Проблемы селекции лабораторных мини-свиней

В статье представлен обзор проблем разведения и селекции лабораторных мини-свиней. Наиболее очевидные из них – отсутствие централизованного учета селекционных групп, единых стандартов отбора для воспроизводства и оценки племенных животных, а также минимизация накопления снижающих приспособленность мутаций и поддержание генетического разнообразия. По последним данным, в мире насчитывают не менее 30 селекционных групп мини-свиней, систематически используемых в качестве лабораторных животных. Среди них существуют как породные образования, представленные несколькими колониями, так и селекционные группы, состоящие из одного стада. Показано, что основная стратегия отбора включает селекцию на живую массу взрослых особей 50–80 кг и приспособленность животных к конкретному типу биомедицинских экспериментов. Для ее реализации в разведении зарубежных мини-свиней практикуют отбор по живой массе в 140- и 154-дневном возрасте. Указано, что в стадах мини-свиней представлены разные селекционные методы противодействия инбредной депрессии и поддержания генетического разнообразия. Примерами служат максимизация фенотипов масти, цикличная система подбора родительских пар и структурирование стад на субпопуляции. Кроме того, в разведении зарубежных мини-свиней для мониторинга гетерозиготности используют молекулярно-генетические методы. Количество инбредных скрещиваний в разведении лабораторных мини-свиней стараются минимизировать, что не всегда возможно из-за их малочисленности. Подсчитано, что во избежание тесного инбридинга численность селекционной группы должна быть не менее 28 особей, включающих хряков как минимум четырех генеалогических линий и свиноматок из не менее четырех семейств. Накопление генетического груза в стадах мини-свиней возможно, но вредоносный эффект является скорее следствием ошибочных решений селекционеров. Несмотря на то что при выведении ряда мини-свиней стояла цель укомплектовать стада исключительно белыми животными, в большинстве селекционных групп наблюдается полиморфизм по фенотипу масти.

1. Bourneuf E. The MeLiM Minipig: An Original Spontaneous Model to Explore Cutaneous Melanoma Genetic Basis. Front. Genet. 2017; 8:146. DOI 10.3389/fgene.2017.00146.

2. Chandramohan B., Renieri C., La Manna V., La Terza A. The alpaca agouti gene: genomic locus, transcripts and causative mutations of eumelanic and pheomelanic coat color. Gene. 2013;521(2):303- 310. DOI 10.1016/j.gene.2013.03.060.

3. Chang W.H., Chu H.P., Jiang Y.N., Li S.H., Wang Y., Chen C.H., Chen K.J., Lin C.Y., Ju Y.T. Genetic variation and phylogenetics of Lanyu and exotic pig breeds in Taiwan analyzed by nineteen microsatellite markers. J. Anim. Sci. 2009;87(1):1-8. DOI 10.2527/jas.2007-0562.

4. Charlesworth D., Willis J.H. The genetics of inbreeding depression. Nat. Rev. Genet. 2009;10:783-796. DOI 10.1038/nrg2664.

5. Cheng W., Zhao H., Yu H., Xin J., Wang J., Zeng L., Yuan Z., Qing Y., Li H., Jia B., Yang C., Shen Y., Zhao L., Pan W., Zhao H.Y., Wang W., Wei H.J. Efficient generation of GGTA1-null Diannan miniature pigs using TALENs combined with somatic cell nuclear transfer. Reprod. Biol. Endocrinol. 2016;14(1):77. DOI 10.1186/s12958-016-0212-7.

6. Cheptou P.O., Donohue K. Environment-dependent inbreeding depression: its ecological and evolutionary significance. New Phytol. 2011;189(2):395-407. DOI 10.1111/j.1469-8137.2010.03541.x.

7. Chien S., Hsue S., Lin C., Kuo T., Wang D.J., Yang j.C., Lee S. Influence of Thread Design on Dental Implant Osseointegration Assayed Using the Lan-Yu Mini-Pig Model. J. Med. Biol. Eng. 2017; 37:627-638. DOI 10.1007/s40846-017-0240-6.

8. Chu H.-P. Selection and Utilization of Minipigs for Biomedical Research. Taitung Animal Propagation Station, Livestock Research Institute, 2010;50. Available at: https://www.angrin.tlri.gov.tw/meeting/2010training/12.Mr.H.P.Chu.pdf.

9. Cieslak M., Reissmann M., Hofreiter M., Ludwig A. Colours of domestication. Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. 2011;86(4):885-899. DOI 10.1111/j.1469-185X.2011.00177.x.

10. Derks M.F.L., Megens H.J., Bosse M., Lopes M.S., Harlizius B., Groenen M.A.M. A systematic survey to identify lethal recessive variation in highly managed pig populations. BMC Genomics. 2017; 18(1):858. DOI 10.1186/s12864-017-4278-1.

