Генетика, 2019, T. 55, № 1, стр. 94-99

Изучение генетической структуры популяций аборигенных пород лошадей имеет важное значение для поддержания разнообразия, улучшения селекционной работы и определения места их геногеографического происхождения [1]. Недостаточная изученность генофонда аборигенных пород лошадей Центральной и Восточной Азии не позволяет однозначно дифференцировать географическое место начала процессов доместикации [1, 2]. К настоящему времени численность конного поголовья на территории стран СНГ сократилась более чем в 10 раз по сравнению с началом XX в. [3]. Негативные последствия данного процесса выражены, в первую очередь, в снижении общего уровня генетического разнообразия. В связи с этим на современном этапе в коневодстве актуально проведение исследований генетического потенциала аборигенных пород лошадей для оценки и поддержания высокого уровня их генетического разнообразия с целью недопущения негативных последствий инбридинга и эффекта “бутылочного горлышка” [4]. Сохранение фенотипических породных характеристик, связанных с экстерьерными особенностями, продуктивностью и жизнеспособностью лошадей, возможно лишь при сохранении “специфических генных комплексов и сбалансированной системы генов и аллелей” [5].

Предполагается, что дикий предок современной лошади (Equus caballus) вымер. В качестве предполагаемых диких предков лошади рассматриваются два вида: тарпан (E. ferus) и лошадь Пржевальского (E. przewalskii). Лошадь была одомашнена предположительно около 3700–3100 г. до н. э. на севере современного Казахстана (Ботайская культура) [6]. Однако по результатам молекулярно-генетических исследований, проведенных Vila et al. [7] и Jansen et al. [8], современное представление о доместикации и последующей интрогрессии лошади таково, что, вероятнее всего, имели место многократные независимые случаи одомашнивания.

Экстерьерные характеристики и хозяйственное назначение лошадей кыргызской породы представлены в исследованиях Рипар с соавт. [9]. Начало же исследованиям генетического разнообразия кыргызской породы лошадей с использованием микросателлитных локусов было положено в работе Исаковой и др. [10].

Цель настоящего исследования – провести филогенетический анализ для кыргызской породы лошадей по 17 микросателлитным маркерам относительно 31 другой породы.

Материалом для генетического исследования по 17 STR-локусам (AHT4, AHT5, ASB2, ASB17, ASB23, CA425, HMS1, HMS2, HMS3, HMS6, HMS7, HTG4, HTG6, HTG7, HTG10, LEX3, VHL20) послужили образцы волос с луковицами, взятые у взрослого поголовья кыргызских лошадей, находящихся в высокогорных экспериментальных зонах Джети-Огузского и Тонского районов Иссык-Кульской области (19 животных) и в Кара-Кульджинском районе Ошской области (16 животных) Республики Кыргызстан. Результаты молекулярно-генетического исследования представлены в нашей предыдущей публикации [10]. Статистическую обработку данных проводили с использованием программ GenAIEx v. 6.5 [11], STRUCTURE v. 2.3.4 [12], PAST v. 3.17 [13] и POPHELPER v. 1.0.10 [14]. С использованием GenAIEx v. 6.5 были рассчитаны следующие показатели: среднее число аллелей на локус (N_a), число эффективных аллелей (N_e), уровни ожидаемой (H_e) и наблюдаемой (H_o) гетерозиготности, значение информационного индекса Шеннона (I), коэффициенты F_IS и F_ST, расчет генетических дистанций по методу AMOVA (Analysis of molecular variance) [15]. В программе STRUCTURE v. 2.3.4 по методу Pritchard с соавт. был рассчитан критерий Q, который характеризует принадлежность каждого отдельного животного к соответствующей породе [12]. С использованием веб-приложения POPHELPER v. 1.0.10 произведена графическая интерпретация результатов, полученных в STRUCTURE v. 2.3.4, а также рассчитан параметр ΔK. В программе PAST v. 3.17 выполнено построение дендрограммы на основе расчета генетических дистанций по методу AMOVA.

