Создание системы изучения и интеграции потенциала традиционных форм природопользования Российской Федерации на примере физиолого-поведенческой адаптивности домашних коз (Capra hircus)

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 22-76-10053

НазваниеСоздание системы изучения и интеграции потенциала традиционных форм природопользования Российской Федерации на примере физиолого-поведенческой адаптивности домашних коз (Capra hircus)

Руководитель Пискунов Алексей Константинович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук , г Москва

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 генетическое разнообразие, геном, адаптация, поведение, биоразнообразие, животноводство, козоводство, порода, экологическая безопасность

Код ГРНТИ34.01.11

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В опыте и генетических ресурсах традиционных форм природопользования может быть заключен огромный потенциал развития сельского хозяйства. Интенсификация агропроизводства предполагает сокращение или утрату этих ресурсов, что обуславливает необходимость разработки системы идентификации и интеграции лежащих в их основе механизмов. Особенный интерес представляет сложное поведение как эволюционно-обусловленный способ адаптации сельскохозяйственных животных к создаваемым человеком условиям. Поведение редко становится объектом селекции в интенсивных системах животноводства, и поэтому лежащее в его основе генетическое разнообразие может быть дестабилизировано. В то же время сохранность сложного поведения имеет принципиально важное значение для ведения органического сельского хозяйства. Кроме того, поведенческие признаки служат предикторами продуктивности, здоровья и продолжительности жизни, то есть, параметров, которые являются ключевыми целями в селекции животных. Таким образом, понимание генетических механизмов поведения может увеличить экономическую рентабельность в сельском хозяйстве, а также решить проблемы качества жизни животных. Козы обладают сложным и многообразным поведением, которое возникло и сохранилось, в результате длительного и тесного контакта с человеком. Таким образом, исследование генетических маркеров поведения этих животных, а также возможностей их использования в селекции, может служить хорошей моделью изучения потенциала традиционных форм природопользования и возможности его интеграции в развитие современного сельского хозяйства. В исторический период развития интенсивных методов селекции, а также интенсификации сельского хозяйства, козоводство на территории нашей страны в силу экономических причин находилось вне сферы государственных интересов и регулирования. Поэтому основная часть популяции домашних коз в России на протяжении всего прослеживаемого периода содержится в традиционных системах природопользования. Таким образом, популяция домашних коз, сосредоточенная в малых и частных хозяйствах страны, может заключать в себе уникальный материал и ресурс для исследования потенциала традиционных форм природопользования в силу своего многообразия и исторической сохранности. Для проведения селекции, нацеленной на поведение, необходимо выявить его фенотипические и молекулярно-генетические маркеры, а также разработать удобную, валидную и воспроизводимую систему для их измерения у животных в различных условиях. В рамках проекта предлагаются решения данных задач, исходя из текущих научных представлений, технологических и информационных возможностей. Будут усовершенствованы подходы к фенотипической оценке поведенческих признаков и способы оценки генно-средовых взаимодействий на основе оценки эпигенетических маркеров, а также разработана система реализации этих подходов в любых производственных условиях, в том числе, без участия квалифицированного экспериментатора. Это позволит широко исследовать популяции животных, содержащиеся в частных и малых хозяйствах Российской Федерации, то есть в тех условиях, где поведенческие признаки представлены наибольшим разнообразием. Будет задействован ценный информационный ресурс о фенотипической вариации, в том числе, об индивидуальных отличиях темперамента и поведения животных, основанный на опыте владельца, контактирующего с животными в течение всей их жизни. Кроме того, в частных и малых хозяйствах возможно применить генеалогический метод оценки наследуемости признака, поскольку в них часто содержатся родственные друг другу животные. Использование данных ресурсов в изучении генетических механизмов поведения домашних коз уникально. На основе полномасштабного анализа ассоциаций будет разработана панель молекулярно-генетических маркеров поведения, которая может быть использованы для селекции животных, направленной на улучшение приспособленности к агроклиматическим и производственным условиям Российской Федерации. Тем самым, будет создана научная