Дифференциация Bos grunniens и Bos taurus на основании полиморфизма STR-локусов

Дифференциация близкородственных биологических видов с использованием методов молекулярно-генетического анализа имеет важное значение для селекционных процессов при разведении сельскохозяйственных животных, создании гибридных линий, поддержании генетической чистоты пород, линий, отводок. Подход к дифференциации Bos grunniens и Bos taurus на основании полиморфизма STR-локусов будет способствовать поддержанию генетической обособленности данных видов и, как следствие, выявлению гибридных особей. Целью исследования была оценка дифференцирующего потенциала 15 микросателлитных локусов для различения особей домашнего яка (B. grunniens), разводимых в высокогорном регионе Калмак-Ашуу (Кочкорский район, Нарынская область, Кыргызская Республика), и крупного рогатого скота (B. taurus) трех пород (абердин-ангусская, голштинская и алатауская) с использованием молекулярно-генетического анализа. Образцы были генотипированы по 15 микросателлитным локусам (ETH3, INRA023, TGLA227, TGLA126, TGLA122, SPS115, ETH225, TGLA53, BM2113, BM1824, ETH10, BM1818, CSSM66, ILSTS006 и CSRM60). Двенадцать из рассматриваемых STR-локусов составляли стандартную панель маркеров, рекомендованную ISAG. Статистический анализ данных проводили с использованием программ GenAlEx v.6.503, Structure v.2.3.4, PAST v.4.03 и POPHELPER v1.0.10. Анализ субпопуляционной структуры исследуемых выборок в программе Structure v.2.3.4 по данным генотипирования 15 STR-локусов показал, что точность отнесения образца к B. taurus составила 99.6 ± 0.4 %, к B. grunniens – 99.2 ± 2.6 %. Наибольшим потенциалом для дифференциации B. grunniens и B. taurus обладали те локусы, для которых рассчитанные значения показателя FST оказались максимальными – BM1818 (0.056), BM1824 (0.041), BM2113 (0.030), CSSM66 (0.034) и ILSTS006 (0.063). Точность классификации B. grunniens с использованием только этих пяти микросателлитных локусов составила 98.8 ± 3.4 %, B. taurus – 99.1 ± 1.2 %. Предложенный нами подход, основанный на молекулярно-генетическом анализе пяти STR-локусов, может быть использован в качестве экспресс-теста в селекционных и воспроизводительных программах Кыргызстана для B. grunniens.

1. Abdykerimov A. Theory and Practice of Raising Yaks in Kyrgyzstan. Bishkek, 2001. (in Russian)

2. Al-Kaisy T.V. Comparative study of the allele pool of yaks and their hybrids with cattle using microsatellites. Cand. Biol. Sci. Diss. Dubrovitsy, 2011. (in Russian)

3. Barendse W., Armitage S.M., Kossarek L.M., Shalom A., Kirkpatrick B.W., Ryan A.M., Clayton D., Li L., Neibergs H.L., Zhang N., Grosse W.M., Weiss J., Creighton P., McCarthy F., Ron M., Teale A.J., Fries R., McGraw R.A., Moore S.S., Georges M., Soller M., Womack J.E., Hetzel D.J.S. A genetic linkage map of the bovine genome. Nat. Genet. 1994;6(3):227-235. DOI: 10.1038/ng0394-227.

4. Bishop M.D., Kappes S.M., Keele J.W., Stone R.T., Sunden S.L.F., Hawkins G.A., Toldo S.S., Fries R., Grosz M.D., Yoo J., Beattie C.W. A genetic linkage map for cattle. Genetics. 1994;136(2):619-639. DOI: 10.1093/genetics/136.2.619.

5. Bovine Genome Project. Baylor College of Medicine Human Genome Sequencing Center. Genome Bovine Whole Genome Assembly release Btau_3.1. URL: http://www.hgsc.bcm.tmc.edu/projects/bovine/ (Application 25.07.2022).

6. Brezinsky L., Kemp S.J., Teale A.J. ILSTS006: a polymorphic bovine microsatellite. Anim. Genet. 1993;24(1):73. DOI: 10.1111/j.1365-2052.1993.tb00933.x.

7. Chertkiev Sh.Ch., Chortonbaev T.J. Scientific Basis for the Formation of Meat Productivity of Yaks in Ontogeny. Bishkek, 2007. (in Russian)

8. Francis R.M. POPHELPER: an R package and web app to analyse and visualise population structure. Mol. Ecol. Resour. 2016;17(1):27-32. DOI: 10.1111/1755-0998.12509.

9. Georges M., Massey J. Polymorphic DNA markers in Bovidae. Patent application WO PUBL NO 92/13102. World Intellectual Property Organization. Geneva, 1992.

10. Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. Past: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontol. Electron. 2001;4(1):4.

11. Jacques G., d’Alpoim Guedes J., Zhang S. Yak domestication: a review of linguistic, archaeological, and genetic evidence. Ethnobiol. Lett. 2021;12(1):103-114. DOI: 10.14237/ebl.12.1.2021.1755.

12. Luz Ya.Ya. (Ed.) Domestic Animals of Mongolia. Proceedings of the livestock detachment of the Mongolian expedition of the Academy of Sciences of the USSR in 1931. Moscow–Leningrad: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1936. (in Russian)

13. Nosova A.Yu., Kipen V.N., Tsar A.I., Lemesh V.A. Differentiation of hybrid progeny of silver carp (Hypophthalmichthys molitrix Val.) and bighead carp (H. nobilis Rich.) based on microsatellite polymorphism. Russ. J. Genet. 2020;56(3):317-323. DOI: 10.1134/S1022795420030126.

14. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012;28(19):2537-2539. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460.

15. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics. 2000;155(2):945-959. DOI: 10.1093/genetics/155.2.945.

16. Rębała K., Rabtsava A.A., Kotova S.A., Kipen V.N., Zhurina N.V., Gandzha A.I., Tsybovsky I.S. STR profiling for discrimination between wild and domestic swine specimens and between main breeds of domestic pigs reared in Belarus. PLoS One. 2016;11(11): e0166563. DOI: 10.1371/journal.pone.0166563.

17. Sambrook J., Russell D.W. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001.

18. Steffen P., Eggen A., Dietz A.B., Womack J.E., Stranzinger G., Fries R. Isolation and mapping of polymorphic microsatellites in cattle. Anim. Genet. 1993;24(2):121-124. DOI: 10.1111/j.1365-2052.1993.tb00252.x.

19. Stolpovsky Yu.A., Kol N.V., Evsyukov A.N., Nesteruk L.V., Dorzhu Ch.M., Tsendsuren Ts., Sulimova G.E. Comparative analysis of ISSR marker polymorphism in population of yak (Bos mutus) and in F1 hybrids between yak and cattle in the Sayan-Altai region. Russ. J. Genet. 2014;50(10):1163-1176. DOI: 10.1134/S1022795414100135.

20. Toldo S., Fries R., Steffen P., Neibergs H.L., Barendse W., Womack J.E., Hetzel D.J., Stranzinger G. Physically mapped, cosmid-derived microsatellite markers as anchor loci on bovine chromosomes. Mamm. Genome. 1993;4(12):720-727. DOI: 10.1007/BF00357796.

21. Vaiman D., Mercier D., Moazami-Goudarzi K., Eggen A., Ciampolini R., Lepingle A., Velmala R., Kaukinen J., Varvio S.L., Martin P., Leveziel H., Guerin G. A set of 99 cattle microsatellites: characterization, synteny mapping, and polymorphism. Mamm. Genome. 1994;5(5):288-297. DOI: 10.1007/BF00389543.