CC BY
15
ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ РОССИЙСКИХ ПОРОД ОВЕЦ ПО МИКРОСАТЕЛЛИТНЫМ МАРКЕРАМ
Денискова Т.Е.1, Гладырь Е.А.2, Зиновьева Н.А.3 ©
1Старший научный сотрудник, кандидат биологических наук;
2ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук; директор, доктор биологических наук, профессор, академик РАН.
Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства им. Л.К. Эрнста
Аннотация
В работе дана генетическая характеристика трех российских пород (романовская, татарстанская, тувинская короткожирнохвостая) по 11 микросателлитным локусам. Исследование является одним из этапов ДНК-паспортизации пород овец России.
Ключевые слова: ДНК-маркеры, микросателлиты, аллельные профили, породы овец. Keywords: DNA markers, microsatellites, allelic profiles, sheep breeds.
Для комплексной ДНК-паспортизации отечественных пород овец, которая, в свою очередь, является важным этапом для сохранения уникального генофонда и совершенствования продуктивных качеств, необходимо дать генетическую оценку каждой отдельной породе (или типа), изучить их аллелофонд, консолидированность и генетическое разнообразие. Для решения этих задач из всего спектра ДНК-маркеров особенно успешно зарекомендовали себя мультилокусные системы анализа на основе микросателлитов.
Микросателлиты известны с 1984 год [1,4130] и обладают такими важными особенностями, как менделевский характер наследования, равномерное распределение в геноме, высокая информативность на локус вследствие большого аллельного разнообразия и легкость автоматизации [2,234; 3, 4]. Благодаря этим преимуществам микросателлитный анализ нашел широкое применение в популяционно-генетических исследованиях овец как для оценки генетического разнообразия, установления филогенетических взаимосвязей между породами, подтверждения происхождения и породной принадлежности особей, так и для исследования структуры популяции. Кроме того, микросателлиты могут служить индивидуальной генетической характеристикой особи [2,234; 3, 4; 4,4399; 5,27; 6,46; 7,52; 8,395]
Романовская порода овец является одной из самых известных и многоплодных пород овец не только в России, но и в мире. По мнению профессора Д.Д. Арсеньева, [9,31], «романовскую породу нужно рассматривать как как продукт длительной эволюции, в результате которой у животных сложился неповторимый комплекс признаков, который необходим как источник генетического, а значит и экономического, потенциала». Овцы романовской породы характеризуются хорошей приспособляемостью к условиям разведения в разных климатических районах, высокой плодовитостью, полиэстричностью и скороспелостью. [9,27; 10,221]. Благодаря непревзойденному качеству овчины и особенностям шерстного покрова, романовская порода овец создавалась, прежде всего, как шубная. Но с падением спроса на овчины и шкуры, часть хозяйств также используют овец и на мясо. Кроме того, высочайшие воспроизводительные качества романовских овец позволяют использовать их для скрещивания с другими породами для повышения их плодовитости [11,4].
Особый интерес представляет татарстанская порода овец, до настоящего времени не изученная по микросателлитным маркерам. Татарстанская порода овец, утвержденная в 2012 году (авторы: П.П. Араев, И.Н. Шайдуллин и др.), была создана методом воспроизводительного скрещивания помесных маток (прекос и куйбышевская) с баранами
© Денискова Т.Е., Гладырь Е.А., Зиновьева Н.А., 2016 г.
удмуртского типа советской мясошерстной породы с применением жесткого отбора. Животные желательного типа затем разводились в чистоте. По направлению продуктивности овцы являются полутонкорунными. Животные отличаются крепкой конституцией, комолые, хорошо приспособлены к длительному выгульному содержанию [10,214].
Тувинская короткожирнохвостая овца является уникальной аборигенной породой, выведенная племенами кочевников. В связи с этим тувинские овцы невероятны приспособлены к суровым климатическим и кормовым условия Республики Тыва. [12,34]. Животные характеризуются крепкой конституцией, крупным размером, высокой мясной продуктивностью и выраженными мясосальными формами тела. Тувинские овцы относятся по направлению продуктивности к грубошерстным [10,227].
Целью нашей работы явилось исследование аллелофонда и генетического разнообразия трех российских пород овец: тувинской короткожирнохвостой (TUV, n=15), татарстанской (TTR, n=15) и романовской, представленной выборкой из трех генофондных хозяйств Ярославской области: ROM1 (n=14), ROM2 (n=11) и ROM3 (n=13).
