CC BY
13
Научная статья
УДК 636.15.082.2 (450.51)
doi: 10.24412/2078-1318-2022-3-103-111
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ МОРФОМЕТРИИ ПРИ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ВНУТРИПОРОДНЫХ ТИПОВ ВЛАДИМИРСКОЙ ПОРОДЫ ЛОШАДЕЙ
Анна Вячеславовна Борисова1, Анастасия Викторовна Санганаева2, Андрей Александрович Дацишин3
всероссийский научно-исследовательский институт коневодства, Рязанская область, Рыбновский район, поселок Дивово; 391105, Россия; vniik63@mail.ru, https://orcid.org/ 0000-0003-0034-8747 2Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Петербургское шоссе, д.2, Пушкин, Санкт-Петербург, 196601, Россия; asyvs@mail.ru, http://orcid.org/0000-0002-5529-9949 3Всероссийский научно-исследовательский институт коневодства, Рязанская область,
Рыбновский район, поселок Дивово; 391105, Россия; dacyshin@yandex.ru, https://orcid.org/ 0000-0001-5322-468X
Реферат. Геометрическая морфометрия - новый подход к сравнению форм, активно развивающийся в последнее время. В зоотехнии этот метод нашел применение для фенотипической оценки экстерьера лошади на основе фотографии. Он позволяет оценить сходство и различие объектов по форме, исключая влияние различий в размерах. При помощи геометрической морфометрии можно определить визуальные отличия между внутрипородными (заводскими) типами лошадей различных пород и разных направлений использования. В связи с этим цель наших исследований - установить и подтвердить с помощью геометрической морфометрии визуальные различия между внутрипородными (заводскими) типами лошадей владимирской породы. Материалом для исследований послужили данные бонитировок лошадей владимирской породы, разводимых в Гаврилово-Посадском и Юрьев-Польском конных заводах, фотографии лошадей в экстерьерной стойке. Общее количество объектов исследования составило 156 голов. Для фотометрии взяты две группы снимков лошадей Гаврилово-Посадского и Юрьев-Польского конных заводов по 15 голов. В результате проведенных исследований установлено существование в породе двух внутрипородных типов по промерам и индексам телосложения: облегченный - Гаврилово-Посадского конного завода, утяжеленный - Юрьев-Польского конного завода. Наличие и дальнейшее культивирование в породе различных по выраженности хозяйственно-полезных признаков внутрипородных типов позволит в последующие годы использовать разные методы селекции, направленные на повышение гетерозиготности поголовья, и будет способствовать поддержанию достаточного уровня внутрилинейного и внутрипородного разнообразия, что особенно важно в условиях малочисленности породы. Применение метода геометрической фотометрии подтвердило наличие в породе двух внутрипородных типов. Наложение усредненной лошади каждого внутрипородного типа на общую усредненную лошадь владимирской породы показало, что имеются отличия между лошадьми Гаврилово-Посадкого и Юрьев-Польского конных заводов по высоте передней конечности и выходу шеи.
Ключевые слова: внутрипородные типы, владимирская порода лошадей, геометрическая морфометрия
Цитирование. Борисова А.В., Санганаева А.В., Дацишин А.А. Применение метода геометрической морфометрии при дифференциации внутрипородных типов владимирской породы лошадей // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2022. - № 3(68). - С. 103-111 doi: 10.24412/2078-1318-2022-3-103-111.
