doi: 10.15389/agrobiology.2020.2.275rus
УДК 636.4:636.082:575.22:577.21
При выполнении исследований использовалось оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста. Исследования выполнены в рамках ГЗ 0445-2019-0026, рег. № АААА-А18-118021590138-1.
ПОИСК ГЕНОМНЫХ ОБЛАСТЕЙ, НЕСУЩИХ ЛЕТАЛЬНЫЕ РЕЦЕССИВНЫЕ ВАРИАНТЫ У СВИНЕЙ ПОРОДЫ ДЮРОК
О.В. КОСТЮНИНА1, А.С. АБДЕЛЬМАНОВА1, Е.У. МАРТЫНОВА2,
Н.А. ЗИНОВЬЕВА1
Эмбриональные потери у свиней достигают 30 %, и необходимость их снижения не вызывает сомнений. В качестве одного из генетических факторов, обусловливающих эмбриональную смертность, рассматриваются LoF (loss of function) мутации, которые в гомозиготном состоянии приводят к терминации синтеза белка или синтезу нефункциональных белков. Если у крупного рогатого скота проводится интенсивный поиск LoF мутаций, то у свиней такие исследования носят менее масштабный характер. Полногеномные методы анализа с использованием SNP (single nucleotide polymorphism) чипов средней и высокой плотности, равномерно охватывающих весь геном, позволяют применять новые подходы для идентификации позиционных кандидатов для летальных рецессивных аллелей. Один из таких подходов — анализ степени неравновесия по сцеплению (LD) аллелей SNP маркеров. В представленной работе с использованием анализа степени неравновесия по сцеплению мы впервые провели поиск областей в геноме, которые могут быть связаны с летальными рецессивными эффектами у свиней породы дюрок, и выявили ряд наиболее значимых однонуклеотидных полиморфизмов, локализованных в пределах генов и играющих важную роль в различных физиологических процессах. Нашей целью был поиск областей, несущих презумптивно летальные рецессивные варианты у свиней (Sus scrofa) породы дюрок, на основании анализа неравновесия по сцеплению аллелей в SNP локусах. Исследования проводили на 715 хрячках (ООО «Селекционно-гибридный центр», Воронежская обл.) в 2017-2019 годах. Полногеномное генотипирование осуществляли с использованием ДНК-чипов Porcine GGP HD («Neogene/Illumina, Inc.», США), содержащих около 70 тыс. SNP. По результатам контроля качества для анализа был отобран 42981 полиморфный SNP. Поиск референтных последовательностей (reference sequence, rs) и уточнение их локализации проводили в базе данных Ensembl (http://www.ensembl.org). Функциональные аннотации генов выполняли с использованием базы данных GeneCards (http://www.genecards.org). Анализ сохранения генетического равновесия показал наличие 990 SNP с отсутствием одного из гомозиготных генотипов (2,30 % от общего числа полиморфных SNP), которые были распределены между всеми хромосомами свиней, в том числе 205 SNP, находившихся в неравновесии по сцеплению (0,48 %). Наибольшей долей SNP, которые находились в неравновесии по сцеплению, характеризовались хромосомы SSC9 (0,85 %), SSC5 (0,77 %), SSC7 (0,68 %) и SSC2 (0,68 %), наименьшей — хромосомы SSC13 (0,28 %), SSC4 (0,29 %) и SSC10 (0,30 %). Для 52 SNP, 25 из которых были локализованы внутри генов, различия в частоте наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности оказались статистически значимы (p < 0,01). Среди SNP, расположенных в межгенных областях, два (rs81350198 и rs81337222) были ассоциированы с хозяйственно полезными фенотипами (по результатам ранее проведенных GWAS исследований). Для 12 из 25 выявленных позиционных генов-кандидатов (OR4C45, EPHB4, EML4, SLC4A1AP,ZFAT, CELSR2, NEGR1, LRRC32, MYOCD, HUNK, RPH3A и DOCK1) имеется информация о роли в различных процессах в организме млекопитающих, включая развитие нервной системы, ангиогенез, кардиогенез, дифференцировку клеток, апоптоз и многих другие. Интеграция в программы селекционно-племенной работы ДНК маркеров, ассоциированных с летальными фенотипами, в дополнение к ДНК маркерам, идентифицированным по результатам GWAS исследований, существенно повысит эффективность программ маркерной и геномной селекции в свиноводстве.
