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 19-16-00109

НазваниеПоиск и аннотация геномных регионов, обеспечивающих особенности фенотипической изменчивости и адаптации свиней

РуководительКостюнина Ольга Васильевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр животноводства - ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста", Московская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2021 г. 

Конкурс№35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

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

Ключевые словакабан, свиньи, локальные породы, отпечатки отбора, адаптационные качества, селекционные признаки, гены-кандидаты, молекулярно-генетические механизмы

Код ГРНТИ68.39.35


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Понимание того, как отбор (естественный, либо искусственный) формирует генетические различия в популяциях сельскохозяйственных животных, имеет фундаментальное значение для эффективного развития животноводства. Отбор вызывает определенные изменения на геномном уровне, которые могут быть использованы для идентификации локусов, подвергнутых селекции, а также причинных мутаций и генов, связанных с изменением биологических процессов, обеспечивающих особенности фенотипической изменчивости. Особый научный интерес представляет идентификация геномным регионов, подверженных естественному или искусственному отбору (называемых «отпечатками отбора», signatures of selection) на основе полногеномного сканирования с помощью чипов высокой плотности. До XX века производство свиней в России происходило в относительно небольших масштабах. Наибольшую активность свиноводство приобрело в конце девятнадцатого века, так в 1980 году в Советском Союзе были зарегистрированы двадцать две местные породы, которые играли важную роль в производстве свинины и экономическом развитии. Несмотря на то, что эти породы основаны на импортном генетическом материале, целенаправленная селекционная работа, сфокусированная на решении определенных задач, диктуемых тем временем, привела к развитию пород с уникальными характеристиками. В связи с распадом СССР и последующими значительными социально-экономическими изменениями, отечественные породы стали практически неконкурентоспособными по сравнению с европейскими коммерческими породами. Это привело к тому, что многие из этих пород, хорошо адаптированные к местному климату, устойчивые к болезням и обладающие высокими качественными показателями мяса, были заменены международными коммерческими породами с более высокой производительностью. Однако на сегодняшний день крайне остро стоит вопрос о создании конкурентоспособных на мировом рынке отечественных племенных ресурсов. Для решения этой задачи ценную информацию можно получить на основе полногеномных исследований отечественных локальных пород свиней и идентификации «отпечатков отбора», используя материал свиней отечественных пород, частично сохранившихся на сегодняшний день, а также образцы из уникальных коллекций биоматериала ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста и черепов, собранных в музее РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. В связи с этим целью настоящего проекта является идентификация «отпечатков отбора», ответственных или связанных c проявлением хозяйственно-полезных признаков и адаптационных качеств свиней на основе полногеномных исследований дикого поголовья (европейский и азиатский кабан), свиней домашних пород европейского происхождения до глобальной интенсификации свиноводства (конец 20-ого века), локальных отечественных пород (созданных в конце 20-ого века на территории СССР) и современных коммерческих пород. Анализ исследуемых геномных последовательностей позволит идентифицировать целевые локусы и гены, ответственные или связанные c проявлением хозяйственно-полезных признаков и адаптационных качеств, а также прояснить молекулярно-генетические механизмы фенотипического разнообразия. Полученные результаты будут использованы для повышения эффективности управления генетическими ресурсами для производства продуктов животноводства и способствовать быстрому реагированию на текущие и будущие потребности, связанные с изменением климатических условий или появлением новых патогенов, а также диктуемые спросом, обусловленным особыми предпочтениями и сложившимися тенденциями в различных социально-экономических условиях.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут получены следующие результаты: 1. Пополнена коллекция ДНК ВИЖ им. Л.К. Эрнста, насчитывающая более 50000 единиц, отобранных от свиней различных пород, образцами локальных пород и кабана, отсутствующих в настоящее время в банке. 2. Получены данные полногеномного генотипирования (с использованием HD SNP панелей GeneSeek (GGP-Porcine HD)) образцов свиней локальных пород и кабанов, отсутствующих в настоящее время в международных геномных базах. 3. Проведен филогенетический анализ и оценка генетического разнообразия свиней различных пород и кабанов. 4. Определены геномные регионы и дифференцированные гены, способствующие адаптации свиней к различным условиям внешней окружающей среды: температуре, количеству осадков и солнечной радиации. Получены данные о молекулярно-генетических механизмах температурной адаптации свиней. 5. Анализ генетических вариаций, произошедших у кабана и свиней некоторых пород европейского происхождения до глобальной интенсификации, а также последующее формирование на их основе локальных отечественных пород с одной стороны и современных коммерческих пород с другой стороны, позволит идентифицировать «отпечатки отбора», соответствующие определенным фенотипическим характеристикам. 6.Получены новые данные о молекулярно-генетических механизмах фенотипического разнообразия и идентифицированы целевые локусы и гены, ответственные или связанные c проявлением хозяйственно-полезных признаков. 7. Полученные результаты будут использованы для совершенствования селекционно-племенной работы, создания отечественных генетических ресурсов и повышения эффективности производства продукции свиноводства.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В процессе выполнения исследований сформирована экспериментальная выборка текущего года исследований (n=260), в которую включены образцы свиней крупной белой породы и ландраса (импортированных после 2005 года), крупной белой породы отечественной селекции (до массового импорта племенного поголовья), цивильской и уржумской (локальные отечественные породы, созданные при участии крупной белой породы), образцы зубов от черепов крупной белой породы из коллекции музея Лискуна (Тимирязевская академия), отобранных в середине ХХ в. Выделение ДНК осуществляли с использованием наборов ДНК-экстран 1 (для крови) и ДНК-экстран 2 (для ткани) производства ООО «Синтол» (Россия) согласно рекомендациям производителя. Отработку методов выделения ДНК из костей черепа свиней проводили на образцах краниологической коллекции музея животноводства имени Е.Ф. Лискуна МСХА им. К.А. Тимирязева. Наилучшими параметрами характеризовалась ДНК, выделенная с использованием наборов Prep Filer™ BTA Forensic DNA Extraction Kit (Thermo Fisher Scientific, США), COrDIS «Декальцин» (ООО «ГОРДИЗ», Россия) с нашими модификациями. Для генотипирования был использован чип - GeneSeek GGP Porcine HD (San Diego, USA). Проведены филогенетический анализ и оценка генетического разнообразия. Все исследованные группы показали четкую дифференциацию друг от друга. Анализ генетического разнообразия показал дефицит гетерозигот в популяции свиней уржумской породы. Поиск локусов под давлением естественного отбора осуществляли с использованием метода попарного сравнения FST-индексов на 2 группах кабана, локализованных в разных климатических условиях. В результате определены 9 генов вблизи большинства верхних SNP. Эти гены связаны с массой тела IGF1R, качеством мяса TRIB3, сперматогенезом PRKAA1, гормональной чувствительностью ABCC1, иммунным ответом и клеточной сигнализацией MORC2, а также генами-кандидатами психических и структурных заболеваний головного мозга, как шизофрения, аутизм и эпилепсия (ARVCF, SHANK1, MRI1). Для поиска локусов, ответственных за акклиматизацию свиней были выбраны животные, которые согласно географическому местоположению и соответственно климатическим условиям были распределены по трем группам: «Центр» (Civil, LW_Belorus, LW_Konst), «Север» (LW_UB, URZ, A4) и «Юг» (UBS). Идентификацию локусов, ответственных за акклиматизацию, проводили при помощи анализа длинных участков гемизиготности (ROH более 10 Mb). Результаты, полученные нами при исследовании двух групп свиней, содержащихся в различных климатических условиях (южный и северный пояс) показали наличие длинных участков гомозиготности в первой хромосоме, в которых были идентифицированы гены семейства цинковых пальцев TSHZ1, ZNF407 и ZNF516. Можно предположить, что эти гены принимают активное участие в регуляции транскрипции, тем самым обеспечивая деятельность механизмов, связанных с адаптацией свиней к различным климатическим условиям. Для более значимых выводов будут проведены дальнейшие исследования на большем поголовье животных. Результаты исследований с приложением таблиц и рисунков представлен в Файле с дополнительной информацией.

