КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-76-20058

НазваниеИсследование популяционно-геномной структуры и характера генетической дивергенции пород лошадей (Equus caballus L.) для разработки стратегии управления генетическими ресурсами коневодства Российской Федерации

РуководительЗайцев Александр Михайлович, Кандидат сельскохозяйственных наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт коневодства", Рязанская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2022 г. 

Конкурс№31 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Объект инфраструктуры Объект научной инфраструктуры «Биотехнология животных» (ОНИС БиоТехЖ).

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-204 - Животноводство

Ключевые словагенетические ресурсы, Equus caballus, молекулярно-генетические маркеры, полногеномный анализ, митохондриальный геном, маркеры Y-хромосомы, генетическая реконструкция, палеогенетика, маркирование селекционируемых признаков

Код ГРНТИ68.39.49


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Генетические исследования в коневодстве в основном ориентированы на решение узких прикладных задач – регистрацию нейтральных полиморфизмов, проведение контроля достоверности происхождения племенных лошадей, детекции ограниченного числа мутантных вариантов генов, отвечающих за выраженность некоторых фенотипических и интерьерных признаков и за проявление наследственных заболеваний. При этом попытки интерпретировать результаты анализа полученных данных по STR-маркерам и ограниченному количеству SNP-маркеров и полиморфизмам D-петли митохондриальной ДНК для оценки механизмов проявления таргетных генетических комплексов не привели к получению внятного результата для практической селекции, ни в обосновании фундаментальных основ популяционной генетики лошади. До настоящего времени технологии полногеномного анализа не применялись на отечественном поголовье лошадей ни при проведении фундаментальных исследований, ни для селекционного совершенствования пород и создании новых селекционных достижений. Использование этих технологий позволит, по аналогии с другими видами сельскохозяйственных животных, кратно увеличить в коневодстве интенсивность селекции, избежать накопления негативных генетических мутаций, получить актуальные сведения о филогенетических связях пород и связанной с ними передачи генетических комплексов, отвечающих за выраженность основных селекционируемых признаков у лошадей разных типов и направлений исследований. Проект позволит решить следующие актуальные задачи: - впервые получить объективные знания о генетических механизмах формирования пород лошадей отечественной селекции на основании полученных результатов исследований палеогенетики, филогенетики пород и геногеографии с использованием сравнительного анализа трех массивов данных: STR-маркеров, маркеров Y-хромосомы и полногеномного анализа, в том числе - митохондриальной ДНК; - провести мониторинг родословных племенных лошадей, записанных в государственные племенные книги и регистры, восстановить пробелы в генеалогических комплексах родословных высокоценных производителей и маток для разных направлений селекции, разработать технологии, полностью исключающие фальсификацию происхождения лошадей; - выявить ключевые исторические и географические точки возникновения мутаций, определяющих важные селекционируемые, а также негативные признаки для разных направлений использования лошадей; - выявить гены-маркеры для детекции генетических комплексов, отвечающих за проявление важных, экономически значимых признаков по направлениям селекции: в призовом (скаковом и рысистом), в табунном (мясном и молочном) коневодстве, включая адаптивные качества, экстерьерные характеристики, физиологические особенности. Актуальность первого направления исследований проекта состоит в необходимости сохранения генофондов уникальных местных отечественных пород лошадей, подвергающихся постоянному влиянию переноса генетического материала при метизации. Применение методов, основанных на анализе STR-маркеров, не позволяет достоверно проводить определение генетической ценности из-за низкой выраженности породоспецифичности микросателлитных маркеров, в то же время использование расширенной панели маркеров митохондриальной ДНК и Y-хромосомы делает возможным восстановление сведений о происхождении на протяжении ряда поколений и детекцию внесенного генетического материала заводских пород. Это важно для формирования поголовья племенных генофондных хозяйств типичными не только по экстерьеру, но и по геномному профилю животных. С 1793 года племенной учет в коневодстве основан на ведении племенных книг, однако генетический контроль этого процесса начат лишь с 70-х годов прошлого века, а использование ДНК-маркеров – с 90-х годов. Генетическая оценка выявила ряд неточностей в записях о происхождении лошадей. Тем не менее, возможности применяемых методов генетической идентификации не позволяют в необходимом объеме осуществлять ретроспективный анализ и реконструкцию. Методы исследования, реализация которых запланирована в настоящем проекте, позволяют выявить несоответствия в записях и оптимизировать селекционный процесс, избежать неверных стратегий планирования подборов. Как известно, в большинстве направлений использования лошадей одним из основных экономических факторов является подтвержденная чистопородность лошади. Использование полногеномного анализа, а также упомянутых ранее маркеров, передающихся сцепленно с полом, позволяет, в отличие от STR-анализа, значительно более эффективно выявлять возможную фальсификацию происхождения. До настоящего времени не изучены фундаментальные основы наследуемости комплексов основных селекционируемых признаков лошадей разного направления использования. Основными из них являются: адаптивные качества и резистентность к негативным воздействиям, определяющие экономическую эффективность технологий содержания, резвостной потенциал, проявление экстерьерных качеств и типа. Для ряда признаков из трех перечисленных групп возможно применение ретроспективного генетического анализа с использованием археологического материала, что позволит установить момент передачи и закрепления благоприятных мутаций, а также их распространение у современного поголовья. Предложенный проект позволяет эффективно решить перечисленные задачи на уровне, соответствующем наиболее передовым зарубежным технологиям в сельскохозяйственной генетике, получить новые актуальные данные и фундаментальные знания о наследственности и передаче селекционируемых признаков лошадей в ходе эволюционного развития. Полученные результаты будут способствовать успешной реализации стратегии качественного преобразования коневодства на базе ведущего селекционного центра по коневодству Российской Федерации.

