doi: 10.15389/agrobiology.2024.4.620rus
УДК 636.39:575.174
При выполнении исследований было использовано оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (№ FGGN-2024-0015).
ПОИСК СЛЕДОВ СЕЛЕКЦИИ В ГЕНОМАХ ДОМАШНИХ КОЗ (Capra hircus L.), РАЗВОДИМЫХ В РОССИИ, С ПОМОЩЬЮ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОСТРОВКОВ ГОМОЗИГОТНОСТИ
Т.Е. ДЕНИСКОВА1 ✉, А.В. ДОЦЕВ1, М.И. СЕЛИОНОВА2,
А.-М.М. АЙБАЗОВ3, Н.А. ЗИНОВЬЕВА1
Геномы современных популяций сельскохозяйственных животных формировались под влиянием длительной селекции, следы которой можно детектировать с помощью биоинформатических подходов. Так, для анализа инбридинга в популяциях сельскохозяйственных животных используют сегменты гомозиготности (runs of homozygosity, ROH). Более того, ROH подходят для выявления признаков отбора через островки ROH. Распределение сегментов гомозиготности в геномах групп коз, разводимых на территории России, было изучено нами ранее, однако информация о признаках отбора в геноме этих групп коз до сих пор отсутствует. В настоящей работе впервые проведен поиск следов селекции в геномах пород и популяций коз, разводимых в России. Идентифицированы гены, локализованные в островках ROH на CHI12, CHI18, CHI25. Среди генов выявлены функциональные кандидаты, ассоциированные с шерстной (IFT88, CUX1)и молочной (LATS2) продуктивностью,регулирующие метаболизм (LCAT, PLA2G15, SMPD3), рост (SLC12A4,SH2B2), репродуктивные (MRPL57, MICU2, SAP18) и иммунно-адаптивные функции(DDX28, IL17D). Цель исследования — выявить геномные регионы, находящиеся под давлением селекции в российских популяциях коз, используя поиск островков ROH. Выборка коз (Capra hircus L.) включала следующие породы: алтайскую белую пуховую (n = 20), горноалтайскую пуховую (n = 33), дагестанскую пуховую (n = 34), дагестанскую шерстную (n = 20), оренбургскую (n = 32) и советскую шерстную (n = 29), а также популяцию местных карачаевских коз (n = 36). Геномные исследования популяций зааненской породы, разводимой в России, были проведены нами ранее, поэтому в представляемой работе SNP-профили зааненской породы (n = 33) были использованы как группа сравнения. ДНК выделяли из ушных выщипов с помощью набора ДНК-Экстран-2 (ООО «НПФ Синтол», Россия). SNP-профили были сгенерированы с использованием ДНК-чипа Illumina Goat SNP50 BeadChip («Illumina, Inc.», США) в рамках нашего предыдущего исследования. Работу проводили на базе ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста в 2021-2024 годах. Индивидуальная генетическая сеть была построена по принципу ближайшего соседа (Neighbor Net) в программе SplitsTree 4.14.5. Для поиска ROH в геноме исследуемых коз использовали метод последовательных прогонов, реализованный в пакете R «detectRUNS». В качестве индикаторов островков ROH были отобраны перекрывающиеся сегменты с минимальной длиной ROH в 0,3 Мb, которые встречались у более чем 50 % особей внутри своей группы. Поиск генов-кандидатов, локализованных внутри островков ROH, осуществляли с помощью онлайн-инструмента Genome Data Viewer (NCBI) по сборке генома домашних коз CHIR_1.0 (GCF_000317765.1). Генная онтология была проанализирована с использованием онлайн-ресурса DAVID (Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery). Островки ROH были обнаружены на 12-й хромосоме (CHI12) у горноалтайской, советской шерстной и дагестанской пуховой пород, а также на CHI18 и CHI25 у горноалтайской и алтайской белой пуховой пород. Во всех островках ROH были идентифицированы и аннотированы гены. Островок ROH на CHI12 включал 13 общих для четырех пород генов, среди которых наиболее значимыми были LATS2 (активация лактогенеза и потенциальное влияние на репродукцию), IL17D(функция иммунитета), IFT88 (ассоциация с тониной кашемировых волокон), MRPL57 (регуляция фолликулярной фазы эстрального цикла), MICU2 иSAP18 (развитие яичников и эмбрионов, спермиогенез). Внутри островка ROH на CHI18 были локализованы 16 генов, регулирующих липидный метаболизм (LCAT, PLA2G15 и SMPD3), вовлеченных в формирование реакции на гипоксию (DDX28) и связанных с развитием мышечных волокон (SLC12A4). Геномный регион на CHI25 включал гены PRKRIP, SH2B2, CUX1 и POLR2J, среди которых наиболее перспективными были CUX1, регулирующий развитие волосяных фолликулов, и SH2B2, ассоциированный с ростом и размерами туловища. Таким образом, наше исследование расширяет понимание геномной архитектуры российских локальных пород и популяций коз.
