СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БЕСТУЖЕВСКОЙ ПОРОДЫ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ: ВЕТЕРИНАРИЯ И ЗООТЕХНИЯ AGRICULTURAL SCIENCES: VETERINARY MEDICINE

AND ANIMAL SCIENCE

Научная статья

УДК 636.2.082.13+636.22/.28(470) doi: 10.24412/2078-1318-2021 -4-80-87

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БЕСТУЖЕВСКОЙ ПОРОДЫ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

Арина Игоревна Мишина1, Александра Сергеевна Абдельманова2

1 Федеральный научный центр животноводства - ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста, пос. Дубровицы, 60, Подольский р-н, Московская обл., 142132, Россия; arinamishina32@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-1134-9366

2Федеральный научный центр животноводства - ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста пос. Дубровицы, 60, Подольский р-н, Московская обл., 142132, Россия; preevetic@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-4752-0727

Реферат. Бестужевская порода крупного рогатого скота является одной из первых пород, образовавшихся на территории России. Однако численность животных этой породы стремительно падает: в 1990 году поголовье насчитывало 982 тысячи голов, а к 2020 году сократилось на 966,71 тысячу и составило только 15,29 тысячи особей. Уменьшение общего поголовья животных приводит к повышению уровня инбридинга, что в свою очередь ведет к снижению способности популяции адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды. Поэтому крайне важно вести племенной учет животных и не допускать близкородственные спаривания. Так как сохранение отечественного скота местного происхождения является важной задачей современной селекции, целью нашего исследования было изучение популяции бестужевского скота в сравнительном аспекте с коммерческими породами КРС. Материалом для исследования служили ушные выщипы и кровь животных бестужевской породы (n=27). В качестве группы сравнения были выбраны животные симментальской (n=28) и голштинской (n=29) пород, так как они участвовали в формировании бестужевской породы. Образцы симментальской и голштинской пород были взяты из банка генетического материала домашних и диких видов животных и птицы Всероссийского института животноводства им. Л. К. Эрнста. Генотипирование осуществляли с использованием ДНК-чипов BovineSNP50 BeadChip (Illumina Inc., USA). Геномный инбридинг оценивали с помощью коэффициента инбридинга, рассчитанного на основании длины пробегов гомозиготности (FROH), и показателя стандартизированной мультилокусной гетерозиготности (sMLH). Исследования показали, что геномный инбридинг в бестужевской породе выше, чем в симментальской породе, но ниже, чем в голштинской породе. Значения уровня гетерозиготности у животных бестужевской и симментальской породы примерно одинаковы, однако значительно превосходят этот показатель, рассчитанный для голштинской породы. Кластерный анализ показал, что хотя крупный рогатый скот симментальской породы и участвовал в формировании бестужевской породы на определенном этапе, однако в настоящее время популяция бестужевского скота несет в себе незначительное количество генетических компонентов, свойственных симментальским животным, являясь самостоятельной породой, четко дифференцированной от предковых.

Ключевые слова: скотоводство, инбридинг, бестужевский скот, биоразнообразие, КРС

Цитирование. Мишина А.И., Абдельманова А.С. Современное состояние бестужевской породы крупного рогатого скота // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2021. - № 4(65). - С. 80-87. doi: 10.24412/2078-1318-2021-4-80-87

Финансирование. Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, тема государственного задания № 04452019-0024.

CURRENT STATE OF THE BESTUZHEVSKAYA CATTLE BREED

Arina I. Mishina1, Alexandra S. Abdelmanova2

1Federal Scientific Center for Livestock - VIZh named after academician L.K. Ernst, pos. Dubrovitsy, 60, Podolsk district, Moscow region, 142132, Russian Federation;

arinamishina32@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-1134-9366 2Federal Scientific Center for Livestock - VIZh named after academician L.K. Ernst, pos. Dubrovitsy, 60, Podolsk district, Moscow region, 142132, Russian Federation; preevetic@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-4752-0727