11. Dubinin N.P., Glembotskiy Ya.L. Population Genetics and Selection. Moscow: Nauka Publ., 1967. (in Russian)

12. Heckel T., Schmucki R., Berrera M., Ringshandl S., Badi L., Steiner G., Ravon M., Küng E., Kuhn B., Nicole A Kratochwil N.A, Schmitt G., Kiialainen A., Nowaczyk C., Daff H., Khan A.P., Lekolool I., Pelle R., Okoth E., Bishop R., Daubenberger C., Ebeling M., Certa U. Functional analysis and transcriptional output of the Göttingenminipig genome. BMC Genomics. 2015;16:932. DOI 10.1186/s12864-015-2119-7.

13. Heining P., Ruysschaert T. The use of minipig in drug discovery and development: pros and cons of minipig selection and strategies to use as a preferred nonrodent species. Toxicol. Pathol. 2016;44(3): 467-473. DOI 10.1177/0192623315610823.

14. Helke K.L., Nelson K.N., Sargeant A.M., Jacob B., McKeag S., Haruna J., Vemireddi V., Greeley M., Brocksmith D., Navratil N., Stricker-Krongrad A., Hollinger C. Background Pathological Changes in Minipigs: A Comparison of the Incidence and Nature among Different Breeds and Populations of Minipigs. Toxicol. Pathol. 2016;44(3):325-337. DOI 10.1177/0192623315611762.

15. Horak V., Palanova A., Cizkova J., Miltrova V., Vodicka P., Kupcova Skalnikova H. Melanoma-Bearing LibechovMinipig (MeLiM): The Unique Swine Model of Hereditary Metastatic Melanoma. Genes (Basel ). 2019;10(11):915. DOI 10.3390/genes10110915.

16. Itoh T., Kabawe M., Nagase T., Endo K., Miyoshi M., Miyahara M. Body surface area measurement in laboratory miniature pigs using a computer tomography scanner. J. Toxicol. Sci. 2016;41(5):637- 644. DOI 10.2131/jts.41.637.

17. Ji Y.Q., Wu D.D., Wu G.S., Wang G.D., Zhang Y.P. Multi-locus analysis reveals a different pattern of genetic diversity for mitochondrial and nuclear DNA between wild and domestic pigs in East Asia. PLoS One. 2011;6(10):e26416. DOI 10.1371/journal.pone.0026416.

18. Jo H., Lee S.C., Kim D.C., Kim B.G. Estimation of Growth Model Parameters for Mini Pig Breeds. The Faseb Journal. 2017;31(S1): ib299. DOI 10.1096/fasebj.31.1supplement.lb299.

19. Johnsson M., Gaynor R.C., Jenko J., Gorjanc G., de Koning D.J., Hickey J.M. Removal of alleles by genome editing (RAGE) against deleterious load. Genet. Sel. Evol. 2019;51(1):14. DOI 10.1186/s12711-019-0456-8.

20. Ju Y.T., Pan Y.T., Tu C.F., Hsiao J., Lin Y.H., Yu P.J., Yu P.H., Chi C.H., Liu I.L. Growth and Behavior of Congenitally Anophthalmic LeeSung Pigs. Comp. Med. 2019;69(3):212-220. DOI 10.30802/AALAS-CM-18-000095.

21. Kobayashi E., Hishikawa S., Teratani T., Lefor A.T. The pig as a model for translational research: overview of porcine animal models at Jichi Medical University. Transplant. Res. 2012;1:8. DOI 10.1186/2047-1440-1-8.

22. Köhn F. History and Development of Miniature, Micro- and Minipigs. The minipig in biomedical research. P.A. Mcanulty, A.D. Dayan,N.C. Ganderup, K.L. Hastings (Eds.). Boca Raton, FL: CRC Press, 2011;3-16. DOI 10.1201/b11356-3.

23. Lai F., Ren J., Ai H., Ding N., Ma J., Zeng D., Chen C., Guo Y., Huang L. Chinese white Rongchang pig does not have the dominant white allele of KIT but has the dominant black allele of MC1R. J. Hered. 2007;98(1):84-87. DOI 10.1093/jhered/esl053.

24. Mable B.K. Conservation of adaptive potential and functional diversity: integrating old and new approaches. Conservation Genetics. 2019;20:89-100. DOI 10.1007/s10592-018-1129-9.

25. Maeda M., Takashina S., Takasu M., Mori T., Goto N., Matsubara T., Almunia J., Imaeda N., Ando A., Kitagawa H. Magnetic Resonance Imaging of Ovarian Activity in Microminipigs Showing Normal Estrous Cycles. In vivo. 2016;30:35-40. Available at: http://iv.iiarjournals.org/content/30/1/35.full.

26. Mariani E., Summer A., Ablondi M., Sabbioni A. Genetic Variability and Management in Nero di Parma Swine Breed to Preserve Local Diversity. Animals (Basel ). 2020;10(3):538. DOI 10.3390/ani10030538.

