Генетика, 2021, T. 57, № 7, стр. 810-819

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для исследований являлись образцы биоматериала (кровь) пяти популяций аборигенных пуховых коз Монголии (n = 240): гурван эгч (аймак Умнеговь, ранее Южно-Гобийский аймак) (MGL_SGOB, n = 48), дархатская (аймак Хувсгел) (MGL_HUV, n = 48), бурах завхан (аймак Завхан) (MGL_ZAH, n = 48), ульгий уулан (аймак Увс) (MGL_UVC, n = 48), алтай уулан (аймак Ховд) (MGL_HOVD, n = 48) и двух популяций местных тувинских шерстных коз, разводимых в Республике Тыва (n = 99), включая животных СПК “Артыш” (Кызылский кожуун) (TUV_ART, n = 48) и СППК “Уургай” (Эрзинский кожуун) (TUV_UUR, n = 51).

Выделение ДНК из образцов крови осуществляли с использованием наборов ДНК–Экстран (ЗАО “Синтол”, Россия) согласно протоколу фирмы-изготовителя.

Количественную и качественную оценку полученных препаратов ДНК проводили с применением микроспектрофотометра Nano Drop 8000 (Thermo Fisher, США). Концентрацию геномной ДНК определяли на основании измерения степени поглощения при 260 нм, чистоту ДНК оценивали по соотношению степени поглощения при длинах волн 260 и 280 нм.

Исследование коз осуществляли по 14 STR-маркерам с использованием двух мультиплексных ПЦР-реакций, включающих восемь (INRA006, ILSTS087, INRA063, CSRD247, FCB20, ILSTS19, ILSTS011, MAF065) и шесть (INRA005, ILSTS008, SRCP003, SRCP008, SRCP023, MCM527) локусов микросателлитов. Для сравнительного анализа использовали генотипы оренбургской (ООО ГКХ “Губерлинское”, Оренбургская обл.) (ORB, n = 30), советской шерстной (МУП “Ангорка”, Республика Тыва) (SOV_W, n = 33), таджикской шерстной пород коз (n = 34) (ОПХ “Табошар”, Республика Таджикистан) (TAD_W, n = 33) по восьми локусам микросателлитов (INRA006, LSTS087, CSRD247, OARFCB20, ILSTS011, MAF065, ILSTS008, MCM527), предоставленные объектом инфраструктуры ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста.

Капиллярный электрофорез проводили на генетическом анализаторе ABI 3130xl (Applied Biosystems, США) с последующим определением длин аллелей микросателлитов в программном обеспечении GeneMapper v. 4.0 (Applied Biosystems).

Для оценки структуры изучаемых пород и аборигеных популяций коз использовали следующие показатели: наблюдаемая (H_O) и несмещенная ожидаемая (H_E(u)) гетерозиготность [14], среднее число аллелей на локус (N_a), число эффективных аллелей на локус (N_E), число информативных аллелей с частотой более 5% (N_A ≥ 5%), аллельное разнообразие (A_R) [15], коэффициент инбридинга (F_IS).

Степень генетической дифференциации исследуемых пород и популяций коз оценивали на основании попарных генетических различий (индекс фиксации F_ST) [16], попарных генетических дистанций по Jost’s D [17]. Филогенетические отношения устанавливали путем определения построения Neighbor-net дендрограмм [18].

Результаты оценки генетической структуры популяций были получены с помощью адмикс-модели. Анализ базы данных STR-вариабельности монгольских и тувинских популяций коз проводили для k от 1 до 7 при длине burn-in периода – 100 000, модель Марковских цепей Монте-Карло (MCMC) – 1 000 000 повторов. Аналогичный анализ шерстных пород коз с использованием баз данных геномной вариабельности ОНИС БиоТехЖ выполняли для k от 1 до 12 при условии, что длина burn-in периода – 50 000 и модель Марковских цепей Монте-Карло (MCMC) – 500 000 повторов. Для каждого значения k выполняли 10 итераций.