 

Публикации


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В процессе выполнения исследований сформирована экспериментальная выборка текущего года исследований (n=283), в которую включены образцы свиней крупной белой породы и ландраса (импортированных после 2005 года), крупной белой породы отечественной селекции (до массового импорта племенного поголовья), образцы зубов от черепов крупной белой породы из коллекции музея Лискуна (Тимирязевская академия), отобранных в середине ХХ в. Выделение ДНК осуществляли с использованием наборов ДНК-экстран 2 (для ткани) производства ООО «Синтол» (Россия) согласно рекомендациям производителя, ДНК из музейных образцов выделяли с использованием COrDIS «Декальцин» (ООО «ГОРДИЗ», Россия) с нашими модификациями. Для генотипирования был использован чип - GeneSeek GGP Porcine HD (San Diego, USA). Получены данные о генетической структуре исследуемых популяций, проведен филогенетический анализ и оценено генетическое разнообразие. Представлены результаты анализа популяционно-генетических параметров свиней крупной белой породы, а также групп сравнения – дюрок и ландрас. Продемонстрирована генетическая консолидация групп в соответствии с породой и их происхождением. Исследования, направленные на определение геномных регионов и дифференцированных генов, способствующих адаптации свиней к различным условиям окружающей среды, проведены на европейских кабанах, отобранных в различных регионах Российской Федерации. Поиск локусов, находящихся под давлением с использованием трех различных подходов позволил идентифицировать 6 SNP, общих для методов iHS и Ohana и 1 общий SNP для методов FLK и Ohana. Функции генов, в пределах которых локализованы мутации, в некоторых случаях не определены. Можно предположить, что эти гены принимают активное участие в регуляции транскрипции, тем самым обеспечивая деятельность механизмов, связанных с адаптацией свиней к различным климатическим условиям. Для более значимых выводов будут проведены дальнейшие исследования. Получены первые данные о геномных регионах, находящихся под селекционным давлением. Исследования позволили выявить несколько сигналов отбора, связанных с признаками роста, фитнеса, экстерьера, репродуктивными показателями и качеством мяса, а также идентифицировать гены, которые могут выступать в качестве генов-кандидатов, оказывающих основное влияние на эти признаки.

