agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2019.20.5.498-507agronauka-393Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: ЗООТЕХНИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: ZOOTECHNYГеномная оценка и фенотипическая характеристика F2 ресурсной популяции овецGenomic assessment and phenotypic characteristics of F2 resource sheep populationhttps://orcid.org/0000-0002-5809-1262ДенисковаТ. Е.DeniskovaT. E.

кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярных основ селекции

пос. Дубровицы, д. 60, Городской округ Подольск, Московская обл., Российская Федерация, 142132

 

PhD in Biological science, senior researcher, the Laboratory of Molecular Basis of Selection

Dubrovitsy village, 60, Podolsk City District, Moscow Region, Russian Federation, 142132

 

horarka@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3418-2511ДоцевА. В.DotsevA. V.

кандидат биол. наук, ведущий научный сотрудник, руководитель лаборатории функциональной и эволюционной геномики животных

пос. Дубровицы, д. 60, Городской округ Подольск, Московская обл., Российская Федерация, 142132

PhD in Biological science, leading researcher, Head of the Laboratory of Functional and Evolu-tionary Animal Genomics

Dubrovitsy village, 60, Podolsk City District, Moscow Region, Russian Federation, 142132

asnd@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5130-677XПетровС. Н.PetrovS. N.

кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории функциональной и эволюционной геномики животных

пос. Дубровицы, д. 60, Городской округ Подольск, Московская обл., Россий-ская Федерация, 142132

 

PhD in Biological science, senior researcher, the Laboratory of Functional and Evolutionary Animal Genomics

Dubrovitsy village, 60, Podolsk City District, Moscow Region, Russian Federation, 142132

citelekle@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8844-177XФорнараМ. С.FornaraM. S.

кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярных основ селекции

пос.Дубровицы, д. 60, Городской округ Подольск, Московская обл., Российская Федерация, 142132

PhD in Biological science, senior researcher, the Laboratory of Molecular Basis of Selection

Dubrovitsy village, 60, Podolsk City District, Moscow Region, Russian Federation, 142132

margaretfornara@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6470-0434РейерХ.ReyerH.

доктор естеств. наук, постдокторант отдела геномики

Вильгельм Шталь Аллее 2, г. Думмер-сторф, Мекленбург-Передняя Померания, Германия, 18196

 

Dr. rer. nat., Postdoctoral Fellow of the Genomics Unit Institute of Genome Biology

Wilhelm-Stahl-Allee 2, Dummerstorf, Mecklenburg-Vorpommern, Germany, 18196

reyer@fbn-dummerstorf.dehttps://orcid.org/0000-0002-9523-6790ВиммерсК.WimmersK.

доктор естеств. наук, профессор факультета сельскохозяйственных и экологических наук Университета города Росток, директор

Вильгельм Шталь Аллее 2, г. Думмерсторф, Мекленбург-Передняя Померания, Германия, 18196

ORCID: http://orcid.org/, e-mail 

Prof. Dr. rer. nat, the Faculty of Agricultural and Environmental Science, University Rostock, director

Wilhelm-Stahl-Allee 2, Dummerstorf, Mecklen-burg-Vorpommern, Germany, 18196

wimmers@fbn-dummerstorf.dehttps://orcid.org/0000-0001-5398-8815БагировВ. А.BagirovV. A.

доктор биол. наук, профессор, член-корреспондент РАН, директор Департамента координации деятельности организаций в сфере сельскохозяйственных наук Минобрнауки России, главный научный сотрудник

пос. Дубровицы, д. 60, Городской округ Подольск, Московская обл., Российская Федерация, 142132

 

DSc in Biological science, professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Director of the Department for Coordination of Activities of Agricultural Sciences Organizations of the Ministry of Education and Science of Russia, Chief researcher

Dubrovitsy village, 60, Podolsk City District, Moscow Region, Russian Federation, 142132

vugarbagirov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7522-0708БремГ.BremG.

доктор вет. наук, профессор, иностранный академик Российской академии наук, руководитель отдела репродуктивной биотехнологии Института генетики и разведения животных

Ветеринарплац, A-1210, г. Вена, Австрия

Prof. Dr.med.vet, Foreign Member of the Russian Academy of Sciences, Head of Reproductive Bio-technology Unit

Veterinärplatz, A-1210, Vienna, Austria

gottfried.brem@agrobiogen.dehttps://orcid.org/0000-0003-4017-6863ЗиновьеваН. А.ZinovievaN. A.

