other Hungarian sheep breeds / V. Neubauer, C. Vogl, J. Seregi, L. Sáfár, G. Brem //Archives Animal Breeding. 2015. No 58, Pp. 343-350.
7. Microsatellite based genetic diversity and population structure of the endangered Spanish Guadarrama goat breed/ M. Serrano, J. Calvo, M. Martínez, A. Marcos-Carcavilla, J. Cuevas, C. González et al.//BMC Genetics. 2009. No 10 (1) Pp. 61.
8. Evaluation of genetic diversity and population structure of west-central Indian cattle breeds / T.M. Shah, J.S. Patel, C.D. Bhong, A. Doiphode, U.D. Umrikar, S.S. Parmar et al.//Animal Genetics. 2013. No 44. Pp 442-445.
9. Analysis of genetic diversity and conservation priorities in Iberian pigs based on microsatellite markers / E. Fabuel, C. Barragán, L. Silió, M.C. Rodríguez, M.A. Toro//Heredity. 2004. No 93. Pp 104-113.
10. Genetic diversity and variability in Alpine sheep breeds/C. Dalvit, E. Sacca, M. Cassandro, M. Gervaso, E. Pastore, E. Piasentier // Small Rum Res. 2008. No 80. Pp. 45-51.
11. Microsatellite analysis to estimate genetic relationships among five bulgarian sheep breeds / S. Kusza, D. Dimov, I. Nagy, Z. Bosze, A. Jávor, S. Kukovics// Genet Mol Biol. 2010. No 33(1). 51-56.
12. Comparative analysis of the effectiveness of STR and SNP markers for intraspecific and interspecific differentiation of the genus Ovis/T.E. Deniskova, A.A. Sermyagin, V.A. Bagirov, U.V. Khompodoeva, A.N. Il'in, G. Brem, N.A. Zinovieva//Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya, 2015, 50 (6), 746-755.
13. Comparative Analysis of the Effectiveness of STR and SNP Markers for Intraspecific and Interspecific Differentiation of the Genus Ovis/T.E. Deniskova, A.A. Sermyagin, V.A. Bagirov, I.M. Okhlopkov, E.A. Gladyr, R.V. Ivanov, G. Brem, N.A. Zinovieva//Russian Journal of Genetics, 2016, Vol. 52, No. 1, pp. 79-84
14. Методические рекомендации по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве / Н.А. Зиновьева, А.Н. Попов, Л.К. Эрнст и др. Дубровицы: ВИЖ, 1998. 47 с.
15. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update // Bioinformatics. 2012. No 28. Pp. 2537-2539.
16. Hammer O., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis // Palaeontologia Electronica. 2001. No 4(1) Pp. 4-9.
17. Nei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals // Genetics. 1978. No 89. Pp. 583-590.
18. Pritchard J. K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. 2000. No 155. Pp. 945-959.
19. Медведев М.В., ЕрохинА.И. Откормочные и убойные качества овец куйбышевской породы и ее помесей с мясошерст-ными баранами // Овцы, козы, шерстяное дело. 2004. № 1. С. 29-30.
GENETIC CHARACTERISTIC OF PECHORA SHEEP USING MICROSATELLITE MARKERS
T.E. Deniskova1, L.A. Kaneva2, E.A. Gladyr1, M.I. Selionova3, N.A. Zinovieva1
'All-Russian Research Institute of Animal husbandry named after academy member L.K. Ernst, pos. Dubrovitsy, 60, Podol'skii r-n, Moskovskaya obl., 142132, Russian Federation
2 Pechora Experimental Station named after A.V. Zhuravsky of Research Institute of Agriculture of Republic Komi, pos. Zhuravskii, Ust'-Tsilemskii r-n, Respublika Komi, 169480, Russian Federation
3All-Russian Research Institute of Sheep and Goat Breeding, pereulok Zootekhnicheskii, 15, Stavropol', 355017, Russian Federation Summary. Microsatellite markers provide information on the current genetic situation in populations of farming animals. The aim of our work was to study the allele pool, genetic diversity of Pechora sheep and to estimate its genetic relationships with other sheep breeds using eleven microsatellite markers. The research was performed in the Center for Biotechnology and Molecular Diagnostics of L.K. Ernst Institute of Animal Husbandry. Tissue samples of Pechora sheep (PECH, n = 50) were originated from nucleus herds of Pechora Experimental Station and L.A. Kaneva's farm (Komi Republic, Russia). Comparison groups were represented by Romanov (ROM, n=59), Tuvan short fat-tailed (TUV, n=50), Tsigai (TSIG, n=40), Altay mountain (ALT, n= 30) and Kuibyshev sheep (KUI, n =15). Microsatellite analysis was carried out using ABI 3130xl genetic analyzer. Mean allele number and effective allele number per locus were 8.00 ± 0.79 and 4.58 ± 0.46, respectively, that was on 1.17 and 0.48 alleles less comparing to the mean values for the whole sample. Group PECH was characterized by moderate heterozygotes deficiency (9.2%). PECH sheep were genetically closest to KUI breed based on estimated Ney genetic distances and FST values: 0.106 and 0.026, respectively. The genetic clustering, performed for the most probable number of clusters k = 6 showed, that the mean value of membership in the own cluster was Q3/6 = 0.821 ± 0.029. The values of the above-mentioned parameter in ROM, ALT, TSIG, TUV and KUI were Q2/6 = 0.827 ± 0.037, Q6/6 = 0.763 ± 0.039, Q5/6 = 0.665 ± 0.041, Q4/6 = 0.491 ± 0.054 and Q1/6 = 0.452 ± 0.086, respectively. Analysis performed at the individual level showed, that 80% animals in PECH group were characterized by membership values in the own cluster more or equal to 75%. Thus, our research result indicated that Pechora sheep have their own unique allele pool and are genetically differentiated from the other sheep breeds of the same productive type. The data will be used in the breeding program for genetic improvement of Pechora sheep. Keywords: Pechora sheep, microsatellites, allele pool, genetic diversity.
Author Details: T.E. Deniskova, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow (e-mail: [email protected]); L.A. Kaneva, post-graduate student, acting director; E.A. Gladyr, Cand. Sc. (Biol.), head of laboratory; M.I. Selionova, D. Sc. (Biol.), prof. of the RAS, director; N.A. Zinovieva, D. Sc. (Biol.), member of the RAS, director.
For citation: Deniskova T.E., Kaneva L.A., Gladyr E.A., Selionova M.I., Zinovieva N.A. Genetic Characteristic of Pechora Sheep using Microsatellite Markers. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V. 30. No. 8. Pp. 75-78 (in Russ.).
