Идентификация гомозиготных гаплотипов, ответственных за раннюю эмбриональную смертность и влияющих на фертильность крупного рогатого скота уральского типа.

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 22-76-10021

НазваниеИдентификация гомозиготных гаплотипов, ответственных за раннюю эмбриональную смертность и влияющих на фертильность крупного рогатого скота уральского типа.

Руководитель Ярышкин Андрей Александрович,

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный аграрный университет" , Свердловская обл

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 крупный рогатый скот, гомозиготный гаплотип, эмбриональная смертность, летальная мутация

Код ГРНТИ68.39.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема воспроизводства крупного рогатого скота в Российской федерации из года в год остается актуальной и характеризуется достаточно низким выходом приплода в расчете на 100 маток. Почти каждая вторая корова не дает приплода. Экономический ущерб от бесплодия значительно превышает потери из-за заболеваний и падежа скота, а также обусловлен необходимостью использования дорогостоящих гормональных и лекарственных препаратов. Решение этой проблемы связано с увеличением эффективности реализации генетически детерминированных репродуктивных возможностей животных, что, в свою очередь сопряжено, во-первых, с выяснением причин, вызывающих снижение оплодотворяемости, во-вторых, с выявлением возможностей целенаправленных воздействий на эти механизмы, с изысканием подходов к управлению ими, а в-третьих, с разработкой высокоэффективных биотехнологий воспроизводства сельскохозяйственных животных. Одной из причин снижения репродуктивных способностей крупного рогатого скота выступают мутации, приводящие к фенотипическим проявлениям летальности на разных этапах развития от эмбрионального до постэмбрионального. Такие явления сопровождаются удлинением сервис-периода, возникновением гинекологических заболеваний, увеличением выбраковки животных, что в конечном итоге наносит существенный экономический ущерб. Мутации, приводящие к таким проблемам, часто положительно ассоциированы с уровнем молочной продуктивности. Улучшенный генетический потенциал животных позволит повысить уровень репродуктивных способностей, снизить частоту их возникновения. Несмотря на то, что полногеномные исследования молочного скота активно ведутся по всему миру, генетические характеристики крупного рогатого скота Уральского типа остаются малоизученными, а в аспекте снижения показателя выхода телят, фиксируемого по региону в течении последних лет, характеризует обозначенную проблему как и социально-значимую. Таким образом, полногеномные ассоциативные исследования в скотоводстве, направленные на идентификацию LoF-мутаций, генетических дефектов в отечественных популяциях крупного рогатого скота актуальны и значимы. Знания, полученные при исследовании генетической структуры крупного рогатого скота Уральского типа и идентификация гомозиготных гаплотипов, ответственных за раннюю эмбриональную смертность и влияющих на фертильность, будут использованы в целях повышения эффективности управления генетическими ресурсами для производства продуктов животноводства и способствовать повышению эффективности программ воспроизводства. Нарушение репродуктивных функций у коров становится наиболее распространённой причиной выбытия коров из стада. Частота рецессивных аллелей может незаметно возрастать вместе с летальными гомозиготами. Частота вредных аллелей, переносимых производителями, возрастает в последовательных генерациях. Разработан ряд методов сканирования генома для оценки разнообразия внутри- и между породами. Развитие карт неравновесия по сцеплению и характеристика структуры блока гаплотипов на уровне популяции являются полезными параметрами для полногеномного анализа ассоциаций и для понимания природы сложных сетевых связей между фенотипами и генами. Обнаружение и идентификация предковых гаплотипов способствуют анализу эволюционной динамики популяций, а также выявлению геномных областей для использования в селекции. Разработка многоаллельных вычислительных процедур заполняет теоретический пробел в генетическом анализе, предоставляет широкие возможности для разделения многоаллельных генотипических данных и обеспечивает использование анализа гаплотипов для ранней геномной оценки и прогноза племенных качеств животных. Исследования роли гаплотипов в патогенезе заболеваний открывает пути для разработки новых подходов к профилактике и лечению болезней репродуктивной системы крупного рогатого скота.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Быкова О.А., Костюнина О.В., Степанов А.В., Шевкунов О.А. Аллельные варианты SNP, ассоциированные с воспроизводительной способностью крупного рогатого скота Аграрный вестник Урала, Идентификация SNP, ассоциированных с воспроизводительной способностью крупного рогатого скота / О. А. Быкова, О. В. Костюнина, А. В. Степанов, О. А. Шевкунов // Аграрный вестник Урала. – 2023. – Т. 23, № 6. – С. 53-66. – DOI 10.32417/1997-4868-2023-235-06-53-66. – EDN FLYJKK. (год публикации - 2023)
10.32417/1997-4868-2023-235-06-53-66