Abstract. The Bestuzhevskaya cattle breed is one of the first breeds formed on the territory of Russia. However, the number of animals of this breed is rapidly falling: in 1990, the livestock numbered 982 thousand heads, and by 2020 it decreased by 966.71 thousand and amounted to only 15.29 thousand individuals. A decrease in the total number of animals leads to an increase in the level of inbreeding, which in turn leads to a decrease in the population's ability to adapt to changing environmental conditions. Therefore, it is extremely important to keep breeding records of animals and to prevent closely related mating. Since the preservation of domestic livestock of local origin is an important task of modern breeding, the purpose of our research was to study the population of Bestuzhevskaya cattlebreed in a comparative aspect with commercial cattle breeds. The material for the study was ear pinches and blood of animals of the Bestuzhevskaya cattlebreed (n = 27). Animals of the Simmental (n = 28) and Holstein (n = 29) breeds were selected as a comparison group, since they participated in the formation of the Bestuzhevskaya cattlebreed. Samples of the Simmental and Holstein breeds were taken from the genetic material bank of domestic and wild species of animals and poultry of the All-Russian Institute of Animal Husbandry L.K. Ernst. Genotyping was performed using BovineSNP50 BeadChip DNA chips (Illumina Inc., USA). Genomic inbreeding was assessed using the coefficient of inbreeding calculated on the basis of the run length homozygosity (FROH) and the index of standardized multilocus heterozygosity (sMLH). Studies have shown that genomic inbreeding in the Bestuzhevskaya cattlebreed is higher than in the Simmental breed, but lower than in the Holstein breed. The values of the level of heterozygosity in animals of the Bestuzhevskaya and Simmental breeds are approximately the same, but significantly exceed this indicator calculated for the Holstein breed. Cluster analysis showed that, although the Simmental cattle participated in the formation of the Bestuzhev breed at a certain stage, the current population of the Bestuzhevskaya cattle carries an insignificant amount of genetic components characteristic of Simmental animals, being an independent breed clearly differentiated from their ancestors.

Keywords: cattle breeding, inbreeding, bestuzhevsky cattle, biodiversity, cattle

Citation. Mishina, A.I. and Abdelmanova, A.S. (2021), "Current state of the bestuzhevskaya cattle breed", Izvestya of Saint-Petersburg State Agrarian University, vol. 65, no. 4 pp. 80-87, (In Russ.), doi: 10.24412/2078-1318-2021 -4-80-87

Financial support. The research was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, theme of state assignment No. 0445-2019-0024.

Введение. Первое упоминание о создании крупного рогатого скота бестужевской породы встречается в 1810 г. в Симбирской губернии (Дмитриев Н.Г., 1978.; Эрнст Л.К. и др., 1984; Лискун Е.Ф., 1928). Местный скот скрещивали с животными шортгорнской и голландской породы, завезенными из Англии. В последующие годы поместных животных улучшали скотом холмогорской, симментальской, ольденбургской, вильстермаршской, брейтенбургской, ангусской и абердинской пород. Крупный рогатый скот симментальской породы внес наиболее значимый вклад в формирование породы. Официальной датой признания породы считается 1869 г., племенная книга ведется с 1924 г. [1]. Животных бестужевской породы относят к молочно-мясному типу. Так как в формировании породы участвовали животные различных пород, многие представители отличаются неоднородным экстерьером. Масть породы - красная, разной интенсивности, некоторые животные несут белые отметины на голове, нижней части туловища и вымени. Животные отличаются хорошими адаптационными способностями к континентальному климату Поволжья.

В связи с интенсификацией животноводства наблюдается явление массового улучшения локальных пород коммерческими с целью повышения продуктивности. Однако подобная тенденция ставит локальные породы на грань исчезновения ввиду полного поглощения улучшающей породой. Так, численность бестужевского скота на начало 1990 г. составляла 982 тыс. голов, а всего через 20 лет, в 2019 году, сократилась в 60 раз и составила 17,06 тысячи голов. Причем негативная тенденция сохраняется по сей день: в 2020 г. численность упала до 15,29 тысячи голов.

Из-за уменьшения общего поголовья скота повышается риск близкородственного скрещивания животных, что ведет к избытку гомозигот, которые могут нести рецессивные летальные признаки [2, 3].

Цель исследования. Так как сохранение отечественного скота местного происхождения в качестве резервов генетического разнообразия является важной задачей современной селекции, целью нашей работы было исследование популяции бестужевского скота в сравнительном аспекте с коммерческими породами.

Материалы, методы и объекты исследований. Исследования проводили на базе ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста. Для анализа были отобраны чистопородные неродственные животные (не имеющие близких родственников в четырех рядах предков) бестужевской породы в количестве 27 голов. В качестве групп сравнения были взяты ранее генотипированные профили крупного рогатого скота голштинской и симментальской породы. Конечная выборка включала в себя животных бестужевской (BSTZH, n=27), симментальской (SIMM, n=28) и голштинской (HLST, n=29) пород.

