CC BY
24
Айбазов Али-Магомет Муссаевич, доктор с.-х. наук, профессор, главный научный сотрудник, Всероссийский НИИ овцеводства и козоводства - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 355004, Российская Федерация, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 15; е-mail: [email protected]; тел.: +7 (8652) 719559.
Мамонтова Татьяна Васильевна, кандидат с.-х. наук, ведущий научный сотрудник, Всероссийский НИИ овцеводства и козоводства - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 355004, Российская Федерация, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 15; е-mail: [email protected]; тел.: +79283189633.
Коваленко Дмитрий Вадимович, кандидат биол. наук, старший научный сотрудник, Всероссийский НИИ овцеводства и козоводства - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 355004, Российская Федерация, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 15; е-mail: [email protected]; тел.: +79187471585.
Губаханов Мугутдин Абдурахманович, младший научный сотрудник, Всероссийский НИИ овцеводства и козоводства - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 355004, Российская Федерация, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 15; е-mail: [email protected]; тел.: +79614998549.
Aybazov Ali-Magomet Mussaevich, Doctor of Agricultural Sciences, Chief Research Associate, North Caucasus Federal Agrarian Research Centre; 355004, 15, Zootechnichesky Ln, Stavropol, Russian Federation. E-mail: [email protected]; phone: +7 (86553) 2-32-97.
Mamontova Tatyana Vasilievna, Candidate of Agricultural Sciences, Key Research Associate, North Caucasus Federal Agrarian Research Centre; 355004, 15, Zootechnichesky Ln, Stavropol, Russian Federation. E-mail: [email protected]; phone: +7 (86553) 2-32-97.
Kovalenko Dmitriy Vadimovich, Candidate of Biological Sciences, Senior Research Associate, North Caucasus Federal Agrarian Research Centre; 355004, 15, Zootechnichesky Ln, Stavropol, Russian Federation. E-mail: [email protected]; phone: +7 (86553) 2-32-97.
Gubahanov Mugutdin Abdurakhmanovich, Junior Research Associate, North Caucasus Federal Agrarian Research Centre; 355004, 15 Zootechnichesky Ln, Stavropol, Russian Federation. E-mail: [email protected]; phone: +7 (86553) 2-32-97.
DOI 10.25930/2687-1254/010.1.14.2021 УДК 636.32/.38.033
ПОИСК ГЕНОВ-КАНДИДАТОВ, АССОЦИИРОВАННЫХ С ВЫСОТОЙ В ХОЛКЕ У ОВЕЦ ПОРОДЫ ДЖАЛГИНСКИЙ МЕРИНОС
А.Ю. Криворучко, Т.Ю. Саприкина, О.А. Яцык, А.А. Каниболоцкая
Полногеномный анализ ассоциаций является современным и мощным инструментом, позволяющим идентифицировать полиморфизмы и локусы, связанные с хозяйственно-значимыми признаками продуктивных животных. Актуальным является поиск генетических маркеров, относящихся к особенностям экстерьера. В статье представлены данные, полученные при проведении полногеномного поиска ассоциаций для показателя «Высота в холке» у овец породы джалгинский меринос. Генотипирование животных проведено с использованием ДНК-биочипов OvineInfinium HD BeadChip 600K. Контроль качества генотипирования, а также полногеномный анализ ассоциаций выполнен с использованием программного обеспечения PLINK V.1.07. Визуализация и построение графиков производились с помощью пакета «QQman» на языке программирования «R». В результате проделанной работы выявлено пять однонуклеотидных замен, преодолевших порог достоверности - log10(p) = 5. Полиморфизмы rs417213266 и rs406848373 расположены в области интронов белок-кодирующих генов, замены rs400877889, rs425204656, rs402179120 - в межгенных областях. Наибольший уровень достоверности ассоциаций выявлен для полиморфизма rs417213266, находящегося на первой хромосоме. На основании проведенных исследований предложено 6 новых генов-кандидатов, ассоциированных с высотой в холке у овец породы джалгинский меринос: OLFML2B, RIMS2, CAAP1, LOC105612031, SF3B5, STX11. Перечисленные гены выполняют ряд важных биологических функций, в том числе участвуют в регуляции обменных процессов. Дальнейшие исследования должны быть направлены на подтверждение влияния предложенных генов-кандидатов на фенотип животных, а также на доказательство связи полиморфизмов rs417213266, rs406848373, rs400877889, rs425204656 и rs402179120 с экстерьерными показателями овец.