основа для более эффективного и экологического животноводства, а также повышения качества и безопасности получаемых продуктивно питания. Результаты данного проекта позволят лучше разобраться в механизмах формирования поведения сельскохозяйственных животных, их значения для успешного ведения сельского хозяйства, включая аспекты продуктивности, качества жизни животных и характеристик получаемой от них продукции. Будет дана оценка генетического потенциала, сосредоточенного в поведенческих механизмах адаптивности домашних коз в традиционных условиях содержания, а также их значимости в сохранении биоразнообразия сельскохозяйственных животных в РФ и в мире. В дальнейшем, отработанные в данном проекте подходы и технологии могут в относительно короткие сроки быть перенесены на другие виды сельскохозяйственных животных.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2024-2025 г.г. в рамках проекта Российского научного фонда выполнен междисциплинарный комплекс работ, направленный на поиск маркеров поведенческой устойчивости и стресс-реактивности у домашних коз (Capra hircus). Исследование сочетало в себе методы полевого наблюдения, лабораторных анализов и биоинформационного анализа генетических вариаций. Особое внимание уделено взаимодействию между генетическими маркерами, поведенческими реакциями животных и физиологическими индикаторами, отражающими кумулятивный стрессовый ответ организма, такими как уровень кортизола в шерсти. Такой подход позволил выявить информативные поведенческие и молекулярные индикаторы адаптивности животных, которые могут использоваться для разработки селекционных стратегий, направленных на повышение устойчивости к стрессу и общего благополучия в условиях интенсивного животноводства. Проведена оптимизация условий пробоподготовки экстрактов шерсти домашних коз для последующего анализа методом количественного иммуноферментного анализа (ИФА). Для концентрирования экстракта шерсти, удаления органического растворителя и проведения последующего ИФА использована стекловолоконная полоска как носитель высушенного образца. Проведен анализ 80-ти образцов шерсти коз, впервые найдена значимая корреляция уровня кортизола с окрасом шерсти домашних коз (Capra hircus). Биологические образцы были собраны от 45 коз, содержащихся в двух климатически различных регионах России — равнинной (Московская область) и горной (Челябинская область) зонах. Из проб крови была выделена ДНК, выполнено высокопроизводительное секвенирование, обработка и выравнивание данных. Для последующего анализа были отобраны SNP-варианты, ассоциированные с поведенческими признаками, согласно базе генов-кандидатов. Концентрация кортизола измерялась в шерсти животных, что позволяет получить интегральную оценку уровня хронического стресса за продолжительный период времени, исключая влияние кратковременных факторов. Полученные физиологические данные были объединены с поведенческими и морфологическими признаками для построения статистических моделей, направленных на выявление маркеров стрессоустойчивости и адаптивных реакций у домашних коз. Оценка поведения проводилась методом QBA (Quantitative Behavior Assessment) с использованием стандартизированной шкалы, включающей более 30 поведенческих признаков. Животные наблюдались в естественных условиях, а также в условиях кратковременного стресса, что позволило выявить устойчивость реакции. Статистическая обработка данных включала корреляционный анализ, метод главных компонент (PCA), кластеризацию и регрессионное моделирование с использованием методов регуляризации. В результате были выявлены поведенческие и морфологические признаки, достоверно связанные с уровнем кортизола в шерсти, включая параметры окраса шерсти и наличие пигментации. Эти признаки могут служить надёжными индикаторами физиологического состояния и использоваться при оценке адаптационного потенциала животных в условиях различного содержания. Особое внимание уделено трём генам — ABCB1, ANKK1 и APOE, — для которых установлены статистически значимые ассоциации с фенотипическими параметрами. Эти гены вовлечены в механизмы нейрофизиологической регуляции и адаптивных реакций, и их вариабельность может использоваться в будущем для создания генетических панелей и тест-систем, направленных на отбор по признакам устойчивости к стрессу и поведенческой стабильности. Полученные результаты могут быть полезны в практическом животноводстве, а также при проектировании программ генетической селекции, направленных на повышение благополучия животных, устойчивости к внешним стрессорам и адаптивности к условиям интенсивного содержания. Дополнительная информация и массивы данных опубликованы в открытом доступе: https://zenodo.org/records/15388359 (DOI: 10.5281/zenodo.15388359); https://zenodo.org/records/15395347 (10.5281/zenodo.15395346).

