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

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2021.6.1123rus

УДК 636.2:577.21:575.174:575.2

Работа выполнена при поддержке гранта 19-76-20061 РНФ (http://rscf.ru).

 

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА АБОРИГЕННОГО ТАГИЛЬСКОГО СКОТА ПО STR- И SNP-МАРКЕРАМ

Ю.А. СТОЛПОВСКИЙ1 , С.В. БЕКЕТОВ1, Е.В. СОЛОДНЕВА1,
B.М. АБСАЛИКОВ2, А.С. АБДЕЛЬМАНОВА3, Е.А. ГЛАДЫРЬ3,
Н.А. ЗИНОВЬЕВА3

Разведение специализированных пород или нескольких внутрипородных линий снижает породное и генетическое разнообразие поголовья, и, как следствие, создается реальная угроза исчезновения аборигенного скота. Для изучения популяционно-генетической структуры местных пород, обладающих уникальными адаптивными признаками и устойчивостью к ряду заболеваний, чаще всего используют микросателлитный анализ либо более информативный метод полногеномного SNP (single nucleotide polymorphism) генотипирования. История создания тагильской породы насчитывает более 200 лет. В настоящее время в России и в мире осталось единственное генофондное стадо тагильского скота (около 600 гол.), однако молекулярно-генетические характеристики этого ограниченного по численности генофонда остаются недостаточно исследованными. В настоящем сообщении впервые представлены результаты идентификации STR- и SNP-генотипов уникальной местной тагильской породы. Цель работы — микросателлитный анализ (STR) и полногеномный анализ полиморфизма единичных нуклеотидов (SNPs) для оценки генетического разнообразия и установления популяционной структуры современной популяции аборигенного тагильского скота. Генотипы животных тагильской породы (TAGIL, n = 98; СПК им. Шорохова, Пермский край, 2021 год) исследовали методом мультиплексного анализа по 11 микросателлитам (TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA122, INRA023, TGLA126, BM1818, ETH225, BM1824). Для межпородной дифференциации по STR-маркерам методом главных компонент (PCA) привлекали генотипы пород, которые потенциально могли принимать участие в формировании современной популяции тагильского скота (TAGIL), — голштинской (HLST), холмогорской голштинизированной (татарстанский тип) (TAT), холмогорской чистопородной (печорский тип) (PECH), черно-пестрой (старый тип) (Ch_P_OLD), тагильской (TAG) (образцы из банка данных ОНИС БиоТехЖ, 2020 год, https://www.vij.ru/2-obshchaya/226-infrastruktura-test). Для генотипирования TAGIL по SNP-маркерам на основании результатов анализа STR-генотипов отобрали наиболее неродственных животных (n = 48) для охвата максимального спектра генетического разнообразия. Полногеномное генотипирование по SNP-маркерам выполняли с использованием ДНК-чипа высокой плотности GGP Bovine HD 150K BeadChip (~ 150 тыс. SNP, «Illumina, Inc.», США) (108432 SNP до и 62809 SNP после LD-фильтрации). Для анализа результатов генотипирования SNP-маркеров (популяционно-генетическое и филогенетическое исследования) сформировали базу данных полногеномных SNP-генотипов тагильского скота (TAGIL). В качестве группы сравнения в набор данных (data set) ввели животных голштинской породы (HLST) (n = 45). Мы четко дифференцировали породы отобранных животных (тагильскую и голштинскую) с помощью метода PCA. Кластерный анализ на основании генетических дистанций FST объединил животных тагильской и голштинской пород в две большие группы в соответствии с породной принадлежностью. Полногеномное SNP-генотипирование выявило геномные области, в которых аллельные варианты специфичны для тагильской породы. Анализ hapFLK показал наличие пяти районов (p < 0,01) (4-я, 5-я, 8-я, 11-я и 15-я хромосомы, длина от 1,20 Mb на BTA8 до 9,61 Mb на BTA5, число SNPs внутри регионов — от 24 до 92), находящихся под давлением отбора в исследованных группах тагильского скота. По данным STR-маркирования установлено участие холмогорского скота, а также черно-пестрой и голштинской пород в формировании тагильской породы. Отмечена наибольшая интрогрессия голштинского скота, который в последние десятилетия, вероятнее всего, использовался в качестве улучшающей породы для тагильского крупного рогатого скота. Более чем у 50 % животных тагильской породы обнаружен островок ROH (BTA14, позиции 24437778-25098364, длина 0,661 Mb), ранее идентифицированный у ярославской и холмогорской пород в качестве региона, находящегося под давлением отбора. Не исключено, что этот ROH-регион может быть элементом адаптивной генетической системы у аборигенных пород. У 40 % животных тагильской породы дополнительно присутствуют пять островков ROH. Полученные нами данные будут использованы для выявления генов и их вариантов, определяющих адаптивные и хозяйственно значимые признаки тагильской породы, изучения истории формирования ее генетической структуры, разработки регламентов мониторинга для сохранения породной специфичности и биоразнообразия тагильского скота.