Выделение ДНК производилось с помощью набора «ДНК-Экстран» (ЗАО «Синтол», Россия) согласно стандартному протоколу производителя. Для характеристики трех пород овец были выбраны 11 микросателлитных локусов: OarCP49, INRA063, HSC, OarAE129, MAF214, OarFCB11, INRA005, SPS113, INRA23, MAF65 и McM527. ПЦР-амплификация проводилась согласно «Методическим рекомендациям...» [13,25]. Исследование полиморфизма микросателлитов осуществлялось на шестнадцати капиллярном генетическом анализаторе ABI 3131xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems, США). Длины фрагментов были получены с помощью программного обеспечения Gene Mapper 4.
Статистическую обработку данных проводили с использованием программ GenAIEx 6.5 [14,25], Structure 2.3.2 [15,945] и PAST [16,5]. С помощью GenAIEx 6.5 были рассчитаны следующие показатели: среднее число аллелей на локус (Na), эффективное число аллелей (Ne), число информативных аллелей на локус (Na Freq. >5%) с частотой встречаемости 5% и более, количество приватных аллелей (No. Private Alleles), уровни ожидаемой (He) и наблюдаемой (Ho) гетерозиготности, значение информационного индекса Шеннона (I), показатели F-статистики, расчет генетических дистанций по М. Нею [17,583]. В программе Structure 2.3.2 по методу Pritchard J.K. с соавторами [15,945]. был рассчитан критерий Q, который характеризует принадлежность каждого отдельного животного к соответствующей породе. Значение Q равное 75% и выше подтверждает членство особи в своем кластере. В программе PAST выполнено построение филогенетического дерева на основе расчета генетических дистанций по Нею (1978).
На рисунке 1 представлены аллельные профили трех изучаемых пород овец. Среднее число аллелей на локус варьировало от 5,55±0,68, 5,36±0,61 и 5,73±0,54 у ROM1, ROM2 и ROM3, соответственно, до 8,55±0,74 у TUV с промежуточным значением у TTR (7,55±0,59). По эффективному числу аллелей и числу информативных аллелей была отмечена та же тенденция в распределении пород: 3,28±0,32 и 4,18±0,42; 3,49±0,34 и 4,00±0,41; 3,52±0,40 и 4,09±0,29; 4,68±0,66 и 5,23±0,45; 5,55±0,42 и 5,73±0,33 для ROM1, ROM2 и ROM3, TTR, TUV, соответственно.
Интересным фактом было то, что овцы TUV по количеству приватных аллелей, т. е. встречающихся только у определенной породы или популяции, почти в два раза превышали аналогичный показатель у TTR: 3,45 аллеля у TUV против 1,45 аллеля у TTR. Возможно, такое высокое значение числа приватных аллелей TUV объясняется тем, что в выборке были представлены неродственные животные, а также тем, что данная порода является наиболее древней из трех приведенных пород, а также наиболее географически обособленной, что позволило накопить уникальные аллели.
9,00 8,00 7,00 6,00 -5,00 -4,00 -3,00 2,00 1,00 -\ 0,00
TTR TUV ROM1 ROM2
□ Na DNa Freq. >= 5% DNe "No. Private Alleles
ROM3
Рис. 1. Аллельные профили изучаемых пород овец. Na - среднее число аллелей на локус; Ne -
число эффективных аллелей на локус; Na Freq. >5% - число информативных аллелей; No. Private Alleles - количество приватных аллелей; ROM1 - романовская порода, хозяйство 1; ROM2 - романовская порода, хозяйство 2; ROM3 - романовская порода, хозяйство 3; TTR -татарстанская порода; TUV - тувинская короткожирнохвостая порода.
В таблице 1 приведены основные параметры генетического разнообразия трех пород овец. Наибольшая степень наблюдаемой гетерозиготности была выявлена у TUV и TTR: 0,97±0,02 и 0,91±0,03, соответственно. Аналогичный показатель у ROM был ниже на 0,34 и 0,28, чем у двух выше обозначенных пород, соответственно. Умеренно высокий избыток гетерозигот был зафиксирован у TTR и TUV (15 и 16%, соответственно). Это подтверждалось высокими отрицательными значениями индекса фиксации FIS. Группы романовских овец характеризовалась незначительным дефицитом гетерозигот в 4%. Значения FIS колебались также в диапазоне от 0,06±0,09 до 0,09±0,12 у ROM1 и ROM3, соответственно.