Ключевые слова: овцеводство, джалгинский меринос, полногеномный поиск ассоциаций, однонуклеотидные замены, GWAS, SNP, гены-кандидаты.
SEARCH FOR CANDIDATE GENES ASSOCIATED WITH WITHERS HEIGHT OF THE JALGIN MERINO SHEEP BREED
A.Yu. Krivoruchko, T.Yu. Saprikina, O.A. Yatsyk, A.A. Kanibolotskaya
Genome-wide association study is a modern and powerful tool for identifying polymorphisms and loci associated with economically significant traits of productive animals. It is relevant to search for genetic markers associated with conformation characteristics. The article presents the data obtained during a genome-wide association study for the indicator of withers height in Jalgin merino sheep. Animal genotyping was performed using Ovine Infinium HD BeadChip 600K DNA biochips. Quality control of genotyping as well as genome-wide association study were performed with the use of PLINK V.1.07 toolset. Visualization and plots were performed with the help of the "QQman" package in the "R" programming language. As a result of the work accomplished, five single nucleotide substitutions that overcame the significance threshold - log10 (p) = 5 were identified. The polymorphisms rs417213266 and rs406848373 are located in the introns of protein-coding genes, the substitutions rs400877889, rs425204656, rs402179120 are located in the intergenic regions. The highest level of significance threshold of associations was found for rs417213266 polymorphism located on the
chromosome 1. Based on the research, 6 new candidate genes associated with withers height in Jalgin merino sheep were suggested: OLFML2B, RIMS2, CAAP1, LOC105612031, SF3B5, STX11. The genes listed perform a number of important biological functions. Among other things, they are involved in the regulation of metabolic processes. Further studies should be aimed at confirming the impact of the suggested candidate genes on the phenotype of animals, as well as confirming the relationship between the polymorphisms rs417213266, rs406848373, rs400877889, rs425204656, rs402179120 and the conformation characteristics of sheep.
Key words: sheep breeding, Jalgin merino, genome-wide association study, single nucleotide substitutions, GWAS, SNP, candidate genes.
Введение. Благодаря достижениям в области молекулярной генетики, устойчиво набирают популярность методы оценки и прогнозирования продуктивных качеств мелкого рогатого скота, основанные на использовании молекулярных маркеров. В связи с этим крайне актуальными являются работы по поиску новых информативных генетических маркеров, ассоциированных с параметрами мясной продуктивности. Один из наиболее эффективных инструментов такого поиска - полногеномный анализ ассоциаций (GWAS - Genome-Wide Association Study), построенный на обработке результатов генотипирования животных, проведённого с использованием ДНК-биочипов [1, 2].
Ранее с применением методов GWAS у овец были выявлены гены-кандидаты, ассоциированные с продуктивными показателями у животных зарубежных пород [3, 4, 5]. Однако из-за особенностей генома и сложности генетического кодирования признаков продуктивности у разных пород необходимо продолжить поиск новых молекулярных маркеров, связанных с хозяйственно-значимыми параметрами животных.
Породы овец характеризуются высокой фенотипической изменчивостью. Для обнаружения потенциальных генетических маркеров высокой продуктивности желательно использовать породы, наиболее хорошо приспособленные к различным климатическим условиям [6]. К таковым можно отнести породу джалгинский меринос, выведенную в Ставропольском крае, характеризующуюся высокими мясными и шерстными показателями, хорошей приспособляемостью к засушливым условиям обитания. Живая масса баранов может достигать 123 кг, овцематок - 56 кг. Годовалые бараны весят до 80 кг, ярки - до 41 кг, что значительно больше, чем у обычных шерстных овец [7].
Актуальная задача для современных селекционеров - повышение мясной продуктивности овец отечественных пород. Для прижизненной оценки мясной продуктивности овец используются промеры, характеризующие особенности экстерьера и общее развитие, в том числе высоту в холке. Цель исследования - выявление новых генов-кандидатов, ассоциированных с высотой в холке у овец породы джалгинский меринос.
Материалы и методы исследования. Исследование проведено на баранах породы джалгинский меринос (n = 50) в возрасте 12 месяцев. Отобранные животные признаны клинически здоровыми и содержались в оптимальных условиях.