Материалом для исследования служили кровь и ушные выщипы животных бестужевской породы. Выделение ДНК осуществляли с использованием колонок Nexttec в соответствии с инструкцией производителя. Концентрацию ДНК определяли с помощью флуориметра Qubit 3. Для генотипирования использовали ДНК-чипы BovineSNP50 BeadChip (Illumina Inc., USA). Контроль качества генотипирования осуществляли в программе PLINK v.1.07. Статистическую обработку и визуализацию данных выполняли в программной среде R 3.5.0 (http:// www.Rproject.org).

В ходе исследований определяли дивергенцию изучаемых пород и генетическую структуру популяций. Для оценки дивергенции пород выполняли анализ главных компонент (Principal component analysis, PCA). Кластерный анализ для определения структуры популяции осуществляли в программе Admixture 1.3 и визуализировали с использованием R-пакета pophelper [4, 5]. Для оценки степени геномного инбридинга на основании полученных полногеномных данных с помощью R-пакета inbreedR рассчитывали показатели стандартизированной мультилокусной гетерозиготности (sMLH) [6]. Расчет индивидуального инбридинга FROH проводили «последовательным» методом в R-пакете detectRUNS [7, 8]. Минимальную длину ROH при формировании сегментов устанавливали на уровне 500 kb, минимальное количество SNP в сегменте составляло 42. При анализе допускали наличие

одного гетерозиготного и одного негенотипированного локуса. Визуализацию данных выполняли с использованием R-пакета ggplot2.

Результаты исследований. Метод оценки главных компонент (PCA) четко разделил животных на 3 группы (рис.1). Видно, что животные бестужевской породы образовали наиболее неоднородный кластер, что свидетельствует о большем разнообразии, чем у исследуемых групп симментальной и голштинской пород.

С1 (10.75%) С1 (10.75%)

-•- BSTZH — SIMM HLST

Рисунок 1. Распределение исследованных животных в пространстве двух координат на основании генотипов по SNP-маркерам: BSTZH - бестужевская порода;

HLST - голштинская порода; SIMM - симментальская порода Figure 1. Distribution of the studied animals in the space of two coordinates based on genotypes by SNP markers: BSTZH - Bestuzhev cattle; HLST - Holstein cattle; SIMM - Simmental cattle

Кластерный анализ структуры популяций, проведенный в программе Admixture (рис. 2), показал четкую дифференциацию всех трех исследуемых пород друг от друга. Так при числе кластеров K = 2 произошло отделение бестужевской и симментальской породы от голштинской, а при K = 3 наблюдалось разделение двух вышеописанных пород. Доля геномного компонента голштинской породы в чистокровных бестужевской и симментальской породах (BSTZH, SIMM) была незначительной. У некоторых особей бестужевской породы наблюдаются геномные компоненты, характерные для симментальской, что свидетельствует об общих предках. Однако в целом животные бестужевской породы несут уникальные аллели, отличающие их от улучшающих трансграничных пород. Следует отметить, что, согласно расчету ошибки перекрестной проверки (CV), наиболее вероятное число кластеров в нашей выборке было равно трем (рис. 2).

Рисунок 2. Кластерная структура изучаемой выборки крупного рогатого скота Figure 2. Cluster structure of the studied sample of cattle

По результатам анализа геномного инбридинга Е(КОН) становится видно, что животные бестужевской породы обладают более высоким уровнем инбридинга по сравнению с животными симментальской породы, но более низким, чем у животных голштинской породы

(рис. 3).

Рисунок 3. Сравнение коэффициентов геномного инбридинга (FROH) у исследованных пород Figure 3. Comparison of genomic inbreeding coefficients (FROH) in the studied breeds

Что касается расчета стандартизированной мультилокусной гетерозиготности бМЬИ, на графике видно, что у исследуемой популяции бестужевского скота значения медианы выше, чем у групп голштинского и симментальского скота, однако у животных симментальской породы значение межквартильного размаха незначительно выше (рис.4).

Рисунок 4. Сравнение коэффициентов стандартизированной мультилокусной гетерозиготности

(sMLH) у исследованных пород Figure 4. Comparison of the coefficients of standardized multilocus heterozygosity (sMLH)

in the studied breeds

Необходимо отметить, что в бестужевской породе выявлены животные с чрезвычайно низкими значениями мультилокусной гетерозиготности и высокими значениями геномного инбридинга, что свидетельствует о негативной тенденции близкородственных спариваний в породе ввиду катастрофического снижения ее численности.

Непрерывные гомозиготные участки (runs of homozygosity, ROH) в соответствии с длиной обнаруженных гомозиготных фрагментов распределили на следующие классы: короткие - 0,5 - Мб, средние - 2 - 4 и 4 - 8 Мб, длинные - 8 - 6 и >16 Мб (рис. 5).

