Применение полногеномной амплификации для генетической оценки эмбрионов коров

В странах с развитым животноводством в последнее десятилетие активно происходит интеграция наукоемких технологий в племенное животноводство. В первую очередь речь идет о репродуктивных технологиях (ЭКО) и геномных технологиях (оценка носительства летальных гаплотипов и геномная оценка племенной ценности). Комбинирование репродуктивных и геномных технологий – перспективный подход, который позволит получать племенной скот высокого качества в кратчайшие сроки. В основе предлагаемой технологии ускоренного воспроизводства высокоценного племенного скота лежит получение информации о геноме эмбриона для проведения геномной оценки. Так как необходимо сохранить эмбрион живым, то количество генетического материала, который можно получить для исследований, крайне ограничено. Чтобы получить ДНК высокого качества и в достаточном количестве, при проведении генотипирования на чипах вводится этап полногеномной амплификации ДНК. Основной целью работы была оценка возможности использования биоптата (бп) эмбрионов для генотипирования и предсказания носительства летальных гаплотипов на основе результатов генотипирования. Нами было получено 100 эмбрионов крупного рогатого скота, из которых удалось взять 78 биоптатов. Полученные биоптаты были использованы для проведения полногеномной амплификации и генотипирования с применением микроматрицы. Качество и количество ДНК после проведения полногеномной амплификации всех 78 образцов были удовлетворительными для дальнейшего генотипирования. Результаты генотипирования позволили провести расчет пола животного и определение статуса носительства семи основных летальных гаплотипов голштинской породы. Из 78 протестированных животных по результатам анализа генотипа были найдены 3 носителя летальных гаплотипов – HH0 (брахиспина), HH5 и HCD. Носительство летальных гаплотипов HH0 и HH5 было подтверждено тестированием мутации, влияющей на потерю фертильности (казуальной) с помощью ПЦР-анализа. Статус носительства гаплотипа HCD после тестирования казуальной мутации не был подтвержден. Отсутствие казуальной мутации HCD у животного-носителя гаплотипа HCD можно объяснить тем, что предположительным родоначальником гаплотипа HCD является бык HOCAN000000334489 WILLOWHOLME MARK ANTHONY (год рождения – 1975), в то время как казуальная мутация, связанная с появлением заболевания, возникла в этом гаплотипе уже у его потомка, быка HOCAN000005457798 MAUGHLIN STORM (год рождения – 1991). Полученные данные подтверждают важность тестирования казуальной мутации у животных-носителей летальных гаплотипов. 

1. Boichard D., Ducrocq V., Croiseau P., Fritz S. Genomic selection in domestic animals: Principles, applications and perspectives. C. R. Biol. 2016;339(7-8):274-277. DOI 10.1016/j.crvi.2016.04.007.

2. Charlier C., Agerholm J.S., Coppieters W., Karlskov-Mortensen P., Li W., de Jong G., Fasquelle C., Karim L., Cirera S., Cambisano N., Ahariz N., Mullaart E., Georges M., Fredholm M. A deletion in the bovine FANCI gene compromises fertility by causing fetal death and brachyspina. PLoS One. 2012;7(8):e43085. DOI 10.1371/journal.pone.0043085.

3. Duff J.P., Passant S., Wessels M., Charlier C., Hateley G., Irvine R.M. Cholesterol deficiency causing calf illthrift and diarrhoea. Vet. Rec. 2016;178:424-425. DOI 10.1136/vr.i2265.

4. Dunin I.M., Adzhibekov K.K., Lozovaya G.S., Chekushkin A.M. Red-pied of dairy cattle in Russia. Farm Animals. 2013;1:56-61. (in Russian)

5. Durov A.S., Gamarnik N.G., Deeva V.S. Assessment of stud bulls in the population of the Simmental breed bred in the conditions of Khakassia. Vestnik Altayskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta = Bulletin of the Altai State Agricultural University. 2013;1:79-85. (in Russian)

6. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, 2007;4:381-427.

