Генетическая структура лошадей якутской породы по полиморфным белкам сыворотки крови

УДК 591.11.1:636.1

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЛОШАДЕЙ ЯКУТСКОЙ ПОРОДЫ ПО ПОЛИМОРФНЫМ БЕЛКАМ СЫВОРОТКИ КРОВИ

В.В. ДОДОХОВ, старший научный сотрудник

Н.П. ФИЛИППОВА, кандидат биологических наук, доцент

Н.П. СТЕПАНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

М.Н. ХАЛДЕЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Н.И. ПАВЛОВА, научный сотрудник

Якутская государственная сельскохозяйственная академия, ул. Красильникова,15, Якутск, 677007, Российская Федерация

Резюме. Исследования проводили с целью определения генетической структуры лошадей якутской породы по полиморфным белкам сыворотки крови. Материалом для изучения послужили 723 пробы сыворотки крови лошадей якутской породы из 7 хозяйств, расположенных в 5 районах (улусах) Республики Саха (Якутия): Оймяконском (СХПК «Тонор»), Намском (СПКК «Борохой»), Та-аттинском (ООО «Кэскил», СХПК «Баягантай», СХПК «Победа»), Амгинском (СХПК «Уруйэ») и Чурапчинском (ООО «Комплекс»). Типирование лошадей по полиморфным белкам сыворотки крови проводили в лаборатории генетики и селекции животных ФГБОУ ВО Якутская ГСХА. В изученных популяциях лошадей коренного типа якутской породы по локусу трансферрина выявлено 15 генотипов, детерминируемых 5 аллелями: TP, Tf, Tf", Tf0, TfR, с преимущественным распространением TfF(0,392±0,041) и низкой концентрацией Tf0(0,074±0,001). Влокусеальбумина определено 2 аллели: At- и AIP с преобладанием аллели № (0,655±0,057). В локусе эстеразы - 4 аллели: EsF, EsP, Евни Es! с самым распространенным генотипом EsP/EsH (0,356±0,017). Наиболее часто у лошадей коренного типа якутской породы в среднем по локусу трансферрина встречались генотипы TfDF(22,9 %) и TfDR(19,4 %), по системе эстеразы - EsFH(16,5 %) и EsPH (35,6%), по локусуальбуми-на - APB (48,4 %). А среди лошадей янского типа якутской породы по локусу трансферрина преобладали генотипы TfFH (23,1 %) и TfFR (14,4 %), по системе эстеразы - EsFF (31,4 %), по локусу альбумина - AIAB (40,6 %). В популяции лошадей коренного типа якутской породы по локусам Tf, Es, AI установлено смещение генетического равновесия в сторону избытка гетерозигот (F=-0,015, Ne=2,8), в сравнении с лошадьми янского типа якутской породы (F=0,013; Ne=2,6), у которых установлен некоторый их дефицит. Ключевые слова: якутская порода лошадей, янский тип, полиморфизм, трансферрины, альбумины, эстераза, частота аллелей, изменчивость, генетическое разнообразие. Для цитирования: Генетическая структура лошадей якутской породы по полиморфным белкам сыворотки крови /В.В. Додохов, Н.П. Филиппова, Н.П. Степанов, М.Н. Халдеева, Н.И. Павлова // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 11. С. 100-102.

В центральных, западных и северных улусах Республики Саха (Якутия) в основном разводят три породы табунных лошадей: якутскую, приленскую и мегежекскую. В целом они неоднородны и не имеют усредненной генетической структуры в связи с большим разнообразием экологических условий, а также из-за влияния ранее проведённой метизации якутской лошади. Исследование генетических особенностей животных служит основой для разработки методов генетического мониторинга в коневодстве в Якутии.

Лошади якутской породы имеют сложную структуру. Под воздействием природно-климатических условий отдельных районов исторически сформировались локальные внутрипородные типы. Широко распространён коренной или основной тип лошадей якутской породы, разводимый в Центральной и Вилюйской группе районов Якутии.

Лошадей колымского типа разводят по долинам рек Колыма и Алазея. В силу малочисленности своих родоначальников для животных этого типа, в отличие от коренного типа центральных районов Якутии, характерно малое разнообразие мастей, однотипность и стандартность телосложения.

