Поиск молекулярных маркеров хозяйственно-ценных признаков коз молочного и мясо-молочного направления продуктивности как основы управления селекционным процессом в козоводстве

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 проекта 21-76-20008

НазваниеПоиск молекулярных маркеров хозяйственно-ценных признаков коз молочного и мясо-молочного направления продуктивности как основы управления селекционным процессом в козоводстве

Руководитель Трухачев Владимир, Доктор сельскохозяйственных наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" , г Москва

Конкурс №51 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова Козоводство, молочные и мясо-молочные породы коз, SNP-кандидаты молочной продуктивности коз, геномная селекция

Код ГРНТИ68.03.05

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Изменившиеся внешнеэкономические условия и введение ограничений по импорту ряда продовольственных товаров поставили перед российским АПК новые задачи по развитию отраслей, которые до недавнего времени не были для России традиционными. Одними из таких отраслей является молочное и мясо-молочное козоводство. В последние годы особый импульс получило производство козьего молока в промышленных масштабах и его глубокая переработка. Так, во Франции, Греции, Италии, Испании и Голландии доля потребления козьего молока (с учетом сыров) составляет не менее 15-20 % в общем объеме потребления молока. Строительство крупных индустриальных комплексов по содержанию молочных коз является одним из инвестиционно привлекательных сегментов животноводства и в России. Это обусловлено тем, что наблюдается устойчивый и все возрастающий спрос на элитные твердые сыры отечественного производства, в т. ч. из козьего молока, а также заинтересованность предприятий перерабатывающей промышленности в создании собственной сырьевой базы для производства детского питания на основе козьего молока. Интерес к козьему молоку как продукту, который характеризуется высокой биологической ценностью, повышенной усвояемостью и гипоаллергенностью, неуклонно растет. Это связано также и с общемировой тенденцией увеличения спроса на экологически чистую и натуральную продукцию, где козье молоко может занять значительный удельный вес, поскольку разведение коз в малых фермерских хозяйствах популярно во всем мире. Козье молоко имеет ряд существенных отличий от молока других видов животных, в частности, коровьего молока, которые определяют его использование и технологические процессы при промышленной переработке.Значительно большая дисперсия жировых шариков козьего молока в сравнении с коровьим обеспечивает активность липолитических ферментов и высокую его переваримость. Кроме того, в молоке коз на 54,6-80,2% содержится больше ненасыщенных короткоцепочечных жирных кислот. Помимо этого козье молоко отличается структурой мицелл казеина, высоким содержанием β-казеина, ничтожно малым количеством альфа-1s-казеина (который вызывает аллергические реакции на коровье молоко) и полным отсутствием моносахаридов.Выше перечисленные свойства обеспечивают интерес к нему как источнику сырья для производства детского питания и широкого спектра молочных продуктов с заданными реологическими характеристиками и высокой биологической, а в отдельных случаях, и терапевтической ценностью. В то же время состав молока варьирует в зависимости от породной принадлежности коз, что указывает на различия в генетической обусловленности проявления количественно-качественных характеристик их молочной продуктивности. Совершенствование существующих пород коз и получение новых селекционных форм с заданными характеристиками молока для последующего его рационального использования при переработке в продукты различного функционального назначения должно опираться на использование генов, ассоциированных с формированием этих признаков. Необходимым условием интенсификации отрасли является использование геномного подхода в селекции коз, который должен опираться на идентификацию областей генома, подвергавшихся естественному и искусственному отбору. Благодаря разработке технологии генотипирования по сотням и тысячам генетических маркеров с использованием ДНК-чипов различной плотности существенно расширило возможности для проведения полногеномных ассоциаций (genome-wideassociationstudy, GWAS) с признаками продуктивности коз. Объектами исследования будут служить козы молочного направления продуктивности – зааненская, нубийская, а также мясо-молочного – карачаевская и дагестанская.Полногеномное сканирование SNP будет проведено с использованием Caprine SNP60 BeadChip. Для выявления ассоциаций SNP-маркеров с фенотипическими показателями молочной продуктивности будет использован множественный линейный регрессионный анализ, реализованный в Plink 1.90. Для подтверждения достоверного влияния SNP и определения значимых регионов в геноме коз будет использован тест для проверки нулевых гипотез по Бонферрони: пороговое значение P < 4,14×10-7, 0,05/≈40000. Визуализация данных будет осуществляться в пакете qqman с помощью языка программирования R. Для поиска генов-кандидатов, локализованных в области идентифицированных SNP, будет использован геномный ресурс Sscrofa10.2 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCF_000003025.5/, дата обращения апрель, 2019). Функциональная аннотация генов будет выполнена с использованием базы данных GeneCards (http://www.genecards.org/). Научная новизна проекта заключается в том, что впервые на основе полногеномного SNP-типирования у коз молочного и мясо-молочного направления продуктивности будет проведена идентификация генов или генетических вариантов, связанных с количественно-качественными признаками козьего молока, которые в свою очередь определяют направление его дальнейшей переработки и получение продуктов питания различного функционального назначения. Практическая значимость результатов исследований заключается в научном обосновании критериев отбора животных в селекционные группы, включая данные SNP-генотипирования, схемы подбора родительских пар для ускоренного тиражирования высокоценных генотипов; разработке программы селекционного совершенствования коз молочного и мясо-молочного направления продуктивности.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Трухачев В.И., Айбазов А.-М.М., Мамонтова Т.В., Боголюбова Н.В., Сермягин А.А., Рыков Р.А., Селионова М.И., Зиновьева Н.А. The metabolic and antioxidant body profile of Nubian and Karachai goats Animals (год публикации - 2022)