0-2 2-4 4-8 8-16 >16

Классы длины ROH

Рисунок 5. Распределение пробегов гомозиготности (ROH) в соответствии с длиной фрагментов

по классам у исследованных пород Figure 5. Distribution of runs of homozygosity (ROH) in accordance with the length of the fragments

by classes in the studied breeds

Среднее число и средняя протяженность фрагментов коротких и средних классов длины в бестужевской породе превышали величины аналогичных показателей у симментальской породы и были ниже, чем у животных голштинской породы. Следует отметить, что у животных бестужевской породы обнаружено несколько больше фрагментов длиной более 16 Мб, что может указывать на недавний инбридинг.

Выводы. Был проведен анализ чистопородных животных бестужевской породы. Исследования показали, что крупный рогатый скот бестужевской породы обладает более высоким уровнем инбридинга, по сравнению с животными симментальской породы, и более низким, по сравнению с животными голштинской породы. Кроме того, уровень гетерозиготности у животных бестужевской и симментальской породы примерно одинаков, а в сравнении с голштинскими животными значительно выше. У некоторых особей бестужевской породы наблюдаются геномные компоненты, характерные для симментальской, что свидетельствует об общих предках. Однако в целом животные бестужевской породы несут аллели, в значительной степени отличающие их от улучшающих трансграничных пород.

Таким образом, в настоящее время порода представляет собой группу животных, несущих уникальные аллельные сочетания, и может служить в качестве резерва биологического разнообразия. Однако катастрофическое снижение поголовья уже приводит к повышению инбридинга в породе и грозит вырождением или полным исчезновением этой породы в случае, если такая негативная тенденция сохранится в дальнейшем.

Список источников литературы

1. Солдатов А. П. Бестужевская порода // Полный каталог пород домашних животных. - М.: Эксмо-Пресс, 2001. - С. 18-19. - 128 с.

2. Генетические ресурсы животных: развитие исследований аллелофонда российских пород крупного рогатого скота. - Миниобзор / Зиновьева Н.А., Сермягин А.А., Доцев А.В. и др. // Сельскохозяйственная Биология. - 2019. - Том 54, № 4. - С. 631-641. doi: 10.15389/agrobiology.2019.4.631rus.

3. Характеристика генетического разнообразия современных и исторических популяций КРС с использованием микросателлитных маркеров / А. С. Абдельманова, А. И. Мишина, В. В. Волкова [и др.] // Актуальные проблемы ветеринарной медицины, зоотехнии и биотехнологии (Москва, 20-22 ноября 2019 года). - Москва: Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии - МВА имени К.И. Скрябина, 2019. - С. 317-319.

4. Francis RM. Pophelper: an R package and web app to analyse and visualize population structure//Molecular Ecology Resources. 2016. Vol 17. №1: Pp. 27-32. doi:10.1111/1755-0998.12509

5. Halder I, Shriver MD. Measuring and using admixture to study the genetics of complex diseases//Human Genomics. 2003. Vol 1. Pp. 52-62 doi:10.1186/1479-7364-1-1-52

6. Jensen H, Bremset EM, Ringsby TH, Saether BE. Multilocus heterozygosity and inbreeding depression in an insular house sparrow metapopulation//Molecular Ecology Resources. 2007. Vol 16. №19. Pp. 4066-4078, doi: 10.1111/j .1365-294X.2007.03452.x

7. Ceballos F, Joshi P., Clark D. et al. Runs of homozygosity: windows into population history and trait architecture//Nature Reviews Genetics. 2018. Vol 19. Pp. 220-234. doi:10.1038/nrg.2017.109

8. Curik I, Ferencakovic M, Solkner J. Inbreeding and runs of homozygosity: A possible solution to an old problem//Livestock Science. 2014. Vol 166. Pp. 26-34 doi:10.1016/j.livsci.2014.05.034.

References

1. Soldatov, A.P. (2001), Bestuzhevskaya poroda, [Bestuzhevskaya breed] Polnyj katalog porod domashnih zhivotnyh, M.: Eksmo-Press, 128pp. Russian

2. Zinov'eva, NA, Sermyagin, AA, Dotsev, AV, et al. (2019), Geneticheskie resursy zhivotnykh: razvitie issledovanii allelofonda rossiiskikh porod krupnogo rogatogo skota [Animal genetic resources: development of studies of the allele pool of Russian cattle breeds - mini-review], Sel'skokhozyaistvennaya biologiya; 54(4):631-41. Russian, doi: 10.15389 / agrobiology.2019.4.631rus

