doi: 10.15389/agrobiology.2022.6.1101rus
УДК 636.294:636.082:577.21
При выполнении исследований использовали оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 21-16-00071 (исследования диких образцов, а также чукотской, эвенской и эвенкийской пород) и при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (исследования ненецкой породы).
ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ДОМАШНИХ И ДИКИХ ПОПУЛЯЦИЙ СЕВЕРНОГО ОЛЕНЯ (Rangifer tarandus L., 1758) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАРКЕРОВ ЯДЕРНОГО И МИТОХОНДРИАЛЬНОГО ГЕНОМОВ
О.А. КОШКИНА, А.Д. СОЛОВЬЕВА, Т.Е. ДЕНИСКОВА,
В.Р. ХАРЗИНОВА✉, Н.А. ЗИНОВЬЕВА
Северный олень (Rangifer tarandus L., 1758) — важный биологический вид, играющий ключевую роль в жизни народов Крайнего Севера России. Из-за изменения климата и антропогенных воздействий он может оказаться под угрозой исчезновения, поэтому изучение и сохранение генетического разнообразия северного оленя остается актуальной задачей. В представленной работе мы впервые дали характеристику генетического разнообразия северных оленей, обитающих на территории Российской Федерации, выявили филогенетические связи и дали оценку степени дифференциации исследованных животных с использованием комплексного молекулярно-генетического подхода, который заключался в анализе ядерного и митохондриального геномов. Нашей целью была оценка генетического разнообразия, генетической структуры и филогенетических взаимоотношений домашних и диких популяций северного оленя, разводимых на территории Российской Федерации, на основе полных последовательностей гена CytB митохондриальной ДНК и полиморфизма локусов микросателлитов. Исследования проводили в 2022 году. Материалом служили срезы с рогов северного оленя. Выборка включала диких северных оленей тундровой популяции (WLD), домашних оленей ненецкой (NEN), чукотской (CHU), эвенской (EVN) пород, а также красноярской (EVK_KRA) и якутской (EVK_YAK) популяций эвенкийской породы. Для исследования мтДНК были отобраны 123 неродственные особи. Микросателлитный анализ проводили у 213 особей домашних пород и 119 представителей дикой популяции. Полные последовательности гена CytB определяли с использованием NGS (next generation sequencing) технологии (секвенатор miSeq, «Illumina, Inc.», США). Полиморфизм 9 STR (short tandem repeat) локусов (NVHRT21, NVHRT24, NVHRT76, RT1, RT6, RT7, RT9, RT27, RT30) определяли с помощью фрагментного анализа (генетический анализатор ABI3130xl, «Applied Biosystems», США). Для оценки генетического разнообразия каждой группы северных оленей рассчитывали показатели митохондриальной (число полиморфных сайтов S, среднее число нуклеотидных различий K, число гаплотипов H, гаплотипическое разнообразие HD, нуклеотидное разнообразие p) и микросателлитной (аллельное разнообразие, вычисленное с применением процедуры рарификации AR, наблюдаемая HO и несмещенная ожидаемая uHE гетерозиготность, несмещенный коэффициент инбридинга FIS) изменчивости. Степень генетической дифференциации групп оценивали на основании попарных значений FST и JostD. Статистическую обработку данных выполняли с использованием программ MEGA 7.0.26, PopART 1.7, PartitionFinder 2, Arlequin 3.5.2.2, MrBayes 3.2.7, FigTree 1.4.3, DnaSP 6.12.01, SplitsTree 4.14.5, STRUCTURE 2.3.4 и R пакетов diveRsity, pophelper, аdegenet и ggplot2. Анализ последовательностей гена CytB мтДНК показал, что все популяции характеризовались высоким гаплотипическим HD = 0,519 (CHU)-0,997 (WLD) и нуклеотидным разнообразием p = 0,00238 (CHU)-0,00626 (WLD). По мтДНК обособленной генетической структуры исследуемых популяций северного оленя мы не выявили. При анализе микросателлитной изменчивости значения аллельного разнообразия находились в пределах от 6,188 у CHU до 8,76 у WLD. Во всех шести популяциях наблюдаемая гетерозиготность варьировала от 0,566 (CHU) до 0,687 (EVK_YAK) и 0,693 (WLD). Все группы северного оленя характеризовались дефицитом гетерозигот, на что указывали положительные значения индекса фиксации FIS = 0,11 (EVK_YAK)-0,262 (EVK_KRA). Анализ структуры генетической сети показал дифференциацию чукотской породы от остальных, о чем свидетельствуют наивысшие показатели индекса FST и критерия JostD — от 0,203 и 0,488 у EVK_KRA до 0,212 и 0,564 у EVN. Как по ядерным, так и по митохондриальным маркерам популяция диких оленей отличалась от одомашненных популяций более высоким генетическим разнообразием. Можно предположить, что так или иначе селекционная работа с домашними породами северного оленя привела к созданию уникальных массивов животных, отличающихся от исходных диких сородичей. Тем не менее как домашняя, так и дикая популяции характеризовались высокой генетической изменчивостью.