доктор биол. наук, профессор, академик Российской академии наук, директор

пос. Дубровицы, д. 60, Городской округ Подольск, Московская обл., Российская Федерация, 142132

 

DSc in Biological science, professor, academician of the Russian Academy of Sciences, Director

Dubrovitsy village, 60, Podolsk City District, Moscow Region, Russian Federation, 142132

n_zinovieva@mail.ruФГБНУ «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста»РоссияL.K. Ernst Federal Science Center for Animal HusbandryRussian FederationInstitute of Genome Biology, Leibniz Institute for Farm Animal Biology (FBN)ГерманияLeibniz Insti-tute for Farm Animal Biology (FBN)GermanyInstitute of Genome Biology, Leibniz Institute for Farm Animal Biology (FBN)ГерманияLeibniz-Institute for Farm Animal Biology (FBN)GermanyФГБНУ «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста», Institute of Animal Breeding and Genetics University of Veterinary Medicine (VMU)АвстрияInstitute of Animal Breeding and Genetics, University of Veterinary Medicine (VMU)AustriaФГБНУ «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста»РоссияL. K. Ernst Federal Science Center for Animal HusbandryRussian Federation201921102019205498507Copyright © Денискова Т.Е., Доцев А.В., Петров С.Н., Форнара М.С., Рейер Х., Виммерс К., Багиров В.А., Брем Г., Зиновьева Н.А., 20192019Денискова Т.Е., Доцев А.В., Петров С.Н., Форнара М.С., Рейер Х., Виммерс К., Багиров В.А., Брем Г., Зиновьева Н.А.Deniskova T.E., Dotsev A.V., Petrov S.N., Fornara M.S., Reyer H., Wimmers K., Bagirov V.A., Brem G., Zinovieva N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/393

В статье представлены результаты оценки генетического разнообразия и анализа главных компонент (PCA) в ресурсной популяции овец, специально созданной на основе скрещивания быстрорастущей (катадин) и медленнорастущей (романовская) пород для картирования QTL, ассоциированных со скоростью роста. Исследование было проведено на 88 головах ресурсной популяции овец, включающих два неродственных семейства, разводимых на территории Московской области с 2017 года. Каждое семейство состоит из барана-родоначальника породы катадин, романовских маток (матери), межпородных кроссов F1 и двух групп возвратных кроссов. Все животные были генотипированы с помощью ДНК-чипа высокой плотности Illumina Ovine Infinium® HD SNP BeadChip (~600 тысяч SNP-маркеров). В программе PLINK v.1.90 была проведена фильтрация SNP-маркеров и выполнен анализ PCA с визуализацией в R пакете ggplot2. Параметры генетического разнообразия (Ho, uHe, Ar, FIS) рассчи-таны в пакете R «diveRsity». Было показано, что оба кросса превосходят исходную материнскую породу по уровню генетического разнообразия. Кроссы F1 характеризуются наивысшим уровнем наблюдаемой гетерозиготности (Ho = 0,409-0,407), в то время как Ho составила от 0,382 до 0,396 у возвратных кроссов соответственно. Ожидаемая гетерозиготность варьировала от 0,329 до 0,356 в группах овец, составляющих ресурсную популяцию. Показатель аллельного разнообразия был довольно высоким во всех группах (более 1,849). PCA показал, что подобранные родительские породы являются контрастными, как и должно быть при успешной закладке ресурсной популяции. Дана фенотипическая характеристика возвратных кроссов по живой массе и девяти промерам туловища в 9, 42 и 90 дней. Коэффициенты вариации были наиболее высокими по живой массе (17,0-19,0%), длине туловища (15,5-22,3%) и косой длине туловища (16,2 и 22,7%) в 90 дней. Полученные результаты являются промежуточными и создают генотипическую и фенотипическую базу для проведения GWAS на следующем этапе нашего исследования.

The article presents the results of assessment of genetic diversity and Principal Component Analysis (PCA) in the re-source sheep population, originated from crossing of fast-growing (Katahdin) and slow growing (Romanov) breeds for QTL mapping and search for candidate genes associated with growth rate. The study was conducted on 88 sheep from the resource population, including two unrelated families that have been reared in the Moscow region since 2017. Each family consists of a Katahdin ram (founder), Romanov’s ewes (mothers), F1 hybrids, and two groups of backcrosses. All sheep were genotyped using a high-density DNA chip Illumina Ovine Infinium® HD SNP BeadChip (~ 600 thousand SNP markers). SNP markers were filtered in the PLINK v.1.90. PCA was performed in PLINK v.1.90 and visualized in R package ggplot2. The genetic diversity indices (Ho, uHe, Ar, FIS) were calculated in R package “diveRsity”. It was established that both crosses had higher level of genetic diversity in comparison with the mother breed. F1 hybrids were characterized by the highest level of observed heterozygosity (Ho = 0.409-0.407), while Ho ranged from 0.382 to 0.396 for the backcrosses, respectively. The expected heterozygosity ranged from 0.329 to 0.356 in the groups from the resource population. Allelic richness was high in all studied groups (more than 1.849). PCA showed that the mated parent breeds were highly differentiated, as it should be in successful establishment of the resource population. The phenotypic characteristic of the backcrosses on live weight and nine body measurements at 9, 42 and 90 days is given. The coefficients of variation were the highest by live weight (17.0-19.0%), body length (15.5-22.3%) and oblique body length (16.2% and 22.7%) at 90 days. The results are intermediate and create a geno-typic and phenotypic base to perform GWAS at the next stage of our study.