Лошади янского типа - это чистопородные якутские лошади, которых разводят по долинам рек Яна и Индигирка. По экстерьеру они схожи с исходным коренным типом, но более массивны и крупны. Особый интерес вызывают лошади этого типа, разводимые в Оймяконском районе, поскольку в силу отдаленности и изолированности от центральных районов республики их генофонд был сохранён в относительной чистоте.

Проблема сохранения генофонда лошадей уникальной якутской породы, приспособленных к экстремальным условиям региона и имеющих отличную мясную продуктивность [1, 2], особенно актуальна в связи с развитием мясного животноводства. Изучение полиморфных систем крови животных открывает возможности для контроля происхождения, оценки генетических особенностей пород, линий и маточных семейств, определения уровня генетического сходства между ними и прогнозирования эффекта гетерозиса.

Цель исследования - оценка генетической структуры якутской породы лошадей по полиморфным белкам сыворотки крови.

Условия, материал и методы. Материалом для изучения послужили пробы сыворотки крови 424лошадей коренного типа якутской породы из 6 хозяйств, расположенных в 4 районах (улусах): Намском (СПКК «Борохой»), Тааттинском (ООО «Кэскил», СХПК «Баягантай», СХПК «Победа»), Амгинском (СХПК «Уруйэ) и Чурапчинском (ООО «Комплекс») и 299 лошадей янского типа якутской породы хозяйства СХПК «Тонор» Оймяконского улуса.

Типирование по полиморфным белкам сыворотки крови осуществляли на базе лаборатории генетики и селекции животных ФГБОУ ВО Якутская ГСХА, согласно традиционным методикам по Smithies [3], в модификации Gahne [4] для определения типов альбумина и трансферрина крови лошадей.

Таблица 1. Характеристика популяций лошадей якутской породы по полиморфным белкам сыворотки крови*

Хозяйство 1 n 1 Ne Ho He F

ООО «Комплекс» 54 2,885 0,710 0,624 -0,128

СХПК «Победа» 30 2,302 0,589 0,499 0.052

СХПК «Уруйэ» 99 2,508 0,620 0,563 -0,071

СХПК «Баягантай» 93 2,725 0,595 0,605 0,038

ООО «Кэскил» 100 2,757 0,710 0,609 -0,110

СХПК «Тонор» 299 2,528 0,581 0,576 0,015

СПКК «Борохой» 48 2,745 0,667 0,609 -0,075

В среднем по породе 723 2,636 0,639 0,584 -0,040

*№ - эффективное число аллелей, Но, Не - наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, Г - индекс фиксации.

Таблица 2. Значения показателей F-статистики Райта*

Локус 1 Fis Fit Fst

Трансферрин, Tf -0,158 -0,109 0,043

Альбумин, Al 0,180 0,241 0,075

Эстераза, Es -0,204 -0,148 0,047

В среднем -0,061 -0,005 0,055

*Fit - коэффициент инбридинга особи относительно целой популяции; Fis - коэффициент инбридинга особи относительно субпопуляции; Fst - коэффициент инбридинга субпопуляции относительно всей подразделенной популяции.

Статистическую обработку результатов исследований поводили с использованием надстройки GenAlEx для MS Excel [5].

Таблица 3. Генетическое расстояние (левая нижняя часть) и сходство (правая верхняя часть) между популяциями табунных лошадей якутской породы по Nei

Аллелофонд табунных лошадей отличался в зависимости от внутрипородного типа. В сыворотке крови обследованных животных идентифицировано 15 типов трансферрина, наиболее распространенными из них были: ТР (22,9 %), ТРИ (19,4 %) и ТР (17,6 %). Редко встречались лошади с генотипами (0,5 %), ТР° (0,5 %) и (0,3 %). У лошадей янского типа якутской породы обнаружено только 14 типов трансферрина, не найдены особи с генотипом ТР°. Среди этих животных наиболее распространены генотипы ТРН (23,1 %) и Тте (14,4 %), редко встречались Трт (0,3 %) и Т^Н (0,9 %).