Ключевые слова: SNP, островки ROH, гомозиготность, гены-кандидаты, домашние козы, признаки отбора, локальные породы.
Т.Е. Deniskova1 ✉, А.V. Dotsev1, M.I. Selionova2,
A.-M.M. Aibazov3, N.А. Zinovieva1
The genomes of modern populations of farm animals were shaped by long-term selection, signatures of which can be detected using bioinformatics approaches. Thus, runs of homozygosity (ROH) are used to analyze inbreeding in farm animal populations. Moreover, ROH are suitable for identifying signatures of selection through ROH islands. We have previously studied the distribution of runs of homozygosity in the genomes of goat groups bred in Russia. However, no information of signatures of selection in the genome of these goat groups is available. In this work, we performed the first search for signatures of selection in the genomes of goat breeds and populations raised in Russia. Genes within the ROH islands were identified at CHI12, CHI18, CHI25. Among the genes, we found functional candidates associated with wool (IFT88, CUX1) and milk (LATS2) productivity, regulating metabolism (LCAT, PLA2G15, SMPD3), growth (SLC12A4, SH2B2), reproductive (MRPL57, MICU2, SAP18) and immune-adaptive functions (DDX28, IL17D). The research aim is to search for the genes, which underlay selection pressure in the genomes of domestic goats bred in Russia based on identification of ROH islands. The sample of goats (Capra hircus L,) included the following breeds: Altai White Down (n = 20), Altai Mountain (n = 33), Dagestan Downy (n = 34), Dagestan Wool (n = 20), Orenburg (n = 32) and Soviet Mohair (n = 29), as well as a population of Karachaev local goats (n = 36). We conducted earlier genomic studies of Saanen breed populations raised in Russia. Therefore, in this work, SNP profiles of the Saanen breed (n = 33) were used as a comparison group. DNA was extracted from ear notches using the DNA-Extran-2 kit (NPF Sintol LLC, Russia). SNP profiles were generated using the Illumina Goat SNP50 BeadChip DNA chip (Illumina, Inc., USA) in our previous study. The work was carried out at the Ernst Federal Science Center for Animal Husbandry in 2021-2024. The individual Neighbor Net graph was constructed in SplitsTree 4.14.5. A consecutive runs method implemented in the R package “detectRUNS” was used to estimate ROH. The overlapping ROH with the minimal ROH length of 0.3 Mb shared by more than 50 % of the individuals within the group were selected as an indicator of possible ROH islands in the genome. Search for candidate genes located within ROH islands was performed using Genome Data Viewer (NCBI) according to domestic goat genome assembly CHIR_1.0 (GCF_000317765.1). The gene ontology was analyzed using the online resource DAVID (Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery). ROH islands were found on the twelfth chromosome (CHI12) in the Altai Mountain, Soviet Mohair, and Dagestan Downy breeds, and on the eighteenth (CHI18) and twenty-fifth chromosomes (CHI25) in the Altai Mountain and Altai White Downy breeds. Genes were identified and annotated in all ROH islands. The ROH island on CHI12 included thirteen genes, which were common for four breeds, among which the most significant were the genes LATS2 (activation of lactogenesis and potential impact on reproduction), IL17D (immune function), IFT88 (association with cashmere fiber fineness), MRPL57 (regulation of the follicular phase of the estrous cycle), MICU2 and SAP18 (ovarian and embryonic development, spermatogenesis). Sixteen genes regulating lipid metabolism (LCAT, PLA2G15, and SMPD3), involved in the response to hypoxia (DDX28), and associated with muscle fiber development (SLC12A4) were localized within the ROH island on CHI18. The genomic region at CHI25 included the genes PRKRIP, SH2B2, CUX1 and POLR2J. Among them the most promising genes were CUX1, which regulates the development of hair follicles, and SH2B2, which is associated with body size and growth. Thus, our study expands the understanding of the genomic architecture of local goat breeds and populations raised in Russia.
Keywords: SNP, ROH islands, homozygosity, candidate genes, domestic goats, selection signatures, local breeds.
1ФГБНУ Федеральный исследовательский центр животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста, |
Поступила в редакцию |
