БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2020.2.257rus

УДК 636.2:636.082:577.21

Исследования выполнены при поддержке Минобрнауки России (тема № AAAA-A18-118021590134-3) и Минсельхоза России (тема № АААА-А19-119031590044-3).

 

ОЦЕНКА ГЕНОМНОЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ ПРОДУКТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ У ЖИВОТНЫХ ГОЛШТИНИЗИРОВАННОЙ ЧЕРНО-ПЕСТРОЙ ПОРОДЫ НА ОСНОВЕ GWAS АНАЛИЗА И ROH ПАТТЕРНОВ

А.А. СЕРМЯГИН1, О.А. БЫКОВА2, О.Г. ЛОРЕТЦ2, О.В. КОСТЮНИНА1,
Н.А. ЗИНОВЬЕВА1

Для рационального использования накапливаемой информации племенного учета в стадах молочного скота требуется создание эталонных, или референтных, групп животных, имеющих высокую достоверность оценки племенной ценности. Это необходимо при генетической оценке, а также при геномной селекции. Однако без качественного фенотипирования создание таких групп невозможно. Нужны данные о геномной вариабельности признаков фенотипа у животных разных генераций с использованием результатов полногеномного анализа (genome-wide association study, GWAS) и паттернов гомозиготности (runs of homozygosity, ROH). Высокопродуктивное стадо голштинизированного черно-пестрого скота Урала представляет собой релевантный объект как для модельных исследований, так и для пополнения референтной популяции скота России. Новизна выполненной нами работы заключается в оценке динамики изменчивости геномного инбридинга (FROH) в поколениях животных (мать матери—мать—дочь) и его сопоставлении с непосредственной геномной племенной ценностью (direct genomic values, DGV), а также в поиске новых механизмов подтверждения научной гипотезы об использовании ограниченного набора экспериментальных данных в GWAS. Объектом исследований были 76 коров и телок голштинизированной черно-пестрой породы, а также 9 голштинских быков-производителей, генотипированных примерно по 139 тыс. SNP (single nucleotide polymorphism) на платформе Bovine GGP HD («Illumina/Neogen», США). Для расчета DGV по выборке животных использовалась российская референтная группа скота (591 гол.). GWAS и ROH анализы проведены на основе 110448 SNP. Достоверность (p-values) полногеномных ассоциаций с прямыми фенотипами коров колебалась от 2,31×10-5 до 1,08×10-7. Обнаружены локусы количественных признаков на аутосомах BTA1, BTA2, BTA5, BTA7, BTA8, BTA10, BTA11, BTA12, BTA14, BTA16, BTA20, BTA21 и BTA26. Для величины удоя детектирован регион на BTA14 (1,44-1,59 Mb) с генами ZNF16, ARHGAP39 и ZNF7, сопряженными с повышенным выходом молочного жира. Для числа осеменений выявлен ряд SNP, локализованных в генах (ARHGAP31) либо в непосредственной близости от них (SERPINA5) и связанных с интенсивностью развития до половозрелого состояния, а также овариальной функцией у животных. Приведена характеристика ROH в зависимости от длины их фрагментов в геноме. Определены консервативные гомозиготные участки на хромосомах BTA12, BTA14, BTA26 и BTA29 с входящими в них наиболее значимыми генами, которые потенциально связаны с давлением отбора в исследуемой популяции преимущественно по признакам молочной продуктивности, репродукции и качественным параметрам оценки вымени. Величина FROH достоверно (р < 0,05-0,001) увеличивалась в поколениях потомок—родитель: на +0,012, или 1,2 %, для матерей и на +0,029 для дочерей. Наибольшие значения геномного инбридинга (FROH = 0,135) отмечены для быков-отцов коров (поколение матерей) и телок (поколение дочерей). Каждая последующая генерация особей показывала среднее увеличение DGV по удою на +94,2 кг, по количеству молочного жира на +4,4 кг и белка — на +3,0 кг, что достаточно четко отражает стратегию на улучшение признаков молочной продуктивности в стаде при получении новых генотипов скота. Таким образом, показано, что на основе поиска ассоциаций и локусов, находящихся под селекционным давлением, можно оценить изменчивость прямых фенотипов крупного рогатого скота, используя ее как модель для исследований геномной вариабельности в отдельно взятом стаде.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, GWAS-анализ, ROH паттерны, референтная популяция, геномный инбридинг, геномная оценка, молочная продуктивность, фертильность.