В то же время значения информационного индекса Шеннона указывали на достаточно высокое генетическое разнообразие в двух из трех исследованных пород (I > 1,5) за исключением романовской породы: 1,33 и 1,36 для ROM1 и ROM3, соответственно.
Таблица 1
Генетико-популяционные параметры генетического разнообразия изучаемых пород
овец
Порода Ho He Ho-He I Fis
TTR 0,91±0,03 0,76±0,02 0,15 1,66±0,10 -0,21±0,04
TUV 0,97±0,02 0,81±0,02 0,16 1,86±0,09 -0,21±0,04
ROM1 0,62±0,07 0,66±0,04 -0,04 1,33±0,12 0,06±0,09
ROM2 0,62±0,08 0,66±0,06 -0,04 1,35±0,14 0,07±0,07
ROM3 0,64±0,09 0,66±0,05 -0,04 1,36±0,13 0,09±0,12
В целом 0,75±0,04 0,71±0,02 0,04 1,51±0,06 -0,04±0,04
Примечание: Но - наблюдаемая гетерозиготность; Не - ожидаемая гетерозиготность; I -информационный индекс Шеннона; - индекс фиксации.
Анализ структуры филогенетического древа, построенного на основании генетических дистанций по Нею (рис. 2), показал, что тувинские овцы, как и наиболее древние и географически изолированные, генетически далеки от других пород и формирует отдельную ветвь. В свою очередь, овцы романовской и татарстанской пород формируют общий кластер, внутри которого формируется кластер второго порядка, состоящий из групп
романовских овец. При этом ROM 2 и ROM 3 являются более генетически близкими, чем ROM1.
Рис. 1. Филогенетическое дерево на основе матрицы попарных генетических дистанций N61 М. [1978] между изучаемыми группами овец (метод иМРОЛ)
Кластерный анализ, выполненный для наиболее вероятного числа кластеров к=3 (рис. 3А), показал уникальность аллелофонда каждой из трех изучаемых пород овец: доля членства в собственном кластере составила 01/3=0,951±0,051, 02/3=0,962±0,042 и О3/3=0,985±0,006 для татарстанской, романовской (по всем группам) и тувинской пород, соответственно.
При увеличении наиболее вероятного числа кластера до к=4 (рис.ЗБ) происходит разделение романовской породы овец на два кластера: четко отделяется группа ROM1 и группы ROM2 и ROM3 образуют смешанный кластер. Полученные данные соответствуют структуре филогенетического древа.
При дальнейшем увеличении числа кластеров до к=5 (рис.ЗВ), которое соответствует количеству изучаемых групп овец, группы ROM2 и ROM3, за исключением единичных особей, по-прежнему образуют один кластер. Кроме того, наблюдается расщепление кластера TTR, что может быть объяснено стратегией создания татарстанской породы с использованием целого ряда неродственных пород.
А
Б
В
^3
ннннннннннннннн
т т т т т т
ооооооооооооооооооо
|д1 шд2 шд3
K=4
100%
й й й й й й н н н н н н н н н н ' '
й^>>>>>> ннрррррр
Н Н Н Н ■ ■
□д1 пд2 ид3 пд4
K=5
Й Й Й Й
□д1 пд2 од3 пд4 ид5
Рис. 4. Результаты анализа генетической структуры изучаемых пород для наиболее вероятного числа кластеров А. k=3; Б. k=4; В. k=5. Примечание: ось Х- изучаемая порода овец, ось У - доля членства в соответствующем кластере Q1-Q5, значения Q рассчитаны по методу J.K. РгНеИагё с соавт. [15,945].
В заключении следует отметить, что умеренно невысокие показатели генетического разнообразия для романовской породы, выявленные в нашем исследовании, возможно являются характерными только для представленных в данном исследовании групп. Следует ожидать большей гетерогенности овец романовской породы в пределах России, вследствие разнообразия селекционных подходов в разведении одной из самых популярных российских пород овец, распространенной практически повсеместно по территории страны. Кроме того, исторически романовская порода была сформирована за счет нескольких отродий, выведенных на территории Ярославской области и отличающихся друг от друга генетически,
что, вероятно, объясняет разделение групп романовской породы на несколько кластеров в нашем исследовании.