Ключевые слова: свиньи, неравновесие по сцеплению, летальные варианты, LoF (loss of function), однонуклеотидные полиморфизмы.
SEARCH FOR GENOMIC REGIONS CARRYING THE LETHAL GENETIC VARIANTS IN THE DUROC PIGS
O.V. Kostyunina1, A.S. Abdelmanova1, E.U. Martynova2, N.A. Zinovieva1
The necessity to address the problem of reducing embryonic losses, which in pigs are estimated at the level up to 30 %, is not in doubt. LoF (Loss of Function) mutations, which in the homozygous state can lead to the termination of synthesis or synthesis of non-functional proteins, are considered as one of the genetic factors that cause embryonic mortality. While in cattle, an intensive search for LoF mutations is carried out, in pigs, studies of such mutations are still performed on a smaller scale. Whole-genome analysis using medium- and high-density SNP chips which are uniformly covering the entire genome allows researchers to apply new approaches to identify positional candidates for lethal recessive variants. One of such approaches is the analysis of the level of the linkage disequilibrium (LD) of alleles of SNP markers. The aim of our research was to search for genomic regions that carry presumed lethal recessive variants in Duroc pigs, based on the analysis of the linkage disequilibrium of alleles in SNP loci. Studies were carried out with 715 Duroc boars bred in JSC Top Gen (Voronezh region) in 2017-2019. Whole-genome genotyping was carried out using Porcine GGP HD DNA chips (Neogene/Illumina Inc., USA) containing about 70 thousand SNP. After the quality control, 42981 polymorphic SNP were selected for analysis. Search of reference sequences (rs) and clarification of their localization was carried out using the Ensembl database (http://www.ensembl.org). Functional gene annotations were performed using the GeneCards database (http://www.genecards.org/). Analysis of the maintenance of genetic equilibrium showed the presence of 990 SNPs with the absence of one of the homozygous genotypes (2.30 % of the total number of polymorphic SNPs), which were distributed among all pig chromosomes, including 205 SNPs, which were in the linkage disequilibrium (0.48 %). Chromosomes SSC9 (0.8 %), SSC5 (0.77 %), SSC7 (0.68 %) and SSC2 (0.68 %) were characterized by the highest ratio of SNPs in linkage disequilibrium, while chromosomes SSC13 (0.28 %), SSC4 (0.29 %) and SSC10 (0.30 %) were the lowest. For 52 SNPs, of which 25 SNPs were localized within genes, differences in observed and expected heterozygosity frequencies were statistically significant (p < 0.01). Among SNPs located in intergenic regions, two SNPs (rs81350198 and rs81337222) are associated with important phenotypes from earlier GWAS studies. For 12 of the 25 identified positional candidate genes (OR4C45, EPHB4, EML4, SLC4A1AP, ZFAT, CELSR2, NEGR1, LRRC32, MYOCD, HUNK, RPH3A,and DOCK1), we obtained the information on their role in various processes in organisms of mammals, including nervous system development, angiogenesis, cardiogenesis, cell differentiation, apoptosis and many others. The integration of DNA markers associated with lethal phenotypes into breeding programs, in addition to DNA markers identified by GWAS studies, will significantly improve the efficiency of marker and genomic breeding programs in pigs.
Keywords: pigs, linkage disequilibrium, lethal variants, LoF (loss of function), single nucleotide polymorphisms.
1ФГБНУ ФНЦ животноводства — |
Поступила в редакцию |
