Сравнительные особенности геномного разнообразия кур Gallus gallus domesticus с декоративным фенотипом оперения «баки и борода»

На протяжении истории взаимодействия с домашними животными человек стремился усилить не только их продуктивные качества, но и различные декоративные особенности. У кур ряда пород сформировались пучки удлиненных перьев, выступающих сбоку и снизу от клюва, образуя фенотип, описываемый как «баки и борода» (англ. muffs and beard). Это неполный аутосомно-­доминантный фенотип, кодируемый локусом Mb, локализованным на хромосоме GGA27. Цель нашей работы – проанализировать генетическое разнообразие пород кур, определенное с помощью полногеномного генотипирования с использованием чипов Chicken 60K BeadChip. Всего в анализе учитывалось 53 313 однонуклеотидных полиморфных замен (SNP). ДНК получена от пород, обладающих маркерным признаком «баки и борода»: фавероль (n = 20), украинская ушанка (n = 18), орловская (n = 20), новопавловская белая (n = 20) и новопавловская цветная (n = 15). В качестве альтернативной породы, не имеющей фенотипа «баки и борода», использовалась русская белая (n = 20). Птица содержалась в ЦКП «Генетическая коллекция редких и исчезающих пород кур» (г. Санкт­-Петербург, Пушкин), входящем в состав Сетевой биоресурсной коллекции животных и птиц. Методом многомерного шкалирования установлено, что отдельную группировку образовали популяции новопавловская белая и новопавловская цветная. В самостоятельную группу объединились породы украинская ушанка и орловская. С помощью кластерного анализа с учетом ошибки кросс­валидации и наиболее вероятным числом кластеров K = 4 орловская порода выделена в отдельную группу. Украинская ушанка в этом случае продемонстрировала значительное сходство с орловской породой. При K = 5 разделились новопавловская белая и новопавловская цветная популяции. И только при K = 6 явный отдельный кластер образовала украинская ушанка. У кур русской белой породы отмечено наибольшее количество коротких (1–2 Mб) гомозиготных районов. В месте расположения гена HOXB8 в регионе 3.402–3.404 Мб на хромосоме GGA27 у представителей пород c фенотипом «баки и борода» гомозиготные районы встречаются редко. Сканирование генома кур с использованием чипа Chicken 60K BeadChip позволяет получить достаточно информации о генетическом разнообразии пород кур для понимания особенностей формирования у них декоративного фенотипа «баки и борода».

1. Alexander D.H., Novembre J., Lange K. Fast model­based estimation of ancestryin unrelated individuals. Genome Res. 2009;19(9):1655-1664. DOI 10.1101/gr.094052.109

2. Anderson C., Pettersson F., Clarke G., Cardon L.R., Morris A.P., Zondervan K.T. Data quality control in genetic case­control association studies. Nat. Protoc. 2010;5:1564-­1573. DOI 10.1038/nprot.2010.116

3. Biscarini F., Cozzi P., Orozco­ter Wengel P. Lessons learnt on the analysis of large sequence data in animal genomics. Anim. Genet. 2018;49(3):147-­158. DOI 10.1111/age.12655

4. Bryant D., Moulton V. Neighbor­net: an agglomerative method for the construction of phylogenetic networks. Mol. Biol. Evol. 2004;21(2): 255­-265. DOI.10.1093/molbev/msh018

5. Dementeva N.V., Romanov M.N., Kudinov A.A., Mitrofanova O.V., Stanishevskaya O.I., Terletsky V.P., Fedorova E.S., Nikitkina E.V., Plemyashov K.V. Studying the structure of a gene pool population of the Russian White chicken breed by genome­wide SNP scan. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2017; 52(6):1166-­1174. DOI 10.15389/agrobiology.2017.6.1166eng

6. Dementieva N.V., Kudinov A.A., Larkina T.A., Mitrofanova O.V., Dysin A.P., Terletsky V.P., Tyshchenko V.I., Griffin D.K., Romanov M.N. Genetic variability in local and imported germplasm chicken populations as revealed by analyzing runs of homozygosity. Animals (Basel). 2020;10(10):1887. DOI 10.3390/ani10101887

7. Dementieva N.V., Mitrofanova O.V., Dysin A.P., Kudinov A.A., Stanishevskaya O.I., Larkina T.A., Plemyashov K.V., Griffin D.K., Romanov M.N., Smaragdov M.G. Assessing the effects of rare alleles and linkage disequilibrium on estimates of genetic diversity in the chicken populations. Animal. 2021;15(3):100-171. DOI 10.1016/j.animal.2021.100171

8. Fedorova E.S., Dementieva N.V., Shcherbakov Y.S., Stanishevskaya O.I. Identification of key candidate genes in runs of homozygosity of the genome of two chicken breeds, associated with cold adaptation. Biology (Basel). 2022;11(4):547. DOI 10.3390/biology11040547

9. Ferenčaković M., Sölkner J., Curik I. Estimating autozygosity from high­throughput information: effects of SNP density and genotyping errors. Genet. Sel. Evol. 2013;45:42. DOI 10.1186/1297­-9686-45-42

10. Fisinin V.I., Selionova M.I., Shinkarenko L.A., Shcherbakova N.G. Study of microsatellites in the Russian breeds of turkey. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2017;52(4):739-748. DOI 10.15389/agrobiology.2017.4.739eng

