Идентификация QTL, локализованных в регионах гомозиготности у пород овец, разводимых в России
Локусы количественных признаков (QTL) — это геномные регионы, ассоциированные с экономически значимыми признаками у сельскохозяйственных животных. Картирование новых QTL способствует идентификации функционального гена, лежащего в основе формирования фенотипа, а также определяет перспективы для будущих исследований в аспекте поиска геномных вариантов, влияющих на улучшение признаков. Информация, полученная в результате генетического картирования, размещается в публично доступных базах данных.
Две наиболее значимые базы данных — это Animal Quantitative Trait Loci (QTL) Database (AnimalQTLdb) и AnimalGWASAtlas. В 2022 году была представлена обновленная версия AnimalQTLdb, содержащая сведения об известных QTL для сельскохозяйственных видов животных, включая овец, с учетом новых сборок генома для передачи данных геномной карты. Согласно описанию Y. Gou et al. (2025), AnimalGWASAtlas объединяет общедоступные мультиомиксные данные из 140 исследований по полногеномному поиску ассоциаций (GWAS), охватывающих 471 признак у свиней, овец, крупного рогатого скота и кур.
Поиск QTL в геномах овец весьма актуален. Так, например, на первой хромосоме в результате GWAS, проведенного в популяции овец породы романе, был выявлен QTL, связанный с энергетическими резервами организма во время беременности и лактации. Внутри этого QTL были расположены несколько значимых SNP в гене рецептора лептина (LEPR).
В ресурсной популяции альпийского мериноса W. Zhang et al. (2024) идентифицировали 46 QTL, ассоциированных с массой тела и качественными и количественными показателями шерстной продуктивности. Анализируя вариацию числа копий (CNV) в полных геномах тонкорунных пород овец, C. Yuan et al. (2021) показали, что 1855 регионов CNV совпадали с 166 QTL, связанных с молочной продуктивностью и устойчивостью к паразитам.
Кроме того, до сих пор в научной литературе имеются сведения о проведении картирования QTL на основе использования микросателлитов. Например, были проведены попытки выявления QTL, связанных с молочной продуктивностью, в породе авасси в Турции с помощью 18 микросателлитов. Тем не менее информация о QTL, располагающихся в регионах, испытывающих признаки отбора, у отечественных пород отсутствует.
Цели исследования — выявление количественных локусов признаков (QTL) в регионах гомозиготности у российских пород овец и определение их ассоциации с хозяйственно ценными признаками.
Материалы и методы исследования
Материалом для исследования служили полногеномные SNP-профили овец, включающие 42230 SNP. Анализируемые SNP-профили были получены на основе объединения генотипов средней (50K) и высокой (600K) плотности, сгенерированные с помощью биочипов OvineSNP50 BeadChip (Illumina, США) и Ovine Infinium HD BeadChip (Illumina, США) соответственно.
В анализ были включены SNP, присутствующие в составе обоих перечисленных ДНК-чипов. SNP-генотипирование проводилина базе ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста с 2019 по 2024 год.
Выборка овец включала представителей 10 пород:
- андийская (n50K = 17),
- буубэй (n50K = 17, n600K = 22),
- волгоградская (n50K = 13, n600K = 22),
- забайкальская (n50K = 7, n600K = 8),
- карачаевская (n50K = 22, n600K = 21),
- кулундинская (n50K = 16),
- кучугуровская (n50K = 16),
- куйбышевская (n50K = 15),
- романовская (n50K = 26, n600K = 10),
- русская длинношерстная (n50K = 16, n600K = 16).
Образцы ткани и ДНК овец были получены из УНУ «Банк генетического материала домашних и диких видов животных и птицы», поддерживаемой на базе ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста (Россия).
Фильтрация и контроль качества генотипирования были выполнены с использованием программного обеспечения PLINK v1.90 (© 2025 Christopher Chang, США). С целью поиска протяженных сегментов гомозиготности использовали метод последовательных прогонов, реализованный в R-пакете detectRUNS. В ходе анализа допускали один негенотипированный и один гетерозиготный SNP.
В качестве индикаторов островков гомозиготности (ROH) в геноме овец были отобраны перекрывающиеся сегменты с минимальной длиной 0,3 Мб, общие более чем для 50% образцов внутри породы. Геномные координаты островков гомозиготности состояли из номера хромосомы, нуклеотидной позиции начала и нуклеотидной позиции конца целевого геномного региона. Геномные координаты островков гомозиготности и краткая характеристика изучаемых пород представлены в таблице 1.
Анализ совпадений геномных координат островков гомозиготности с локусами количественных признаков был проведен с использованием международной базы данных Sheep Quantitative Trait Locus (QTL) Database (Sheep QTLdb). Названия анализируемых показателей соответствовали названию локусов количественных признаков, представленных в базе данных Sheep QTLdb.
Результаты и обсуждение
Анализ сопоставления геномных координат островков ROH с актуальной версией базы данных SheepQTLdb выявил наличие 58 уникальных QTL, которые были представлены 29 показателями (рис. 1).
Среди них наиболее часто встречающимися были:
- живая масса (10,34%), масса жира в туше (8,62%),
- вес парной туши (6,9%),
- количество молока (удой) (6,9%).
Показатели «процент выхода мяса с пониженным содержанием жира», «процент жира в туше», «процент костей (прижизненно)», «масса мышц в туше», «плотность жира» имели долю в размере 5,17% каждый, а показатели «масса костей», «общее количество жира (прижизненное)», «плотность мышц», «содержание эйкозапентаеновой кислоты в мясе» — по 3,45% каждый. Большая группа QTL, перекрывающихся с островками ROH, была ассоциирована с размерами туловища, живой массой и составом туш (табл. 2).
Большая группа идентифицированных QTL, локализованных в островках ROH, была ассоциирована с размерами туловища, живой массой и составом туш. Например, в островке ROH у русской длинношерстной породы был идентифицирован QTL 14238, который впервые выявлен в исследованиях британской коммерческой мясной породы шароле и ассоциирован с глубиной длиннейшей мышцы спины.
QTL 57674 в островке ROH у андийской породы на второй хромосоме был впервые обнаружен в одной из самых значимых научных работ по проведению тонкого картирования QTL, ассоциированных с живой массой у овец. В этой работе с целью проведения GWAS была генотипирована 1781 овца породы австралийский меринос, происходящих из чистопородных семейств полусибсов, для которых фиксировалась живая масса после отъема.
Островок ROH у овец волгоградской и кулундинской пород на шестой хромосоме пересекался по своим геномным координатам с несколькими QTL (95777–95864), ассоциированными с количеством мышечной, костной и жировой ткани в составе туши. Все эти QTL были внесены в базу данных SheepQTLdb в результате GWAS, для которого геномная составляющая была представлена SNP-генотипами 600 ягнят породы шотландская черномордая, а фенотипическая составляющая (состав туши) определена прижизненно с использованием метода компьютерной томографии.
На первой и второй хромосомах в островках ROH были расположены QTL, ассоциированные с жирнокислотным составом баранины, включая содержание линоленовой (17210), арахидоновой (17213), эйкозапентаеновой (17214, 17215), докозапентаеновой (17217) кислоты и полиненасыщенных жирных кислот (17221). Все эти QTL были впервые идентифицированы после проведения анализа геномной изменчивости овец двух линий шотландской черномордой породы: одна линия производила мясо с низким содержанием жира и высоким содержанием белка, вторая — мясо с выраженной жировой прослойкой. У овец романовской породы островок ROH на второй хромосоме совпадал по геномным координатам с QTL 13796 и 14163, ассоциированными с длиной передней конечности и цветом мяса соответственно. Первый из них был выявлен в свободноживущей популяции овец соаэй (588 голов) с использованием 251 микросателлита. О наличии второго QTL впервые сообщили P.L. Johnson et al. (2005) в исследовании генетических аспектов, влияющих на качество мяса ножек у текселя из Новой Зеландии.
На шестой хромосоме у волгоградской породы был идентифицирован QTL 14017, ассоциированный со средним диаметром шерстного волокна и впервые описанный в экспериментальной ресурсной популяции из 1109 ягнят, полученных от скрещивания 30 баранов и 415 овцематок синтетической породы INRA401.
В островках ROH на тринадцатой хромосоме у буубэй и карачаевской породы был выявлен QTL 127011, ассоциированный с отложением жира в области хвоста. Этот QTL впервые был обнаружен в исследованиях, посвященных поиску признаков отбора в отношении типа хвостов у китайских аборигенных овец. Буубэй и карачаевская — это жирнохвостые породы, поэтому этот QTL может быть связан с жироотложением в области хвоста и у данных пород.
Доля QTL, ассоциированных с молочной продуктивностью, была довольна высока (12%). У трех пород (карачаевской, кучугуровской, буубэй) было выявлено пересечение островка ROH с двумя QTL (170597 и 170598) на тринадцатой хромосоме. Информация об этих QTL появилась благодаря анализу CNV в геноме овец молочной породы валле-дель-беличе.
Для повышения точности картирования некоторые научные группы использовали в качестве объектов исследования ресурсные популяции. Авторы нашли пересечение островка ROH на второй хромосоме у овец андийской, кучугуровской и романовской пород с QTL 13915, ассоциированным с процентным содержанием молочного жира. Этот QTL был выявлен в результате поиска генетических механизмов, лежащих в основе регулирования молочной продуктивности в популяции овец испанской молочной породы чурра, состоящей из 11 семейств полусибсов (всего 1213 овец). Другой QTL (57738), связанный с процентным выходом молочного белка, был локализован в островке ROH на второй хромосоме. Открытие этого QTL стало возможным благодаря применению комплексного методического подхода к анализу полногеномных SNP-генотипов от 1696 овец породы чурра, отобранных из 16 семейств полусибсов. Еще один QTL 14147, ассоциированный с количеством молока и локализованный в островке ROH у андийской породы на второй хромосоме, был картирован в ресурсной популяции возвратных кроссов, полученных от скрещивания баранов молочной восточнофризской породы и овцематок породы дорсет, с использованием 95 микросателлитных локусов.