Для формирования исходных файлов и проведения анализа использовали R версию 3.3.2 [19], программное обеспечение GenAlEx 6.5 [20] и R пакет “diveRsity”, STRUCTURE 2.3.4 [21] с последующей визуализацией в “pophelper” [22]. Анализ главных компонент (Principal Component Analysis, PCA) проводили с помощью R пакета аdegenet [23] с визуализацией в ggplot2 [24].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты оценки аллельного разнообразия в изучаемых популяциях коз представлены в табл. 1.

Можно видеть, что значение показателя A_R в локусах микросателлитов варьировало от 6.972 ± ± 0.828 в популяции MGL_HUV до 8.194 ± 0.770 – в MGL_ZAH. При этом минимальное число эффективных аллелей было выявлено в популяциях MGL_HUV и TUV_ART – 3.541 ± 0.548 и 3.983 ± ± 0.365 соответственно. Число информативных аллелей в исследованных группах коз было относительно высоким и варьировало от 4.750 ± 0.750 в монгольской популяции коз MGL_HUV до 6.125 ± 0.639 – в MGL_ZAH. В целом исследованные географические группы коз монгольской и тувинской популяций характеризовались сопоставимым уровнем генетического разнообразия. Выявленные различия между группами были несущественны и носили характер тенденций (табл. 1).

Анализ значений коэффициента инбридинга F_IS показывает наличие дефицита гетерозигот в двух популяциях монгольских коз: MGL_UVC – 0.076 [0.028; 0.124] и MGL_HOVD – 0.088 [0.022; 0.154] (табл. 2).

Генетические дистанции между исследованными группами коз монгольских и тувинских популяций, рассчитанные на основании F_ST и Jost’s D, обобщены в табл. 3.

Генетические различия между монгольскими и тувинскими группами коз были выше (F_ST = = 0.025–0.106, Jost’s D = 0.049–0.252), чем между популяциями коз внутри монгольской (F_ST = = 0.014–0.066, Jost’s D = 0.024–0.146) и тувинской групп животных (F_ST = 0.054, Jost’s D = 0.138).

Самостоятельный интерес представляет сравнение STR-вариабельности объединенных групп монгольских и тувинских популяций (табл. 4).

Как показано в табл. 5, в группе монгольских популяций выявлен наиболее высокий уровень генетического разнообразия в сравнении с объединенной группой тувинских популяций и породами среднеазиатских шерстных коз, в то время как тувинская группа местных шерстных коз занимала промежуточное положение по данному показателю. Также группы монгольских и тувинских популяций характеризовались наибольшими значениями числа эффективных аллелей.

Причем как в монгольской, так и в тувинской группе был выявлен дефицит гетерозигот, однако в абсолютном значении данные популяции характеризовались меньшим уровнем этого показателя по сравнению с оренбургской породой: 7.4 и 4.4% соответственно, против 12.7%.

Как видно из данных, представленных в табл. 6, в группе исследованных монгольских популяций коз наиболее генетически удалена от других популяция MGL_HUV. На дендрограммах это отражено в формировании длинной отдельной ветви (рис. 1, 2).

Рис. 1.

Neighbor-net дендрограмма взаимоотношений исследуемых популяций и пород коз, построенная на основе матрицы попарных генетических дистанций F_ST.

Рис. 2.

Neighbor-net дендрограмма взаимоотношений исследуемых популяций и пород коз, построенная на основе матрицы попарных генетических дистанций Jost’s D.

В целом же популяции аборигенных монгольских коз характеризовались, прежде всего, сродством между собой. Следует отметить также филогенетическую связь тувинской популяции коз (Эрзинскиий кожуун) TUV_UUR с монгольской аборигенной популяцией ульгий уулан (аймак Увс) MGL_UVC, что отчасти объясняется географической близостью зон их разведения.

При этом популяция местных тувинских коз (Кызылского кожууна) TUV_ART проявляет большее генетическое родство к таджикской и советской шерстным породам. На дендрограммах это проявляется в локализации данной популяции в общем кластере с этими среднеазиатскими козами (рис. 1, 2). Следует указать также на близость группы MGL_SGOB монгольских коз с оренбургской породой: генетические дистанции между MGL_SGOB и оренбургской породой были меньше, чем между MGL_SGOB и группами коз тувинской популяции (рис. 1).

