УДК 636.2:636.082.12:577.21
doi: 10.15389/agrobiology.2016.2.182rus
Исследования выполнены при поддержке государства в лице Минобрнауки России (уникальный идентификационный номер проекта RFMEFI60414X0062).
ПОЛНОГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ АССОЦИАЦИЙ С ПРОДУКТИВНЫМИ И РЕПРОДУКТИВНЫМИ ПРИЗНАКАМИ У МОЛОЧНОГО СКОТА
В РОССИЙСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ ГОЛШТИНСКОЙ ПОРОДЫ
А.А. СЕРМЯГИН1, Е.А. ГЛАДЫРЬ1, С.Н. ХАРИТОНОВ1, А.Н. ЕРМИЛОВ1,
Н.И. СТРЕКОЗОВ1, Г. БРЕМ1, 2, Н.А. ЗИНОВЬЕВА1
Полногеномный анализ ассоциаций (whole-genome associated study, GWAS) создавался как мощный инструмент для идентификации геномных вариаций, связанных с экономически важными признаками у различных видов сельскохозяйственных животных. Развитие методов геномной селекции открывает новые возможности для улучшения продуктивных и воспроизводительных качеств домашнего скота. Целью настоящих исследований было изучение полногеномных ассоциаций полиморфизмов единичных нуклеотидов (SNP) с племенной ценностью голштинских быков-производителей по признакам молочной продуктивности и воспроизводства. Скрининг SNP проводили с помощью Illumina BovineSNP50K v2 BeadChip у 195 быков-производителей, проверенных по качеству потомства, и 61 молодых быков, оцененных по родословной. Сбор и анализ информации по хозяйственно полезным качествам дочерей быков осуществляли на основе баз данных племенного учета в 77 хозяйствах Московской области. Племенную ценность (EBV) определяли по показателям молочной продуктивности и воспроизводительным качествам: удой за 305 сут лактации (MY), массовая доля жира (FC) и белка (PC), количество молочного жира (FY) и белка (PY), возраст первого отела (CA), трудность отела (CD), кратность осеменений (CR), продолжительность сервис-периода (DO) и стельности (GL), межотельный период (CI). Расчет EBV по каждому из признаков проводили по методологии BLUP Sire Model. Общее число SNP, отобранных по результатам контроля качества, составило 41370. Для расчета прямой геномной племенной ценности (DGV) по методу GBLUP выполняли построение геномной матрицы родства (G). Показатели комбинированной геномной племенной ценности (GEBV) получали на основе значений DGV и EBV. Для повышения достоверности данных GWAS и мощности поиска ассоциаций в целом в анализе использовали геномные оценки племенной ценности как для проверенных ранее, так и для молодых быков-производителей. Тестирование нулевых гипотез значимости ассоциаций осуществляли по критериям Бонферрони и ожидаемой доле ложных отклонений (LocFdr). Значения коэффициентов наследуемости для признаков воспроизводства колебались от 0,035 для CR до 0,221 для CA, тогда как для показателей молочной продуктивности они достигали более высоких значений — от 0,250 для FC до 0,401 для PC. На основании результатов тестов по Бонферрони и LocFdr было обнаружено несколько высокозначимых SNP для признаков молочной продуктивности и воспроизводства. Для MY установлены достоверные ассоциации ARS-BFGL-NGS-50172 на BTA17 и Hapmap54246-rs29017970 на BTA13. Для FC были картированы консервативные локусы на BTA-104917-no-rs и BTB-01604502 (58 Mb, BTA9), ARS-BFGL-NGS-107379 и ARS-BFGL-NGS-4939 (1,8-2,0 Mb, BTA14), для PC — Hapmap 43278-BTA-50082 (BTA20). Полиморфизмы ARS-BFGL-BAC-7205 (BTA1) и Hapmap48395-BTA-58382 (BTA5) оказались ассоциированы с PY. Получены данные по точной локализации мутаций для признаков репродукции: BTB-01622929 на BTA1 для CA, ARS-BFGL-NGS-89711 на BTA27 для CR, ARS-BFGL-NGS-117881 на BTA5 для DO, BTA-31636-no-rs на BTA1 и Hapmap26774-BTA-163037 на BTA27 для CI. Аддитивный эффект по ряду показателей превышал 9,0 %. В геноме отмечали референтные мутации с высокой степенью значимости в генах TRAFD1, LOC786966, DGAT1, SLC16A7, DUSP26 и CCDC58. Показано, что использование полногеномного анализа позволяет с высокой степенью точности картировать QTL признаков продуктивности и воспроизводства с низкой и умеренной наследуемостью.
