doi: 10.15389/agrobiology.2024.4.735rus
УДК 636.32/.38:575.2
Исследования выполнены при финансовой поддержке РНФ в рамках проекта № 21-76-20008.
ПОЛНОГЕНОМНЫЙ ПОИСК АССОЦИАЦИЙ ОДНОНУКЛЕОТИДНЫХ ЗАМЕН С ПОКАЗАТЕЛЯМИ КАЧЕСТВА МОЛОКА У ОВЕЦ (Ovis aries L.) ПОРОДЫ ЛАКОН
М.И. СЕЛИОНОВА1 ✉, В.И. ТРУХАЧЕВ1, Н.А. ЗИНОВЬЕВА2,
А.А. БЕЛОУС2, А.-М.М. АЙБАЗОВ1
Молочное овцеводство в последние годы демонстрирует динамичное развитие в России, что обусловлено растущим потребительским спросом на молочную продукцию премиум класса. В селекции молочных овец наиболее перспективными признаны маркер-ассоциированный (marker-associated selection, MAS) и полногеномный ассоциативный анализ (genome-wide association study, GWAS) благодаря секвенированию генома овец в рамках проекта Sheep HapMap и разработке ДНК-чипы различной плотности. Для ряда молочных пород овец GWAS позволил выявить локусы, находящиеся под давлением селекции и влияющие на признаки продуктивности и технологические свойства овечьего молока. В то же время полногеномных исследований для молочных овец выполнено значительно меньше, чем для молочного скота и молочных коз, что определило цель настоящего исследования. Впервые выполнен полногеномный поиск ассоциаций однонуклеотидных замен с показателями качества молока у овец породы лакон и определены геномные регионы, связанные с их молочной продуктивностью. SNP-профили исследованных овец были сгенерированы с использованием чипа высокой плотности Ovine HD BeadChip 600K («Illumina Inc.», CШA). Контроль качества, фильтрацию данных, поиск ассоциаций для каждого однонуклеотидного полиморфизма с содержанием компонентов в молоке, определенным на автоматическом анализаторе CombiFoss 7 DC («FOSS», Дания), проводили множественным линейным регрессионным анализом в программе plink 1.90 (https://www.cog-genomics.org/plink/), визуализацию данных — в пакете qqman с использованием языка программирования R (https://github.com/stephenturner/qqman), идентификацию генов по позициям SNP, заданным в соответствии со сборкой генома овец OAR версии 3.1, с помощью веб-ресурса Ensembl Genes release 103, структурную аннотацию геномных регионов, покрывающих окно ±0,20 Mb от идентифицированных SNPs, в программе DAVID v6.8 (https://david.ncifcrf.gov/). Выявлено 64 полногеномных (p < 1,06× 10-6) и 270 предположительных (p < 2,11× 10-5) SNP, при этом наибольшее число полногеномных SNPs — 14, 6 и 13 идентифицировали соответственно на 1-й, 3-й и 13-й хромосомах. С показателями массовая доля белка и содержание β-казеина ассоциации демонстрировали 22 и 19 полногеномных SNPs, идентифицированных на пяти (OAR1, OAR3, OAR12, OAR13 и OAR26) и четырех (OAR1, OAR3, OAR13 и OAR26) хромосомах, с массовой долей жира — 6 SNPs на трех хромосомах (OAR1, OAR3, OAR26), с количеством полиненасыщенных, насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот — 7, 5 и 4 SNPs соответственно на четырех (OAR1, OAR3, OAR5 и OAR17) и трех (OAR1, OAR24, OAR26 и OAR1, OAR6, OAR17) хромосомах. Два полногеномных SNPs (oar3_OAR1_24401030 и oar3_OAR2_241055039) были общими для трех признаков — массовой доли белка, содержания β-казеина и массовой доли жира. Структурная аннотация геномных регионов выявила 61 ген с описанными биологическими функциями, из которых 11 демонстрировали связь с фенотипическими признаками овец, определенными в других GWAS исследованиях. Выявленные гены в соответствии с терминами генной онтологии были вовлечены в формирование и регуляцию функций иммунной системы (GPX7, JAK1, CD8B), клеточный метаболизм и транспорт веществ (UBE2U, ACO1, FABP1, ACBD5), формирование и развитие внутренних органов и скелетно-хрящевой системы (BMPR1B, OXSM), процессы оогенеза, оплодотворения и раннего развития эмбрионов (ZPBP, ZP2).
