Аналіз генетичного поліморфізму за локусами мікросателітів худоби південної м'ясної породи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз генетичного поліморфізму за локусами мікросателітів худоби південної м'ясної породи

О.С. Крамаренко, Миколаївський національний аграрний університет, аспірант

О.О. Гладир, Всеросійський науково-дослідний інститут тваринництва імені академіка Л.К. Ернста, к.б.н., завідувач лабораторією

В.О. Найдьонова, О.Л. Дубинський, ДПДГ «Асканійське»

Н.А. Зинов'єва, Всеросійський науково-дослідний інститут тваринництва імені академіка Л.К. Ернста, д.б.н., директор Інституту

Проведено аналіз рівня генетичного поліморфізму худоби південної м'ясної породи (два підтипи) на підставі панелі 12 мікросателітів, затверджених ISAG (Міжнародне Товариство з генетики тварин). Встановлено високий рівень поліморфізму за локусами мікросателітів для досліджених тварин. Для певних локусів відмічено значне відхилення від стану генетичної рівноваги, що обумовлено значною нестачею гетерозигот.

Ключові слова: мікросателіти, поліморфізм, південна м'ясна порода

To determine the genetic status of the Southern Meat Cattle breed, the variability of individuals of the “Santa Gertrudis”-liked and the “Zebu”-liked subpopulations was determined using ISAG-sanctioned 12 microsatellite markers bovine panel.

Measures of genetic variation including observed and effective number of alleles and their frequencies, observed and expected heterozygosity and HWE deviation per loci were calculated using GeneAIex and GENEPOP softwares.

The panel of 12 markers showed 8.83 and 9.08 alleles per locus for cows different lineages, which suggests that these markers are highly polymorphic. A total of 124 alleles were detected across the 12 loci analyzed. The highest and lowest number of alleles was observed for TGLA227 locus and TGLA126 loci, respectively. In the present study, the highest and lowest value of observed heterozygosity was for the BM1818 and ETH225 loci (0.867 and 0.167, respectively) for the “Santa Gertrudis”-liked cows and for the TGLA126 and ETH225 loci (1.00 and 0.250, respectively) for the “Zebu”-liked ones.

The number of private alleles found was 15 in the “Santa Gertrudis”-liked subpopulation and 18 in the “Zebu”-liked subpopulation.

There were a total of 24 HWE tests (12 loci in 2 populations). A total of 9 locus-population combinations were statistically significant (p < 0.05). These deviations comprise 5 loci the “Santa Gertrudis”-liked cows and 4 loci in the “Zebu”-liked ones. Nonsignificant deviations from HWE were observed for BM2113, ETH10, TGLA122, INRA23, TGLA126, BM1818 and BM1824 loci.

Key words: microsatellites, polymorphism, Southern meat cattle breed

Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв'язок із важливими науковими та практичними завданнями. Мікросателіти - короткі тандемні олігонуклеотидні повтори завдовжки 1-8 пар нуклеотидів. Завдяки високій варіабельності, кодомінантному характеру успадкування, високому ступеню поліморфізму, відомій локалізації в геномі вони дають змогу вирішувати широкий спектр теоретичних і практичних завдань у селекційній роботі, а також розробляти питання маркер-допоміжної селекції (Зиновьева, Гладырь, 2011).

Функціональне значення великої частини мікросателітів є невідомим, так як вони ще до кінця не вивчені і в цьому напрямку потрібні подальші дослідження. Вони завжди присутні в областях рекомбінацій, регуляції генної активності, конденсації та упаковці ДНК і хромосом і можливо відповідають за процеси транскрипції, трансляції та інсуляції. Високо поліморфний характер і менделевський, кодомінантний тип успадкування мікросателітів робить їх ідеальними ДНК-маркерами в аналізі геному сільськогосподарських тварин (Зиновьева, Гладырь, 2011).

В останній час вони набувають все більшого застосування при вивченні рівня генетичної мінливості та генетичної диференціації для різних порід свійських тварин: свиней (Луговий, 2013; 2013а), коней (Шевельов та ін., 2009; Дзіцюк, Мельник, 2013), великої рогатої худоби (Мохначова, 2008; Зиновьева и др., 2009) та ін.

Аналіз останніх досліджень і публікацій, в яких започатковано розв'язання даної проблеми. Південна м'ясна порода ВРХ була створена на підставі генетичного матеріалу таких порід ВРХ, як шортгорн, санта-гертруда, герефорд, шароле та кубинського зебу (Вдовиченко та ін., 2012). При цьому, генетичний аналіз породи було проведено лише з використанням імуногенетичних маркерів та деяких структурних генів (Копилова та ін.., 2009; Вдовиченко та ін., 2012). Таким чином, важливого значення набуває оцінювання ступеня консолідації породи з використанням більш чутливих генетичних маркерів, а саме, мікросателітів.