Ожидаемые результаты
В результате исполнения проекта будут впервые получены новые знания о структуре генома лошадей, позволяющие эффективно управлять селекционным процессом во всех направлениях совершенствования конеиспользования. Полногеномный анализ будет проведен на генетически дифференцированном поголовье отечественных пород и популяций лошадей впервые, кроме того, для исследования выбраны вызывающие наибольший интерес в современной мировой науке таргетные генетические комплексы - маркеры Y-хромосомы и стабильная часть генома митохндриальной ДНК, что позволяет получить результаты мирового уровня. В ходе реализации проекта будут получены фундаментальные знания о закономерностях генетической дивергенции пород в зависимости от интенсивности и вектора селекции, с большой степенью вероятности будут выделены гены-кандидаты селекционируемых признаков. Использование методов палеогенетики позволит уточнить знания о филогенетическихсвязях между породами лошадей. В практическом аспекте будут усовершенствованы обязательные для применения системы идентификации и контроля достоверности происхождения лошадей, что позволит полностью избежать умышленной фальсификации генеалогических сведений, провести ревизии данных регистров и государственных племенных книг на генетическом уровне.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Значение доместикации лошади и ее роль в истории человечества сложно переоценить. Именно с этого вида началась осознанная селекционная работа, итогом которой стало создание более 300 пород в мире. Несмотря на изменение ключевой роли в качестве тягловой и военной силы, сегодня коневодство остается многосторонней отраслью не только сельского хозяйства, но и спорта высоких достижений, экономически значимого сегмента ипподромной призовой индустрии, помогает в освоении недоступных другим видам сельскохозяйственных животных территорий. Именно для лошадей впервые применена, постоянно совершенствуется и действует система племенного учета. Первая племенная книга чистокровной верховой породы была издана в 1793 году и включала генеалогические сведения о лошадях с 1660 года. В России племенную книгу этой породы начали вести в 1836 году, в 1839 году вышел в свет первый том племенной книги орловской рысистой породы, немногим позже другие породы лошадей были переведены на эту стройную систему учета, позволяющую прослеживать происхождение животных. Именно это, наряду с жестким селекционным отбором, является причиной того, что племенные лошади стали идеальной моделью для поиска возникновения и новых мутаций у конкретных животных и их распространения. Изучение генетики лошадей начато в 40-е годы XX века, в основном - с целью подтверждения генеалогических сведений. Но, несмотря на развитие этого направления, вопрос о достоверности происхождения племенных лошадей является весьма актуальным, в первую очередь - в области ретроспективного анализа. Для этого уже недостаточно традиционно применяющихся методов, основанных на микросателлитном анализе. Несколько иная ситуация складывается с уникальным генофондом аборигенных пород. Методы генетического контроля в этой группе пород стали применяться сравнительно недавно, а учитывая значительно большую численность поголовья по сравнению с заводскими породами и табунную технологию содержания процесс