Реконструкция демографической истории и поиск отпечатков селекции у отечественных пород крупного рогатого скота на основе полногеномного анализа современных и исторических образцов

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 19-76-20012

НазваниеРеконструкция демографической истории и поиск отпечатков селекции у отечественных пород крупного рогатого скота на основе полногеномного анализа современных и исторических образцов

Руководитель Зиновьева Наталия Анатольевна, Доктор биологических наук

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

Конкурс №31 - Конкурс 2019 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 Крупный рогатый скот, отечественные породы, аллелофонд, полногеномные исследования, ДНК-чипы, полный митохондриальный геном, отпечатки селекции

Код ГРНТИ68.03.05

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Сельскохозяйственные генетические ресурсы являются биологическим капиталом, крайне необходимым для развития систем производства будущего. Локальные породы скота в течение многовековой истории сформировали уникальный аллелофонд, приспособившись к местным природно-климатическим условиям, приобретя устойчивость к неблагоприятным факторам среды, развив характеристики, наиболее полно отвечающие потребностям человека в высокоценной и здоровой пище. На фоне наблюдаемого изменения климата, роста техногенной нагрузки, а также потребности в системах производства органической продукции, такие породы являются незаменимым источником изменчивости и основой устойчивости систем сельскохозяйственного производства в будущем. Вместе с тем, наблюдаемое драматическое снижение численности локальных пород скота, искусственная селекция по ограниченному числу признаков и широкое использование кроссбридинга может привести к невосполнимой потере аллелей и аллельных сочетаний, ассоциированных с их уникальными адаптационными свойствами и качественными характеристиками продукции. Решение вышеназванной проблемы требует проведения комплексных молекулярно-генетических исследований эволюции генофондов сельскохозяйственных животных, выявления аутентичных геномных компонентов, сохранившихся в отечественных породах в процессе их адаптации к локальным природно-климатическим условиям зон разведения. Идентификация на геномном уровне исходных аллелей и уникальных аллельных сочетаний, носителями которых являются такие породы, имеет особую актуальность для разработки научно-обоснованных программ их разведения, направленных на повышение продуктивных качеств при сохранении исходных специфических аллелей и гаплотипов, свойственных отечественным породам. Сохранение изменчивости отечественных пород необходимо для развития устойчивых систем производства будущего в меняющихся условиях внешней среды и роста потребностей человека в качественной, здоровой и безопасной пище. Вместе с тем, следует отметить, что исследование современных популяций российских пород скота даже с использованием такого мощного инструмента как полногеномный SNP-анализ не всегда позволяет однозначно интерпретировать полученные результаты с точки зрения демографической истории пород. Это связано с тем, что аллелофонд современных популяций как российских пород, так и пород, предположительно принимавших участие в их формировании, в процессе развития подвергся существенным изменениям. С одной стороны, это вызвано влиянием меняющихся условий внешней среды, с другой стороны, корректировкой направлений и методов селекции. Практикуемая в последние десятилетия интенсивная селекция по ограниченному числу признаков, несомненно, способствовала закреплению в популяциях аллелей, положительно ассоциированных с селектируемыми признаками, и элиминации ряда других аллелей, являющихся нейтральными или находящихся в отрицательной зависимости по отношению к селектируемым признакам. Другой причиной, затрудняющей идентификацию аутентичных генетических компонентов у современных популяций отечественного скота, является практикуемое в последние десятилетия активное использование кроссбридинга с высокопродуктивными трансграничными породами. Информационная значимость результатов исследований демографической истории пород, полученных с использованием молекулярно-генетических методов, может быть существенно повышена за счет вовлечения в исследования исторических образцов ДНК животных, существовавших до начала использования интенсивной селекции (до середины XX века). Источником ДНК для проведения такого рода исследований могут стать образцы костной ткани черепов, сохраняемых в краниологических коллекциях. Целью проекта является изучение изменчивости генофондов отечественных пород крупного рогатого скота на основании проведения комплексных сравнительных молекулярно-генетических исследований современных и исторических (музейных) образцов. В проведении исследований в качестве источника ДНК будут использованы современные образцы (кровь, ушные выщипы), полученные от животных отечественных пород крупного рогатого скота, а также исторические образцы (костная ткань), полученные из черепов, хранящихся в музее животноводства имени Е.Ф. Лискуна. Коллекция черепов музея насчитывает более 350 образцов черепов более 20 локальных популяций скота. Для получения более объективной информации будут исследованы различные типы полиморфизмов, включая микросателлиты, полиморфизмы митохондриальной ДНК, выявляемые на основе NGS-анализа полных митохондриальных геномов, однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), идентифицируемые на основе полногеномного анализа с использованием ДНК-чипов высокой плотности. В результате комплексных молекулярно-генетических исследований современных и исторических образцов отечественных пород крупного рогатого скота и привлечения информации о полногеномных генотипах других евразийских пород (данные являются общественно-доступными) будет уточнена демографическая история пород России (ярославская, холмогорская, черно-пестрая, калмыцкая, якутская и др.) и оценена доля аутентичной геномной компоненты, сохранившаяся в современных популяциях. Будут определены регионы генома, подвергшиеся наибольшим изменениям вследствие адаптации к меняющимся условиям внешней среды и проводимой в течение последних десятилетий селекции на повышение уровня продуктивности; выполнена функциональная аннотация генов, локализованных внутри или в непосредственной близости от регионов, находящихся под давлением отбора. Полученные данные будут сопоставлены с результатами исследований других евразийских пород крупного рогатого скота и послужат основой для разработки программ маркер-ориентированной и геномной селекции отечественных пород. На основании обобщения результатов исследований по проекту будут даны предложения по разработке программ разведения отечественных пород, направленных на повышение уровня продуктивных показателей при сохранении уникальности их аллелофонда. Результаты исследований исторических образцов будут использованы в качестве эталона при определении генофондного статуса современных популяций скота, а также для идентификации в современных популяциях животных, являющихся носителями уникальных аутентичных аллелей или аллельных сочетаний. Результаты проекта будут востребованы в селекции, при разработке программ разведения отечественных пород скота, в том числе посредством кроссбридинга. Использование полученной геномной информации позволит, с одной стороны, сохранить аутентичность отечественных пород, с другой стороны, обеспечить рост продуктивных показателей при сохранении адаптационных качеств. Результаты исследований по проекту составят научную основу для создания устойчивых систем производства продукции животноводства и разработки программ консервации генетических ресурсов, необходимых для развития систем производства будущего, а также найдут применение при определении мишеней для геномного редактирования. Применение в исследованиях широко используемых стандартизированных молекулярно-генетических методов, позволит интегрировать полученные нами результаты с данными ведущих зарубежных лабораторий, что послужит основой для развития международных коллабораций.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Зиновьева Н.А., Сермягин А.А., Доцев А.В., Боронецкая Л.В., Петрикеева Л.В., Абдельманова А.С., Брем Г. Animal genetic resources: developing the research of allele pool of Russian cattle breeds — minireview Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], Vol. 54, № 4, p. 631-641 (год публикации - 2019)
10.15389/agrobiology.2019.4.631eng

2. Абдельманова А.С., Мишина А.И., Волкова В.В., Чинаров Р.Ю., Доцев А.В., Сермягин А.А., Боронецкая О.И., Петрикеева Л.В., Костюнина О.В., Брем Г., Зиновьева Н.А. Comparative study of different methods for DNA recovery from bone samples maintained in craniological collections Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], Vol. 54 (6): in press (год публикации - 2019)

3. Зиновьева Н.А., Доцев А.В., Сермягин А.А., Денискова Т.Е., Абдельманова А.С., Харзинова В.Р., Селкнер Й., Рейер Г., Виммерс К., Брем Г. Selection signatures in two oldest Russian native cattle breeds revealed using high-density single nucleotide polymorphism analysis PLoS One, 15(11): e0242200 (год публикации - 2020)
10.1371/journal.pone.0242200

4. Абдельманова А.С., Харзинова В.Р., Волкова В.В., Мишина А.И., Доцев А.В., Сермягин А.А., Боронецкая О.И., Петрикеева Л.В., Чинаров Р.В., Брем Г., Зиновьева Н.А. Genetic diversity of the historical and modern populations of Russian cattle breeds revealed by microsatellite analysis Genes, 2020, 11(8), 940 (год публикации - 2020)
10.3390/genes11080940

5. Доцев А.В., Зиновьева Н.А., Сермягин А.А., Денискова Т.Е., Абдельманова А.С., Солкнер Й., Рейер Г., Виммерс К., Брем Г. Genome-wide search for genomic regions under putative selection in two Russian native cattle breeds using high-density SNP bead chip Journal of Animal Science, V. 98, Suppl. 4, 242–243 (год публикации - 2020)
10.1093/jas/skaa278.441

6. Абдельманова А.С., Мишина А.И., Волкова В.В., Доцев А.В., Сермягин А.А., Боронецкая О.И., Петрикеева Л.В., Чинаров Р.Ю., Брем Г., Зиновьева Н.А. Microsatellite analysis of the historical and modern populations of the Russian local cattle breeds Journal of Animal Science, V. 98, Suppl. 4, 240–241 (год публикации - 2020)
10.1093/jas/skaa278.438

7. Абдельманова А.С., Харзинова В.Р., Волкова В.В., Доцев А.В., Сермягин А.А., Боронецкая О.И., Чинаров Р.Ю., Лущихина Е.М., Солкнер Й., Брем Г., Зиновьева Н.А. Comparative study of the genetic diversity of local steppe cattle breeds from Russia, Kazakhstan and Kyrgyzstan by microsatellite analysis of museum and modern samples Diversity, 13, 351 (год публикации - 2021)
10.3390/d13080351

8. Зиновьева Н.А., Шейко И.П., Доцев А.В., Шейко Р.И., Михайлова М.Е., Сермягин А.А., Абдельманова А.С., Харзинова В.Р., Рейер Г., Виммерс К., Солкнер Й., Плешанов Н.В., Брем Г. Genome-wide SNP analysis clearly distinguished the Belarusian Red cattle from other European cattle breeds Animal Genetics, 52 (5), 720-724 (год публикации - 2021)
10.1111/age.13102

9. Абдельманова А.С., Харзинова В.Р., Волкова В.В., Доцев А.В., Сермягин А.А., Боронецкая О.И., Чинаров Р.Ю., Брем Г., Зиновьева Н.А. Tracing the historical genetic components in turano-mongolian cattle breeds based on the microsatellite analysis of modern and museum samples Journal of Animal Science, 99 (Suppl. 3), 259-260 (год публикации - 2021)
10.1093/jas/skab235.463

Публикации