Идентификация генов-кандидатов, ассоциированных с экономически значимыми признаками, на основе анализа островков гомозиготности в геноме пород овец, разводимых в России

Структурная и функциональная аннотация генов, локализованных в геномных регионах, находящихся под давлением отбора, — один из методов идентификации генов-кандидатов селекционных признаков. Цель исследований – идентифицировать гены-кандидаты в популяциях овец, разводимых на территории России. Выборка включала SNP-профили представителей 27 пород овец, сгенерированных с использованием OvineSNP50 BeadChip и Ovine Infinium HD BeadChip (600 K или Infinium iSelect HD Custom BeadChip Kit. AgResearch_SheepHD Consortium) (Illumina, США). При проведении исследований осуществляли поиск островков гомозиготности (runs of homozygosity, ROH) как индикаторов геномных регионов, испытывающих давление селекции. Идентификацию сегментов ROH проводили методом последовательных прогонов, реализованным в R пакете detectRUNS для языка программирования R. В качестве индикаторов островков ROH в геноме были выбраны сегменты ROH с минимальной длиной 0,3 Мб, общие для более чем 50 % особей в породных выборках. Аннотацию осуществляли с использованием инструментов BioMart и DAVID. Островки ROH, содержащие от 3 до 30 SNP, были идентифицированы в 11 породах овец на первой, второй, шестой, десятой и тринадцатой хромосомах. Некоторые островки ROH пересекались с генами. У куйбышевской породы островок ROH на десятой хромосоме пересекался с геном GJA3 – известным кандидатом, ассоциированным с размерами туловища у овец. В выборках кучугуровской и карачаевской пород, а также буубэй в островке ROH на тринадцатой хромосоме располагался ген PDYN, влияющий на различные аспекты репродуктивных качеств. У овец породы буубэй островок ROH на тринадцатой хромосоме пересекался с геном SMOX, влияющим на рост до отъема и прижизненные качества туши овец. У русской длинношерстной породы на первой хромосоме были идентифицированы гены, ассоциированные с рядом таких экономически-значимых признаков, как SYT11 (влияет на размеры туловища), RXFP4 (потенциальное влияние на живую массу) и TMEM79 (связан с морфогенезом волосяных фолликулов у овец). Поиск таргетных SNP в выявленных генах-кандидатах перспективен для расширения программ маркерной селекции в овцеводстве.

1. Генетические ресурсы животных: развитие исследований аллелофонда российских пород крупного рогатого скота — миниобзор / Н. А. Зиновьева, А. А. Сермягин, А. В. Доцев и др. // Сельскохозяйственная биология. 2019. Т. 54. № 4. С. 631–641. doi: 10.15389/agrobiology.2019.4.631rus.

2. Недашковский И. С., Контэ А. Ф., Сермягин А. А. Влияние уровня геномного инбридинга голштинских быков-производителей на изменчивость показателей экстерьера и тип телосложения дочерей // Достижения науки и техники АПК. 2023. Т. 37. № 6. С. 66–74. doi: 10.24411/0235-2451-2021-10307.

3. Юдин Н. С., Ларкин Д. М. Происхождение, селекция и адаптация российских пород крупного рогатого скота по данным полногеномных исследований // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. Т. 23. № 5. С. 559–568. doi: 10.18699/VJ19.525.

4. Юдин Н. С., Ларкин Д. М. Общие признаки селекции и гены, связанные с адаптацией и акклиматизацией, в геномах российских пород крупного рогатого скота и овец // Генетика. 2019. Т. 55. № 8. С. 936–943. doi: 10.1134/S0016675819070154.

5. Genome-wide scan identifies selection signatures in Chinese Wagyu cattle using a high-density SNP array / Z. Wang, H. Ma, L. Xu, et al. // Animals (Basel). 2019. Vol. 9. No. 6. Article 296. doi: 10.3390/ani9060296.

6. Multiple genomic signatures of selection in goats and sheep indigenous to a hot arid environment / E. S. Kim, A. R. Elbeltagy, A. M. Aboul-Naga, et al. // Heredity (Edinb). 2016. Vol. 116. No. 3. P. 255–264. doi: 10.1038/hdy.2015.94.

7. Whole genome re-sequencing reveals artificial and natural selection for milk traits in East Friesian sheep / X. Li, L. Yuan, W. Wang, et al. // Front Vet Sci. 2022. Vol. 9. Article 1034211. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fvets.2022.1034211/full (дата обращения: 07.07.2023). doi: 10.3389/fvets.2022.1034211.