Ключевые слова: Ovis aries, овцы, компоненты молока, белок, жир, насыщенные жирные кислоты, мононенасыщенные жирные кислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, гены-кандидаты, GWAS, SNP, QTL.
M.I. Selionova1 ✉, V.I. Trukhachev1, N.A. Zinovieva2,
A.А. Belous2, A-M.M. Aybazov1
Dairy sheep breeding has demonstrated dynamic development in Russia in recent years due to increasing consumer demand for premium dairy products. In dairy sheep breeding, marker-associated selection (MAS) and genome-wide association study (GWAS) are recognized as the most promising due to the sequencing of the sheep genome within the Sheep HapMap project and the development of DNA chips of different densities. For some dairy breeds of sheep, GWAS allowed to identify loci under selection pressure and affecting productivity traits and technological properties of sheep milk. At the same time, significantly fewer full genomic studies have been performed for dairy sheep than for dairy cattle and dairy goats, which determined the purpose of the present study. For the first time, a full genomic search for associations of single nucleotide substitutions with milk quality indicators in Lacon sheep breed was performed and genomic regions associated with their dairy productivity were determined. SNP profiles were generated using the Ovine HD BeadChip 600K high density chip (Illumina Inc., San Diego, USA) and the Rstudio 2023.03.0. Quality control, data filtering, association detection for each single nucleotide polymorphism with milk components determined on CombiFoss 7 DC automatic analyzer (FOSS, Denmark) were performed by multiple linear regression analysis in plink 1.90 software (http://zzz.bwh.harvard.edu/plink/), data visualisation was performed in qqman package using R programming language (https://github.com/stephenturner/qqman), gene identification by SNP positions set according to the sheep genome assembly OAR version 3.1, using the Ensembl Genes release 103 web resource, structural annotation of genomic regions covering a ±0.20 Mb window of identified SNPs in the DAVID v6.8 (https://david.ncifcrf.gov). 64 full genomic (p < 1,06×10-6) and 270 prospective (p < 2,11×10-5) SNPs were identified, with the largest number of full genomic SNPs (14, 6 and 13) identified on chromosomes 1, 3 and 13, respectively. Twenty-two and 19 full genome SNPs identified on five (OAR 1, 3, 12, 13 and 26) and four (OAR 1, 3, 13 and 26) chromosomes show associations with protein mass fraction and β-casein content, 6 SNPs on three chromosomes (OAR 1, 3, 26) are associated with fat mass fraction indicator, 7, 5 and 4 SNPs respectively on four (OAR 1, 3, 5 and 17) and three chromosomes (OAR 1, 24, 26 and OAR 1, 6, 17) are associated with polyunsaturated, saturated and monounsaturated fatty acids. Two SNPs of high significance, oar3_OAR1_24401030 and oar3_OAR2_241055039 are common to three traits, namely mass protein, β-casein and fat mass fraction. Structural annotation of genomic regions identified 61 genes with described biological functions, of which 11 genes show association with a number of phenotypic traits in sheep identified in other GWAS studies. The genes identified, according to gene ontology terms, were involved in immune formation and regulation system (GPX7, JAK1, CD8B), cellular metabolism and transport of substances (UBE2U, ACO1, FABP1, ACBD5), formation and development of internal organs and skeletal cartilage system (BMPR1B, OXSM), oogenesis, fertilization and early embryo development (ZPBP, ZP2).
Keywords: Ovis aries, ewes, milk components, protein, fat, saturated fatty acids, monounsaturated fatty acids, polyunsaturated, candidate genes, GWAS, SNP, QTL.
1ФГБОУ ВО Российский государственный аграрный |
Поступила в редакцию |