Результаты анализа главных компонент согласуются с результатами расчета генетических дистанций (рис. 3).

Рис. 3.

Проекция особей исследуемых пород и популяций коз на плоскости двух координат по данным PCA-анализа.

Анализ популяционно-генетической структуры изученных популяций и пород коз (рис. 4) при k = 2 показывает разделение пород на две группы, одна из которых включает все популяции местных монгольских коз, тувинскую популяцию TUV_ UUR и оренбургскую породу, а вторая – тувинскую популяцию TUV_ART, советскую шерстную и таджикскую шерстные породы, при этом наблюдается четкая адмиксия между группами. Наименьшая адмиксия отмечена для популяций пуховых коз TUV_ART и MGL_HUV.

Рис. 4.

Популяционно-генетическая структура пород и популяций коз.

При k = 3 популяции MGL_HUV, TUV_ART и оренбургская порода формируют собственные кластеры с наименьшей степенью адмиксии других предковых компонентов, которые сохраняются при k = 4.

ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что к изменчивости генетической структуры популяций приводят такие процессы как географическая изоляция, миграция и адмиксия, в ходе которых индивидуумы приобретают большее или меньшее сродство или различие, однако сделать объективные выводы о природе и времени проявления таких изменений чаще всего достаточно сложно.

С учетом того, что создание современных шерстных пород Средней Азии и попытки улучшения аборигенных популяций пуховых коз Центральной Азии проходили в новейшее время, можно относительно объективно отразить причины, повлекшие существенные изменения в их генетической структуре.

Важно отметить, что до сих пор определяющую роль в современном животноводстве Монголии продолжает играть номадизм – традиционное кочевое и полукочевое животноводство, остающееся главным видом хозяйственной деятельности сельского населения [25]. Причем неконтролируемый трансграничный перегон скота из Монголии в Туву и обратно был осуществим вплоть до введения ограничений в 1949 г. [12]. Возможно, этим обстоятельством объясняется филогенетическое родство популяции тувинской козы СППК “Уургай” (Эрзинский кожуун) с козами пограничного монгольского аймака Увс.

Как уже отмечалось выше, по своему породному составу козоводство в Монголии представлено многочисленными отродьями азиатской пуховой козы и двумя породами: гоби гурван-сайхан (Южно-Гобийский аймак) и уулын-бор (Баян-Улэгейский и Кобдоский аймаки), полученными путем скрещивания аборигенных коз с козлами придонской и горно-алтайской пород [9].

Однако, несмотря на повышение продуктивности, качество пуха у породных животных стало ниже, чем у исходных местных монгольских коз [12]. В связи с чем для улучшения общей популяции коз учеными Монголии была разработана собственная программа отбора аборигенных животных по наиболее важным хозяйствено ценным признакам.

Местные популяции монгольских пуховых коз отличаются крепкой конституцией и хорошей приспособленностью к разведению в условиях круглогодового пастбищного содержания. При этом даже в пределах одной популяции животные часто отличаются большим многообразием фенотипической изменчивости в окраске волосяного покрова [25].

Однако несмотря на повышенный интерес к монгольским популяциям коз их генетическая структура и родственные связи изучены еще в недостаточной степени, и имеются лишь единичные работы, посвященные этому вопросу. В частности, оценку генетической близости между пятью аборигенными популяциями коз Монголии определяли по 12 полимофным белковым маркерам крови: трансферрину, амилазе, щелочной фосфатазе, преальбумину-3, эстеразе D, α-глобину, β-глобину, пептидазе-B, тетразолиевой оксидазе, эстеразе-1, эстеразе-2 и каталазе. По результатам анализа было установлено, что, несмотря на морфометрические различия, выявляемые у местных коз в разных районах Монголии, генетические межпопуляционные дистанции между ними оказались очень близкими (D = 0.0002–0.0038) [10].

Похожий результат был получен в работе Tакахаши с соавт. [12] с использованием 10 микросателлитных маркеров. В частности, было установлено, что несмотря на высокое генетическое разнообразие в популяциях (оценка по ожидаемой гетерозиготности 0.719–0.746) дифференциация между ними составила всего лишь 1.7% от общей генетической изменчивости, что указывает на относительную межпопуляционную однородность и наличие интенсивного генного потока между ними [12].