APPLICATION OF GEOMETRIC MORPHOMETRY METHOD IN DIFFERENTIATION OF INTRA-BREED TYPES OF VLADIMIRSKAYA HORSE BREED
Anna V. Borisova1, Anastasia V. Sanganaeva2, Andrey A. Datsyshin 3
1All-Russian Research Institute of Horse Breeding, Ryazan region, Rybnovsky district, Divovo village; 391105, Russia; vniik63@mail.ru; https://orcid.org/ 0000-0003-0034-8747 2Saint-Petersburg State Agrarian University, Peterburgskoye shosse, 2, Pushkin, Saint-Petersburg, 196601, Russia; asyvs@mail.ru, http://orcid.org/0000-0002-5529-9949 3All-Russian Research Institute of Horse Breeding, Ryazan region, Rybnovsky district, Divovo village; 391105, Russia; dacyshin@yandex.ru; https://orcid.org/ 0000-0001-5322-468X
Abstract. Currently, a new approach to comparing shapes is being actively developed -geometric morphometry. In animal science, this method has found application for the phenotypic assessment of the exterior of a horse based on a photograph. It allows you to evaluate the similarity and difference of objects in shape, excluding the influence of differences in size. With the help of geometric morphometry, it is possible to establish visual differences between intra-breed (factory) types of horses of various breeds and different directions of use. In this regard, the purpose of our research is to establish and confirm visual differences between intra-breed (factory) types of horses of the Vladimir breed using geometric morphometry. The material for the research was the evaluation data of horses of the Vladimir breed, bred in the Gavrilovo-Posadsky and Yuryev-Polsky stud farms, photographs of horses in the exterior stand. The total number of objects of study was 156 animals. For photometry, two groups of images of horses of the Gavrilovo-Posad and Yuryev-Polsky stud farms, 15 heads each, were taken. As a result of the research, the existence in the breed of two intra-breed types according to measurements and body indices was established: lightweight Gavrilovo-Posad stud farm, weighted - Yuryev-Polsky stud farm. The presence and further cultivation in the breed of economically useful traits of intra-breed types of different severity will allow in subsequent years to use different breeding methods aimed at increasing the heterozygosity of the livestock, and will help maintain a sufficient level of intra-line and intra-reed diversity, which is especially important in conditions of a small number of the breed. The application of the geometric photometry method confirmed the presence of two intra-breed types in the breed. The superimposition of the average horse of each intra-breed type on the general average horse of the Vladimir breed showed that there are differences between the horses of the Gavrilovo-Posadsky and Yuryev-Polsky studs in terms of the height of the forelimb and neck exit.
Keywords: intra-breed types, Vladimir horse breed, geometric morphometry
Citation. Borisova, A. V., Sanganaeva, A. V., Datsishin, A. A. (2022), "Application of geometric morphometry method in differentiation of intra-breed types of Vladimirskaya horse breed", Izvestiya of Saint-Petersburg State Agrarian University, vol. 68, no.3, рp. 103-111, (In Russ.), doi: 10.24412/2078-1318-2022-3-103-111.
Введение. В настоящее время активно развивается новый подход к сравнению форм -геометрическая морфометрия. Это комплекс методов многомерного анализа координат точек, в совокупности описывающих конфигурацию объекта. Главная задача методов геометрической морфометрии - оценить сходство и различие объектов по форме, исключая влияние различий в размерах.
Относительно недавно был предложен новый метод фенотипической оценки экстерьера лошади на основе фотографии, когда пространственная модель формы лошади извлекается из стандартизированной фотографии с использованием геометрической морфометрии [1; 2; 3]. Для улучшения оценки конформационных признаков Druml T. et al. [4] предложили свою методику сравнения субъективных оценок классификаторов с объективными измерениями лошадей с использованием геометрической морфометрии. Этот метод отслеживает форму лошади по фотографии, используя ориентиры и полу-ориентиры, которые могут быть статистически точными по сравнению с данными, относящимися к суждениям о лошади. Главная особенность геометрической морфометрии в том, что этот метод стандартизирует все формы, переводя, вращая и накладывая их в соответствии с их средней конфигурацией. Этот процесс создает новые координаты, которые можно использовать для дальнейшего анализа, они не зависят от фактического размера и одновременно описывают изменение формы.
Druml T. et al. [4] изучали изменения конформации тела липпицианской лошади в зависимости от генетического вклада арабской породы. В данной работе авторы хотели проверить, являются ли методы геометрической морфометрии, основанные на анализе изображений, подходящим инструментом для дифференциации фенотипических признаков между животными разной генетической основы. Несмотря на то что вводное скрещивание с арабскими лошадьми имело место между 1776 и 1945 гг., посредством методов геометрической морфометрии исследователям удалось обнаружить связь между особенностями строения лошадей липпицианской породы в зависимости от доли генов арабской лошади [5].
Конформационные и морфометрические характеристики изучались зарубежными учеными у шведской теплокровной породы лошадей, американской четвертьмильной лошади [6] и ряда других пород [7; 8; 9].
Фенотипическая дифференциация внутрипородных типов достаточно четко выражена и у характерных представителей различных пород фиксируется визуально [10; 11; 12].
При помощи геометрической морфометрии можно установить визуальные отличия между внутрипородными (заводскими) типами лошадей различных пород и разных направлений использования.
Цель исследования - установить и подтвердить с помощью геометрической морфометрии визуальные различия между внутрипородными (заводскими) типами лошадей владимирской породы.