2. Быкова О.А., Костюнина О.В.. Степанов А.В., Шевкунов О.А. Показатели воспроизводительной способности крупного рогатого скота в зависимости от аллельных вариантов ARS-BFGL-NGS-71623 и ARS-BFGL-NGS-85003 Сборник материалов VII Международной научно-практической конференции "Научное обеспечение животноводства Сибири", Научное обеспечение животноводства Сибири : Материалы VII Международной научно-практической конференции, Красноярск, 18–19 мая 2023 года. – Красноярск: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», 2023. – С. 40-44. – EDN PTXNKP. (год публикации - 2023)

3. Зырянова А.А., Быкова О.А., Костюнина О.В., Траспов А.А., Степанов А.В., Шевкунов О.А. Идентификация гаплотипов, ответственных за репродуктивную функцию крупного рогатого скота Клеточные и геномные технологии для совершенствования сельскохозяйственных животных, Материалы Всероссийской школы-конференции. Пушкин, 2023. С. 26-28 (год публикации - 2023)
10.31043/2410-2733-2023-5-26-28

4. Степанов А.В., Быкова О.А., Костюнина О.В., Зырянова А.А., Шевкунов О.А. Идентификация гаплотипов фертильности крупного рогатого скота Аграрный вестник Урала, Аграрный вестник Урала. – 2024. – Т. 24, № 7. – С. 921-931. – DOI 10.32417/1997-4868-2024-24-06-921-931. – EDN CDQFFG. (год публикации - 2024)
10.32417/1997-4868-2024-24-06-921-931.

5. О. А. Шевкунов, О. В. Костюнина, О. А. Быкова, А. А. Зырянова Идентификация гаплоблоков, потенциально ассоциированных с эмбриональной смертностью крупного рогатого скота черно-пестрого корня Аграрный вестник Урала, Аграрный вестник Урала. – 2024. – Т. 24, № 8. – С. 1082-1092. – DOI 10.32417/1997-4868-2024-24-08-1082-1092. – EDN RWGMEE. (год публикации - 2024)
10.32417/1997-4868-2024-24-08-1082-1092

6. Костюнина О., Ярышкин А., Быкова О., Степанов А., Шевкунов О., Шакиров В., Зырянова А., Ерошенко Е. Identification of lethal recessive genetic variants in Holstein cattle BIO Web of Conferences, BIO Web of Conferences. – 2024. – Vol. 108. – P. 01002. – DOI 10.1051/bioconf/202410801002. – EDN SHMXQV. (год публикации - 2024)
10.1051/bioconf/202410801002

7. Костюнина О.В., Ярышкин А.А., Быкова О.А., Зырянова А.А., Шевкунов О.А. Полногеномная идентификация сегментов гомозиготности в популяции коров голштинской породы уральского региона Достижения науки и техники АПК, Т.39, №3, с. 51-61 (год публикации - 2025)
10.53859/02352451_2025_39_3_51

8. Зырянова А.А., Ярышкин А.А., Быкова О.А., Шевкунов О.А., Костюнина О.В. Идентификация HBD-сегментов крупного рогатого скота голштинской породы Аграрный вестник Урала (год публикации - 2025)

9. Шевкунов О. А., Быкова О. А., Зырянова А. А., Ярышкин А.А., Костюнина О. В. Поиск гаплоблоков с потерей гомозиготности, потенциально ассоциированных с эмбриональной смертностью крупного рогатого скота Аграрный вестник Урала (год публикации - 2025)

10. Быкова О. А., Костюнина О. В., Зырянова А. А., Шевкунов О. А., Ярышкин А.А. Показатели воспроизводительной способности крупного рогатого скота в зависимости от генотипа Аграрный вестник Урала, Том 25, №2 (2025), с.206-216 (год публикации - 2025)
10.32417/1997-4868-2025-25-02-206-216