выстраивания генеалогических и филогенетических связей значительно осложняется. При этом на протяжении долгого времени для этой группы спонтанно или организованно проводилось межпородное скрещивание с заводскими лошадьми. Играет немалую роль и необходимость взятия проб биоматериала не просто у "лошадей на территории", большая часть которых представлена межпородыми помесями разных поколений, а у животных, чья породная принадлежность подтверждена бонитировкой экстерьерных и приспособительных качеств. Огромное значение для восстановления географии и истории доместикации, а в дальнейшем - для правильного построения филогенетического древа имеет изучение древней ДНК. Статус лошади как животного, постоянно сопровождавшего человека в жизни и после смерти, дает уникальную возможность получения материала из захоронений. Анализ древней ДНК лошадей позволяет оценить эволюционные процессы в породах, взаимовлияние генетического материала, восполнить знания об истории культур и их взаимодействии. Россия обладает наибольшим числом сохранившихся аборигенных пород и популяций лошадей. Несмотря на это, исследований, направленных на изучение исторической дивергенции, породообразования и возможностей эффективного управления селекционным процессом на геномном уровне ранее не проводилось. Поголовье достаточно хорошо охарактеризовано с использованием STR-маркеров, однако применяемые панели адаптированы к решению задачи по проведению генетической идентификации и контроля происхождения и значительно нивелируют породные особенности. Имеющиеся данные о SNP-полиморфизме очень фрагментарны и не позволяют масштабно решить поставленные задачи. Проект направлен на комплексное изучение с использованием полногеномного и таргетного SNP-анализа тщательно составленных выборок заводских и аборигенных пород. В 2019 году проведен сбор биоматериала, получена крупнейшая коллекция древней ДНК, включающая образцы от 60 лошадей, максимальный возраст которых - 40 тысяч лет. Выборка проб современного поголовья включает 7,6 тыс. голов пробонитированных лошадей с подтвержденной породной принадлежностью. Собран банк результатов тестирования этого поголовья по STR-маркерам. Проведено определение гаплотипов Y-хромосомы у более 100 жеребцов 10 пород, гаплотипов митохондриальной ДНК - у 90 лошадей чистокровной верховой и 41- вятской пород, SNP-маркеров имеющего огромное селекционное значение гена миостатина - у лошадей аборигенных пород. Полученные данные позволяют судить о возможности детекции "чистых" от влияния генетического материала заводских пород популяций, позволяют эффективно проводить ретроспективный анализ генеалогии лошадей. Однако, применные методы допускают возникновение ошибок при построении ветвей филогенетического древа из-за ряда причин. Поэтому одной из выполненных в 2019 году задач являлась разработка тест-систем для NGS-секвенирования. После проработки референсных значений проведен дизайн и апробация трех пар праймеров, позволяющих эффективно проводить полногеномное исследование митохондриальной ДНК, что позволяет приступить к проведению NGS для получения. Отработаны методики, позволяющие не только получить новые уникальные данные о геномной структуре пород лошадей Российской Федерации, но и достоверно сравнить результаты с исследованиями пород лошадей Европы и Азии.