Материалы, методы и объекты исследований. Материалом для исследований послужили данные бонитировок лошадей владимирской породы, разводимых в Гаврилово-Посадском и Юрьев-Польском конных заводах, фотографии лошадей в экстерьерной стойке. Общее количество объектов исследования составило 156 голов. Для фотометрии взяты две группы снимков лошадей Гаврилово-Посадского и Юрьев-Польского конных заводов по 15 голов.
Для разметки фотографий (расстановки точек) использовали программу TPSDIG2 и TPSUTIL, разработанные F. James Rohlf. После разметки дальнейшую обработку данных проводили в программе MorphoJ. Исследовали два набора изображений лошадей. Затем был проведен статистический анализ данных. Расчёт проводился методом главных компонент «PCA». Метод главных компонент является одним из основных способов уменьшить размерность данных с потерей минимума информации.
Основной статистический материал бонитировок был биометрически обработан с помощью статистического блока, включенного в программный пакет Microsoft Office Excel.
Результаты исследований. Проанализировав основные промеры (высота в холке, косая длина туловища, обхват груди и пясти) и индексы телосложения лошадей конных заводов, можно сделать вывод о наличии во владимирской породе внутрипородных типов (табл. 1).
Таблица 1. Типы телосложения лошадей владимирской породы Table 1. Body types of horses of the Vladimir breed
Промеры, см Индексы, %
Конный завод n высота в холке косая длина туловища обхват груди обхват пясти формата обхвата груди костистости
M 166,5 175,3 206,2 23,2 105,3 123,9± 13,9
Гаврилово-Посадский ±m ±0,4 ±0,4 ±0,9 ±0,1 ±0,2 0,6 ±0,1
71 о 3,17 3,41 7,91 0,91 1,86 5,02 0,51
Cv 1,91 1,95 3,84 3,93 1,76 4,05 3,66
Юрьев-Польский M ±m 163,6 ±0,6 171,9 ±0,7 204,8 ±0,9 23,8 ±0,1 105,1 ±0,3 125,2± 0,5 14,5 ±0,1
55 о 4,07 5,09 6,62 0,72 2,32 3,61 0,42
Cv 2,49 2,96 3,23 3,04 2,21 2,88 2,90
Лошади Гаврилово-Посадского конного завода крупнее лошадей Юрьев-Польского конного завода, но менее костистые и массивные, т. е. имеют облегченный тип, близкий по характеристикам к упряжному.
Подобные характеристики телосложения лошадей Гаврилово-Посадского конного завода позволяют прогнозировать возможность их использования для производства животных в типе тяжелого гунтера, как это принято в европейском коннозаводстве, а также потенцировать их для эксплуатации в любительском конном спорте и хобби-классе.
Лошади Юрьев-Польского конного завода представляют утяжеленный тип упряжной лошади, пригодной для тяжелых сельскохозяйственных и транспортных работ, а также как основа для промышленного скрещивания в продуктивном коневодстве.
Тяжелый тип, характерный для Юрьев-Польского конного завода, определяется использованием в воспроизводстве жеребцов и маток линий Литого (через Леганта), Холода и Шерифа, что обеспечило капитальность телосложения и высокую костистость лошадей.
Наиболее перспективным, на наш взгляд, с учетом растущего спроса на крупную, нарядную прогулочную универсальную лошадь, является облегченный тип, сформированный в конном заводе «Гаврилово-Посадский» под влиянием родоначальников линий Аргуса (через Грозного), Ландыша и Сибарита.
Наличие и дальнейшее культивирование в породе различных по выраженности хозяйственно-полезных признаков внутрипородных типов позволит в последующие годы использовать разные методы селекции, направленные на повышение гетерозиготности поголовья, и будет способствовать поддержанию достаточного уровня внутрилинейного и внутрипородного разнообразия, что особенно важно в условиях малочисленности породы.
Визуальные отличия между внутрипородными (заводскими) типами при помощи геометрической морфометрии рассматривались в программе TPSUTIL. Формировался TPS файл из имеющегося набора изображений. Изначально были выбраны 40 точек и 54 полуточек. Метки наносились на части тела лошади, которые можно легко определить визуально, полуметки - между соседними метками на равных расстояниях друг от друга (рис. 1).
В процессе изучения материала стало понятно, что не все точки выбраны верно, а в расстановке полуточек лучше использовать автоматическую расстановку вдоль кривой, описывающей силуэт животного. В связи с этим в работе использовалось только 40 точек (рис. 2).