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Дополнена совокупная экспериментальная выборка лактирующих коров (с 1 по 3 лактацию). Актуализировна совокупная база данных, содержащая сведения о репродуктивной способности 898 голов коров, входящих в экспериментальную выборку. Определены продолжительность сервис-периода и периода плодоношения, сухостойного и межотельного периодов, коэффициент воспроизводительной способности и кратность осеменения. Выполнено полногеномное генотипирование поголовья крупного рогатого скота с использованием чипа Illumina Bovine SNP50V3 cредней плотности. В результате проведенных исследований дополнена созданная база данных, содержащая генетические профили коров экспериментальной группы (n=898), полученных с использованием чипа Illumina Bovine SNP50V3 cредней плотности, содержащая сведения о более 50000 SNP. При выполнении исследований было обнаружено 10 гаплоблоков в экспериментальной выборке животных. Анализ отобранных участков хромосом позволил выявить более 30 генов, локализованных в пределах гаплоблоков. Данные гены выполняют функции, которые могут влиять на жизненно важные процессы в организме животных. На восьмой хромосоме, в границах исследуемых гапблоков, обнаружились гены, ответственные за формирование беременности и развитие плода. Это результат влияния групп генов на синтез и формирование интерферона. Шестнадцатая хромосома включала в себя гаплоблоки, кодирующие специфичную для последовательности активность связывания двухцепочечной ДНК, белок гидролизирующий тиоэфир КоА пальмитоил-КоА, интегральный мембранный белок, который принадлежит к суперсемейству родопсинов класса А рецепторов, связанных с G-белком, ДНК-связывающих белков хромодомен-хеликазы и белок, участвующий в развитии и функционировании почечных канальцев. Были отобраны гаплоблоки, которые могут отвечать за эмбриональную смертность и фертильность коров голштинской породы. Эти гаплоблоки находятся на 8 и 16 хромосоме с шагом 500 кб. На 8 хромосоме гаплоблоки содержали следующие гены: IFN, KLHL9, IFNAC, IFNB3, IFNB1, IL6, PTPLAD2, KIAA1797, MIR491, TUBD1, SLC37A1, MNS1, CCDC168, FSHR, INHBA, BMP4, GDF9, KITLG, ESR1, PTGS2, RBP4, SPATA17, LHCGR. На 16 хромосоме были найдены следующие гены: RNF207, CHD5, KCNAB2, NPHP4, PLAG1, CHST11, SPEF2, SLC2A5, HSD17B7, PPP3CA, BMPR1B (более полный материал представлен в дополнительном файле). В результате анализа частот аллелей и генотипов по SNP, достоверно связанных с показателями воспроизводительной способности коров, установлено, что гомозиготный генотип АА преобладает у rs42666527, rs109068322, rs41596073, гетерозиготный - у rs111023020, rs109913504, rs41611305, rs41658749, rs41630566. Наименьшая частота встречаемости установлена для гомозиготных генотипов rs109888380_АА, rs42666527_GG, rs109068322_GG, rs109913504_АА, rs41611305_АА, rs41630566_АА, rs41658749_АА, гетерозиготных - rs41596073. У исследуемых животных сервис-период имел продолжительность от 93 до 163 дней. Наименее продолжительным он оказался для rs41630566 и rs41596073. Продолжительность сервис-периода 93 и 94 дня, ассоциированная с наличием в генотипе rs41630566_ТТ и rs41596073_AG соответственно, позволила достигнуть коэффициента воспроизводительной способности равного 1, что говорит о высокой эффективности воспроизводства по стаду для животных-носителей данных генотипов. Самым продолжительным сервис-период оказался для животных с rs109068322_GG (163 дня), rs42666527_GG (158 дней), что значительно увеличивает продолжительность межотельного периода. Самым коротким период плодоношения оказался у животных с rs41630566_АА (261 день), rs109888380_АА (264 дня), rs41596073_АG (270 дней), rs41630566_GG (272 дня), самым продолжительным – с rs109068322_GG (302 дня), rs41658749_AG (301 день).Самым коротким сухостойный период установлен для гомозиготных генотипов rs41611305_АА (54 дня), rs109913504_СС, rs109068322_AA, rs109068322_GG (55 дней) и гетерозиготного генотипа rs41611305_AG (55 дней). Наиболее продолжительным он был для гетерозиготных генотипов rs109888380_AG и rs41630566_АТ и составил 62 дня. Самым коротким межотельный период оказался для носителей гетерозиготного генотипа rs41596073_АG и был короче календарного года на 2 дня, 364 дня он составил для гомозиготных генотипов rs109888380_АА и rs41630566_АА, 365 дней – для rs41630566_ТТ. Для остальных генотипов и SNP он был выше на 40 и более дней, что является нежелательным для эффективного воспроизводства высокопродуктивного стада. В наших исследованиях коэффициент воспроизводительной способности соответствовал оптимальному значению (1,00) только для SNP: rs109888380_АА, rs41596073_AG, rs41630566_АА и rs41630566_ТТ. Для остальных SNP он составил от 0,90 до 0,78, что свидетельствует о возможности получения теленка за период от 1,1 до 1,3 года. Для гомозиготных генотипов rs41630566 кратность осеменения была наименьшей и составила 1,12 и 1,15. Для rs41596073_AG и rs109888380_АА эти значения были несколько выше и равнялись 1,18 и 1,20. Для других исследованных SNP на одно оплодотворение приходилось от 1,25 до 1,69 осеменений.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Полученные в ходе данного исследования результаты могут быть использованы для совершенствования хозяйственно-полезных качеств крупного рогатого скота, что позволит не только обеспечить процесс развития отрасли в целом, но и улучшить репродуктивную способность коров, сократить сервис-период, улучшить оплодоворяемость яйцеклетки, сократить процент абортов и мертворожденного приплода, увеличить сохранность молодняка и продолжительность продуктивного долголетия коров, повысить экономическую эффективность и конкурентоспособность животноводческой продукции, поддержать генетическое разнообразие пород. Прикладная значимость данного исследования для Свердловской области определяется возможностями успешного развития отрасли скотоводства и роста её конкурентоспособности при совершенствовании экономически-значимых хозяйственно-полезных качеств крупного рогатого скота до уровня мировых аналогов.