Ключевые слова: молочный скот, тагильская порода, микросателлиты, SNP-генотипирование, биоразнообразие.

 

 

ТHE POPULATION-GENETIC STRUCTURE OF NATIVE TAGIL CATTLE BY STR- AND SNP-MARKERS

Yu.A. Stolpovsky1 , S.V. Beketov1, E.V. Solodneva1, V.M. Absalikov2, A.S. Abdelmanova3, E.A. Gladyr3, N.A. Zinovieva3

Rearing specialized cattle breeds or several intra-breed lines reduces the breed and genetic diversity and creates a real threat of extinction of native livestock. Microsatellite analysis and genome-wide SNP (single nucleotide polymorphism) genotyping are common methods to study the population genetic structure of local breeds with unique adaptive traits and diseases resistance. The history of the Tagil breed is more than 200 years old. Currently, in Russia and the world, there is the only herd of Tagil cattle of about 600 animals molecular genetic characteristics of which remain insufficiently poor studied. Here we present the first results of identification of STR and SNP genotypes of the unique local Tagil breed. The work aimed to assess genetic diversity and survey the population structure of the modern population of indigenous Tagil cattle by microsatellite analysis (STR) and genome-wide analysis of single nucleotide polymorphism (SNPs). Genotypes of the Tagil animals (TAGIL, n = 98; SPK Shorokhov, Perm Territory, 2021) were studied by multiplex analysis using 11 microsatellites (TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA122, INRA0623, TGL1812 ETH225, BM1824). For interbreed differentiation by STR markers in PCA, we used a set of breeds that could be potentially involved in the formation of the modern population of Tagil cattle (TAGIL) — Holstein (HLST), Kholmogory Holsteinized (Tatarstan type) (TAT), Kholmogorsk purebred (Pechora type) (PECH), black-and-white (old type) (Ch_P_OLD), Tagil (TAG) (samples from the ONIS BioTechZh database, 2020, https://www.vij.ru/2-obshchaya/226-infrastruktura-test). To cover maximum genetic diversity in genotyping of TAGIL by SNP markers, the most unrelated animals (n = 48) were selected based on the results of analysis of STR genotypes. Genome-wide genotyping for SNP markers was performed using a high density GGP Bovine HD 150K BeadChip DNA chip (150,000 SNPs, Illumina, Inc., USA) (10,8432 SNPs before and 62,809 SNPs after LD filtration). A database of genome-wide SNP genotypes of Tagil cattle (TAGIL) was formed to analyze the results of SNP genotyping (population genetic and phylogenetic studies). Holstein animals (HLST) (n = 45) were the reference group. We clearly differentiated the Tagil (TAGIL) and Holstein animals by PCA method. Cluster analysis based on genetic distances FST divided the Tagil and Holstein animals into two separate groups. Genome-wide SNP genotyping revealed genomic regions in which allelic variants are specific for the Tagil cattle (TAGIL). The hapFLK analysis showed five regions (p < 0.01) (chromosomes 4, 5, 8, 11, and 15, from 1.20 Mb on BTA8 to 9.61 Mb on BTA5, the number of SNPs within the regions from 24 to 92) under selection pressure in the Tagil animals (TAGIL). The STR genotyping data showed the participation of the Kholmogory cattle, Black-and-White and Holstein breeds in the Tagil breed formation with the greatest introgression of Holstein cattle which most likely was used to improve Tagil cattle in recent decades. We reveled that more than 50 % of the Tagil animals (TAGIL) have the ROH (BTA14, positions 24437778-25098364, 0.661 Mb) previously identified in the Yaroslavl and Kholmogor breeds as a region under selection pressure. This ROH region may be an element of the adaptive genetic system in indigenous Russian breeds. In 40 % Tagil animals, we additionally identified five ROH islands. The findings of the research will be used to identify genes and their variants that determine adaptive and commercial traits of the Tagil breed, study the formation of its genetic structure, develop monitoring regulations to preserve the Tagil cattle breed specificity and biodiversity.

Keywords: dairy cattle, Tagil breed, microsatellites, SNP genotyping, biodiversity.

 

1ФГБУН Институт общей генетики
им. Н.И. Вавилова РАН,

119333 Россия, ГСП-1, г. Москва, ул. Губкина, 3,
e-mail: tolpovsky@mail.ru , svbeketov@gmail.com,
ugenia.575.2012@yandex.ru;
2Управление сельского хозяйства
Октябрьского района Пермского края,

617860 Россия, Пермский край, рп. Октябрьский,
ул. Ленина, 57,
e-mail: abs1966@gmail.com;
3ФГБНУ ФИЦ животноводства 
ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста,
142132 Россия, Московская обл., г.о. Подольск,
пос. Дубровицы, 60,
e-mail: reevetic@mail.ru, elenagladyr@mail.ru, n_zinovieva@mail.ru

Поступила в редакцию
1 сентября 2021 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML