КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 18-16-00071

НазваниеГенетические основы криоустойчивости спермы животных

РуководительНикиткина Елена Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр животноводства - ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста», г Санкт-Петербург

Годы выполнения при поддержке РНФ 2021 - 2022 

КонкурсКонкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (28)

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

Ключевые словаДНК, однонуклеотидный полиморфизм, криорезистентность, геномная селекция, генофондные породы кур, крупный рогатый скот, лошади

Код ГРНТИ68.03.05


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Генетическая устойчивость к криоконсервации спермы – важная составляющая отбора производителей. Изучение генетической основы признаков, связанных с устойчивостью к замораживанию, может служить источником для разработки новых сред для разбавления и технологий криоконсервации клеток. В процессе работы над Проектом 2018 были изучены особенности криорезистентности спермы Gallus gallus, Bos taurus, Equus ferus caballus. В результате сравнительной характеристики генов, выявлены кандидатные гены, потенциально влияющие на сохранность сперматозоидов после заморозки-оттаивания. Найденные в процессе выполнения проекта кандидатные гены были сопоставлены с функциями ортологичных генов, по публикациям других исследователей. В результате были определены возможные сигнальные пути, нарушения или особенности функционирования которых приводят к снижению устойчивости клеток сперматозоидов к замораживанию. Важными условиями формирования сперматозоида является правильное функционирование генов, связанных с мейозом и созреванием сперматозоидов. Нарушения на этом этапе приводят к необратимым изменениям в клетке, вплоть до потери способности к оплодотворению. Работа генов отвечающих за формирование мембран и различных клеточных структур, связанных с функциями сперматозоидов, тоже важный фактор криорезистентности. Вторым важным условием функционирования сперматозоида является экспрессия генов, подготавливающих сперматозоид к оплодотворению. Это сигнальные пути энергетического обмена – для поступательного движения сперматозоида, и гены кальциевого обмена участвующие в подготовке к капацитации. Изменения в структуре белков могут приводить к преждевременной капацитации и нарушении целостности сперматозоида. Таким образом, проведенные исследования открывают широкие возможности для изучения сигнальных путей взаимодействия белков через поиск полиморфных вариантов кодирующих их генов. Полученные аллели будут включены в поиск ассоциаций с признаками изменений в сперматозоидах после криоконсервации. Таким образом, поиск казуальных молекулярно-генетических маркеров будет являться важной и высокоактуальной частью продолжения проекта по изучению влияния сверхнизких температур на качество спермы у различных видов животных. Продолжение Проекта направлено на решение фундаментальных проблем современной биологии по широкому и углубленному изучению молекулярной архитектуры локусов, связанных с генетической изменчивостью признаков криоустойчивости семени. Подобное широкомасштабное и углубленное исследование с применением современных геномных методов, проводиться впервые. В целом полногеномный поиск ассоциаций с криорезистентностью сперматозоидов соответствует мировому уровню развития современной геномной науки и представляет большой интерес как с точки зрения общего понимания генетики воспроизводства, так и для дальнейшей разработки сельскохозяйственных технологий, в частности. Сохранение ценного генетического материала ценных племенных животных и диких видов предполагает использование криобанков семени. В данном проекте будут использованы молекулярно-генетические маркеры и кандидатные гены, как обнаруженные нами, так и найденные в дальнейшем, результате анализа in silico. Также будут использованы, например данные анализа транскриптома спермы, в том числе и с оценкой различий фертильности замороженной спермы, полученных другими исследователями на разный видах животных и человеке (например, Fraser et al.,2020). Конкретной задачей, на которую направлен Проект 2018 и Проект 2021, является поиск геномных маркеров ассоциациированных с устойчивостью сперматозоидов птицы (петухов разных пород) и млекопитающих (быков и жеребцов), к повреждающему действию низких температур при криоконсервации. Поиск мутаций у различных видов животных, связанных с генетическими проблемами замораживания спермы (для сохранения редких и исчезающих видов, например), является важным и актуальным направлением генетических исследований, что подтверждается появлением множества публикаций в 2020 году на модельных животных.

Ожидаемые результаты
В целом полногеномный поиск ассоциаций с криорезистентностью сперматозоидов соответствует мировому уровню развития современной геномной науки и представляет большой интерес как с точки зрения общего понимания генетики воспроизводства, так и для дальнейшей разработки сельскохозяйственных технологий, в частности. Будут получены: 1. Кандидатные гены качества сперматозоидов после криоконсервации по признаку морфология сперматозодов после замораживания-оттаивания у жеребцов 2. Кандидатные гены качества сперматозоидов после криоконсервации по признаку качество мембран сперматозодов после замораживания-оттаивания у петухов 3. Полиморфные варианты в экзонах 5 общих кандидатных генов, выбранных в результате анализа значимости SNP находящихся в этом районе у разных видов и связанных с преждевременной капацитацией акросом и состоянием мембран. 4. Полиморфные варианты в экзонах 3 общих кандидатных генов, выбранных в результате анализа значимости SNP находящихся в этом районе у всех (включенных в проект) видов по признаку уровня окислительного фосфорилирования у сперматозоидов после оттаивания. 5. Кандидатные гены качества сперматозоидов после криоконсервации по признаку дыхание после замораживания-оттаивания у петухов 7. Системы генотипирования для раннего анализа качества образцов спермы пригодной к замораживанию (отдельно по видам). 8. Новые данные по влиянию аллелей найденных SNPs на фертильность быков. Полученные новые знания по кандидатным генам и маркерным SNPs ассоциированным с признаками качества спермы и фертильностью самцов значительно повысят эффективность сохранения генетического материала ценных племенных животных и диких видов. Это произойдет за счет раннего отбора животных по криоустойчивости семени и появлению предпосылок для разработки систем криопротекторов для замораживания уникальных эякулятов. Выявленные аллели, ассоциированные с признаками изменений в сперматозоидах после криоконсервации, могут быть использованы в селекционных программах по разведению сельскохозяйственных животных. Таким образом, поиск казуальных молекулярно-генетических маркеров будет являться важной и высоко актуальной частью продолжения проекта по изучению влияния сверхнизких температур на качество спермы у различных видов животных. Поэтому, поиск мутаций у различных видов животных, связанных с генетическими проблемами замораживания спермы (для сохранения редких и исчезающих пород и видов животных, например), является важным и актуальным направлением генетических исследований, что подтверждается появлением множества публикаций в 2020 году на модельных животных.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В текущем году был продолжен поиск генетических ассоциаций с криоустойчивостью спермы петухов, жеребцов и быков. Проведена оценка 163 эякулятов 100 жеребцов и 4 образца спермы, выделенной из семенников 4 жеребцов, а также собраны 258 эякулятов от 96 петухов. Проведен поиск полногеномных ассоциаций с морфологией сперматозоидов после замораживания-оттаивания у жеребцов. Было найдено более 100 генетических ассоциаций с морфологическими повреждениями сперматозоидов жеребцов после криоконсервации. В частности, с показателем повреждения головки найдено 52 потенциальных SNP. Так, например, ген PARP11 - моно-АДФ-рибозилтрансфераза, которая опосредует моно-АДФ-рибозилирование целевых белков. Играет роль в стабильности ядерной оболочки и ядерном ремоделировании во время спермиогенеза. PARP11 является новым ферментом, важным для правильного формирования головки сперматозоидов, и идентифицирует его как потенциальный фактор, участвующий в идиопатической тератозооспермии у млекопитающих. Другие найденные гены в результате нашего исследования были связаны с формированием мембран или поддержания осмоса клеток сперматозоидов. Проведен поиск полногеномных ассоциаций с подвижностью клеток, качеством мембран и окислительным фосфорилированием сперматозоидов после замораживания-оттаивания у петухов. Например, полиморфизм, наблюдаемый в гене PHF14 может служить причиной нестойкости мембран сперматозоидов к замораживанию-оттаиванию у петухов. Найдены 28 потенциальных SNP ассоциированных с окислительным фосфорилированием сперматозоидов после замораживания-оттаивания у петухов. Так, найденные значимые SNP подтверждают связь полиморфных вариантов гена RAG2 с реакцией сперматозоидов на блокировку производства АТФ с помощью 2,4-ДНФ. По результатам полногеномного анализа были отобраны потенциальные гены-кандидаты для дальнейшего детального анализа и поиска казуальных SNPs методом секвенирования по Сенгеру. Были выбраны наиболее информативные локусы в аннотированных генах, подобраны специфические праймеры, оптимизированы условия проведения амплификации, и проведено секвенирование экспериментальных групп жеребцов, петухов и быков контрастных по изучаемому признаку - криорезистентности спермы. Было выявлено несколько полиморфных вариантов в каждом из анализируемых локусов аннотированных генов. Экспериментальные данные секвенирования будут обработаны и проанализированы для выявления их ассоциации с фенотипическими признаками качества замороженной спермы. Опубликована 1 работа в журнале Journal of animal science ( Q1), принята к публикации 1 работа в журнале Reproduction in domestic animals, на рецензии 2 работы: в журналах Veterinary Science (Q1) и Animal Bioscience (Q1). Подготовлены 2 работы к публикации. Результаты проекта доложены в 6 докладах на 5 международных конференциях в России и за рубежом. У проекта есть свой инстаграм аккаунт - rscf_cryosemen_grant.

 

Публикации

1. Крутикова А.А., Дементьева Н.В., Никиткина Е.В., Кудинов А.А, Позовникова М.В., Косач Е., Атрощенко М.М., Митрофанова О.В., Племяшов К.В. Promising loci and genes for cryoresistance of spermatozoa identified by a Genome-Wide Association Study in horses Reproduction in domestic animals, - (год публикации - 2021).

2. Никиткина Е.В., Дементьева Н.В., Щербаков Ю.С., Крутикова А.А., Мусидрай А.А., Плешанова Н.В., Самойлов О.И. 501 Late-Breaking: Search for Genomic Associations with Cryo-resistance of Sperm in Animals Journal of Animal Science, Volume 99, Issue Supplement_3, November 2021, Pages 25–26 (год публикации - 2021).