Дальнейшая обработка данных проводилась в программе MorphoJ. Создавался классификатор, в нашем случае это GP и UP (гаврилово-посадские и юрьев-польские лошади). Для этого выбирали набор данных в дереве проекта, в «Preliminaries» пункт «Edit classifieres».
Рисунок 1. Разметка фотографий метками и полуметками Figure 1. Marking photos with marks and half marks
Рисунок 2. Разметка фотографии сорока точками, используемыми в обработке Figure 2. Marking up a photo with forty points used in processing
Создание прокрустовых выравниваний данных выбиралось в «Preliminaries». Далее переходили к созданию ковариационной матрицы «Generate Covariance Matrix», что необходимо для дальнейшего анализа. В результате созданная матрица появится в дереве
проекта, а отображалась усредненная конфигурация точек и разброс координат каждой особи вокруг них (рис. 3).
Рисунок 3. Визуализация консенсусной (усредненной) конфигурации точек и разброс координат
точек каждой особи вокруг них Figure 3. Visualization of the consensus (averaged) configuration of points and the spread of the coordinates of the points of each individual around them
Наложение усредненной лошади каждого внутрипородного типа на общую усредненную лошадь владимирской породы показало, что имеется отличие между двумя внутрипородиыми типами по высоте передней конечности и выходу шеи (рис. 4).
Рисунок 4. Наложение усредненной лошади в каждой группе на общую усредненную лошадь Figure 4. Superposition of the average horse in each group on the total average horse
Затем был проведен статистический анализ данных. Расчёт проводился методом главных компонент «PCA».
Первые три главные компоненты покрывают 75%. Главные компоненты отражают вдоль своей оси изменение формы.
В нашем случае не было видно отчётливого различия формы между группами вдоль осей первых трех главных компонент.
Выводы. По промерам и индексам телосложения во владимирской породе выделяются два внутрипородных типа лошадей. Наложение усредненной лошади каждого внутрипородного типа на общую усредненную лошадь владимирской породы подтвердило имеющиеся различия между лошадьми Гаврилово-Посадского и Юрьев-Польского конных заводов, что позволяет выделить два внутрипородных типа.
В расстановке полуточек лучше использовать автоматическую расстановку вдоль кривой, описывающей силуэт животного.
Список источников литературы
1. Gmel A.I., Druml T., Portele K., von NiederhaEusern R., Neuditschko M. Repeatability, reproducibility and consistency of horse shape data and its association with linearly described conformation traits in Franches-Montagnes stallions // PLOS ONE August 27. - 2018. - pp. 1-18, URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202931, (Дата обращения 11.07.2022).
2. Bookstein, F.L. Morphometric Tools for Landmark Data Geometry and Biology. Cambridge University Press, 2003.
3. MacLeod N. Phylogenetic signals in morphometric data. Morphometrics, shape, and phylogeny / eds N. MacLeod, P. L. Forey: Taylor & Francis. - 2002. - P. 100-138.
4. Druml, T., Horna, M.,Grilz-Seger,G., Dobretsberger, M. and Brem, G. Association of body shape with amount of Arabian genetic contribution in the Lipizzan horse // Arch. Anim. Breed. -2018. - Vol. 61. -P.79-85.
5. Holmström M., Magnusson L.E., Phillipsson. Variation in conformation of Swedish Warmblood horses and conformational characteristics of elite sport horses. Equine Vet J 22. - 2009. - P.186-193.
6. Bär K., Bosch P., Rensing M., Bostrel U. Evaluation of a novel sistem for linear comformation gait, and personality trait scoring and automatic kanking of horses at breed shows: a pilot study in American Quarter Horses // J. Equine Veterinary Science. 2019. - Vol. 78. - P. 53-59.
7. Sadek M.H., A. Z. Al-Aboud, & A.A. Ashmawy. Factor analysis of body measurements in Arabian horses. J. Anim. Breed Genet. 2006. - № 123. - P. 369-377.
8. Takaendengana, B. J., Noorc, R. R., Adiania, & S. //Morphometric Characterization of Minahasa Horse for Breeding and Conservation Purposes // Media Peternakan. - Agustus 2011. - P. 99-104.
9. Zechner P., Zohman F., Solkner J., Bodo I., Habe F., Marti E., Brem G. Morphogical Descripton of the Lipizzian Horse Population // Livestock Production Science. - 2001. - Т. 69. - № 2. - P. 163-177.
10. Борисова А.В. Внутрипородные типы першеронской породы лошадей // Коневодство и конный спорт. - 2020. - № 5. - С. 30-32.