Формулювання цілей статті. Головною метою статті було оцінювання рівня генетичного поліморфізму тварин південної м'ясної худоби з використанням панелі з 12 мікросателітів, що рекомендовані Міжнародним Товариством з генетики тварин (ISAG). Це дозволить визначити можливість їх використання при оцінці ступеня генетичної диференціації серед внутрішньородних одиниць.

Матеріали і методика проведення досліджень. Матеріал для лабораторного дослідження (вушні вищипи) було відібрано від корів південної м'ясної породи (n = 192 голови), що утримуються у стаді ДПДГ “Асканійське” НААН України (Каховський район Херсонської області). З них 100 голів належало до низькокровного підтипу (“санта-гертруда”), а 92 - до висококровного (“зебу”).

Лабораторні дослідження було проведено в умовах лабораторії молекулярної генетики тварин Центру біотехнології та молекулярної діагностики тварин ВІТ ім. Л.К. Ернста.

Екстракцію ДНК проводили на колонках Nexttec (Nexttec Biotechnologie GmbH, Germany) згідно з рекомендаціями виробника і перхлоратним методом - за методиками ВИЖ ім. Л.К. Ернста. Аналіз ДНК і постановку ПЛР проводили згідно методичних розробок Центру біотехнології і молекулярної діагностики ВИЖ [Зиновьева, 1998].

У дослідженнях використовували такі локуси мікросателітів як: TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA122, INRA23, TGLA126, BM1818, ETH3, ETH225, BM1824. Для аналізу всіх 12 мікросателітів виконували одну мультіплексну ПЛР, що дозволяла діагностувати поліморфізм всіх локусів одночасно.

Аналіз ампліфікованих фрагментів здійснювали за допомогою приладу для капілярного електрофорезу АВI 3130xl (Applied Biosystems, США). Для ідентифікації алелей мікросателітної локусів використовували програму GeneMapper ID v. 3.2.

Обробку даних капілярного електрофорезу проводили шляхом переведення довжин фрагментів в числове вираження на підставі порівняння їх рухливості зі стандартом ДНК.

Для тварин кожного типу було розраховано частоти генотипів та частоти алелей за кожним локусом мікросателітів. Крім того, для кожного локусу було розраховано фактична (Но) та очікувана (Не) гетерозиготність, ефективна кількість алелей (Ае) та індекс фіксації (Fis). Також було визначено частоту “приватних” алелей (тобто, алелей, що було відмічено тільки серед тварин певного підтипу). Оцінка стану генетичної рівноваги за кожним локусом було розраховано на підставі методу MCMC (Guo, Thompson, 1992).

Всі розрахунки було проведено за допомогою комп'ютерних програм GenAEx (Peakall, Smouse, 2012) та GENEPOP (Raymond, Rousset, 1995).

Виклад основного матеріалу дослідження. Для тварин низькокровного підтипу середня кількість алелей для 12 використаних локусів мікросателів склала 8,83 (табл. 1). При цьому, найнижча кількість алелей було зареєстровано для локусу TGLA126 (п'ять алелей), а найвища - для локусу TGLA53 (12 алелей).

поліморфізм мікросателіт корова м'ясний

Таблиця 1. Показники генетичної мінливості корів південної м'ясної породи низькокровного підтипу за 12 локусами мікросателітів

Ефективна кількість алелей (Ае = 7,89) відмічається для локусу ETH225, що свідчить про більш-менш рівномірний розподіл частот алелей для цього локусу.

В цілому, середня фактична гетерозиготність (Но = 0,604) значно поступалася середній очікуваній гетерозиготності (Не = 0,739), що свідчить про значний дефіцит гетерозигот серед досліджених тварин даного підтипу. Найбільш високі значення індексу фіксації (Fis) було відмічено для локусів TGLA53 (0,490), ETH3 (0,548) та ETH225 (0,809).

Корови висококровного підтипу в цілому мали більш високий рівень поліморфізму за локусами мікросателітів (табл. 2).

Таблиця 2. Показники генетичної мінливості корів південної м'ясної породи висококровного підтипу за 12 локусами мікросателітів

Середня кількість алелей для тварин цього підтипу складала 9,08, із розмахом - від чотирьох алелей на локус (для локусу TGLA126) до 14 (для локусу TGLA227).

Ефективна кількість алелей (Ае) була найвищою для локусів ETH225 (6,66) та TGLA53 (6,46).

Таблиця 3. Частота “приватних” алелей серед корів південної м'ясної породи різних підтипів за 12 локусами мікросателітів

Примітка. Алелі надано у парах нуклеотидів

Також, як й для тварин низькокровного підтипу, тварини висококровного підтипу характеризувалися значним дефіцитом гетерозиготності - середня для 12 локусів фактична гетерозиготність складала Но = 0,684, тоді як середня очікувана гетерозиготність - Не = 0,769. По окремим локусам, значний дефіцит гетерозиготності було відмічено для локусів TGLA227 (Fis = 0,210), TGLA53 (Fis = 0,431), ETH3 (Fis = 0,266) та ETH225 (Fis = 0,706).