В свою очередь, татарстанская порода была создана на основании многопородного скрещивания, что подтверждается расщеплением ее кластера при k=5. В будущем планируется расширение выборок изучаемых овец для получения данных, более полно и точно характеризующих породу в целом, а не только популяции, представленные в нашей работе.
Работа выполнена в рамках задания Федерального агентства научных организаций (тема 19. № 0600-2014-0004.3) в 2016году.
Литература
1. D. Tautz, M. Renz - Simple sequences are ubiquitous repetitive components of eukaryotic genomes // Nucleic Acids Research. - 1984. - № 12. - P. 4127 - 4138.
2. Эрнст Л.К. Биологические проблемы животноводства в XXI веке /Эрнст Л.К., Зиновьева Н.А. -М.: РАСХН, 2008. - 508 с.
3. Ю.А. Столповский - Концепция и принципы генетического мониторинга для сохранения in situ пород доместицированных животных // Сельскохозяйственная биология. - 2010. - № 6. - С. 3 -8.
4. A.I. Putman, I. Carbone - Challenges in analysis and interpreTTRion of microsatellite data for population genetic studies // Ecology Evolution. - 2014. - № 4 (22). - Р. 4399 - 4428.
5. Е.А. Гладырь, Н.А. Зиновьева, Г. Брем- Характеристика генофонда и выявление генеалогических связей между породами овец России с использованием ДНК-микросателлитов //Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2004. - № 2. - С. 26 - 29.
6. C. Dalvit, E. Sacca, M. Cassandro, M. Gervaso, E. Pastore, E. Piasentier. - Genetic diversity and variability in Alpine sheep breeds // Small Rum Res. - 2008. - № 80. - P. 45-51.
7. S. Kusza, D. Dimov, I. Nagy, Z. Bôsze, A. Jâvor, S. Kukovics - Microsatellite analysis to estimate genetic relationships among five bulgarian sheep breeds // Genet Mol Biol. -2010. -№ 33(1). - P. 5156.
8. N.A. Zinovieva, M.I. Selionova, E.A. Gladyr, M.P. Petrovic, V.Caro Petrovic, D.Ruzic Muslic et al -Investigation of gene pool and genealogical links between sheep breeds of southern Russia by blood groups and DNA microsatellites // Genetika. - 2015. - № 47 (2). - P. 395 - 404.
9. Д.Д. Арсеньев, В. Ю. Лобков - Проблемы и перспективы развития романовского овцеводства //Вестник АПК Верхневолжья. - 2013. - № 3 (23). - С. 27 - 31.
10. Дунин, И.М. Справочник пород и типов сельскохозяйственных животных, разводимых в российской федерации; словарь терминов по разведению, генетике, селекции и биотехнологии размножения сельскохозяйственных животных; перечень российских и международных организаций в сфере животноводства/И. М. Дунин [и др.] - Москва: Министерство сельского хозяйства РФ; ФГБНУ ВНИИплем, 2013. -560с.
11. Н.И. Кравченко - Повышение многоплодия мериносовых овец на основе их скрещивания с романовской породой // Сборник научных трудов Северо-Кавказского научно-исследовательского института животноводства. - 2014. - Т. 3. - С. 4 - 10.
12. Ю.А. Столповский, Л.В. Шимиит, Н. В. Кол, А. Н. Евсюков, М. П. Рузина, О. И. Чургуйоол, Г.Е. Сулимова - Анализ генетической изменчивости и филогенетических связей у популяций тувинской короткожирнохвостой овцы с использованием ISSR-маркеров // Сельскохозяйственная биология. - 2009. - № 6. - С. 34- 43.
13. Зиновьева Н.А. Методические рекомендации по использованию метода полимеразной цепной реакции в животноводстве / Н.А. Зиновьева, Попов А.Н., Эрнст Л.К. - Дубровицы: ВИЖ, 1998. -47 с.
14. R. Peakall, P.E. Smouse. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update // Bioinformatics. - 2012. -№ 28. - P. 2537 - 2539.
15. J. K. Pritchard, Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. - 2000. - № 155. - P. 945-959
16. O. Hammer, D.A.T. Harper, P.D. Ryan. - PAST: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis // Palaeontologia Electronica. - 2001. - P. 4 - 9.
17. M. Nei - Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals // Genetics. -1978. -№89. - P. 583 - 590.