7. Fritz S., Capitan A., Djari A., Rodriguez S.C., Barbat A., Baur A., Grohs C., Weiss B., Boussaha M., Esquerré D., Klopp C., Rocha D., Boichard D. Detection of haplotypes associated with prenatal death in dairy cattle and identification of deleterious mutations in GART, SHBG and SLC37A2. PLoS One. 2013;8(6):e65550. DOI 10.1371/journal.pone.0065550.

8. Fritz S., Hoze C., Rebours E., Barbat A., Bizard M., Chamberlain A., Escouflaire C., Vander Jagt C., Boussaha M., Grohs C., Allais-Bonnet A., Philippe M., Vallée A., Amigues Y., Hayes B.J., Boichard D., Capitan A. An initiator codon mutation in SDE2 causes recessive embryonic lethality in Holstein cattle. J. Dairy Sci. 2018;101:1-12. Pubmed reference: 29680649. DOI 10.3168/jds.2017-14119.

9. Kipp S., Segelke D., Schierenbeck S., Reinhardt F., Reents R., Wurmser C., Pausch H., Fries R., Thaller G., Tetens J., Pott J., Piechotta M., Grünberg W. A new Holstein haplotype affecting calf survival. Interbull Bull. 2015;49:49-53.

10. Kuznetsov V.M. Historical Trends in Dairy Cattle Breeding in Russia and the USA. Kirov: North-East Research Institute of Agriculture Publ., 2015. (in Russian)

11. Ma L., Cole J.B., Da Y., VanRaden P.M. Symposium review: Genetics, genome-wide association study, and genetic improvement of dairy fertility traits. J. Dairy Sci. 2018 Sep. 26. pii: S00220302(18)309068. DOI 10.3168/jds.2018-15269.

12. Menzi F., Besuchet-Schmutz N., Fragnière M., Hofstetter S., Jagannathan V., Mock T., Raemy A., Studer E., Mehinagic K.,Regenscheit N., Meylan M., Schmitz-Hsu F., Drögemüller C. A transposable element insertion in APOB causes cholesterol deficiency in Holstein cattle. Anim. Genet. 2016;47(2):253-257. DOI 10.1111/age.12410.

13. Polisseni J., Sá W.F., Guerra Mde O., Machado M.A., Serapião R.V., Carvalho B.C., Camargo L.S., Peters V.M. Post-biopsy bovine embryo viability and whole genome amplification in preimplantation genetic diagnosis. Fertil. Steril. 2010;93(3):783-788. DOI 10.1016/j.fertnstert.2008.10.023.

14. Schütz E., Wehrhahn C., Wanjek M., Bortfeld R., Wemheuer W.E., Beck J., Brenig B. Correction: The Holstein Friesian lethal haplotype 5 (HH5) results from a complete deletion of TBF1M and cholesterol deficiency (CDH) from an ERV-(LTR) insertion into the coding region of APOB. PLoS One. 2016;11(6):e0157618. DOI 10.1371/journal.pone.0157618.

15. Shojaei Saadi H.A., Vigneault C., Sargolzaei M., Gagné D., Fournier É., de Montera B., Chesnais J., Blondin P., Robert C. Impact of whole-genome amplification on the reliability of pre-transfer cattle embryo breeding value estimates. BMC Genomics. 2014;15:889. DOI 10.1186/1471-2164-15-889.

16. Tikhonova T.N., Zharov I.N., Nikitina S.V., ..., Kharitonov S.N., Satsuk V.F., Kovalyuk N.V. Genetic Resources of ‘‘Moskovskoe’’ Enterprise for Breeding Work. Third Edition. Moscow, 2015;12. (in Russian)

17. VanRaden P.M., Olson K.M., Null D.J., Hutchison J.L. Harmful recessive effects on fertility detected by absence of homozygous haplotypes. J. Dairy Sci. 2011;94(12):6153-6161. DOI 10.3168/jds.2011-4624.