27. Mariano M. Minisuíno (minipig) na pesquis abiomédica experimental. O Minipig br1. Acta Cir. Bras. 2003;18(5):387-391. DOI 10.1590/S0102-86502003000500003. (in Portuguese)

28. McKenney-Drake M.L., Rodenbeck S.D., Owen M.K., Schultz K.A., Alloosh M., Tune J.D., Sturek M. Repeat cross-sectional data on the progression of the metabolic syndrome in Ossabaw miniature swine. Data Brief. 2016;7:1393-1395. DOI 10.1016/j.dib.2016.04.023.

29. Miniature Swine Book of Normals. Sinclair Bio Resources, 2019. Available at: https://sinclairresearch.com/bio-resources/.

30. Nei М., Roychoudhury А.К. Probability of Fixation of Nonfunctional Genes at Duplicate Loci. Amer. Nat. 1973;107(955):362-372. DOI 10.1086/282840.

31. Nicholls S.M., Mitchard L.K., Laycock G.M., Harley R., Murrell J.C., Dick A.D., Bailey M. A Model of Corneal Graft Rejection in SemiInbred NIH Miniature Swine: Significant T-Cell Infiltration of Clinically Accepted Allografts. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2012; 53(6):3183-3192. DOI 10.1167/iovs.11-9106.

32. Nikitin S.V., Knyazev S.P., Shatokhin K.S. Miniature pigs of ICG as a model object for morphogenetic research. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2014;4(6):511-522. DOI 10.1134/S207905971406015X.

33. Nikitin S.V., Knyazev S.P., Shatokhin K.S., Zaporozhets V.I., Bashur D.S., Ermolaev V.I. Prenatal growth of live weight and coat color of the minipigs of ICG SB RAS. Sel’skokhozyaystvennye Tekhnologii = Agricultural Technologies. 2019;1(3):21-34. DOI 10.35599/agritech/01.03.04. (in Russian)

34. Nikitin S.V., Knyazev S.P., Shatokhin K.S., Zaporozhets V.I., Ermolaev V.I. Breeding and selection of mini-pigs in the ICG SB RAS. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(8):922-930. DOI 10.18699/VJ18.434. (in Russian)

35. Nikitin S.V., Shatokhin К.S., Zaporozhets V.I., Кochnev N.N., Bashur D.S., Khodakovа A.V., Ermolaev V.I. ‘Genetic load’ and changes in the chronology of early mortality in mini-pigs of ICG SB RAS. Agronomy Research. 2020;18(3):2156-2165. DOI 10.15159/AR.20.171.

36. Nikitin S.V., Yudin N.S., Knyazev S.P., Aitnazarov R.B., Bekenev V.A., Deeva V.S., Goncharenko G.M., Kobzev V.F., Savina M.A., Ermolaev V.I. Differentiation of wild boar and domestic pig population based on the frequency of chromosomes carring endogenous retroviruses. Natural Science. 2010;2(6):527-534. DOI 10.4236/ns.2010.26066.

37. Nunoya T., Shibua K., Saitoh T., Yazawa H., Nakamura K., Baba Y., Hirai T. Use of miniature pig for biomedical research, with reference to toxicologic studies. J. Toxicol. Pathol. 2007;20:125-132. DOI 10.1293/TOX.20.125.

38. Pawlowsky K., Ernst L., Steitz J., Stopinski T., Kögel B., Henger A., Kluge R., Tolba R. The Aachen Minipig: Phenotype, Genotype, Hematological and Biochemical Characterization, and Comparison to the GöttingenMinipig. Eur. Surg. Res. 2017;58(5-6):193- 203. DOI 10.1159/000471483.

39. Peripolli E., Munari D.P., Silva M.V.G.B., Lima A.L.F., Irgang R., Baldi F. Runs of homozygosity: current knowledge and applications in livestock. Anim. Genet. 2017;48(3):255-271. DOI 10.1111/age.12526.

40. Pielberg G., Olsson C., Syvanen A.C., Andersson L. Unexpectedly high allelic diversity at the KIT locus causing dominant white color in the domestic pig. Genetics. 2002;160:305-311.

41. Pond W.G., Houpt K.A. The Biology of the Pig. Ithaca, New York: Cornell University Press, 1978.

42. Porter V., Alderson L., Hall S.J.G., Sponenberg D.P. Mason’s world encyclopedia of livestock breeds and breeding. Boston, MA: CABI, 2016.

43. Robertson A., Rendel J.M. The use of progeny testing with artifcial insemination in dairy cattle. J. Genet. 1950;50:1-31.