11. Купцова Н.А., Дацишин А.А. Применение методов геометрической морфометрии при дифференциации шетлендских пони различных популяций // Коневодство и конный спорт. -2021. - № 3. - С. 22-25.
12. Милько О С., Сорокина И.И. Значение внутрипородных типов при разведении владимирской породы лошадей // Коневодство и конный спорт. - 2011. - № 5. - С. 21-23.
References
1. Gmel, A.I., Druml, T., Portele, K., von NiederhaEusern, R. and Neuditschko, M. (2018), "Repeatability, reproducibility and consistency of horse shape data and its association with linearly described conformation traits in Franches-Montagnes stallions", PLOS ONE , August 27, pp. 1-18, available at: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202931 (Accessed 11 July 2022).
2. Bookstein, F.L. (2003), Morphometric Tools for Landmark Data Geometry and Biology, Cambridge University Press, Cambridge, UK.
3. MacLeod, N. (2002), "Phylogenetic signals in morphometric data", Morphometrics, shape, and phylogeny, eds N. MacLeod, P.L. Forey, Taylor & Francis, pp. 100-138.
4. Druml, T., Horna, M., Grilz-Seger, G., Dobretsberger, M. and Brem, G. (2018), "Association of body shape with amount of Arabian genetic contribution in the Lipizzan horse", Arch. Anim. Breed, vol. 61, pp.79-85.
5. Holmström, M., Magnusson, LE., Phillipsson (2009), "Variation in conformation of Swedish Warmblood horses and conformational characteristics of elite sport horses", Equine Veterinary Journal, vol. 22, pp. 186-193.
6. Bär, K., Bosch P., Rensing, M., Bostrel, U. (2019), "Evaluation of a novel sistem for linear comformation gait, and personality trait scoring and automatic kanking of horses at breed shows: a pilot study in American Quarter Horses", Journal Equine Veterinary Science, vol. 78, pp. 53-59.
7. Sadek, M.H., Al-Aboud, A.Z. and Ashmawy, A.A. (2006), "Factor analysis of body measurements in Arabian horses", Journal Anim. Breed Genet, no 123, pp. 369-377.
8. Takaendengana, B.J., Noorc, R.R. and Adiania, &S. (2011), "Morphometric Characterization of Minahasa Horse for Breeding and Conservation Purposes", Media Peternakan, Agustus, pp. 99-104.
9. Zechner, P., Zohman, F., Solkner, J., Bodo, I., Habe, F., Marti, E. and Brem, G. (2001), "Morphogical Descripton of the Lipizzian Horse Population", Livestock Production Science, vol. 69, no 2, pp. 163177.
10. Borisova, A.V. (2020), "Vnutriporodnye tipy persheronskoj porody loshadej", Konevodstvo i konnyj sport, no 5, pp. 30-32.
11. Kupcova, N.A. and Dacishin, A.A. (2021), "Primenenie metodov geometricheskoj morfometrii pri differenciacii shetlendskih poni razlichnyh populyacij", Konevodstvo i konnyj sport, no 3, pp. 22-25.
12. Mil'ko, O.S. and Sorokina, I.I. (2011), "Znachenie vnutriporodnyh tipov pri razvedenii vladimirskoj porody loshadej", Konevodstvo i konnyj sport, no 5, pp. 21-23.
Cведения об авторах
Борисова Анна Вячеславовна - кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт коневодства», spin-код: 9420-2428.
Санганаева Анастасия Викторовна - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры крупного животноводства, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», spin-код: 2284-1349
Дацишин Андрей Александрович - аспирант, младший научный сотрудник, федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт коневодства», spin-код: 6148-2630.
Information about the authors
Anna V. Borisova - Candidate of agricultural Sciences, Senior Researcher, Federal State Budgetary Scientific Institution "Institute of Horse Breeding", spin-code: 9420-2428
Anastasia V. Sanganaeva - Candidate of agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Large Animal Husbandry, Federal state budgetary educational institution of higher education "Saint Petersburg state agrarian University", spin-code: 2284-1349
Andrey A. Datsishin - graduate student, junior researcher, Federal State Budgetary Scientific Institution "Institute of Horse Breeding", spin-код: 6148-2630
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 08.08.2022 г.; одобрена после рецензирования 12.09.2022 г.; принята к публикации 15.09.2022 г.
The article was submitted 08.08.2022; approved after reviewing 12.09.2022; accepted after publication 15.09.2022.