Известно, что межпопуляционные генетические связи зависят, в первую очередь, от величины эффективного потока генов между субпопуляциями или подгруппами. И если интенсивность генного потока между группами высока, он направлен на гомогенизацию генетической изменчивости между ними [26].

Это подтверждается и данными, полученными в настоящей работе, согласно которым несмещенная ожидаемая гетерозиготность составляет у рассматриваемых популяций монгольских коз (0.673–0.784), а дифференциация между ними составила 3.5%.

То есть фактически монгольские популяции коз до сих пор не дифференцированы до уровня пород и имеют генетическую структуру, свойственную для неполностью одомашненных животных, что является следствием как ведения традиционного животноводства, так и очень короткой во времени истории селекции [12].

Это хорошо заметно при сравнении монгольских популяций с местными тувинскими козами, которые подверглись неоднородной метисизации, соответственно ожидаемая гетерозиготность исследованных нами тувинских популяций составила (0.734–0.751), а межпопуляционная дифференциация – 9.6%.

Если говорить в целом, то у рассматриваемых в настоящей работе средне- и центрально-азиатских пород и аборигенных популяций пуховых коз уровень гетерозиготности существенно не различался.

При этом с помощью метода главных компонент были выявлены две основные группы коз, в одной из которых были объединены преимущественно монгольские местные популяции коз, а во второй – среднеазиатские породы. Популяции тувинской местной козы разделились между соответствующими группами.

Во многом объединяющим фактором, позволившим сформировать относительно целостную группу среднеазиатских коз, является то, что в создании отдельных ее пород принимали участие ангорские козы либо напрямую, как в случае с советской и таджиской шерстными породами, либо опосредованно, как при выведении оренбургской породы (скрещивание с козами придонской породы коз). Отчасти этим же фактором можно объяснить и промежуточное положение тувинских популяций коз (прилитие крови ангорской и советской шерстной пород).

Например, ранее в работе монгольских и австралийских исследователей в ходе микросателлитного анализа по сравнению генетического сходства ангорской и кашемировой коз с монгольскими шерстными козами наименьшее генетическое расстояние отмечали у кашемировой козы – 0.096, а наибольшее – у ангорской породы – 0.276 [11]. Причем при сравнении попарных генетических дистанций ближе всего к ангорсой козе была монгольская порода коз гоби гурван-сайхан (0.192), которая, в свою очередь, была создана с участием придонской породы [12].

В нашем случае при сравнении попарных генетических дистанций по F_ST оренбургская порода коз ORB имеет больше сходств с MGL_SGOB (0.02), чем с советской шерстной породой SOV_W (0.03) (табл. 6), что предположительно свидетельствует о ее изначальном родстве с центрально-азиатской группой коз и прежде всего с монгольскими популяциями. В то время как тувинская популяция коз СПК “Артыш” TUV_AR оказалась генетически ближе советской шерстной породе SOV_W (0.043), а также, наряду с монгольской популяцией коз ульгий уулан, MGL_UVC (0.05) – таджикской шерстной козе TAD_W (0.05), что является результатом сравнительно недавнего прилития к тувинским козам крови советской шерстной и ангорской коз. Причем близость к монгольским популяциям коз у тувинской козы СПК “Артыш” TUV_AR оказалась больше (0.051–0.106), чем к тувинской козе СППК “Уургай” TUV_UUR (0.138).

Таким образом, в целом можно говорить о существовании корреляции генетических отношений между рассматриваемыми популяциями и породами и их географическим распределением, а полученные в исследовании результаты по генетической структуре центрально-азиатских и среднеазиатских шерстных коз и их взаимоотношениям могут иметь не только теоретическое, но и практическое значение для решения вопросов происхождения, установления родства, распространения, а также сохранения генофондов пород и популяций коз.

Исследования выполнены при финансовой поддержке РНФ в рамках проектов № 19-76-20061 и 19-76-20006.

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.