3. Abdelmanova, A.S., Mishina, A.I., Volkova. V.V., et. al. (2019), Kharakteristika geneticheskogo raznoobraziya sovremennykh i istoricheskikh populyatsii KRS s ispol'zovaniem mikrosatellitnykh markerov [Characteristics of the genetic diversity of modern and historical populations of cattle using microsatellite markers] Aktual'nye problemy veterinarnoj mediciny, zootekhnii i biotekhnologii; 1: pp. 317-319. Russian

4. Francis, R.M. (2016), Pophelper: an R package and web app to analyse and visualize population structure. Molecular Ecology Resources; 17(1):27-32. doi: 10.1111/1755-0998.12509

5. Halder, I., Shriver, M.D. (2003), Measuring and using admixture to study the genetics of complex diseases. Human Genomics;1:52-62 doi: 10.1186/1479-7364-1-1-52

6. Jensen, H., Bremset, E.M., Ringsby, T.H., Saether, B.E. (2007), Multilocus heterozygosity and inbreeding depression in an insular house sparrow metapopulation, Molecular Ecology Resources, 16 (19): 4066 -78. doi: 10.1111/j.1365-294X.2007.03452.x

7. Ceballos, F., Joshi, P., Clark, D. et al. (2018), Runs of homozygosity: windows into population history and trait architecture. Nature Reviews Genetics, 19: 220-34. doi: 10.1038/nrg.2017.109

8. Curik, I., Ferencakovic, M., Solkner, J. (2014), Inbreeding and runs of homozygosity: A possible solution to an old problem, Livestock Science, 166:26-34, doi: 10.1016/j.livsci.2014.05.034.

Cведения об авторах

Мишина Арина Игоревна - младший научный сотрудник лаборатории функциональной и эволюционной геномики животных, Федеральный научный центр животноводства - ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста, spin-код: 2157-1051, Scopus author ID: 57215082429, Researcher ID: AAV-3810-2021.

Абдельманова Александра Сергеевна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории функциональной и эволюционной геномики животных, Федеральный научный центр животноводства - ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста, spin-код: 9320-8756, Scopus author ID: 57214725435, Researcher ID: AAC-3769-2019.

Information about the authors Arina I. Mishina - Junior Researcher, Laboratory of Functional and Evolutionary Animal Genomics, Federal Research Center for Animal Husbandry named after Academy Member L.K. Ernst, spin-код: 2157-1051, Scopus author ID: 57215082429, Researcher ID: AAV-3810-2021.

Aleksandra S. Abdelmanova - Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, Laboratory of Functional and Evolutionary Genomics, Federal Research Center for Animal Husbandry named after Academy Member L.K. Ernst, spin-код: 9320-8756, Scopus author ID: 57214725435, Researcher ID: AAC-3769-2019.

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 10.11.2021 г.; одобрена после рецензирования 09.12.2021 г.; принята к публикации 13.12.2021 г.

The article was submitted 10.11.2021; approved after reviewing 09.12.2021; accepted after publication 13.12.2021.

Научная статья

УДК 636.082.2:798(470+571)

doi: 10.24412/2078-1318-2021 -4-87-95

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРЛОВСКОЙ РЫСИСТОЙ ПОРОДЫ В КЛАССИЧЕСКИХ ВИДАХ КОННОГО СПОРТА И ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ПОРОДЫ, ВЫСТУПАВШИХ В СПОРТЕ В 2017-2020 гг.

Марина Александровна Политова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение ВНИИ племенного дела, ул. Ленина, стр.13, пос. Лесные Поляны, Московская область, 141212, Россия; politova-marina@yandex.ru; http://orcid.org/ 0000-0003-1753-1716

Реферат. Заводчики многих отечественных пород испытывают сложности с реализацией продукции. На фоне роста поддержки орловской рысистой породы увеличилась и численность маточного поголовья. Однако доля лошадей, испытываемых на ипподромах, а также объем финансирования закрытых призов для представителей этой породы остается неизменным, что делает особенно актуальным поиск новой ниши для орловского рысака. Исторически лошади рысистых пород попадали и в классические дисциплины конного спорта (выездка, конкур, троеборье), а развитие упряжного спорта (драйвинга) под эгидой Федерации конного спорта России открыло им еще одну потенциальную рыночную нишу. Поэтому вопрос пригодности современной популяции орловской рысистой породы для использования вне ипподромных испытаний представляется актуальным. В работе проанализирована история использования орловских рысаков в классических видах конного спорта с учетом динамики численности представителей породы, представлена характеристика популяции спортивных лошадей