Отчет за 2020 год.
С использованием ДНК-чипа высокой плотности проведено полногеномное генотипирование образцов овец с длинными жирными хвостами (из двух пород), с короткими жирными хвостами (из четырех пород) и курдюками (из одной породы). Было проведено объединение всех SNP-профилей, сгенерированных в ходе реализации проекта. Финальная выборка генотипированных образцов включает представителей из двенадцати жирнохвостых и курдючных пород. Тем самым, в проекте представлено практически полное породное разнообразие локальных овец с повышенным жироотложением в хвостовой области. Установлено, что в среднем по двенадцати породам наблюдаемая гетерозиготность составила 0,335 (Ho(min) = 0,322 до Ho(max) = 0,345). Показано, что у четырех пород из двенадцати были зафиксированы достоверные негативные значения коэффициента инбридинга. Выявлено, что изучаемые породы овец характеризуются высоким аллельным разнообразием (Ar (mean) =с 1,884 вариацией от 1,867 до 1,894). Анализ распределения сегментов гомозиготности (ROH) в геномах изучаемых овец показал, что преобладают короткие сегменты ROH, имеющие длину менее 4 Мб (более 97%), при этом частота встречаемости самых длинных сегментов (8 -16 Мб) была минимальна у всех пород (менее 0,2%). Коэффициенты геномного инбридинга, рассчитанные на основе ROH, были невысокими во всех породах (FROH от 0,042 до 0,084). Таким образом, можно заключить, что изучаемые популяции овец характеризуются незначительным уровнем геномного инбридинга. Проведен поиск локусов и генов, находящихся под давлением селекции, у изучаемых жирнохвостых и курдючных пород овец, с использованием трех биоинформационных подходов, в том числе: расчет значений индекса фиксации (FST) для каждого SNP (1), метод hapFLK (2) и идентификация генов, локализованных в «островках» ROH (3). Были выявлены четыре геномных региона, идентифицированных как подвергающихся наиболее сильной позитивной селекции, на OAR1, OAR4, OAR7 и OAR14. Расчет значений Fst позволил идентифицировать 1080 однонуклеотидных полиморфизмов, превышающие установленное пороговое значение квантиля с уровнем вероятности 99,99%. В геномах лезгинской, андийской, карачаевской, осетинской и тушинской пород были идентифицированы четыре «островка» (три на OAR1 и один на OAR10), в которых локализованы гены, регулирующие липидный обмен, в том числе абсорбцию короткоцепочечных жирных кислот. Получена первая серия экспериментальных овец - возвратных кроссов, полученных при скрещивании помесных баранов F1 (50% карачаевская+50% романовская) из ресурсной популяции с романовскими овцематками. Пополнен ДНК банк животных ресурсной популяции образцами от 52 возвратных кроссов. Изучена динамика возрастных изменений в 6, 42, 90 и 180 дней и проведен сбор фенотипических данных параметров, характеризующих размер хвоста у первой серии возвратных кроссов. Установлено, что параметры, характеризующие размер хвоста, демонстрируют выраженную вариацию (Cv от 11,29% до 20,04%), при этом амплитуда вариации в разные возрастные периоды составила от 5,8 до 8,8 см по четырем параметрам длины хвоста и от 3,4 до 4,4 см по окружности хвоста. Проведено полногеномное генотипирование образцов экспериментальных овец с использованием ДНК-чипа высокой плотности. Установлено, что по уровню наблюдаемой гетерозиготности возвратные кроссы (Ho=0,360-0,363) занимали промежуточное положение между исходными породами, участвующими в создании ресурсной популяции (Ho=0,345 - 0,374). Таким образом, созданы условия для последующего проведения полногеномных ассоциативных исследований в популяции возвратных кроссов. Проведена серия скрещивания двух баранов F1 (50% карачаевская+50% романовская) и чистопородных романовских овцематок для получения второй серии (партии) возвратных кроссов.
Отчет за 2021 год.
В 2021 году были сформированы четыре группы овец в зависимости от типа хвостов: короткожирнохвостые породы (бурятская, Буубэй, монгольская, тувинская короткожирнохвостая), длинножирнохвостые породы (андийская, карачаевская, осетинская, тушинская, лезгинская, каракульская), курдючные породы (айкольская, алайская, гиссарская, эдильбаевская, калмыцкая курдючная) и тощехвостые породы. Локусы и гены-кандидаты, находящиеся под давлением селекции и вовлеченные в процессы жироотложения в области хвоста у изучаемых локальных жирнохвостых и курдючных пород, были идентифицированы путем сравнения каждой группы жирнохвостых овец с группой тощехвостых овец с использованием метода расчета значений индекса фиксации (Fst). В ходе проведения аннотации и изучения генной онтологии были отобраны 142 гена, вовлеченных в метаболические пути липидного метаболизма (например, GO:0006629~lipid metabolic process/липидные метаболические процессы; GO:0045598~regulation of fat cell differentiation/ регуляция дифференциации жировых клеток; GO:0019216~regulation of lipid metabolic process/ регуляция липидных метаболических процессов; GO:0006633~fatty acid biosynthetic process/ процесс биосинтеза жирных кислот). Далее функции отобранных генов были дополнительно проанализированы с помощью сервиса PubMed NCBI. В результате проведенного анализа были идентифицированы функциональные и потенциальные гены-кандидаты, ассоциированные с формированием жирного хвоста у овец, в том числе: ACACA, ACLY, ADD1, ADIPOR1, LEPR, LPL и SLC27A2. Были найдены гены-кандидаты, контролирующие размеры хвоста, в том числе регулирующие длину хвоста – гены ALX4, BMP4 и HOXC11; длину и жироотложение – ген BMP2. Были идентифицированы гены, имеющие