Публикации

1. Самсонова Ж.В., Саушкин Н.Ю., Пискунов А.К. Examining cortisol ELISA in dried matrix spots: implications for analyte measurement and stability Analytical Biochemistry (год публикации - 2025)
10.1016/j.ab.2025.115878

2. Самсонова Ж.В., Саушкин Н.Ю., Пискунов А.К. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОРТИЗОЛА В ШЕРСТИ ЖИВОТНЫХ КАК МАРКЕРА ХРОНИЧЕСКОГО СТРЕССА Успехи современной биологии (год публикации - 2025)

3. Самсонова Ж.В., Саушкин Н.Ю., Семина М.Т., Свищёва Г.Р., Пискунов А.К. Phenotypic Dataset: Behavioral and Morphological Traits and Hair Cortisol Concentration in Goats (Capra hircus) Zenodo (год публикации - 2025)
10.5281/zenodo.15388359

4. Саушкин Н.Ю., Самсонова Ж.В., Титов Е.А., Пискунов А.К. Определение кортизола в биообразцах с использованием впитывающих мембран ХИМБИОSEASONS 2025, Сборник тезисов докладов XI всероссийского форума молодых исследователей, Балтийский федеральный университет им. И. Канта (год публикации - 2025)

5. Коноров Е., Семина М., Свищева Г., Пискунов А. Filtered SNP Variants in the ABCB1, ANKK1, and APOE Genes in 20 Domestic Goats (Capra hircus) Zenodo (год публикации - 2025)
10.5281/zenodo.15395346

6. Володин В.В., Гладыш Н.С., Пискунов А.К., Столповский Ю.А., Самсонова Ж.В., Саушкин Н.Ю., Кудрявцев А.А., Кудрявцева А.В. ОЦЕНКА РАЗНООБРАЗИЯ МИКРОБИОМА КИШЕЧНИКА КОЗЫ ДОМАШНЕЙ Успехи современной биологии (год публикации - 2025)

7. Гладыш Н.С., Пискунов А.К., Столповский Ю.А., Самсонова Ж.В., Саушкин Н.Ю., Володин В.В., Кудрявцев А.А., Кудрявцева А.В. КОЗА ДОМАШНЯЯ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МОДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Успехи современной биологии РАН (год публикации - 2025)

8. Самсонова Ж.В., Саушкин Н.Ю., Пискунов А.К. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОРТИЗОЛА В ОБРАЗЦАХ ЦЕЛЬНОЙ КРОВИ, ПЛАЗМЫ, МОЛОКА И МОЧИ ДОМАШНИХ КОЗ Сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвящённой памяти профессора Х.Х. Абдуллина "Инновационные решения актуальных вопросов биологической, токсикологической и радиационной безопасности для АПК", Казань, 28-29 ноября 2024 г., Самсонова, Ж. В., Саушкин, Н. Ю., Пискунов, А. К. (2024). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОРТИЗОЛА В ОБРАЗЦАХ ЦЕЛЬНОЙ КРОВИ, ПЛАЗМЫ, МОЛОКА И МОЧИ ДОМАШНИХ КОЗ. В Сборнике материалов Международной научно-практической конференции, посвящённой памяти профессора Х.Х. Абдуллина "Инновационные решения актуальных вопросов биологической, токсикологической и радиационной безопасности для АПК", Казань, 28-29 ноября 2024 г.), с. 496–499, г. Казань, ФГБНУ ФЦТРБ-ВНИВИ. (год публикации - 2024)

9. Самсонова Ж.В., Саушкин Н.Ю., Воронкова В.Н., Столповский Ю.А., Пискунов А.К. Optimization of Total DNA Extraction from Dried Blood Samples Springer, Samsonova, J.V., Saushkin, N.Y., Voronkova, V.N. et al. Optimization of Total DNA Extraction from Dried Blood Samples. Biochem Genet (2024). https://doi.org/10.1007/s10528-024-10882-7 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1007/s10528-024-10882-7

10. Титов Е.А., Саушкин Н.Ю., Самсонова Ж.В., Пискунов А.К. Определение кортизола в шерсти домашних коз (Capra hircus) Материалы XXXII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», М.: МОО СИПНН (год публикации - 2025)

11. Свищёва Г.Р., Саушкин Н.Ю., Титов Е.А., Семина М.Т., Столповский Ю.А., Самсонова Ж.В., Пискунов А.К. Взаимосвязь поведенческих и морфологических характеристик с концентрацией кортизола в шерсти у коз (Capra hircus): корреляционный и регрессионный анализ Успехи современной биологии (год публикации - 2025)

12. Пискунов А.К., Саушкин Н.Ю., Самсонова Ж.В. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ВАРИАЦИЯ УРОВНЯ КОРТИЗОЛА В МОЛОКЕ ДОМАШНИХ КОЗ В ЕСТЕСТВЕННОЙ СРЕДЕ ОБИТАНИЯ Российская сельскохозяйственная наука (год публикации - 2025)