По системе эстеразы также имелись существенные отличия (р<0,001). Так, если у коренного типа якутской породы в среднем были наиболее распространены генотипы

Хозяйство ООО «Комплекс» СХПК «Победа» СХПК «Уруйэ» СХПК «Баягантай» ООО «Кэскил» СХПК «Тонор» СПКК «Борохой»

ООО «Комплекс» 0,923 0,980 0,917 0,936 0,933 0,978

СХПК «Победа» 0,080 0,965 0,787 0,908 0,812 0,898

СХПК «Уруйэ» 0,020 0,036 0,864 0,933 0,890 0,963

СХПК «Баягантай» 0,086 0,240 0,146 0,901 0,937 0,951

ООО «Кэскил» 0,067 0,096 0,069 0,104 0,821 0,964

СХПК «Тонор» 0,070 0,209 0,117 0,065 0,197 0,932

СПКК «Борохой». 0,022 0,107 0,038 0,051 0,037 0,071

Результаты и обсуждение. При тестировании лошадей якутской породы по полиморфным системам белков было установлено, что все они имеют широкий спектр аллелей и достаточно высокий уровень генетического разнообразия. Среднее число эффективных аллелей по исследованным локусам Tf, Al, Es составило 2,636. Наибольшая величина этого показателя (2,885) отмечена у лошадей ООО «Комплекс», наименьшая (2,302) - у животных СХПК «Победа» (табл. 1).

Показатель фактической гетерозиготности по полиморфным белкам сыворотки крови варьировал от 0,581 до 0,710, а в среднем по породе составил 0,639.

В популяциях табунных лошадей коневодческих хозяйств ООО «Комплекс», СХПК «Уруйэ», ООО «Кэскил» и СПКК «Борохой» индекс фиксации имел отрицательное значение, что указывает на смещение равновесия в сторону избытка гетерозигот. Положительная величина индекса фиксации в популяциях свидетельствует о недостатке гетерозигот, её наблюдали в СХПК «Победа», СХПК «Баягантай» и СХПК «Тонор».

Коэффициенты инбридинга особи относительно популяции (Fis) и породы (Fit) для каждого из полиморфных локусов и в среднем по трём исследованным полиморфным системам сыворотки крови показали, что в совокупной выборке популяций отдельная лошадь обнаруживает 6,1 %-ный избыток гетерозигот относительно популяции и 0,5 %-ный - относительно породы в целом. Коэффициент инбридинга популяции относительно породы (Fst), отражающий степень подразделённости популяций [6], в среднем составил 0,055 (табл. 2).

Генетическое расстояние между популяциями табунных лошадей якутской породы по Nei [7], рассчитанное по трём полиморфным системам крови, варьировало от 0,020 до 0,240. Наибольшая величина этого показателя отмечена между популяциями СХПК «Победа» и СХПК «Баягантай». Янский тип якутской породы лошадей, разводимый в СХПК «Тонор», также находился на значительном генетическом расстоянии от других исследованных популяций. Наибольшее генетическое сходство наблюдали между лошадьми ООО «Комплекс», СХПК «Уруйэ», СПКК «Борохой» и ООО «Кэскил» (табл. 3).

ЕврН (16,5 %) и Ее™ (35,6 %), то у янского типа лошадей они встречались намного реже (2,3 и 4,6 %, соответственно). И, наоборот, среди лошадей янского типа якутской породы был наиболее распространён генотип Ебрр (31,4 %), в коренном типе лошадей якутской породы в среднем он отмечен только у 9,3 % особей. По локусу эстеразы встречаемость аллели Ее0 у лошадей якутской породы коренного и янского типов была почти одинаковой и составляла 0,395 и 0,393, соответственно (см. рисунок), а животные с генотипом А1АВ по локусу альбумина во всех популяциях встречались реже, чем гомозиготы этого локуса (табл. 4).

Таблица 4. Распределение генотипов у внутри-породных типов лошадей якутской породы Республики Саха

Ло-кус

Генотип

Частота встречаемости, в долях ед.