Серед всіх 12 використаних локусів було зареєстровано “приватні” алелі (табл. 3).

При цьому, частіше їх відмічено серед тварин висококровного підтипу. Найбільшу кількість “приватних” алелей (по п'ять) зареєстровано для локусів TGLA227, TGLA126 та ETH225. Навпаки, більшість алелей для локусів SPS115, TGLA122 та INRA23 були спільними серед тварин різних підтипів.

В деяких випадках встановлено, що розподіл генотипів для різних локусів мікросателітів значно відхилявся від стану генетичної рівноваги Гарді-Вайнберга серед тварин як низько-, так й висококровного підтипів (табл. 4).

Таблиця 4. Оцінка стану генетичної рівноваги серед корів південної м'ясної породи різних підтипів за 12 локусами мікросателітів

Примітки: * - p < 0,05; ** - p < 0,01; *** - p < 0,001; D - відмічена нестача гетерозигот; ns - розподіл генотипів вірогідно не відхиляється вір стану генетичної рівноваги Гарді-Вайнберга

Це стосується, насамперед, таких локусів, як TGLA227, TGLA53, SPS115, ETH3 та ETH225. При цьому, для вказаних локусів відмічається вірогідний дефіцит гетерозигот.

Висновки

Було проведено аналіз рівня генетичного поліморфізму худоби південної м'ясної породи (два підтипи) на підставі панелі 12 мікросателітів. Встановлено високий рівень поліморфізму за локусами мікросателітів для досліджених тварин. Для певних локусів було відмічено значне відхилення від стану генетичної рівноваги, що обумовлено значною нестачею гетерозигот.

Список використаних джерел

Дзіцюк В. Мікросателітні ДНК-маркери у збереженні генетичного різноманіття коней / В. Дзіцюк, О. Мельник // Тваринництво України. - 2013. № 12. - С. 7-10.

Луговий С. І. Оцінка внутрішньопородної мінливості української м'ясної породи свиней за локусами мікросателітів ДНК / С. І. Луговий // Збірник наукових праць Вінницького НАУ. Серія: Сільськогосподарські науки. - 2013. - Вип. 2 (72). - С. 109-114.

Луговий С. І. Оцінка внутрішньопородної мінливості свиней породи дюрок за локусами мікросателітів ДНК / С. І. Луговий // Вісник Житомирського національного агроекологічного університету. - 2013. - Вип. № 1. (35) - Т. 2 С. 105-113.

Шельов А. В. Генотипування коней української верхової породи з використанням панелі SSR-маркерів / [А. В. Шельов, В. Г. Спиридонов, М. Ф. Парій та ін.] // Вісник Українського товариства генетиків і селекціонерів. - 2009. - Т. 7. - С. 257-261.

Мохначова Н. Б. Застосування мікросателітних маркерів для генотипування великої рогатої худоби / Н. Б. Мохначова // Розведення і генетика тварин. - 2008. - Вип. 42. - С. 198-203.

М'ясне скотарство в степовій зоні України / Ю. В. Вдовиченко, В. І. Вороненко, В. О. Найдьонова, Л. О. Омельченко. - Нова Каховка: ПИЕЛ, 2012. - 307 с.

Копилова К. В. Особливості генетичної структури різних порід великої рогатої худоби за локусами кількісних ознак (QTL) / К. В. Копилова, К. В. Копилов, К. О. Арнаут. // Науковий вісник Національного університету біоресурсів та природокористування України. - 2009. - Вип. 138. - С. 239-246.

Зиновьева Н.А. Генетическая экспертиза сельскохозяйственных животных: применение тест-систем на основе микросателлитов / Н. А. Зиновьева, Е. А. Гладырь // Достижения науки и техники АПК. - 2011. - № 9. - С. 19-20.

Зиновьева Н.А. Оценка роли ДНК-микросателлитов в генетической характеристике популяции черно-пестрого скота / Н. А. Зиновьева, Н. И. Стрекозов, Л. А. Молофеева // Зоотехния. - 2009. - № 1. - С. 2-4.

Peakall R. GenAIEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research - an update / R. Peakall, P. E. Smouse // Bioinformatics. - 2012. - V. 28. - P. 2537-2539.

Guo S.W. Performing the exact test of Hardy-Weinberg proportion for multiple alleles / S. W. Guo, E. A. Thompson // Biometrics. - 1992. - V. 48. - P. 361-372.

Raymond M. GENEPOP Version 1.2: population genetics soft-ware for exact tests and ecumenicism / M. Raymond, F. Rousset // Journal of Heredity. - 1995. - V. 86. - P. 248-249.

Размещено на Allbest.ur