 

Публикации

1. Калинкова Л. В., Калинкина Г. В., Махмутова О. Н. The influence of crossbreeding on genetic structure of the Orlov Ttrotter breed IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 341 (2019) (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1088/1755-1315/341/1/012064

2. Храброва Л.А., Зайцев А.М., Викулова Л.Л., Адамковская М.В., Блохина Н.В., Сорокин С.И. АНАЛИЗ ГАПЛОТИПОВ mtDNA В МАТОЧНЫХ СЕМЕЙСТВАХ ЧИСТОКРОВНОЙ ВЕРХОВОЙ ПОРОДЫ IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2020)

3. Храброва Л.А., Сорокин С.И., Блохина Н.В., Калашникова Т.В. ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА МИОСТАТИНА (MSTN) У ЛОШАДЕЙ МЕСТНЫХ ПОРОД IOP CONFERENCE SERIES: EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCE, - (год публикации - 2020)


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Впервые проведено полногеномное исследование для 6 отечественных аборигенных пород (кабардинская, вятская, забайкальская, якутская,, обладающих уникальными приспособительными качествами и 2 заводских пород, жестко селекционируемых по разнонаправленным признакам. Получены данные о состоянии генетической структуры пород. Изучены филогенетические отношения между породами, определены предковые группы, участвовавшие в формировании породной структуры, оценено влияние заводских пород-улучшателей на микроэволюцию местных пород. Результаты исследований соотнесены с имеющимися в свободном доступе результатами полногеномного анализа зарубежных популяций и пород лошадей. Намечены пути выявления комплексов, характеризующих выраженность селекционируемых признаков у пород с разными направлениями использования. Определена высокая эффективность использования полученных результатов для определения принадлежности к конкретной породе. Создана база данных гаплотипов митохондриальной ДНК и Y-хромосомы для проведения ретроспективного анализа происхождения и уточнения племенных записей в системе централизованного племенного учета в коневодстве. В качестве дополнительных маркеров использованы таргетные SNP, характеризующие выраженность селекционируемых признаков.

 

Публикации

1. Блохина Н. В., Храброва Л. А., Гавриличева И. С. Application of modern technologies in identifying distinctive features in the subpopulation of Novoaltaiskaya horses IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. E6241019 (год публикации - 2020)

2. Калашников В. В., Храброва Л. А., Блохина Н. В., Зайцев А. М., Калашникова Т. В. DYNAMICS OF THE INBREEDING COEFFICIENT AND HOMOZYGOSITY IN THOROUGHBRED HORSES IN RUSSIA Animals, Animals 2020. 10(7):1217 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3390/ani10071217

3. Хаудов А. Д., Амшоков Х. К., Жекамухов М. Х., Зайцев А. М. Генетические характеристики субпопуляций кабардинской породы лошадей XIX International Scientific and Practical Conference «Current trends of agricultural industry in global economy», - (год публикации - 2021)

4. Храброва Л. А., Блохина Н. В., Сорокин С. И. Occurrence of the DMRT3 mutation in native horse breeds XIX International Scientific and Practical Conference «Current trends of agricultural industry in global economy», - (год публикации - 2021)

5. Храброва Л. А., Сорокин С. И., Блохина Н. В., Калашникова Т. В. Myostatin Gene Polymorphism in Local Horse Breeds Proceedings of XVIII International Scientific and Practical Conference "Modern Trends in Agricultural Production in the World Economy", Proceedings of XVIII International Scientific and Practical Conference "Modern Trends in Agricultural Production in the World Economy", 27-33. (год публикации - 2020) https://doi.org/10.32743/kuz.agri.2020.27-33

6. Храброва Л.А., Блохина Н.В., Сорокин С.И. ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ГЕНОТИПОВ МИОСТАТИНА (MSTN) У ЛОШАДЕЙ АБОРИГЕННЫХ ПОРОД Коневодство и конный спорт, Коневодство и конный спорт. - 2020. - № 1. - С. 26-27. (год публикации - 2020)

7. Храброва Л.А., Зайцев А.М., Калашников В.В., Блохина Н.В., Белоусова Н.Ф., Сорокин С.И. СТРУКТУРА ВЯТСКОЙ ПОРОДЫ ЛОШАДЕЙ ПО ГАПЛОГРУППАМ мтДНК Коневодство и конный спорт, Коневодство и конный спорт. - 2020. - №4. - С. 4-6 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.25727/HS.2020.4.62190


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Продолжено изучение геномной структуры отечественных пород и популяций лошадей для формирования системы управления ресурсами коневодства с помощью геномных технологий. Выявлена древнейшая генетическая основа, объединяющая группы пород степного и северного лесного происхождения, характеристики наиболее древних культурных пород, определены характер и степень взаимного влияния пород, индивидуальных генетических характеристик животных, позволяющих четко идентифицировать породную принадлежность. Определены изменения геномной структуры при направленной селекции при создании новых селекционных достижений. Проводится работа по составлению перечня комплексов генов, влияющих на выраженность селекционирумых признаков в группах пород разного направления использования.

