Использование полногеномного секвенирования в изучении полиморфизма новых генов-кандидатов мясной продуктивности для применения в маркерной селекции овец российских мериносовых пород

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 25-76-10086

НазваниеИспользование полногеномного секвенирования в изучении полиморфизма новых генов-кандидатов мясной продуктивности для применения в маркерной селекции овец российских мериносовых пород

Руководитель Яцык Олеся Андреевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр" , Ставропольский край

Конкурс №111 - Конкурс 2025 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»

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

Ключевые слова ген, ДНК, генетика, геном, полногеномный поиск ассоциаций, GWAS, мышечная ткань, полиморфизм, геномная селекция, маркер-ассоциированная селекция, секвенирование, овцы

Код ГРНТИ68.03.05

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Актуальность проекта связана с растущей потребностью в высококачественной баранине у переработчиков мясной продукции для российского рынка и экспорта за рубеж. На Северном Кавказе работают несколько перерабатывающих предприятий, но овцеводы не могут покрыть их потребности. Это связано с недостаточной мясной продуктивностью поголовья овец в Ставропольском крае. Экономическая ситуация диктует необходимость повышения мясной продуктивности российских пород овец мериносового направления с использованием современных генетических методов в селекционном процессе. В связи с отсутствием на сегодняшний день методик генотипирования овец по полиморфизмам генов, влияющих на мясную продуктивность, селекцию приходится вести традиционными методами. Проект направлен на поиск генов, влияющих на прижизненные и убойные показатели продуктивности у российских пород овец мериносового направления: Джалгинский меринос, Российский мясной меринос и Манычский меринос. Научной базой для исследования являются полученные нами ранее данные по генотипированию с использованием ДНК-биочипов Illumina и наша собственная база данных генотипов по результатам полногеномного секвенирования ДНК. Наличие такого научного задела и собственных данных о строении геномов овец существенно сократит стоимость проводимых исследований и сроки, необходимые для получения конечного результата. На основании ранее полученных данных будут выбраны не менее 5 новых генов-кандидатов, расположенных в наиболее достоверно связанных с продуктивными качествами локусах у трех пород мериносового направления. В список обязательно войдут гены THADA, ANKS1B, CASD1,CNTN3, MYO16. Также перечень генов будет расширен в процессе биоинформационного анализа получаемых результатов. По данным полногеномного секвенирования будет изучена структура выбранных генов, определены полиморфизмы, влияющие на функциональную активность генов и встречающиеся в достаточном количестве в исследуемых породах. Для выбранных полиморфизмов будут сконструированы тест-системы на основе ПЦР, позволяющие достаточно быстро и дешево проводить обследование большого количества животных. Будет выполнено расширенное обследование животных трех исследуемых пород с определением промеров статей, расчетом селекционных индексов и оценке убойных показателей выхода баранины. Также планируется углубленное исследование качества мяса с использованием гистологических и гистохимических методов. Таким образом, планируется расширить выборку до 300 голов в каждой из трех пород на втором году исследования и еще на 900 образцов – на третьем. Все обследованные животные будут генотипированы с использованием разработанных нами тест-систем и будет сделан окончательный вывод о возможности использования обнаруженных нами полиморфизмов в генах в качестве маркеров продуктивности при селекционной работе. Третий год исследований будет посвящен изучению ассоциаций предлагаемых полиморфизмов с микроструктурными параметрами мяса исследуемых животных. Также планируется сравнить частоты встречаемости аллельных вариантов полиморфизмов у двух поколений животных для оценки влияния проводимой селекционной работы и определения дальнейших направлений рационального скрещивания. Научная новизна проекта связана с планируемым исследованием впервые нами обнаруженных генов-кандидатов, влияющих на продуктивные качества у обособленной группы пород овец, адаптированной к условиям сухих степей Юга России. Нами впервые проведено полногеномное секвенирование изучаемых мериносовых пород, которое позволит обнаружить все имеющиеся полиморфизмы в генах продуктивности, в том числе – ранее не известные, отсутствующие в международных база данных. Некоторые из них могут оказаться уникальными и не встречаться больше ни у одной из пород овец в мире. Главным же итогом работы должна стать впервые предложенная методика генотипирования с использование разработанных нами тест-систем для повышения мясной продуктивности овец российских пород