Современная порода кыргызских лошадей обнаруживает высокий уровень внутрипородной генетической вариабельности [10]. В 17 исследованных микросателлитных локусах было идентифицировано 135 аллелей, в том числе 38 редких аллелей (с частотой встречаемости менее 5.0%). Число аллелей в каждом локусе варьировало от 4 до 13, при среднем значении 7.941 ± 0.525. Для представителей кыргызской породы лошадей показано наличие редких аллелей – D/F/M/O/S для STR-локуса ABS17, G/Q – для ASB23, F/G/I/P – для CA425, I – для HMS1, O/P – для HMS2, Q – для HMS7, N – для HTG и Q – для HTG10. В дополнение к стандартизованной номенклатуре [16] у кыргызской лошади был выявлен не характерный для изученных заводских пород аллель 20 (код в данном исследовании О) для STR-локуса HMS1.

В качестве контрастных популяций для исследования межпопуляционной дифференциации – расчета коэффициента инбридинга субпопуляций относительно всей популяции F_ST – были использованы 35 групп лошадей, представленных следующими породами: Андалузская (AND), Аппалуза (APP), Арабская чистокровная (ARA), Камполина (CAM), Коннемара пони (CON), Дартмурский пони (DAR), Голландская тяжеловозная (DUT), Фалабелла (FAL), Фелл пони (FEL), Фиордская (FJO), Фризская (FRI), Гронингенская (GRO), Хакнэ (HAC), Хафлингер (HAF), Исландская (ICE), Ирландский коб (IRI), Каспийская (KAS), Польский коник (KON), Липпиццанская (LIP), Лузитано (LUS), Арьежский пони (MER), Мини-лошадь (MIN), Нью-Форест-пони (NEW), Шетлендский пони (SHE), Шайр (SHI), Американская стандартбредная (STA), Теннессийская прогулочная (TEN), Чистокровная верховая (THO), Тинкер (TIN), Полукровная (WAR), Уэльский пони (WEL). Были использованы данные о генотипах 8676 животных, представленных в открытом доступе [16]. Дополнительно был проведен анализ с использованием STRUCTURE v. 2.3.4, направленный на формирование наиболее однородных групп обозначенных выше пород лошадей [16], который позволил нивелировать разницу в объемах выборки для каждой группы лошадей, минимизировав риск потерять потенциально важную генетическую информацию (т.е. объемы выборок были сокращены до 50 голов для выборок ARA, DUT, FAL, FEL, FJO, FRI, HAC, HAF, ICE, IRI, MIN, HE2, STA, WAR1, WAR2, WAR3, WEL1 и WEL2). Результаты проведенного анализа представлены в табл. 1.

Таким образом, нами были получены генотипы по 17 STR-локусам для 35 лошадей кыргызской породы. Дополнительно сформированы 35 групп для 31 породы лошадей общим объемом 1574 животных (26 758 генотипов).

При расчете значения показателя F_ST (по алгоритму AMOVA) для двух географически разобщенных групп кыргызских лошадей – группа № 1 из Джети-Огузского и Тонского районов Иссык-Кульской области (19 животных), группа № 2 из Кара-Кульджинского района Ошской области (16 животных) – не было найдено статистически значимых различий. Дальнейшие расчеты при оценке показателей N_a, N_e, H_e, H_o, I и F_ST для сравнения группы лошадей кыргызской породы с 35 группами (31 порода лошадей), представленными в исследовании Van de Goor et al. [16], проводились, исходя из данного положения.

Из данных табл. 1. видно, что для кыргызской породы лошадей cреднее число выявленных аллелей на локус для 17 микросателлитов является одним из наибольших среди исследованных групп и составляет 7.941 ± 0.525. Аналогичное значение данного показателя отмечено лишь для одной группы из оставшихся 35, а именно – для породы Нью-Форест-пони (NEW) и составляет 7.941 ± ± 0.621 аллелей. Для показателя N_e, отражающего число эффективных аллелей, расчетное значение для группы KIR составило 5.080 ± 0.364 и оказалось также выше, чем для оставшихся групп, включая группу NEW (4.405 ± 0.380 аллеля). Таким образом, для исследуемой выборки лошадей кыргызской породы показаны высокие значения показателей N_a и N_e, это может свидетельствовать о значительном генетическом разнообразии данной породы в сравнении с другими, анализируемыми в рамках настоящего исследования, породами.