 

Публикации

1. Блохина Н. В., Сорокин С. И., Храброва Л. А., Зеленченкова А. А., Базарон Б. З. Biodiversity and functional variability of the allele pool of horse breed populations IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 848 (2021) 012229 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1088/1755-1315/848/1/012229

2. Зайцев А. М., Гавриличева И. С., Блохина Н. В., Кокорина Н. В. Assessment of the population structure of horses of the Priobskaya breed based on modern technologies IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 624 (2021) 012032 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1088/1755-1315/624/1/012032

3. Ремер Виктория, Элиф Бозлак,...Калинкова Лилия, Калашников Валерий, Зайцев Александр, Алмарзук Сария, Райссман Моника, Брокманн Гудрун, Брем Готтфрид, Валлнер Барбара Y-chromosomal insights into breeding history and sire line genealogies of Arabian horses Genes, - (год публикации - 2021)

4. Храброва Л. А., Блохина Н. В., Базарон Б. З., Хамируев Т. Н. Variability of mitochondrial DNA D-loop sequences in Zabaikalskaya horse breed Вавиловский журнал генетики и селекции, 25(5):486-491 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.18699/VJ21.055

5. Храброва Л. А., Блохина Н. В., Чысыма Р. Б., Базарон Б. З., Хамируев Т. Н. Assessment of mtDNA variability and phylogenetic relationships of Siberian local horse breeds IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 839 (2021) 052009 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/5/052009


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Впервые проведен геномный анализ 30 отечественных пород и популяций лошадей, создан крупнейший банк древней ДНК, крупная референтная база данных, определены филогенетические связи, характеризующие историческое развитие местных и заводских пород Российской Федерации. Разработаны рекомендации по использованию маркирования селекционируемых признаков и их комплексов с учетом породной принадлежности. Изучены аспекты породообразования в ходе создания новых селекционных форм. Предложены методы применения геномной оценки при работе с малочисленными породами, создании селекционных программ совершенствования пород, стратегия управления генетическими ресурсами коневодства. Применение предложенных методов позволит значительно повысить темпы селекции и станет основой для работ по геномному редактированию и массовому тиражированию ценных генотипов.

 

Публикации

1. - Refning the evolutionary tree of the horse Y chromosome -, - (год публикации - )

2. Калинкова Л. В., Зайцев А. М., Иванов Р. В. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЛОКАЛЬНОЙ ПОПУЛЯЦИИ ЛОШАДЕЙ ЯКУТСКОЙ ПОРОДЫ ПО ГЕНАМ MC1R, ASIP, DMRT3 И MSTN Сельскохозяйственная биология, 57, 2, 272-282 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2022.2.272rus

3. Л. А. Храброва, Н. В. Блохина, Н. Ф. Белоусова, Е. Г. Котран ESTIMATION OF THE GENEALOGICAL STRUCTURE OF VYATKA HORSE BREED (EQUUS FERUS CABALLUS) USING DNA ANALYSIS Russian Journal of Genetics, 58, 4, p. 462-466 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S1022795422040068

4. Э. Бозлак, Л. Радович, В. Ремер, Л. Аллен, Д. Риглер, Г. Шталдер, Ю. Окуда, К. К. Моэ, Х. Х. Моэ, Б. Куннавонгса, С Кеонухан, Н. Х. Ван, В. Х. Ву, М. К. Шах, М. Нишибори, Р. К. Поль, Б. Дашниям, П. Казымбет, М. Бахтин, А. Жунушов, С. Алиарзоок, Refining the evolutionary tree of the horse Y chromosome SCIENTIFIC REPORTS, - (год публикации - 2023)


Возможность практического использования результатов
Проведенные исследования позволяют использовать результаты для корректировки селекционных программ совершенствования пород лошадей, корректировать базы племенного учета по породам и создавать их на основании проведенных геномных обследований популяций с невыясненным происхождением, прогнозировать эффективность наследственной передачи селекционируемых признаков и их комплексов, разрабатывать доступные тест-системы выявления маркеров ряда адаптивных и рабочих качеств племенных лошадей. Созданный банк ДНК (в том числе древней ДНК) потенциально может служить основой для создания генных конструкций при развитиии технологий геномного редактирования.