Ожидаемые результаты
Результаты исследования носят фундаментальный и прикладной характер. Полученные знания обогатят генетику сельскохозяйственных животных информацией о строении генов, связанных с продуктивными качествами. На основании результатов исследования будет возможно внедрить в практическую работу генотипирование по полиморфизму генов продуктивности. В ходе работы планируется достичь следующих результатов: 1. Структура генов-кандидатов THADA, ANKS1B, CASD1,CNTN3, MYO16, влияющих на развитие мышечной ткани у овец российских пород по данным полногеномного секвенирования. 2. Полиморфизмы в генах-кандидатах THADA, ANKS1B, CASD1,CNTN3, MYO16, в том числе – описанные нами впервые в мире, определяющие особенности их функции у изучаемых пород овец и связанные с показателями мясной продуктивности. 3. Данные о микроструктурных особенностях мяса у исследуемых животных, определяющих качественные показатели баранины, их связь с полиморфизмом генов продуктивности. 4. Тест-системы для генотипирования овец российских пород в массовом масштабе по полиморфизмам выявленных нами генов мясной продуктивности THADA, ANKS1B, CASD1,CNTN3, MYO16. 5. Рекомендации по использованию генотипирования по предлагаемым генам продуктивности в селекционной работе при подборе родительских пар и определении племенной ценности потомства.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2026 году
В отчетном периоде выполнен комплекс работ, направленных на выявление новых молекулярно-генетических маркеров мясной продуктивности овец, а также разработку тест-систем для их идентификации. На первом этапе проведен анализ собственных результатов полногеномного поиска ассоциаций, выполненного по данным генотипирования на чипах высокой плотности на овцах пород джалгинский меринос, манычский меринос и российский мясной меринос. Отобраны перспективные гены-кандидаты, расположенные в геномных областях, ассоциированных с живой массой, промерами тела и принадлежностью к бонитировочным классам: THADA, ANKS1B, CASD1, CNTN3, MYO16, SHC4, FOXN3 и ASTN1. Проведено их аннотирование, определены координаты местоположения, проведен анализ литературных данных, собрана информация о ключевых функциях, строении. Для изучения структуры выбранных генов, их последовательности были извлечены из собственных файлов результатов полногеномного секвенирования овец трех мериносовых пород. Выявленные полиморфизмы аннотированы с использованием пакета SnpEff v.5.1. Помимо этого, для оценки потенциального влияния полиморфизмов на функциональную активность генов мы провели поиск сайтов связывания транскрипционных факторов вокруг выявленных вариантов и оценили возможные эффекты референсных и альтернативных аллелей на потерю, и появление новых сайтов, а также изменение вероятности их связывания с транскрипционными факторами. В результате работы в области 8 генов суммарно идентифицировано 46 123 полиморфизма, в том числе 41 747 однонуклеотидных полиморфизмов (ОНП), 1 842 инсерции, 2 544 делеции. Наиболее вариабельным является ген ANKS1B, в его области выявлено 13 861 полиморфизмов, что составляет 30,1% от общего числа вариантов. Среди них идентифицировано 12 406 ОНП, 627 инсерций и 828 делеций. Большинство вариантов локализовано в области интронов, в экзонах обнаружено 10 синонимичных ОНП. Наименьшее число полиморфизмов выявлено в области гена CASD1 ̶ 585 вариантов, в том числе 511 ОНП, 25 инсерций и 49 делеций. В экзонах выявлено 5 ОНП, включая 2 миссенс-варианта. Для отбора перспективных маркеров проведен сравнительный анализ живой массы и промеров тела баранчиков между группами носителей разных генотипов по всем выявленным полиморфизмам. В результате сформирован перечень из 113 полиморфизмов, ассоциированных с достоверными различиями по живой массе и 2–4 дополнительным фенотипическим признакам. Для полиморфизмов, локализованных в гене FOXN3, различия по живой массе между носителями разных генотипов достигали 29,18%, SHC4 ̶ 25,34%, ANKS1B ̶ 