11. Francis R.M. Pophelper: an R package and web app to analyse and visualize population structure. Mol. Ecol. Resour. 2017;17(1):27­32. DOI 10.1111/1755­0998.12509

12. Guo H.W., Li C., Wang X.N., Li Z.J., Sun G.R., Li G.X., Liu X.J., Kang X.T., Han R.L. Genetic diversity of mtDNA D­loop sequences in four native Chinese chicken breeds. Br. Poult. Sci. 2017;58(5): 490­-497. DOI 10.1080/00071668.2017.1332403

13. Guo Y., Gu X., Sheng Z., Wang Y., Luo C., Liu R., Qu H., Shu D., Wen J., Crooijmans R.P., Carlborg Ö., Zhao Y., Hu X., Li N. A complex structural variation on chromosome 27 leads to the ectopic expression of HOXB8 and the muffs and beard phenotype in chickens. PLoS Genet. 2016;12(6):e1006071. DOI 10.1371/journal.pgen.1006071

14. Huson D., Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies. Mol. Biol. Evol. 2006;23(2):254-­267. DOI 10.1093/molbev/msj030

15. Keenan K., McGinnity P., Cross T.F., Crozier W.W., Prodöhl P.A. diveRsity: an R package for the estimation and exploration of population genetics parameters and their associated errors. Methods Ecol. Evol. 2013;4(8):782-­788. DOI 10.1111/2041­210X.12067

16. Krivoruchko A.Y., Skokova A.V., Yatsyk O.A., Kanibolotskaya A.A. Modern approaches to the genetic identification of farm animal breeds (review). Agrarnaya Nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2021;22(3):317-­328. DOI 10.30766/2072­-9081.2021.22.3.317-­328 (in Russian)

17. Lawal R.A., Hanotte O. Domestic chicken diversity: origin, distribution, and adaptation. Anim. Genet. 2021;52(4):385­-394. DOI 10.1111/age.13091

18. Letunic I., Bork P. Interactive Tree Of Life (iTOL) v5: an online tool for phylogenetic tree display and annotation. Nucleic Acids Res. 2021; 49(W1):W293-­W296. DOI 10.1093/nar/gkab301

19. Malomane D.K., Simianer H., Weigend A., Reimer C., Schmitt A.O., Weigend S. The SYNBREED chicken diversity panel: a global resource to assess chicken diversity at high genomic resolution. BMC Genomics. 2019;20(1):345. DOI 10.1186/s12864-­019­5727­-9

20. Mulim H.A., Brito L.F., Pinto L.F.B., Ferraz J.B.S., Grigoletto L., Silva M.R., Pedrosa V.B. Characterization of runs of homozygosity, heterozygosity-enriched regions, and population structure in cattle populations selected for different breeding goals. BMC Genomics. 2022;23(1):209. DOI 10.1186/s12864­-022­-08384-­0

21. Paronyan I.A., Jurchenko O.P., Vakhrameev A.B., Makarova A.V. Breeding of indigenous and rare breeds of chickens. Genetika i Razvedenie Životnyh = Animal Genetics and Breeding. 2016;4:62-66 (in Russian)

22. Pembleton L.W., Cogan N.O., Forster J.W. StAMPP: an R package for calculation of genetic differentiation and structure of mixed­ploidy level populations. Mol. Ecol. Resour. 2013;13(5):946-­952. DOI 10.1111/1755-­0998.12129

23. Price A.L., Patterson N.J., Plenge R.M., Weinblatt M.E., Shadick N.A., Reich D. Principal components analysis corrects for stratification in genome-wide association studies. Nat. Genet. 2006;38(8):904­-909. DOI 10.1038/ng1847

24. Purfield D.C., Berry D.P., McParland S., Bradley D.G. Runs of homozygosity and population history in cattle. BMC Genet. 2012;13:70. DOI 10.1186/1471-­2156­-13­-70

25. Restoux G., Rognon X., Vieaud A., Guemene D., Petitjean F., Rouger R., Brard­Fudulea S., Lubac­Paye S., Chiron G., Tixier­Boichard M. Managing genetic diversity in breeding programs of small populations: the case of French local chicken breeds. Genet. Sel. Evol. 2022;54:56. DOI 10.1186/s12711-­022-­00746-­2

26. Strillacci G., Cozzi M.C., Gorla E., Mosca F., Schiavini F., Román-Ponce S.I., Ruiz López F.J., Schiavone A., Marzoni M., Cerolini S., Bagnato A. Genomic and genetic variability of six chicken populations using single nucleotide polymorphism and copy number variants as markers. Animal. 2017;11(5):737­-745. DOI 10.1017/S1751731116002135

27. Yang K.X., Zhou H., Ding J.M., He C., Niu Q., Gu C.J., Zhou Z.X., Meng H., Huang Q.Z. Copy number variation in HOXB7 and HOXB8 involves in the formation of beard trait in chickens. Anim. Genet. 2020;51(6):958­-963. DOI 10.1111/age.13011

28. Yuan J., Li S., Sheng Z., Zhang M., Liu X., Yuan Z., Yang N., Chen J. Genome-wide run of homozygosity analysis reveals candidate genomic regions associated with environmental adaptations of Tibetan native chickens. BMC Genomics. 2022;23(1):91. DOI 10.1186/s12864-­021-­08280­-z