Авторы выявили пересечения островков ROH с большой группой QTL на первой (14275–14278), второй (13991, 13992, 14253, 14254, 14279, 14280), шестой (13934, 13950, 14260, 14261, 14282–14286, 14332, 14333), десятой (14292–14295) и тринадцатой (14301) хромосомах. Эти QTL примечательны тем, что они были впервые описаны в эксперименте, проведенном в семействе возвратных кроссов (авасси × меринос) × меринос, которое было заложено при участии одного барана-родоначальника. Цель закладки такого семейства полусибсов — это идентификация QTL, ассоциированных с откормочной, мясной и молочной продуктивностью. Картирование проводили с использованием микросателлитных локусов (от 189 до 200), расположенных на аутосомах овец. В зависимости от того, какой специфический признак изучался, у помесного потомства проводился сбор интересующих фенотипических признаков.
В первом эксперименте 510 возвратных кроссов были задействованы для конструирования генетической карты неравновесного сцепления для идентификации QTL, в том числе QTL 13934, связанного с живой массой, и 13950, ассоциированного со среднесуточным приростом, на шестой хромосоме. Во второй работе были описаны новые QTL, связанные с молочной продуктивностью. Среди прочих были выявлены QTL 13991 и 13992, ассоциированные с выходом лактозы и количеством молока, соответственно, и расположенные в островках ROH в настоящей работе.
В третьем эксперименте животные были разделены на две группы для оценки состава туловища, зафиксированные in vivo перед убоем в возрасте 2 (1-я группа) и 3,5 (2-я группа) лет с помощью компьютерной томографии. В результате регрессионного анализа были выявлены 28 QTL, ассоциированных с показателями мясной и откормочной продуктивности, среди которых многие пересекались с островками ROH в данной работе.
Авторы этих работ предположили, что результаты следует проверить в других породах с использованием высокопроизводительных платформ для SNP-генотипирования. Вероятно, результаты авторов, полученные на основе анализа полногеномных SNP-генотипов и представленные выше, могут быть рассмотрены в качестве такого подтверждения, так как увеличение количества анализируемых маркеров позволяет значительно повысить точность картирования QTL. Это было экспериментально подтверждено на примере австралийской популяции крупного рогатого скота красного корня: использование данных полных геномов вместо чипов высокой плотности в среднем дало 3%-ное улучшение точности картирования QTL.
Кроме того, ранее авторы проводили GWAS по поиску ассоциаций SNP с живой массой и размерами туловища в специально созданной кроссбредной популяции возвратных кроссов, полученных от скрещивания овцематок романовской породы и F1 гибридных баранов (романовская × катадин). В результате были обнаружены достоверные ассоциации SNP, расположенных внутри QTL (например, 14276, 14301 и 95793), о которых сообщалось выше, с размерами туловища у овец. Это в свою очередь указывает на то, что перечисленные выше QTL представляют интерес для внедрения в селекционный процесс. Так, например, разработанные тест-системы для определения аллельных вариантов генов DGKH и PPP1R1C, ассоциированных с живой массой у овец и идентифицированных ранее в ходе GWAS, используются в маркерной селекции овец южной мясной породы и для отбора животных для создания новой мясной породы линяющих овец.
Выводы
На одной и той же хромосоме многие QTL были общими для островков ROH, имеющими несколько смещенные границы у разных пород. Можно предположить, что человек проводил отбор более крупных и быстрорастущих животных для создания предковых групп современных пород, поэтому много QTL, пересекающихся с островками ROH, ассоциировано в той или иной мере с размерами туловища.
Проведение тонкого картирования QTL стало возможным с разработкой ДНК-чипов, позволяющих проводить одновременное генотипирование десятков тысяч SNP, равномерно распределенных по геному. Однако большое число QTL, включенных в базу SheepQTLdb, были картированы ранее с использованием панелей микросателлитных локусов и имеют большой доверительный интервал.
В связи с этим настоящее исследование может быть рассмотрено в аспекте валидации ранее идентифицированных QTL, геномные варианты внутри которых могут быть рекомендованы для внедрения в маркерную селекцию в овцеводстве.
Об авторе
Татьяна Евгеньевна Денискова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
horarka@yandex.ru https://orcid.org/0000-0002-5809-1262
¹ Федеральный исследовательский центр животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста, пос. Дубровицы, 60, г. о. Подольск, Московская обл.,142132, Россия
УДК 636.32/.38
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-399-10-102-109
Просмотров: 134