22,04%, CNTN3 ̶ 21,20%, THADA ̶ 17,86%, ASTN1 ̶ 17,11%, MYO16 ̶ 16,98%. С учетом наличия технических возможностей, структуры областей фланкирующих целевые варианты разработано и успешно апробировано 7 тест-систем с детекцией в реальном времени (ПЦР-РВ) для выявления полиморфизмов 4:12697788C>G (CASD1); 19:27097370AG>A и 19:27188197C>T (CNTN3); 7:98940885C>T и 7:99166668T>C (FOXN3); 7:59417378G>A и 7:59512805G>A (SHC4). Разработано и успешно апробировано 15 тест-систем основанных на разделении генотипов по полиморфизму длин рестрикционных фрагментов (ПЦР-ПДРФ) для выявления полиморфизмов 3:168903945A>G (ANKS1B); 12:57496091T>C, 12:57516408A>G и 12:57571445C>T (ASTN1); 19:27184480G>A и 19:27475379A>G (CNTN3); 10:83382212T>C, 10:83383896C>A, 10:83453765G>T, 10:83456186A>G и 10:83503150G>A (MYO16); 7:59522165G>A (SHC4); 3:80907585C>G, 3:80942675C>G и 3:80971070G>T (THADA). В результате работы сформирован перечень из 22 работоспособных тест-систем, пригодных для генотипирования овец. Сформирована выборка, включающая по 100 голов баранчиков пород джалгинский меринос, манычский меринос и российский мясной меринос. Для всех животных проведено фенотипирование по комплексу прижизненных показателей, характеризующих мясную продуктивность и особенности экстерьера. От каждого животного получены образцы крови, выделена ДНК. Концентрация ДНК в исследуемой выборке варьировала от 24,15 до 55,06 нг/мкл при среднем значении 41,25 нг/мкл, что соответствует рабочему диапазону для постановки ПЦР. С использование тест-систем собственной разработки изучена частота встречаемости аллелей и генотипов предложенных маркерных полиморфизмов в исследуемой выборке. Установлено, что большинство исследованных локусов характеризуются преобладанием референсных аллелей. Наиболее высокая частота альтернативного аллеля отмечена для ОНП SHC4:7:59417378G>A, где аллель A преобладал во всех исследованных породах, его частота находилась в пределах 0,92-0,94. Высокая распространенность альтернативных аллелей также выявлена для замен MYO16:10:83456186A>G и THADA:3:80907585C>G, частота альтернативных аллелей находилась в пределах 0,55–0,57 и 0,32 ̶ 0,48 соответственно. Наиболее низкой частотой альтернативного аллеля характеризовалась замена MYO16:10:83503150G>A: частота аллеля A варьировала в пределах 0,04–0,06. В целом, проведенное исследование показало, что анализируемые породы овец сохраняют значительный уровень генетической вариабельности по предложенным маркерам в изучаемых генах-кандидатах мясной продуктивности. Дополнительно с использованием 22 разработанных тест-систем в трех повторностях проанализировано 30 образцов с установленными ранее методом секвенирования генотипами (по 10 голов каждой изучаемой породы). Наблюдалось высокое сходство результатов генотипирования секвенированием с результатами, полученными путем ПЦР анализа, а также сходство результатов, полученных в разных повторностях. Из 1980 проведенных реакций разночтения генотипа наблюдались менее, чем в 0,5% случаев. Совокупность проведенных исследований подтверждает, что разработанные тест-системы обеспечивают стабильную амплификацию целевых фрагментов ДНК, корректную дискриминацию аллельных вариантов и воспроизводимое определение генотипов, что подтверждает стабильность результатов генотипирования.

Публикации

1. Олеся Яцык, Александр Криворучко, Антонина Скокова, Елена Сафарян, Елена Буданова, Анастасия Каниболоцкая Identification and In Silico Functional Annotation of Polymorphisms in the MYO16 Gene Region in Sheep Ruminants, Vol. 6. – No. 2. – Art. 24. – P. 1–13. (год публикации - 2026)
10.3390/ruminants6020024

2. Д.Е. Баранова, А.Ю. Криворучко, О.А. Яцык, Н.Г. Лиховид Новые полиморфизмы гена CNTN3, ассоциированные с показателями мясной продуктивности у овец породы манычский меринос АГРАРНЫЙ ВЕСТНИК СЕВЕРНОГО КАВКАЗА, Т. 15, № 4. – С. 24-33. – DOI 10.31279/2949-4796-2025-15-4-24-33. – EDN NWKNUC. (год публикации - 2025)
10.31279/2949-4796-2025-15-4-24-33