Ключевые слова: полногеномный анализ, наследуемость, молочная продуктивность, воспроизводительные качества.
A.A. Sermyagin1, E.A. Gladyr’1, S.N. Kharitonov1, A.N. Ermilov1,
N.I. Strekozov1,
G. Brem1, 2, N.A. Zinovieva1
Genome-wide association study (GWAS) has been proven as a powerful tool for identifying genomic variants associated with economically important traits in domestic animal species. Development of the methods for genomic evaluation opens the new opportunities in improvement of milk production and fertility traits of livestock. The objective of our study was to evaluate the whole-genome associations between single nucleotide polymorphisms (SNPs) and estimated breeding values (EBVs) for milk production and reproduction traits in Russian Holsteins. SNPs screening was performed in 195 progeny-tested and 61 young bulls using Illumina Bovine SNP50 v2 BeadChip. EBVs were calculated for milk production traits (305-d milk yield (MY), milk fat content (FC), milk protein content (PC), milk fat yield (FY) and milk protein yield (PY)) and reproduction performances (age at fist calving (CA), calving difficulty (CD), conception rate (CR), days open (DO), gestation length (GL) and interval between calving (CI)) using BLUP Sire Model approach. In total, 41370 SNPs were selected for the association analysis based on the quality control results. Direct genomic values (DGV) were calculated by GBLUP approach using genomic relationship matrix (G). Genomic EBVs (GEBVs) were calculated as combination of residual polygenic effects (EBV) with the DGV. To increase the probabilities of GWAS values we used the GEBV values for young bulls, whereas deregressed DGV values were used for progeny-tested bulls. The Bonferroni correction test for detection of significant associations and local false discovery rate (LocFdr) were used to check a type I errors in null-cases hypothesis. Heritability coefficient values for reproduction traits ranged from 0.035 for CR to 0.221 CA, whereas for milk production traits they were higher, i.e. from 0.250 for MY to 0.401 for PC. According to the Bonferroni and LocFdr tests, we have identified several high-significant SNPs, which were associated both with milk production and with fertility traits. Two SNPs with the most significant effect on MY were located on BTA17 (ARS-BFGLNGS-50172) and BTA13 (Hapmap54246-rs29017970). The association analysis for milk components revealed four SNPs at conservative regions, which were significantly associated with FC, i.e. BTA-104917-no-rs and BTB-01604502 (58 Mb, BTA9), ARS-BFGL-NGS-107379 and ARS-BFGL-NGS-4939 (1.8-2.0 Mb, BTA14), and one SNP, which was significantly associated with PC — Hapmap 43278-BTA-50082 (BTA20). Polymorphisms ARS-BFGL-BAC-7205 (BTA1) and Hapmap48395-BTA-58382 (BTA5) were associated with PY. Several SNPs were found to be associated with reproduction traits, i.e. BTB-01622929 on BTA1 for CA, ARS-BFGL-NGS-89711 on BTA27 for CR, ARS-BFGL-NGS-117881 on BTA5 for DO, BTA-31636-no-rs on BTA1 and Hapmap26774-BTA-163037 on BTA27 for CI. The significant effects of SNPs explained up to more than 9.0 % of additive genetic variances. Some of the referent mutations with most significant effect were located within or close to the genes TRAFD1, DGAT1, SLC16A7, DUSP26 and CCDC58. Thus, application of a genome-wide analysis allows with high accuracy to detect the QTL for medium and low heritable productive and reproductive traits in Russian Holsteins.
Keywords: genome-wide association analysis, heritability, milk production, fertility traits.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ животноводства |
Поступила |
Оформление электронного оттиска