2. Селионова М.И., Трухачев В.И., Айбазов А.-М.М., Столповский Ю.А., Зиновьева Н.А. Генетические маркеры в козоводстве Сельскохозяйственная биология (Sel'skokhozyaistvennaya biologiya), Том 56, № 6, 2021 (год публикации - 2021)
10.15389/agrobiology.2021.6

3. Трухачев В.И., Селионова М.И., Айбазов А.М.М., Боголюбова Н.В., Зиновьева Н.А. Метаболический профиль и качественные показатели молока карачаевских и нубийских коз The proceedings of International congress «Biotechnology: state of the art and perspectives» 26 - 29 OCTOBER, 2021, ISSUE 19, p. 354-357 (год публикации - 2021)
10.37747/2312-640X-2021-19-354-357

4. В.И. Трухачев, М.И. Селионова, А.М.М. Айбазов, М.Ю. Гладких, И.А. Лашнева, Д.Д. Сидоренко Характеристика корреляционных связей между компонентами молока коз молочного и комбинированного направлений продуктивности Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, 2022, № 5, С. 108-119. (год публикации - 2022)
10.26897/0021-342X-2022-5-108-119

5. В.И. Трухачев, М.И. Селионова, А.М.М. Айбазов, М.Ю. Гладких, И.А. Лашнева, Д.Д. Сидоренко Сравнительный анализ компонентного состава молока коз и овец Зоотехния, Зоотехния, 2023, № 2, С. 32-37. (год публикации - 2023)
10.25708/ZT.2023.93.41.008

6. Селионова М.И., Трухачев В.И., Айбазов А.М.М., Зиновьева Н.А., Белоус А.А. Полногеномный поиск ассоциаций однонуклеотидных замен с жирнокислотным составом молока карачаевских коз Молочное и мясное скотоводство, Молочное и мясное скотоводство, 2023, №6, С. 10-15 (год публикации - 2023)
10.33943/MMS.2023.72.99.002

7. Трухачев В.И., Селионова М.И., Зиновьева Н.А., Айбазов А-М.М., Белоус А.А. Полногеномный поиск ассоциаций однонуклеотидных замен с показателями молока карачаевских коз Достижения науки и техники АПК, Достижения науки и техники АПК, Т.37, №12, С. 17-23. (год публикации - 2023)
10.53859/02352451_2023_37_12_17

8. Селионова М.И., Трухачев В.И., Айбазов А.-М.М., Боголюбова Н.В., Сермягин А.А., Рыков Р.А., Зиновьева Н.А., Загарин А.Ю. Метаболический и антиоксидантный профиль коз нубийской и карачаевской пород Сельскохозяйственная биология (год публикации - 2024)

