Исследование эволюционных событий и поиск общих геномных компонентов у домашних и диких представителей вида Sus scrofa азиатского и европейского происхождения с использованием полногеномного анализа

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 23-46-00014

НазваниеИсследование эволюционных событий и поиск общих геномных компонентов у домашних и диких представителей вида Sus scrofa азиатского и европейского происхождения с использованием полногеномного анализа

Руководитель Харзинова Вероника Руслановна, Кандидат биологических наук

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

Конкурс №74 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)

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

Ключевые слова домашняя свинья, геномика, гены-кандидаты, SNP-маркеры, кабан, локальные породы, митогеном, древняя ДНК, отпечатки селекции

Код ГРНТИ68.39.57

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Генетические ресурсы локальных пород свиней представляют собой важнейший источник генетического разнообразия, которое необходимо для устойчивого развития систем производства свинины в будущем в непредсказуемо меняющихся условиях (экономических, экологических и геополитических). Однако ориентация современного свиноводства на разведение нескольких узкоспециализированных пород свиней может привести к значительному снижению биоразнообразия вида Sus scrofa. По этой причине поиск вариантов, которые были утрачены в коммерческих трансграничных породах из-за интенсивного искусственного отбора и которые все еще присутствуют в геномах локальных пород свиней, является важным шагом для того, чтобы в полной мере обеспечить будущие поколения людей необходимой генетической основой свиноводческих ресурсов для поддержания их жизнедеятельности. Интенсивное развитие методов молекулярной генетики в последние два десятилетия позволило секвенировать полный геном свиней, включая митохондриальный геном, и разработать ДНК-чипы, содержащие от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен тысяч маркеров - однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Кроме того, внедрение современных эффективных протоколов выделения ДНК из останков млекопитающих (зубов и костей) позволяет применять высокопроизводительные технологии для изучения древних и музейных образцов. Сравнительный анализ современных и музейных образцов локальных и трансграничных пород позволит более точно выявить изменения, вызванные селекционным давлением. Вовлечение в анализ образцов диких кабанов станет мощным инструментом для выявления следов интрогрессии в генофонде локальных российских и китайских пород свиней и, следовательно, будет способствовать лучшему пониманию закономерностей генетической истории свиней в Евразии, которое будет дополнено анализом полных последовательностей митохондриального генома. Кроме того, исследования могут выявить новые гены, которые присутствуют у диких кабанов и отсутствуют у пород домашних свиней, связанные с признаками, способствующими повышению адаптационных качеств и выживаемости. Таким образом, вклад в фундаментальные и прикладные исследования будет сделан в следующих областях: 1) Свиноводство (актуальная информация для сохранения и выбора стратегий селекции локальных пород свиней, геномной селекции, разведения и улучшения существующих пород свиней) 2) Генетика (выявление геномных регионов и генов, лежащих в основе позитивного давления отбора и связанных с постдоместикационными трансформациями свиней, изучение интрогрессии на геномном уровне) 3) Молекулярно-эволюционные исследования (изучение истории локальных пород свиней, поиск предковых геномных элементов от дикого кабана в геномах свиней, извлеченных из музейных образцов) 4) Экология (сохранение приоритетов). Для достижения поставленных целей за счет взаимодополняющего использования методологий и материалов обе исследовательские группы ученых проведут отбор и анализ проб локальных пород свиней, а также диких кабанов. Наши выводы могут привлечь внимание к уязвимости глобальных генетических ресурсов и к необходимости своевременных действий по их изучению и анализу их генетического потенциала, что повысит способность человечества адаптироваться к изменению климата. Мы считаем, что наши результаты будут полезны как в определении текущей политики разведения трансграничных пород, так и для разработки научно-обоснованных продуманных программ по сохранению генетических ресурсов локальных пород свиней.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бакоев Н.Ф., Кошкина О.А., Харзинова В.Р., Сермягин А.А., Зиновьева Н.А. Разработка и валидация тест-системы анализа полиморфизма полного митохондриального генома свиней Международный научно-исследовательский журнал, № 12(138) (год публикации - 2023)

2. Динамика аллелофонда ливенской породы свиней на основе микросателлитного анализа Динамика аллелофонда ливенской породы свиней на основе микросателлитного анализа Свиноводство, № 5. С. 21-25. (год публикации - 2024)
DOI 10.37925/0039-713X-2024-5-21-25

3. Генетическая изоляция и идентичность свиней Российской и зарубежной популяций Генетическая изоляция и идентичность свиней Российской и зарубежной популяций СВИНОВОДСТВО, №8 (год публикации - 2024)