 

Публикации

1. Гетманцева Л.В., Траспов А.А., Бакоев Н.Ф., Прытков Ю.А., Бакоев С.Ю., Петрикеева Л.В., Костюнина О.В. Поиск «отпечатков отбора» у домашних свиней и дикого кабана Сельскохозяйственная биология, том 55, № 2, с. 243-256 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.2.243rus

2. Гетманцева Л.В., Траспов А.А., Бакоев Н.Ф., Прытков Ю.А., Бакоев С.Ю., Петрикеева Л.В., Костюнина О.В. Identification of «selection signatures» in pigs and wild boars (review) Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], Vol. 55, № 2, p. 243-256. (год публикации - 2020) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.2.243eng

3. Гетманцева Л.В., Бакоев С.Ю., Костюнина О.В., Траспов А.А., Прытков Ю.А., Бакоев Н.Ф. Detection of selection signatures in Civil and Large White pig breeds Journal of Animal Science, Vol. 98, Issue Supplement_4, November 2020, P. 464–465 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1093/jas/skaa278.808

4. Костюнина О.В., Гетманцева Л.В., Абдельманова А., Петрикеева Л., Зиновьева Н.А. Genetic differentiation of modern and historical samples of the Russian Large White pigs Journal of Animal Science, Vol. 98, Issue Supplement_4, November 2020, P. 466 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1093/jas/skaa278.811


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В процессе выполнения исследований сформирована экспериментальная выборка текущего года исследований (n=368), в которую включены образцы свиней породы ландрас различного происхождения, образцы зубов и образцы свиней локальных пород. Представлены результаты структурного анализа свиней крупной белой породы современной и советской селекции. С использованием сглаженных FST и FLK обнаружено 120 генов, связанных с дифференциацией между старыми и новыми популяциями свиней крупной белой породы: 52 были идентифицированы методом FST, а 68 - методом FLK; при использовании обоих подходов было выявлено 16 генов. Идентифицированные области перекрываются с локусами количественных признаков (QTL) для признаков, связанных с мясом и анатомическими характеристиками, приспособленностью животных к условиям окружающей среды. Осуществлен поиск геномных регионов, связанных с фенотипическим проявлением признаков и идентификация генов, участвующих в соответствующих биологических процессах у свиней породы ландрас, которые показали наличие 30 SNP, обнаруженных методом IHS, и 20 SNP обнаруженных с использованием метода LLRS. Биологические функции генов, в пределах которых локализованы мутации, участвуют в широком спектре различных биологических процессов, например, таких как, рост, развитие и репродукция. Получены данные о генетической структуре исследуемых популяций кабана, проведен филогенетический анализ и оценено генетическое разнообразие, проведено сравнение отечественных популяций с мировыми популяциями. Использование различных методов обработки данных полногеномного генотипирования, было продемонстрировано, что кабаны из разных регионов мира различаются по своей генетической структуре и уровню аутозиготности. Полученные результаты могут быть полезны для характеристики различных популяций кабанов и домашних свиней.

 

Публикации

1. Бакоев С.Ю., Гетманцева Л.В., Костюнина О.В., Бакоев Н.Ф., Прытков Ю.А., Усатов А., Татаринова Т.В. Genome-wide analysis of genetic diversity and artificial selection in Large White pigs in Russia PeerJ, PeerJ 9:e11595 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.7717/peerj.11595

2. Бакоев С.Ю., Колосав А.Ю., Бакоев Ф.С., Костюнина О.В., Бакоев Н.Ф., Романец Т., Кошкина О.А., Гетманцева Л.В. Analysis of Homozygous-by-Descent (HBD) Segments for Purebred and Crossbred Pigs in Russia Life (Basel), Life 2021, 11(8), 861 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/life11080861

3. Костюнина О.В., Траспов А.А., Экономов А.В., Гетманцева Л.В., Бакоев Н.Ф., Прытков Ю.А., Домский И.А. Genome-wide search for selection signatures in European wild boar Journal of Animal Science, Volume 99, Issue Supplement_3, November 2021, Page 498 (год публикации - 2021)


Возможность практического использования результатов
Полученные результаты могут быть использованы для повышения эффективности управления генетическими ресурсами для производства продуктов животноводства и способствовать быстрому реагированию на текущие и будущие потребности, связанные с изменением климатических условий или появлением новых патогенов, а также диктуемые спросом, обусловленным особыми предпочтениями и сложившимися тенденциями в различных социально-экономических условиях.