Ключевые слова: Rangifer tarandus, северный олень, генетическое разнообразие, филогенетическая оценка, митохондриальная ДНК, микросателлитные локусы.
O.A. Koshkina, A.D. Solovieva, Т.Е. Deniskova, V.R. Kharzinova✉,
N.А. Zinovieva
The reindeer (Rangifer tarandus L., 1758) is an important biological species that plays a key role in the supporting livelihood of the peoples of the Far North of Russia. Due to climate change and anthropological impacts, this species may be endangered, therefore, in the modern world, the study and conservation of the genetic diversity of the reindeer is relevant. In this work, for the first time, the genetic variability responsible for the differentiation of domestic and wild forms of the reindeer was studied using an integrated molecular genetic approach, which consisted in the analysis of nuclear and mitochondrial genomes. Our aim was to evaluate the genetic diversity, genetic structure, and phylogenetic relationships of domestic and wild populations of reindeer bred in the Russian Federation based on complete mitochondrial DNA CytB gene sequences and microsatellite loci polymorphism. The research was carried out in 2022. Cuts from reindeer antlers served as material. The sample included wild reindeer from the tundra population (WLD), as well as domestic reindeer from Nenets (NEN), Chukchi (CHU), Even (EVN) and Evenk breeds comprising the Krasnoyarsk (EVK_KRA) and Yakut (EVK_YAK) populations. For the study of mtDNA, 123 unrelated individuals were selected. Microsatellite analysis was performed in 213 individuals of domestic breeds and 119 representatives of the wild population. The complete sequences of the CytB gene were determined using next generation sequencing (NGS) on a miSeq sequencer (Illumina, Inc., USA). Polymorphism of nine STR loci (NVHRT21, NVHRT24, NVHRT76, RT1, RT6, RT7, RT9, RT27, RT30) was investigated by fragment analysis using an ABI3130xl genetic analyzer (Applied Biosystems, USA). To assess the genetic diversity of each group of reindeer, indicators of mitochondrial variability (number of polymorphic sites S, average number of nucleotide differences K, number of haplotypes H, haplotype diversity HD, nucleotide diversity π) and microsatellite variability (rarefied allelic richness AR, observed heterozygosity HO, unbiased expected heterozygosity uHE, unbiased inbreeding coefficient FIS) were calculated. The degree of genetic differentiation between groups was assessed based on pairwise FST and JostD values. Statistical processing of the raw data was performed using the programs MEGA 7.0.26, PopART 1.7, PartitionFinder 2, Arlequin 3.5.2.2, MrBayes 3.2.7, FigTree 1.4.3, DnaSP 6.12.01, SplitsTree 4.14.5, STRUCTURE 2.3.4 and R packages diveRsity, pophelper, adegenet and ggplot2. Analysis of mtDNA CytB gene sequences showed that all studied populations were characterized by high haplotype diversity, HD = 0.519 (CHU)-0.997 (WLD), and nucleotide diversity, p = 0.00238 (CHU)-0.00626 (WLD). Based on the mtDNA analysis no clear genetic structure was revealed in the studied reindeer populations. Analysis of microsatellite variability showed that values of allelic richness ranged from 6.188 in CHU to 8.76 in WLD. In all six populations, observed heterozygosity ranged from 0.566 (CHU) to 0.687 (EVK_YAK) and 0.693 (WLD). All studied reindeer groups were characterized by a deficit of heterozygotes, as indicated by positive values of the fixation index, FIS = 0.11 (EVK_YAK)-0.262 (EVK_KRA). Network analysis showed the differentiation of the Chukotka breed from the rest groups, as evidenced by the highest FST and JostD values, which varied from 0.203 and 0.488 for EVK_KRA to 0.212 and 0.564 for EVN, respectively. Based on both nuclear and mitochondrial markers, wild reindeer populations showed higher genetic diversity compared to domestic populations. It may be assumed that selection work with domestic reindeer breeds led to the creation of unique populations that differ from the original wild relatives. However, both domestic and wild reindeer populations, which were studied in this work, were characterized by high genetic variability.
Keywords: reindeer, Rangifer tarandus, genetic diversity, phylogenetic assessment, mitochondrial DNA, microsatellite loci.
ФГБНУ ФИЦ животноводства — |
Поступила в редакцию |