Лидт: до 0,1
«Сев( аграр
з
Геноч | Ovine протс совер
V.1.0 обна{
HCnOJ
8 п
2 -
лки гью
НУ
1ЫЙ
ны. пов и с ния
NK тва
V10B
0 1 2 3 А 5 6 7 8 9 10 12 Т4 16 1В 20 22 24 X
Chromosome- ОГО
обсСПсчсп-ПЛ 1 ijii>iv v . 1 .v / LJïLoyri iiutijjucnnc i jjavpnbuû ирии^видшшОЬ С
помощью пакета «QQman» на языке программирования «R». Для картирования и выравнивания SNP брали сборку генома Ovis_Aries_3.1. Аннотации генов выполнялись с использованием геномного браузера Ensemble (www.ensembl.org).
Результаты исследования и их обсуждение. В результате полногеномного поиска ассоциаций для показателя «Высота в холке» у овец породы джалгинский меринос выявлено пять однонуклеотидных замен, преодолевших порог достоверности -log10(p) = 5 (рис. 1).
«
QQ-график (рис. 2), показывающий распределение достоверностей различий для всего набора изученных замен, подтверждает отклонение пяти точек от показателя нулевой гипотезы в районе - ^10(р) > 5.
Рис. 1. Манхэттен-графикрезультатов GWAS с набором значений - \og10 (р) для исследуемых SNP. Горизонтальной линией обозначен порог различий с ожидаемой достоверностью различий при значении - log10(p) = 5
С
показан хромосс!
белково! Замена i транскр [10]. My п.н. до спермат гранул,
лынии первой
/пкции тации.
зуктом зучена t13974 нровки шьных
3 4
Expected I '—J ■ ,< р)
Ген R1MS2, в области нитрона которого находится замена rs406848373, кодирует
прешржИч<£кЯтФт для вaшнтнош^M^в^елшвi^бд0ж^0Ие^ннетио0цшaт^NN0^■ экспрессщёенощеШщмчвоМёшжжёетяа- 1<щ10р для отделъных snp.
обозначает ожидаемые значения при подтверждении нулевой гипотезы
Таблица 1 - Описание оДбоутШЩШШ «ибольшими показателями достоверности ассоциации с высотой в холке при проведении GWAS
иния
№ SNP Хромосома/позиция P Ген/расстояние до гена
1 rs417213266 1/111522082 3.572e-06 OLFML2B/интрон 3-4
2 rs406848373 9/73358324 4.730e-06 RIMS2/интрон 1-2
3 rs400877889 2/94470938 5.745e-06 CAAP1/8775 п.н.
4 rs425204656 8/46421410 6.011e-06 LOC105612031/36 п.н.
5 rs402179120 8/68435286 9.073e-06 SF3B5/19842 п.н. STX11/13974 п.н.
Мутация rs400877889 находится в области гена CAAP1. Кодируемый им белок является антиапоптотическим, регулирует сигнальные пути апоптоза [14].
В связи с функциональными особенностями рассматриваемых генов мы считаем целесообразным проведение дальнейших исследований, направленных на подтверждение влияния этих генов на фенотип овец.
Заключение. В ходе полногеномного анализа ассоциаций обнаружено пять однонуклеотидных замен, ассоциированных с высотой в холке, у овец породы джалгинский меринос. Замены rs417213266 и rs406848373 расположены в области интронов белок-кодирующих генов, замены rs400877889, rs425204656, rs402179120 - в межгенных областях. На основании проведенных исследований предложено шесть новых генов-кандидатов, ассоциированных с высотой в холке у овец породы джалгинский меринос: OLFML2B, RIMS2, CAAP1, LOC105612031, SF3B5, STX11. Перечисленные гены выполняют важные биологические функции, в том числе участвуют в регуляции обменных процессов. Дальнейшие исследования должны быть направлены на подтверждение влияния предложенных генов-кандидатов на фенотип животных, а также на доказательство связи обнаруженных полиморфизмов с экстерьерными показателями овец.
Литература
1. Benavides M. V., Souza C.J.H., Moraes J.C.F. Research Article How efficiently Genome-Wide Association Studies (GWAS) identify prolificity-determining genes in sheep // Genet. Mol. Res. 2018. Vol. 17. № 2. P. 9-14.
2. Саприкина Т.Ю. Применение полногеномного поиска ассоциаций (GWAS) в животноводстве (обзор) // Перспективные разработки молодых ученых в области производства и переработки сельскохозяйственной продукции. 2020. С. 320-325.
3. Генетические маркеры мясной продуктивности овец (Ovisaries L.). Сообщение I. миостатин, кальпаин, кальпастатин / В.И. Трухачев, М.И. Селионова, А.Ю. Криворучко, А.М.М. Айбазов // Сельскохозяйственная биология. 2018. № 6. С. 1107-1119.