9. Селионова М.И., Трухачев В.И., Айбазов А.М.М., Сермягин А.А., Белоус А.А., Гладких М.Ю., Зиновьева Н.А., Genome-wide association study of milk composition in Karachai goats Animals, Animals. 2024. Vol. 14, No. 2. (год публикации - 2024)
10.3390/ani14020327

10. Селионова М.И., Трухачев В.И., Айбазов А.М.М., Белоус А.А. ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВА МОЛОКА И КОРРЕЛЯЦИЙ МЕЖДУ ЕГО ОТДЕЛЬНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ У КОЗ И ОВЕЦ РАЗНЫХ ПОРОД Известия ТСХА, 2024. № 4. С. 184-195. (год публикации - 2024)
10.26897/0021-342X-2024-4-184-195

11. Селионова М.И., Трухачев В.И., Зиновьева Н.А., Белоус А.А., Айбазов А-М.М. ПОЛНОГЕНОМНЫЙ ПОИСК АССОЦИАЦИЙ ОДНОНУКЛЕОТИДНЫХ ЗАМЕН С ПОКАЗАТЕЛЯМИ КАЧЕСТВА МОЛОКА У ОВЕЦ (Ovis aries L.) ПОРОДЫ ЛАКОН Москва, №4, Т. 59. Стр. 735-748. 2024 (год публикации - 2024)
10.15389/agrobiology.2024.4.735rus

12. Селионова М.И., Трухачев В.И., Зиновьева Н.А., Айбазов А.М.М., Белоус А.А. Поиск ассоциаций однонуклеотидных замен с показателями молока восточнофризских овец на основе полногеномного анализа Достижения науки и техники АПК, № 9. Т.38. стр. 43-50. 2024 (год публикации - 2024)
10.53859/02352451_2024_38_9_42