44. Protocol of testing for distinctness, uniformity, and stability. Pigs (Sus scrofa L.). All-Russia Research Institute of Animal Breeding, 2007. (in Russian)

45. Sachs D.H., Leight G., Cone J., Schwarz S., Stuart L., Rosenberg S. Transplantation in miniature swine. I. Fixation of the major histocompatibility complex. Transplantation. 1976;22(6):559-567. DOI 10.1097/00007890-197612000-00004.

46. Schachler K., Minx J-O., Sürie C., Distl O., Metzger J. Genetic characterisation of Mini-LEWE as resource population for experimental research. Berl. Munch. Tierarztl. Wochenschrt. 2020;133. DOI 10.2376/1439-0299-2020-15.

47. Scheffer J.P., Oliveira A.L.A., Markoski M., Antunes F., Atallah F.A., Monteiro G.A.S., Carvalho C.B., Kalil R.A.K. Indução da miocardiopatia isquêmica em modelo experimental mini porco. Rev. Bras. Med. Vet. 2013;35(1):45-48. (in Portuguese)

48. Serebrovskiy A.S. Genetic analisys. Moscow: Nauka Publ., 1970. (in Russian)

49. Shatokhin K.S., Nikitin S.V., Knyazev S.P., Goncharenko G.M., Ermolaev V.I., ZaporozhetsV.I. Livestock, physiology, and genetics of the mini-pigs of the Institute of Cytology and Genetics. Novosibirsk: Institute of Cytology and Genetics, 2019. (in Russian)

50. Simianer H., Köhn F. Genetic management of the Göttingen Minipig. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 2010;62:221-226. DOI 10.1016/j.vascn.2010.05.004.

51. Simon C. Fachinformation aus dem Ausschuss für Ernährung der Versuchstiere. Fütterungskonzepte und -methoden in der Versuchstierhaltung und im Tierversuch – MINIPIG. Basel Reinhart Kluge, Potsdam-Rehbrücke. 2019;11. (in Germany). Available at: https://docplayer.org/170135602-Fachinformation-aus-dem-ausschussfuer-ernaehrung-der-versuchstiere.html.

52. Smith A.C., Swindle M.M. Preparation of swine for the laboratory. ILAR J. 2006;47(4):358-63. DOI 10.1093/ilar.47.4.358.

53. Song T., Wu T., Wei F., Li A., Wang F., Xie Y., Liu D., Fan Z., Wang X., Cheng S., Zhang C., He J., Wang S. Construction of a cDNA library for miniature pig mandibular deciduous molars. BMC Dev. Biol. 2014;14:16. DOI 10.1186/1471-213X-14-16.

54. Stankova N.V., Savina M.A., Kapanadze G.D. The formation of new lines of Svetlogorsk minipigs. Biomeditsina = Biomedicine. 2017; 3:95-101. (in Russian)

55. Tikhonov V.N. Laboratory Minipigs. Genetics and Biomedical Use. Novosibirsk: Publishing House SB RAS, 2010. (in Russian)

56. Val-Laillet D., Céline Tallet C., CaroleGuérin C., Meunier-Salaün M.-C. Behavioural reactivity, social and cognitive abilities of Vietnamese and Pitman–Moore weaned piglets. Appl. Anim. Behav. Sci. 2013;148:108-119. DOI 10.1016/j.applanim.2013.06.003.

57. Wu Z., Deng Z., Huang M., Hou Y., Zhang H., Chen H., Ren J. Whole-Genome Resequencing Identifies KIT New Alleles That Affect Coat Color Phenotypes in Pigs. Front. Genet. 2019;10:218. DOI 10.3389/fgene.2019.00218.

58. Xia J., Liu Z., Xin,L. Wang Z., Qian L., Wu S., Y. Shulin, Li K. Molecular characterization of swine leukocyte antigen class I genes by sequence-based and PCR-SSP method in Guizhouminipigs. Mol. Biol. Rep. 2014;41:7775-7782. DOI 10.1007/s11033-014-3670-z.

59. Xin J., Yang H., Fan N., Zhao B., Ouyang Z., Liu Z., Zhao Y., Li X., Song J., Yang Y., Zou Q., Yan Q., Zeng Y., Lai L. Highly efficient generation of GGTA1 biallelic knockout inbred mini-pigs with TALENs. PLoS One. 2013;8(12):e84250. DOI 10.1371/journal.pone.0084250.

60. Yoshimatsu H., Konno Y., Ishii K., Satsukawa M., Yamashita S. Usefulness of minipigs for predicting human pharmacokinetics: Prediction of distribution volume and plasma clearance. Drug. Metab. Pharmacokinet. 2016;31(1):73-81. DOI 10.1016/j.dmpk.2015.11.001.

61. Zhang S., Guo K., Kong D., Liu Y., Shang H., Wei H. Semen quality and fertility of Bama miniature pig (Sus scrofa domestica). Indian J. Anim. Res. 2016;(50):434-437. DOI 10.18805/ijar.7494.