4. Селионова М.И., Чижова Л.Н., Петухова Д.Д. Перспективные генетические маркеры в молочном овцеводстве // Перспективные разработки молодых ученых в области производства и переработки сельскохозяйственной продукции. 2020. С. 174-179.
5. Сердюк Г.Н., Притужалова А.О. ДНК-маркеры в селекции овец // Овцы, козы,
шерстяное дело. 2019. № 2. С. 10-11.
6. Яцык О.А. Сравнительная оценка показателей мясной продуктивности мериносовых овец российских пород // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 3 (23). С. 58-60.
7. Dunin I.M., Serdukov I.G., Pavlov M.B. New selection achieving fine-fleeced sheep breed Dzhalginsky Merino. Farm Animals. 2013. Vol. 4. P. 46-48.
8. Purcell S.,Neale B., Todd-Brown K. PLINK: a tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses // Am. J. Hum. Genet. 2007. Vol. 81. P. 559-575.
9. Zeng L.C., Han Z.G., Ma W.J. Elucidation of subfamily segregation and intramolecular coevolution of the olfactomedin-like proteins by comprehensive phylogenetic analysis and gene expression pattern assessment // FEBS Letters. 2005. Vol. 579. No 25. P. 5443-5453.
10. Ulitsky I., Bartel D.P. lincRNAs: genomics, evolution, and mechanisms // Cell. 2013. Vol. 154. No 1. P. 26-46.
11. Major spliceosome defects cause male infertility and are associated with nonobstructive azoospermia in humans / H. Wu [et al.]. // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2016. Vol. 113. P. 4134-4139.
12. Expression and subcellular localization of syntaxin 11 in human neutrophils / L.X. Xie [et al.]. // Inflamm Res. 2009. Vol. 58. P. 407-412.
13. Loss of function of RIMS2 causes a syndromic congenital cone-rod synaptic disease with neurodevelopmental and pancreatic involvement / S. Mechaussier[et al.]. //The American Journal of Human Genetics. 2020. Vol. 106. №. 6. P. 859-871.
14. Endoplasmic Reticulum Stress Induces miR-706, A Pro-Cell Death microRNA, in A Protein Kinase RNA-Like ER Kinase (PERK) and Activating Transcription Factor 4 (ATF4) Dependent Manner / X. Wang [et al.]. //Cell J. 2020. Vol. 22. P. 394-400.
Криворучко Александр Юрьевич, доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории геномной селекции и репродуктивной криобиологии в животноводстве, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», г. Ставрополь, [email protected]
Саприкина Татьяна Юрьевна, младший научный сотрудник лаборатории геномной селекции и репродуктивной криобиологии в животноводстве, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», г. Ставрополь, [email protected]
Яцык Олеся Андреевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории геномной селекции и репродуктивной криобиологии в животноводстве, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», г. Ставрополь, [email protected]
Каниболоцкая Анастасия Александровна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории геномной селекции и репродуктивной криобиологии в животноводстве, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», г. Ставрополь, [email protected]
Krivoruchko Aleksandr Yurevich - Doctor of Biological Sciences, Chief Researcher of the Laboratory of Genomic Selection and Reproductive Cryobiology in Animal Breeding, FSBSI "North Caucasus FARC", Stavropol, email [email protected]
Saprikina Tatyana Yurevna, Junior Researcher of the Laboratory of Genomic Selection and Reproductive Cryobiology in Animal Breeding, FSBSI "North Caucasus FARC", Stavropol, [email protected]
Yatsyk Olesya Andreevna - Candidate of Biological Sciences, Researcher of the Laboratory of Genomic Selection and Reproductive Cryobiology in Animal Breeding, FSBSI "North Caucasus FARC", Stavropol, email [email protected]
Kanibolotskaya Anastasia Aleksandrovna - Candidate of Biological Sciences, Researcher of the Laboratory of Genomic Selection and Reproductive Cryobiology in Animal Breeding, FSBSI "North Caucasus FARC", Stavropol, email [email protected]
ВЕТЕРИНАРИЯ
DOI 10.25930/2687-1254/011.1.14.2021 УДК 636.592:619
ВЫЯВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИЙ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ БОЛЕЗНЕЙ ИНДЕЕК
А.В. Шепляков, Л.А. Шинкаренко, В.П. Терлецкий, В.И. Тыщенко, О.Б. Новикова, И.Н. Буравцова, Ю.В. Титов