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году в России создадут базу данных компонентного состава молока мелкого рогатого скота, включая 288 образцов овец восточно-фризской породы и 22 показатели. Анализ молока овец восточно-фризской, лакона и коз альпийской и зааненской пород показал, что содержание жира, белка, казеина и сухого вещества в молоке овец в 1,3-1,9 раза выше, чем в козьем. Наибольшее преимущество у овец отмечено в концентрациях жирных кислот – в 1,5-2,7 раза, особенно мононенасыщенных, короткоцепочечных и полиненасыщенных. У альпийских коз показатели жира, сухих веществ и некоторых жирных кислот выше, чем у зааненских. Обнаружены сильные связи между показателями молока коз и овец: белок и β-казеин (r=0,95 и 0,99), жир и сухое вещество, жирные кислоты (r=0,61…0,96). Высокие и средние корреляции отмечены между различными жирными кислотами, а также между массовой долей жира и белка, мочевиной, соматическими клетками. Для молока коз была найдена слабая связь между мочевиной, олеиновой кислотой и ДЦЖК, в то время как у овец такая связь отсутствовала. Для лактозы у коз не было связи с жиром и жирными кислотами, тогда как у овец эта связь отрицательная. Полногеномный ассоциативный анализ для молока овец восточно-фризской породы выявил 640 SNP, из которых 537 были предположительными, а четыре преодолели порог значимости. Ассоциации с сухим обезжиренным остатком и сухим веществом включали 29 и 34 SNP соответственно, один из которых был значимым. Содержанием МДБ и β-казеина связывались 27 и 33 SNP. Также были идентифицированы SNP, связанные с различными жирными кислотами и компонентами молока, указывая на их локализацию на разных хромосомах. Например, 40 и 43 SNP ассоциированы с МДЖ и ПНЖК на 10 и 9 хромосомах соответственно. Структурная аннотация компонентов молока показала наличие генов-кандидатов: для СВ и СОМО — TIMP3, SLPI, SNORA70, CYP3A24; для МДБ — ST6GAL1, ADIPOQ и другие; для β-казеина — CD53 и другие. Определены связи с пальмитиновой кислотой и β-гидроксибутирата (БГБ) с генами, связанными с мочевиной и лактозой. Эти находки могут углубить понимание генетических основ молочной продуктивности и качества. У овец восточно-фризской породы для генов DGAT1 и LALBA установлена связь с молочной продуктивностью. В базе количественных признаков овец (Sheep QTL) для гена DGAT1 зарегистрировано 14 QTL, включая QTL 13985 (количество молока за лактацию) и QTL 14022 (массовая доля жира). Гены LALBA ассоциируются с временем свертывания сычужного фермента. Для других генов, таких как SLPI, SNORA70, CYP3A24, CD53, и т.д. описаны биологические функции, связанные с продуктивностью. Например, SLPI регулирует антибактериальные свойства, CYP3A24 связан с мочевиной в плазме, а DNMT1 определяет развитие волосяных фолликулов. Гены, такие как ADIPOQ, IL6 и ADRB3, играют ключевую роль в обмене веществ и физиологических процессах у овец. Для гена FCGR3A получены данные о его отрицательной связи с молочной продуктивностью. Функциональная аннотация генов-кандидатов для показателей молочной продуктивности овец породы лакон выявила, что из 328 генов, описанные биологические функции имеются у 61, при этом два зарегистрированы в Sheep QTL – CD8B (16 QTL) и BMPR1B (5 QTL). Ассоциации CD8B с обхватом груди у коммерческих пород овец идентифицированы QTL:255219-QTL:255222, длиной тела – QTL:255214-QTL:255218, весом – QTL:255208-QTL:255213 и обхватом голени – QTL:255223. Связь гена BMPR1B с многоплодием зарегистрирована QTL:13975; QTL:154661-QTL:154663, с живой массой – QTL:264134. Аннотирование позволило выявить ряд других генов, для которых описаны ассоциации с признаками продуктивности овец: ACBD5, GPX7, JAK1, FABP1, ZP1, ZP2, ZP3, ZP4. Гены ACBD5 и GPX7 регулируют метаболические процессы жирных кислот; JAK1 связан с косой длиной тела, глубиной и шириной груди, с косой длиной тела, высотой креста овец; FABP1 – ассоциирован с жиронакоплением у овец; OXSM – с весом ягнят в раннем онтогенезе; гены семейства ZP контролируют синтез четырех гликопротеинов – ZP1, ZP2, ZP3, ZP4, зоны пеллюцида и играют решающую роль в оогенезе, оплодотворении и предимплантационном развитии эмбрионов овец. Другие гены в соответствии биологическими функциями распределились на следующие группы: - формирование и регуляция иммунной системы организма – гены GPX7, PTGFR, LAX1, PI3, WFDC12, SLPI; - формирование и развитие нервной системы – гены GPR149, MACO1, EMX1, NAV2, RBFOX1; - клеточный метаболизм и транспорт веществ – гены PSMB2, UBE2U, SI, NCK1, PDK1, PAQR7, CD8A, SFXN5, RAB11FIP5, PIN1, GPR150, SFT2D1, ABCA5, ABCA10, PTER, GRAMD1B, SCN3B, PIK3R1, OSBP2, PLA2G3, STAR, DDHD2, PLPP5; - формирование, развитие органов и скелетно-хрящевой структуры – гены ADGRL2, MACO1, EMX1, EPYC, FLT4, BMPR1B, PDLIM5, TBXT, HEY1, CDH18, CSRP3, SBDS, FGFR1; - процессы оогенеза, оплодотворения и раннего развития эмбрионов – гены SPATA16, TDRP, CATSPER4.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Практического использования результатов проекта заключается в том, что выявление генов-кандидатов признаков молочной продуктивности коз и овец позволит в дальнейшем разработать мильтиплексные ПЦР- тесты для генотипирования и отбора животных желательных генотипов комплексно по нескольким генам, что значительно ускорит селекционный процесс. Также возможно а и разработка таргетной панели (коммерческого ДНК-чипа) для генотипирования по максимально возможному числу выявленных и валидированных генов. Такой подход позволит перейти от маркер-ассоциированной к геномной селекции, что признано наиболее перспективным и в настоящее время широко используется во всем мире в молочном скотоводстве.