4. Отслеживание динамических изменений генетического разнообразия российских ливнских свиней за последние 50 лет с использованием музейных, старых и современных образцов Tracing the Dynamical Genetic Diversity Changes of Russian Livni Pigs during the Last 50 Years with the Museum, Old, and Modern Samples Animals, Animals 2024, 14, 1629. (год публикации - 2024)
doi.org/10.3390/ani14111629

5. Идентификация участков гомозиготности у отечественных и зарубежных пород свиней Идентификация участков гомозиготности у отечественных и зарубежных пород свиней ЗООТЕХНИЯ, №7, Страницы: 2-9 (год публикации - 2024)
DOI: 10.25708/ZT.2024.80.51.001

6. Белоус А.А., Харзинова В.Р., Чурбакова Н.А., Зиновьева Н.А. Генетическая изоляция и идентичность свиней коммерческих пород и мангалицы АГРАРНАЯ НАУКА, 399 (10): 110–120. (год публикации - 2025)
10.32634/0869-8155-2025-399-10-110-120

7. Цыб А.М., Бакоев Н.Ф.,. Форнара М.С., Чинаров Р.Ю., Чурбакова Н.А., Харзинова В.Р., Боронецкая О.И., Зиновьева Н.А. Генетическое разнообразие Sus Scrofa: разработка универсальной системы анализа D-петли МТДНК в современных и исторических образцах СВИНОВОДСТВО, № 5., С. 51-56. (год публикации - 2025)
10.37925/0039-713X-2025-5-51-56.

8. Белоус А.А., Отраднов П.И., Харзинова В.Р., Зиновьева Н.А. Измерение уровня генетического разнообразия свиней породы мангалица Свиноводство, № 6. С. 25-29. (год публикации - 2025)
10.37925/0039-713X-2025-6-25-29.

9. Харзинова В.Р., Цыб А.М., Абдельманова А.С., Бакоев Н.Ф., Чурбакова Н.А., Зиновьева Н.А. Характеристика генетической структуры и разнообразия российской популяции свиней породы венгерской мангалицы на основе полногеномного SNP-генотипирования. Аграрная наука, 12 (год публикации - 2025)
doi.org/10.32634/0869-8155-2025-401-12-99-105

10. Цыб А.М., Харзинова В.Р., Абдельманова А.С., Чинаров Р.Ю., Боронецкая О.И., Зиновьева Н.А. Исследования динамики генетической архитектуры свиней крупной белой породы на основе данных SNP-анализа Зоотехния, Номер: 7 Год: 2025 Страницы: 16-19 (год публикации - 2025)
10.25708/ZT.2025.95.13.004