 

 

GENOMIC VARIABILITY ASSESS FOR BREEDING TRAITS IN HOLSTEINIZATED RUSSIAN BLACK-AND-WHITE CATTLE USING GWAS ANALYSIS AND ROH PATTERNS

A.A. Sermyagin1, O.A. Bykova2, O.G. Loretts2, O.V. Kostyunina1, N.A. Zinovieva1

For using the pedigree information recorded in dairy herds rational, the creation of reference groups with a high reliability the estimated breeding value of animals is required. This is a necessary requirement not only for the genetic assessment procedure, but also for the introduction of genomic selection methods. However, without high-quality phenotyping cannot be this achieved. Therefore, it seems relevant to conduct model studies using the highly productive herd of Holsteinizated Russian Black-and-White cattle in the Urals as an example to study the genomic variability of phenotypic traits in animals’ different generations using data from genome-wide analysis (GWAS) and runs of homozygosity (ROH), as well as to replenish the Russian reference population. The novelty of the work is to assess the dynamics of genomic inbreeding variability (FROH) in animal generations (“dam of mother”—“mother”-“daughter”) and its comparison with direct genomic value (DGV), as well as the search for new mechanisms to confirm the scientific hypothesis of using a limited experimental dataset in GWAS. The object of this research was 76 cows and heifers of Holsteinizated Russian Black-and-White breed, as well as 9 Holstein sires genotyped for 139 thousand SNPs by the Bovine GGP HD platform (Illumina/Neogen, USA). To calculate the DGVs of studied animals the Russian reference bulls and cows group that include 591 individuals was used. GWAS and ROH analyzes were performed based on 110448 SNPs. The reliability (p-values) of genome-wide associations with direct cows’ phenotypes ranged from 2.31×10-5 to 1.08×10-7. Quantitative traits loci on autosomes BTA1, BTA2, BTA5, BTA7, BTA8, BTA10, BTA11, BTA12, BTA14, BTA16, BTA20, BTA21, and BTA26 were found. For milk yield a region on BTA14 (1.44-1.59 Mb) with the genes ZNF16, ARHGAP39, ZNF7 associated with an increased fat milk yield was detected. For the number of inseminations found SNPs included into the genes (ARHGAP31) or located close to the genes (SERPINA5) and associated with the growth intensity to a mature state, as well as ovarian function in animals. The characteristic of ROHs depending on the length of their fragments in the genome is given. Conservative homozygous regions on BTA12, BTA14, BTA26, and BTA29 and the most significant genes entering them were identified, which are potentially associated with selection pressure in the studied population mainly by milk production traits, reproduction, and udder type measurement parameters. The value of FROH significantly (р < 0.05-0.001) increased in the offspring—parent generations: by +0.012 or 1.2 % for mothers, and +0.029 for daughters. The highest values of FROH = 0.135 were noted for bulls that were signed as fathers of cows (generation of “mother”) and heifers (generation of “daughter”). Each subsequent generation of individuals showed an average increase in DGV for milk yield by +94.2 kg, fat milk yield by +4.4 kg and protein milk yield by +3.0 kg, reflecting clear the strategy to improve milk production traits in the herd for obtaining new cattle genotypes. Thus, the possibilities for assessing the variability of direct cattle phenotypes, as a model for studying genomic variability in a single herd, based on the search for associations and loci in the genome under selection pressure are shown.

Keywords: cattle, GWAS, ROH, reference population, genomic inbreeding, genomic evaluation, milk production, fertility.

 

1ФГБНУ ФНЦ животноводства
ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста,
142132 Россия, Московская обл., г.о. Подольск, пос. Дубровицы, 60,
e-mail: alex_sermyagin85@mail.ru ✉, kostolan@mail.ru, n_zinovieva@mail.ru;
2ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный
университет,

620075 Россия, Свердловская область, г. Екатеринбург,
ул. Карла Либкнехта, 42,
e-mail: olbyk75@mail.ru, rector.urgau@yandex.ru

Поступила в редакцию
31 января 2020 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML