doi: 10.15389/agrobiology.2019.6.1167rus
УДК 636.294:575.174:575.113:577.2.08
При проведении исследований использовано оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФГБНУ ФНЦ животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста. Исследования выполнены при поддержке РНФ, проект 16-16-10068-П.
РАЗРАБОТКА И ВАЛИДАЦИЯ SNP-ПАНЕЛИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ
ПОПУЛЯЦИЙ СЕВЕРНОГО ОЛЕНЯ (Rangifer tarandus)
В.Р. ХАРЗИНОВА1, Т.Е. ДЕНИСКОВА1, А.В. ДОЦЕВ1,
А.Д. СОЛОВЬЕВА1, Т.М. РОМАНЕНКО2, К.А. ЛАЙШЕВ3,
В.И. ФЕДОРОВ4, И.М. ОХЛОПКОВ5, H. REYER6,
K. WIMMERS6, G. BREM1, 7, Н.А. ЗИНОВЬЕВА1
Северный олень (Rangifer tarandus) — ценный член арктических экосистем и основной вид сельскохозяйственных животных Российского Севера, для которого необходимо проводить анализ генетической структуры и выполнять дифференциацию дикой и домашней форм, пород и популяций с помощью современных методов молекулярно-генетического анализа. Применение ДНК-чипов на основе параллельного генотипирования сотен тысяч SNP-маркеров — эффективный, но дорогостоящий подход для изучения генома северного оленя. В настоящей работе впервые для северного оленя были отобраны однонуклеотидные полиморфизмы, отвечающие критериям SNP-маркеров для создания пользовательского ДНК-чипа. Нашей целью был выбор оптимального числа SNP-маркеров, позволяющих проводить популяционно-генетические исследования северного оленя без потери биоинформационного контента, и сравнительный анализ информативности отобранных и всех полиморфных SNP-маркеров. Исследования проводили на диких и домашних северных оленях в 2019 году. Дикая популяция (WLD, n = 83) включала оленей, обитающих в западной части полуострова Таймыр, и представителей лено-оленекской и сундрунской субпопуляций с территории Республики Саха (Якутия). Группа домашних оленей состояла из животных ненецкой породы, обитающих на территории Ненецкого автономного округа (NEN, n = 100) и Мурманской области (MUR, n = 19), а также эвенской и эвенкийской пород из Республики Саха (Якутия) (YAK, n = 19). Все животные были генотипированы с использованием ДНК-чипа высокой плотности BovineHD BeadChip, который содержал 777962 SNPs («Illumina, Inc.», США). После проведения контроля качества и применения фильтров в анализе осталось 4456 полиморфных SNP-маркеров. В программе TRES по методу Delta было отобрано 368 наиболее информативных SNP-маркеров. Биоинформационную обработку полученных данных проводили в программах Admixture 1.3, PLINK 1.9 и пакетах R (ggplot2, adegenet 1.3-1, pophelper, diveRsity). Показано, что среди отобранных 368 SNPs преобладали маркеры с высокой частотой минорного аллеля (70 % с MAF ≥ 0,3), тогда как из 4456 маркеров около 50 % имели MAF ≤ 0,1. При сравнении результатов анализа главных компонент (PCA), дискриминантного анализа главных компонент (DAPC) и кластерного анализа не было обнаружено потери информационной ценности 368 SNPs по сравнению с использованием 4456 маркеров. Сопоставляя степень генетических различий на основе попарных значений FST между изучаемыми группами северного оленя, мы показали схожесть характера межпопуляционных связей, оцененного с помощью 4456 и 368 SNP-маркеров. Таким образом, отобранная панель SNP-маркеров может рассматриваться как информативный, универсальный и дешевый вариант при создании пользовательского ДНК-чипа для характеристики дикой и домашней форм северного оленя.
Ключевые слова: Rangifer tarandus, северный олень, SNP-маркеры, ДНК-чипы.
V.R. Kharzinova1, T.E. Deniskova1, A.V. Dotsev1, A.D. Solovieva1,
T.M. Romanenko2, K.A. Laishev3, V.I. Fedorov4, I.M. Okhlopkov5,
H. Reyer6, K. Wimmers6, G. Brem1, 7, N.A. Zinovieva1
Reindeer (Rangifer tarandus) is a valuable member of the Arctic ecosystems and the main livestock species of the Russian North, which require the analysis of the genetic structure and the possibility of addressing the differences between wild and domestic forms, breeds and populations using modern molecular genetic approaches. The use of DNA chips based on parallel genotyping of hundreds of thousands of SNP markers is an effective approach to study the reindeer genome, but at the same time due to a high price, it is not beneficial for wide practical application. In this regard, the aim of our work is to select the optimal number of SNP markers that allow conducting population and genetic studies of reindeer without loss of bio-informatics content. The sample collection included wild deer (WLD, n = 83) inhabiting the Taimyr Peninsula and the Republic of Sakha (Yakutia), and domestic deer of the Nenets breed from the Nenets Autonomous Okrug (NEN, n = 100) and the Murmansk Region (MUR, n = 19), as well as from Even and Evenki breeds from the Republic of Sakha (Yakutia) (YAK, n = 19). All deer were genotyped using a high-density DNA chip BovineHD BeadChip (777,962 SNPs). After quality control and filtering, 4456 polymorphic SNP markers remained in the analysis. In the TRES program, using the Delta method, 368 of the most informative SNP markers were selected. Data processing was performed in the Admixture 1.3, PLINK 1.9 programs and R packages (ggplot2, adegenet 1.3-1, pophelper, diveRsity). It was shown that 70 % from 368 selected SNPs had a high minor allele frequency (MAF ≥ 0.3), while about 50 % from set including 4456 markers had MAF ≤ 0.1. Comparing the results of principal component analysis (PCA), discriminant principal component analysis (DAPC), and cluster analysis, no loss of information value was found for 368 SNPs compared to using the set of 4456 markers. Comparing pairwise FST values between the studied groups of reindeer, the similarity of the interpopulation linkages was demonstrated, based on 4456 and 368 SNP markers, respectively. Thus, the selected panel of SNP markers is an informative, universal for both wild and domestic deer and a cheap approach for creating a custom DNA chip for reindeer.
Keywords: Rangifer tarandus, reindeer, SNP markers, DNA chips.
1ФГБНУ ФНЦ животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста, |
Поступила в редакцию |