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Впервые проведен анализ динамики генетического разнообразия и структуры популяции локальной ливенской породы свиней, произошедшие за последние 50 лет на основе полногеномного анализа. Пять поколений назад свиньи ливенской породы имели большую эффективную численность популяции, чем коммерческие породы свиней Сравнительный геномный анализ музейных и современных образцов локальной ливенской породы показал, что в настоящее время ливенская порода свиней еще является уникальной и обособленной от коммерческих пород, несмотря на использование их в качестве улучшающих. Впервые проведено полногеномное секвенирование с помощью технологии WGS, музейных образцов свиней пород кемеровская (локальная) и ландрас (трансграничная), а также образцов дикого кабана, найденного в ходе археологических раскопок и датированного III-IV тыс. до н.э. Статистическая обработка и анализ данных полногеномного секвенирования (WGS) - 4 673 151 SNP, показали, что группы современных образцов отличались большей консолидацией по сравнению с музейными образцами. Кабаны европейского и азиатского происхождения демонстрируют значительную генетическую дифференциацию, образуя две независимые группы. По результатам исследования геномных регионов, испытывающих давление отбора в результате постдоместикационных процессов у пород европейского и азиатского происхождения, детектированы значимые гены с возможностью дальнейшего их использования в практической прикладной работе. Функциональная аннотация и изучение онтологии идентифицированных генов показало, что селекционная и эволюционная направленность связана в наибольшей степени с формированием двигательной системы организма, иммунитетом, гомеостазом ионов железа и цинка и биохимическим метаболизмом. Идентифицированы таргетные регионы, находящиеся под давлением отбора, общие для групп домашних (ливенская и крупная белая породы) и диких представителей видов Sus scrofa азиатского и европейского происхождения. Функциональная аннотация всех представленных групп выявила наличие 67 генов. Идентифицированы участки в геноме, дифференцирующие разные группы свиней друг от друга.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Впервые, для выявления признаков интрогрессии генома дикого кабана в генофонд локальных пород свиней России и Китая проанализировано 2 032 полногеномных SNP профиля, в том числе музейных и современных образцов домашних свиней, а также европейской и азиатской популяций дикого кабана, что позволило выявить ключевые закономерности структуры генофонда и исторических миграций генов в изучаемых группах. Геномный анализ подтвердил глубокую дифференциацию азиатских и европейских популяций свиней и выявил избирательную интрогрессию генов дикого кабана, которая затрагивает преимущественно популяции с историей свободного скрещивания (иберийская, мангалица, одичавшие свиньи). При этом ключевую роль в формировании современной генетической архитектуры большинства пород сыграло активное использование ограниченного числа высокопродуктивных трансграничных пород в селекции, что привело к значительному сокращению локального разнообразия. Впервые, разработана тест-система анализа информативного участка высоковариабельного фрагмента Д-петли мтДНК, адаптированной для анализа высоко деградированной ДНК, направленной на амплификацию коротких фрагментов. Интеграция тест-систем анализа полного митохондриального генома, а также высоковариабельного фрагмента Д-петли мтДНК, выявили утрату генетического разнообразия у современных пород свиней по сравнению с их историческими аналогами и диким кабаном. Интенсивная селекция привела к повсеместному доминированию немногих гаплотипов, резкому снижению ключевых параметров и нивелированию исходной филогеографической структуры. Музейные образцы пород свиней представляют собой уникальный резерв утраченного генетического материала, и их использование критически важно для программ сохранения и восстановления генофонда, обеспечивающих долгосрочную устойчивость животноводства. Полногеномный анализ динамики популяции крупной белой породы свиней за последние 50 лет показал, что её аллелофонд претерпел значительные изменения. Хотя в современных популяциях сохранились генетические компоненты образцов 1970-х годов, разнонаправленная селекционная работа привела к дивергенции от общих предков. Полученная информация может быть полезной для внесения корректировок в селекционную работу с целью сохранения аллелофонда породы. Проведен поиск геномных регионов, испытывающих давление отбора в результате постдоместикационных процессов в геномах локальных и трансграничных пород домашних свиней, путем сравнения современных и исторических музейных образцов, с последующим выполнением функциональной аннотации и изучением онтологии идентифицированных генов. Проведен анализ генетического разнообразия и структуры российской популяции свиней породы мангалица, с целью оценки сохранности её предковых генетических компонентов и степени дифференциации по сравнению с исходной венгерской популяцией, коммерческими породами и популяциями дикого кабана, с использованием STR и SNP-маркеров. Полученные результаты, на основе анализа 21 STR локуса, показали, что российская популяция свиней породы мангалица, несмотря на признаки инбридинга, сохраняет умеренное генетическое разнообразие. Это характерно для популяции, пережившей резкое сокращение численности («бутылочное горлышко»), что полностью соответствует её документированной истории на грани исчезновения. Полученные результаты, на основе SNP-анализа показали, что российская популяция свиней породы мангалицы генетически соответствует эталонной венгерской породе, не имея признаков гибридизации с коммерческими породами, и может быть использована в качестве резерва генетической изменчивости при создании селекционных форм, хорошо адаптированных к содержанию в условиях низких температур.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта характеризуются высоким потенциалом в аспекте их практического применения в агропромышленном комплексе и научно-исследовательской сфере, способствуя решению задач продовольственной безопасности, как неотъемлемой части экономической безопасности страны. В частности, созданная в рамках проекта уникальная коллекция ДНК исторических и современных образцов пород свиней является стратегическим активом для последующих генетических исследований, направленных на сохранение биоразнообразия генетических ресурсов. Разработанные в ходе выполнения работ по проекту отечественные тест-системы анализа, как полного митохондриального генома (для современных образцов), так и анализа фрагмента D-петли мтДНК (для исторических образцов), снижают зависимость от зарубежных аналогов и создают основу для использования полученных результатов, отражающих высокое историческое разнообразие локальных пород, его значительную утрату в результате современной селекции и чёткую филогеографическую структуру, определяющую происхождение изученных популяций, для сохранения и управлении генетическими ресурсами вида. Выявление исторических геномных компонентов и степени интрогрессии от дикого кабана позволяет научно- обоснованно управлять генетическим разнообразием в популяциях, снижая риски инбредной депрессии и сохраняя уникальный адаптивный потенциал локальных пород.