Tf

Es

Al

DD DF DH DO DR FF FH FO FR HH HO HR OO OR RR FF FG FH FI GG GH GI HH HI II

AA AB BB

коренной тип

0,011±0,004 0,229±0,015 0,074±0,010 0,090±0,010 0,194±0,014 0,176±0,014 0,029±0,006 0,037±0,007 0,106±0,011 0,008±0,003 0,005±0,003 0,016±0,005 0,003±0,002 0,005±0,003 0,016±0,005 0,093±0,011 0,258±0,016 0,165±0,014 0,003±0,002 0,082±0,010 0,356±0,017 0,008±0,003 0,003±0,002 0,032±0,006

0,184±0,014 0,332±0,018 0,484±0,017

янский тип

0,037±0,007 0,098±0,011 0,066±0,009 0,058±0,009 0,035±0,007 0,112±0,012 0,231±0,016 0,110±0,012 0,144±0,013 0,009±0,004 0,017±0,005 0,058±0,009

0,003±0,002 0,023±0,006 0,314±0,018 0,418±0,019 0,023±0,006 0,014±0,005 0,161±0,014 0,046±0,008

0,009±0,004 0,014±0,005

0,213±0,016 0,406±0,018 0,380±0,019

0,7

TfD TfF TfH TfO TfR AlA AlB EsF EsG EsH Es1

Рисунок. Распределение частот аллелей полиморфных белков у лошадей якутской породы разных внутрипородных типов:  - коренной тип;  - янский тип.

Сравнительная характеристика генетической структуры внутрипородных типов показала, что у лошадей коренного типа якутской породы имелся некоторый избыток гетерозиготных особей, а у янского типа - незначительный дефицит. В целом по породе индекс фиксации составил 0,001, что свидетельствовует о её нахождении в состоянии генетического равновесия (табл. 5).

Генетическая дистанция между лошадьми коренного и янского типов якутской породы составила 0,070, генетическое сходство - 0,932.

Выводы. У лошадей якутской породы коренного типа отмечена высокая степень полиморфности структурных генов. По локусу трансферрина выявлено 15 генотипов, детерминируемых пятью аллелями (ТР, ТР, ТР, ТР, ТР) с преимущественным распространением ТР (0,392±0,041) и низкой концентрацией ТР (0,074±0,001). В локусе альбумина определено 2 аллели (А1А и А1в) с преобладанием А1в (0,655±0,057). В локусе эстеразы идентифицировано 4 аллели (Ебр, Ее0, Ебн и Ее1), а наиболее распространён генотип Еб0/Ебн (0,356±0,017).

Выявлено достоверное (р<0,001) отличие янского и коренного типа лошадей якутской породы по частоте встречаемости генотипов по локусам Т^ Еб, и А1. Так, среди лошадей коренного типа по локусу трансферрина наиболее распространены генотипы ТРР (22,9 %) и ТРР (19,4 %), по системе эстеразы - Ебрн(16,5 %) и Ебон (35,6 %), по локусу альбумина - А1вв (48,4 %). А среди лошадей янского типа по локусу трансферрина преобладали генотипы ТРН (23,1 %) и ТР(14,4 %), по системе эстеразы - Ебрр (31,4 %), по локусу альбумина - А1АВ (40,6 %).

В популяции лошадей коренного типа якутской породы установлено смещение генетического равновесия в сторону избытка гетерозигот (Р=-0,015, Ые=2,8) по локусам Т^ Еб, А1, в сравнении с янским типом якутской породы, у

которого отмечен некоторый их дефицит (Р=0,013; Ые=2,6). Генетическая дистанция между внутрипородными типами составила 0,070, а генетическое сходство - 0,932.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности регулярного обмена генетическим материалом между различными типами якутской породы лошадей с целью поддержания характерной для неё генетической структуры.

Таблица 5. Сравнительная характеристика внутрипородных типов лошадей

якутской породы по изученным локусам*

Внутрипородный тип 1 Na Ne Ho He F Nei D Nei I

Коренной (n=376) 3,667 2,844 0,648 0,618 -0,015 0,070 0,932

Янский (n=347) 3,667 2,609 0,593 0,588 0,013

В среднем 3,667 2,726 0,620 0,603 -0,001

*Ne - уровень полиморфности, Ho, He - наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, F - индекс фиксации.