Также показано, что для кыргызской породы лошадей характерны максимальные, усредненные по 16 STR-локусам, значения ожидаемой гетерозиготности (H_e), в сравнении с оставшимися 35 группами: показатель ожидаемой гетерозиготности составил 0.779 ± 0.017, наблюдаемой гетерозиготности (H_o) – 0.761 ± 0.029.

Среднее арифметическое значение индекса Шеннона, отражающего сложность структуры сообщества, для группы KIR также оказалось наиболее высоким среди исследованных групп и составило 1.751 ± 0.066. Данный факт свидетельствует о средней сложности структуры популяций исследованных кыргызских лошадей.

Таким образом, по результатам оценки среднего числа аллелей на локус (N_a), числа эффективных аллелей (N_e), уровней ожидаемой (H_e) и наблюдаемой (H_o) гетерозиготности, а также значения информационного индекса Шеннона (I) можно констатировать о высоких значениях внутрипопуляционного генетического разнообразия кыргызской породы лошадей и значительном генетическом потенциале данной породы.

Анализ субпопуляционной структуры исследуемых 36 групп лошадей, включая группу лошадей кыргызской породы, был проведен с использованием программы STRUCTURE v. 2.3.4 [12] и веб-приложения POPHELPER v. 1.0.10 [14].

Для некоторых групп лошадей, например Коннемара пони (CON), Гронингенской лошади (GRO), Каспийской лошади (KAS), Арьежского пони (MER), Нью-Форест-пони (NEW), Теннессийской прогулочной лошади (TEN), Полукровной лошади (WAR), Уэльского пони (WEL), а также для Кыргызской лошади (KIR) характерна весьма гетерогенная структура исследуемой выборки, вплоть до значения K = 10. Отношение ΔK/K соответствовало значениям 4.595/4 и 4.640/8 для CON, 1.107/6 – GRO, 1.694/4 и 2.074/10 – KAS, 1.797/4 – MER, 3.191/3 и 2.814/8 – NEW, 4.925/3 – TEN, 1.540/4 – WAR1, 2.065/6 и 2.601/8 – WAR2, 2.126/3 – WAR3, 12.835/5 и 8.642/8 – WEL1, 2.941/5 и 3.356/9 – WEL2, 6.228/8 – KIR. Данный факт может свидетельствовать, в первую очередь, о сложной и разнообразной схеме скрещивания при породообразовании обозначенных групп, а также о наличии значительного генетического разнообразия, которое, в свою очередь, в эволюционном контексте ассоциировано со способностью адаптироваться к условиям окружающей среды, а также с продолжающимися процессами эволюции пород.

На основе рассчитанных в GenAIEx v. 6.5 парных генетических дистанций F_ST (по методу AMOVA) была построена дендрограмма в программе PAST v. 3.17 (рис. 1). Оценка надежности ветвей филогенетического дерева проведена с использованием бутстрэп-анализа [17] с использованием 1000 случайных выборок.

Рис. 1.

Дендрограмма на основе матрицы попарных генетических дистанций F_ST между изучаемыми группами лошадей (по методу AMOVA).

При кластеризации изучаемых групп лошадей, основанной на рассчитанных значениях генетических дистанций методом AMOVA (рис. 1), наблюдаются некоторые закономерности. Из дендрограммы видно, что группа KIR генетически наиболее близка к группам WEL (Уэльский пони) и WAR (Полукровная лошадь) – генетическое расстояние (отн. ед.) равно 0.028 (WEL2/KIR), 0.0286 (WEL1/KIR), 0.0202 (WAR1/KIR) и 0.0205 (WAR2/KIR). В целом группа KIR располагается в субкластере с группами WAR и WEL, для которых ранее показаны высокие значения среднего числа аллелей на локус (N_a), числа эффективных аллелей (N_e), уровней ожидаемой (H_e) и наблюдаемой (H_o) гетерозиготности (табл. 1).

Таким образом, результаты проведенного нами анализа, направленного на оценку аллелофонда и генетической характеристики кыргызской породы лошадей по микросателлитным маркерам, свидетельствуют о значительном генетическом потенциале и высоком генетическом разнообразии аборигенной для Кыргызской Республики породы лошадей. Однако сохранение данного разнообразия в отдаленной перспективе может быть достигнуто только путем использования в селекционной схеме принципов рационального и эффективного природопользования.