определенные функции в регуляции липидного обмена у овец, которые могут быть предложены в качестве потенциальных кандидатов, вовлеченных в формирование жирного хвоста. В 2021 году была получена вторая серия возвратных кроссов овец (50% романовская × (25 % карачаевская+25% романовская). Была создана база данных фенотипической вариабельности параметров, характеризующих размеры хвоста, у 42 овец, принадлежащих ко второй серии возвратных кроссов. Были проанализированы следующие параметры: длина от ануса до кончика хвоста, измеренная при фиксации хвоста перпендикулярно земле; длина от ануса до кончика хвоста, измеренная при фиксации хвоста параллельно земле; длина от ануса до скакательного сустава; длина от ануса до края безволосой области; окружность хвоста. Все фенотипические параметры измерялись в возрастной динамике. В 2021 году была проведена статистическая обработка параметров, характеризующих размер хвоста у овец из второй партии возвратных кроссов из ресурсной популяции, и был проведен анализ динамики их возрастных изменений. Для всех анализируемых параметров было установлено резкое падение вариации в возрасте 180 дней. Было установлено, что наибольшей вариацией характеризуется длина от ануса до края безволосой области: 22,10% в возрасте 6 дней, 18,68% в возрасте 42 дней, 14,58% в возрасте 90 дней и 5,05% в возрасте 180 дней. В 2021 году были проведены дополнительные работы по измерению живой массы возвратных кроссов и поиску геномных ассоциаций с этим параметром в аспекте связи с липидным метаболизмом. Было установлено, что длина от ануса до кончика хвоста, измеренная при фиксации хвоста перпендикулярно земле, длина от ануса до кончика хвоста, измеренная при фиксации хвоста параллельно земле, длина хвоста от ануса до скакательного сустава, имели высокие корреляции с живой массой. Были выявлены умеренные корреляции живой массы с длиной хвоста от ануса до края безволосой области и с окружностью хвоста. В результате аннотации были идентифицированы гены, имеющие связь как с живой массой, так и с липидным метаболизмом, включая DLK1, ZNF521, AAMDC, SLC24A3 и ELOVL5. Таким образом, проведенные работы позволили выявить дополнительные потенциальные кандидаты, вовлеченные в регуляцию липидного метаболизма у овец. От всех экспериментальных овец из второй серии возвратных кроссов были отобраны образцы ткани (ушные выщипы), из которых была выделена геномная ДНК, заложенная на хранение в созданный на предыдущих этапах ДНК банк образцов овец из ресурсной популяции. Для всех экспериментальных овец из второй серии возвратных кроссов были сгенерированы высокоплотные SNP-профили, полученные в результате проведения полногеномного генотипирования с использованием ДНК-чипа Infinium iSelect HD Custom BeadChip Kit. AgResearch_SheepHD Consortium, обеспечивающих высокое покрытие генома (~ 600 000 SNPs). Полученные генотипы были объединены с SNP-профилями возвратных кроссов овец из первой группы, сгенерированные на этапе 2020 года. Для выявления геномных ассоциаций с фенотипическими показателями, характеризующими размеры хвоста, был проведен регрессионный анализ, реализованный в PLINK 1.90. Поиск вероятных совпадений с известными QTL проводился с помощью базы Sheep Quantitative Trait Locus Database (Sheep QTLdb) (https://www.animalgenome.org/cgi-bin/QTLdb/OA/index). В результате GWAS анализа были выявлены геномные ассоциации с фенотипическими показателями, характеризующими размеры хвоста, у возвратных кроссов из ресурсной популяции. Были идентифицированы 7 SNPs, расположенные на первой, второй и седьмой хромосомах, имеющие достоверные ассоциации с окружностью хвоста в возрасте 6 дней. При этом для трех SNPs достоверность превышала порог, установленный для полногеномных исследований (p <1,09×10-7). На пятнадцатой хромосоме был выявлен ряд SNPs (8), достоверно ассоциированных с показателем окружности хвоста, Было установлено, что SNPs, локализованные на шестнадцатой хромосоме, располагались внутри известного QTL по признаку «Жирный хвост/Tail fat deposition» (QTL #127014). На третьей хромосоме были идентифицированы SNPs, локализованные внутри еще одного известного QTL по признаку «Жирный хвост/Tail fat deposition» (QTL #126987). В результате проведенного GWAS были идентифицированы гены-кандидаты, ассоциированные с повышенным жироотложением в хвостах (APOA2, PSD3 и ELOVL5). Был проведен сравнительный анализ и обобщение результатов, полученных при использовании двух подходов для идентификации генов, ассоциированных с формированием фенотипа жирного хвоста у овец. При реализации первого подхода был осуществлен поиск локусов, связанных с интересующим признаком и находящихся под давлением селекции в геномах пятнадцати жирнохвостых пород овец. При реализации второго подхода была специально создана ресурсная популяция овец, включающая две партии возвратных кроссов, происходящих от скрещивания жирнохвостой карачаевской и тощехвостой романовской пород овец. Для экспериментальных овец была создана база фенотипов хвоста и сгенерированы высокоплотные SNP-профили. Идентификация релевантных локусов и генов, вовлеченных в формирование фенотипов жирного хвоста, была проведена путем полногеномных ассоциативных исследований. При реализации обоих подходов были выявлены известные функциональные гены-кандидаты, ассоциированные с жирными хвостами у овец, и гены, вовлеченные в регуляцию различных аспектов липидного метаболизма, которые могут быть предложены в качестве потенциальных кандидатов фенотипа жирного хвоста у овец.