Литература.

1. Винокуров И.Н. Традиционная культура народов Севера: продуктивное коневодство северо-востока Якутии. Новосибирск: Наука, 2009. 256 с.

2. Чугунов А.В. Продуктивное животноводство Якутии. М.: КолосС, 2009. 455 с.

3. Smithies O. Zone electrophoresis in strarch gels // Biochemistry Journal. 1955. V. 61. Рр. 629-641.

4. Gahne B. Stadies on the interitance of transferrins, albumins, prealbumins and plasma esterases of horse // Genetics. 1966. V. 53. № 4. Pp. 680-694.

5. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research - an update. Bioinformatics. 2012. № 28. Pp. 2537-2539.

6. Guries R.P., Ledig F.T. Genetic diversity and population structure in pitch pine (Pinus rigida Mill.) // Evolution. 1982. V. 36. Pp. 387-402.

7. Nei M. Genetic distance between populations//Amer. Naturalist. 1972. V. 106. Pp. 283-292.

GENETIC STRUCTURE OF HORSES OF YAKUT BREED ON POLYMORPHIC PROTEINS OF BLOOD

SERUM

V.V. Dodokhov, N.P. Filippova, N. P. Stepanov, M.N. Haldeeva, N.I. Pavlova

Yakutsk State Agricultural Academy, ul. Krasil'nikova,15, Yakutsk, 677007, Russian Federation

Summary. The purpose of the work was to study the genetic structure of horses of the Yakut breed on polymorphic proteins of blood serum. The material for the study was 723 samples of blood serum of horses of the Yakut breed from 7 farms located in 5 districts (settlements) of the Sakha Yakutia Republic: Oymyakon (SKhPK "Tonor"), Namtsy (SPKK "Borokhoi"), Taattin (OOO "Keskil", SKhPK "Bayagantai", SKhPK "Pobeda"), Amga (SKhPK "Uruie") and Churapcha (OOO "Kompleks"). The genotyping of horses by polymorphic serum proteins was carried out in the laboratory of genetics and breeding of animal ofYakut State Agricultural Academy. In the studied horse populations of the native type of the Yakut breed 15 genotypes in the transferrin locus were identified, determined by five alleles TfD, TfF, TfH, TfO, TfR with predominant distribution of TfF (0.392 ± 0.041) and low concentration of TfO (0.074 ± 0.001). At the locus of albumin it was determined two alleles AlA and AlB with a predominance of the allele AlB (0.655 ± 0.057). In the esterase locus, it was identified four alleles EsF, EsG, EsH, and Esl, with the most common genotype EsG/EsH (0.356 ± 0.017). The most common genotypes in the native type of Yakut breed are: at the transferrin locus TfDF (22.9 %) and TfDR (19.4 %), at the esterase system EsFH (16.5 %) and EsGH (35.6 %) and at the albumin locus AlBB (48.4 %). Among horses ofYanskii type of the Yakut breed the predominant genotypes are TfFH (23.1 %) and TfFR (14.4 %) at the transferrin locus, EsFF (31.4 %) at the esterase system and AlAB (40.6 %) at the albumin locus. In the population of horses of the native type for the loci Tf, Es, Al the displacement of genetic equilibrium in the direction of excess of heterozygotes (F = -0.015, Ne = 2.8) is determined, in comparison with the horses of Yanskii type (F = 0.013, Ne = 2.6), where there is some deficiency of them.

Keywords: Yakut breed of horses, Yanskii type, polymorphism, transferrins, albumin, esterase, allele frequency, variability, genetic diversity. Author Details: V.V. Dodokhov, senior research fellow (e-mail: dodoxv@mail.ru); N.P. Filippova, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof.; N. P. Stepanov, Cand. Sc. (Agr.); M.N. Haldeeva, Cand. Sc. (Agr.) assoc. prof.; N.I. Pavlova, research fellow.

For citation: Dodokhov V.V., Filippova N.P., Stepanov N. P., Haldeeva M.N., Pavlova N.I. Genetic Structure of Horses of Yakut Breed on Polymorphic Proteins of Blood Serum. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V. 30. No. Pp. 100-102 (in Russ.).