8. High-density genotyping reveals signatures of selection related to acclimation and economically important traits in 15 local sheep breeds from Russia / A. A. Yurchenko, T. E. Deniskova, N. S. Yudin, et al. // BMC Genom. 2019. Vol. 20. Article 294. URL: https://bmc-genomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-019-5537-0 (дата обращения: 07.07.2023). doi: 10.1186/s12864-019-5537-0.

9. Genome-wide patterns of homozygosity provide clues about the population history and adaptation of goats / F. Bertolini, T. F. Cardoso, G. Marras, et al. // Genet Sel Evol. 2018. Vol. 50. Article 59. URL: https://gsejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12711-018-0424-8 (дата обращения: 07.07.2023). doi: 10.1186/s12711-018-0424-8.

10. Бакоев С. Ю., Гетманцева Л. В. Методы оценки инбридинга и подписей селекции сельскохозяйственных животных на основе протяженных гомозиготных областей // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 11. С. 63–68. doi: 10.24411/0235-2451-2019-11114.

11. Влияние уровня геномного инбридинга, оцененного по ROH-паттернам, на воспроизводительные качества и молочную продуктивность дочерей, а также спермопродукцию голштинских быков-производителей / И. С. Недашковский, А. А. Сермягин, О. В. Костюнина и др. // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 3. С. 39–45. doi: 10.24411/0235-2451-2021-10307.

12. Популяционно-генетическая характеристика, оценка геномного инбридинга и гомозиготности крупного рогатого скота черно-пестрой и голштинской пород по STR и SNP маркерам в России / И. С. Недашковский, А. А. Сермягин, О. В. Костюнина и др. // Вестник Пермского университета. Серия Биология. 2021. Т. 4. С. 295–306. doi: 10.17072/1994-9952-2021-4-295-306.

13. Runs of homozygosity reveal genome-wide autozygosity in Italian sheep breeds / S. Mastrangelo, E. Ciani, M. T. Sardina, et al. // Anim Genet. 2018. Vol. 49. No. 1. P. 71–81. doi: 10.1111/age.12634.

14. Genome-wide analysis revealed homozygosity and demographic history of five Chinese sheep breeds adapted to different environments / A. Abied, L. Xu, B. W. Sahlu, et al. // Genes (Basel). 2020. Vol. 11. No. 12. Article 1480. URL: https://www.mdpi.com/2073-4425/11/12/1480 (дата обращения: 06.07.2023). doi: 10.3390/genes11121480.

15. Gene network analysis reveals candidate genes related with the hair follicle development in sheep / J. He, B. Zhao, X. Huang, et al. // BMC Genom. 2022. Vol. 23. Article 428. URL: https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-022-08552-2 (дата обращения: 06.07.2023). doi: 10.1186/s12864-022-08552-2.

16. Effects of allopregnanolone on central reproductive functions in sheep under natural and stressful conditions / P. Mlotkowska, E. Marciniak, K. Roszkowicz-Ostrowska, et al. // Theriogenology. 2020. Vol. 158. P. 138–147. doi: 10.1016/j.theriogenology.2020.09.010.

17. Expression of genes for Kisspeptin (KISS1), Neurokinin B (TAC3), Prodynorphin (PDYN), and gonadotropin inhibitory hormone (RFRP) across natural puberty in ewes / Q. Li, J. T. Smith, B. Henry, et al. // Physiol Rep. 2020. Vol. 8. No. 5. Article e14399. URL: https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.14814/phy2.14399 (дата обращения: 06.07.2023). doi: 10.14814/phy2.14399.

18. Exploring differentially expressed genes in hypothalamic, pars tuberalis and pineal gland transcriptomes in different sexual behavior phenotypes in rams using RNA-Seq / K. Lakhssassi, M. P. Sarto, B. Marin, et al. // J Anim Sci. 2023. Vol. 101. Article skac365. URL: https://academic.oup.com/jas/article-abstract/doi/10.1093/jas/skac365/6795963?redirectedFrom=fulltext (дата обращения: 06.07.2023). doi: 10.1093/jas/skac365.

19. Genome-wide association studies of preweaning growth and in vivo carcass composition traits in Esme sheep / O. Yilmaz, M. Kizilaslan, Y. Arzik, et al. // J Anim Breed Genet. 2022. Vol. 139. No. 1. P. 26–39. doi: 10.1111/jbg.12640.

20. Progesterone and interferon tau regulate expression of polyamine enzymes during the ovine peri-implantation period / K. M. Halloran, C. Stenhouse, R. M. Moses, et al. // Biol Reprod. 2022. Vol. 106. No. 5. P. 865–878. doi: 10.1093/biolre/ioac022.