SNP-генотипированиеДНК-микроматрицыгенетическое разнообразиепопуляция для картирования QTLдомашние овцыSNP genotypingDNA microarraysgenetic diversityQTL mapping populationdomestic sheepРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках выполнения научного проекта № 17-29-08015. Благодарим ООО СХП «Катумы» за предоставление баранов породы катадин для проведения скрещиваний.the research was supported by Russian Foundation for Basic Research (RFBR) (project No. 17-29-08015). The authors acknowledge LLC "Katumi" for providing the Katahdin rams for crossings.ReferencesKijas J. W., Lenstra J. A., Hayes B., Boitard S., Porto Neto L. R., San Cristobal M., Servin B., McCul-loch R., Whan V., Gietzen K., Paiva S., Barendse W., Ciani E., Raadsma H., McEwan J., Dalrymple B., Internation-al Sheep Genomics Consortium Members. Genome-wide analysis of the world's sheep breeds reveals high levels of historic mixture and strong recent selection. PLoS Biol. 2012;10. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001258Kijas J. W., Lenstra J. A., Hayes B., Boitard S., Porto Neto L. R., San Cristobal M., Servin B., McCul-loch R., Whan V., Gietzen K., Paiva S., Barendse W., Ciani E., Raadsma H., McEwan J., Dalrymple B., Internation-al Sheep Genomics Consortium Members. Genome-wide analysis of the world's sheep breeds reveals high levels of historic mixture and strong recent selection. PLoS Biol. 2012;10. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001258Beynon S. E., Slavov G. T., Farré M., Sunduimijid B., Waddams K., Davies B., Haresign W., Kijas J., Mac-Leod I. M., Newbold C. J., Davies L., Larkin D. M. Population structure and history of the Welsh sheep breeds deter-mined by whole genome genotyping. BMC Genet. 2015;16:65. DOI: https://doi.org/10.1186/s12863-015-0216-xBeynon S. E., Slavov G. T., Farré M., Sunduimijid B., Waddams K., Davies B., Haresign W., Kijas J., Mac-Leod I. M., Newbold C. J., Davies L., Larkin D. M. Population structure and history of the Welsh sheep breeds deter-mined by whole genome genotyping. BMC Genet. 2015;16:65. DOI: https://doi.org/10.1186/s12863-015-0216-xLv F. H., Agha S., Kantanen J., Colli L., Stucki S., Kijas J. W., Joost S., Li M. H., Marsan P. A. Adaptations to Climate-Mediated Selective Pressures in Sheep. Molecular Biology and Evolution. 2014; 31(12):3324-3343. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msu264Lv F. H., Agha S., Kantanen J., Colli L., Stucki S., Kijas J. W., Joost S., Li M. H., Marsan P. A. Adaptations to Climate-Mediated Selective Pressures in Sheep. Molecular Biology and Evolution. 2014; 31(12):3324-3343. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msu264Rochus C. M., Tortereau F., Plisson-Petit F., Restoux G., Moreno-Romieux C., Tosser-Klopp G., Servin B. Revealing the selection history of adaptive loci using genome-wide scans for selection: an example from domestic sheep. BMC Genomics. 2018;19. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-018-4447-xRochus C. M., Tortereau F., Plisson-Petit F., Restoux G., Moreno-Romieux C., Tosser-Klopp G., Servin B. Revealing the selection history of adaptive loci using genome-wide scans for selection: an example from domestic sheep. BMC Genomics. 2018;19. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-018-4447-xAl-Mamun H. A., Kwan P., Clark S. A., Ferdosi M. H., Tellam R., Gondro C. Genome-wide association study of body weight in Australian Merino sheep reveals an orthologous region on OAR6 to human and bovine genomic regions affecting height and weight. Genet. Sel. Evol. 2015;47(1):66. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-015-0142-4Al-Mamun H. A., Kwan P., Clark S. A., Ferdosi M. H., Tellam R., Gondro C. Genome-wide association study of body weight in Australian Merino sheep reveals an orthologous region on OAR6 to human and bovine genomic regions affecting height and weight. Genet. Sel. Evol. 2015;47(1):66. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-015-0142-4Kominakis A., Hager-Theodorides A. L., Zoidis E., Saridaki A., Antonakos G., Tsiamis G. Combined GWAS and 'guilt by association'-based prioritization analysis identifies functional candidate genes for body size in sheep. Genet. Sel. Evol.2017;49:41. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-017-0316-3Kominakis A., Hager-Theodorides A. L., Zoidis E., Saridaki A., Antonakos G., Tsiamis G. Combined GWAS and 'guilt by association'-based prioritization analysis identifies functional candidate genes for body size in sheep. Genet. Sel. Evol.2017;49:41. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-017-0316-3Chang C. C., Chow C. C., Tellier L. C., Vattikuti S., Purcell S. M., Lee J. J. Second-generation PLINK: rising to the challenge of larger and richer datasets. GigaScience. 2015;4:1-16. DOI: https://doi.org/10.1186/s13742-015-0047-8Chang C. C., Chow C. C., Tellier L. C., Vattikuti S., Purcell S. M., Lee J. J. Second-generation PLINK: rising to the challenge of larger and richer datasets. GigaScience. 2015;4:1-16. DOI: https://doi.org/10.1186/s13742-015-0047-8Keenan K., McGinnity P., Cross T. F., Crozier W. W., Prodohl P. A. diveRsity: An R package for the estimation of population genetics parameters and their associated errors. Methods Ecol Evol. 2013;4:782-788. DOI: https://doi.org/10.1111/2041-210X.12067Keenan K., McGinnity P., Cross T. F., Crozier W. W., Prodohl P. A. diveRsity: An R package for the estimation of population genetics parameters and their associated errors. Methods Ecol Evol. 2013;4:782-788. DOI: https://doi.org/10.1111/2041-210X.12067Qiao R., Gao J., Zhang Z., Li L., Xie X., Fan Y., Cui L., Ma J., Ai H., Ren J., Huang L. Genome-wide associa-tion analyses reveal significant loci and strong candidate genes for growth and fatness traits in two pig populations. Genet Sel Evol. 2015; 47(1):17. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-015-0089-5Qiao R., Gao J., Zhang Z., Li L., Xie X., Fan Y., Cui L., Ma J., Ai H., Ren J., Huang L. Genome-wide associa-tion analyses reveal significant loci and strong candidate genes for growth and fatness traits in two pig populations. Genet Sel Evol. 2015; 47(1):17. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-015-0089-5Gu X., Feng C., Ma L., Song C., Wang Y., Da Y., Li H., Chen K., Ye S., Ge C., Hu X., Li N. Genome-Wide Association Study of Body Weight in Chicken F2 Resource Population. PLoS ONE. 2011;6(7):e21872. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0021872Gu X., Feng C., Ma L., Song C., Wang Y., Da Y., Li H., Chen K., Ye S., Ge C., Hu X., Li N. Genome-Wide Association Study of Body Weight in Chicken F2 Resource Population. PLoS ONE. 2011;6(7):e21872. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0021872Jonas E., Thomson P. C., Raadsma H. W. Genome-wide association study and fine mapping of QTL on OAR 21 for body weight in sheep. Proceeding of the 9th World Congress on Genetics Applied to Livestock Produc-tion: 1-6 August 2010. Leipzig, 2010.Jonas E., Thomson P. C., Raadsma H. W. Genome-wide association study and fine mapping of QTL on OAR 21 for body weight in sheep. Proceeding of the 9th World Congress on Genetics Applied to Livestock Produc-tion: 1-6 August 2010. Leipzig, 2010.Ledur M. C., Navarro N., Perez-Enciso M. Large-scale SNP genotyping in crosses between outbred lines: how useful is it? Heredity. 2009;105:173-182. DOI: https://doi.org/10.1038/hdy.2009.149Ledur M. C., Navarro N., Perez-Enciso M. Large-scale SNP genotyping in crosses between outbred lines: how useful is it? Heredity. 2009;105:173-182. DOI: https://doi.org/10.1038/hdy.2009.149Deniskova T. E., Dotsev A. V., Selionova M. I., Kunz E., Medugorac I., Reyer H., Wimmers K., Barbato M., Traspov A. A., Brem G., Zinovieva N. A. Population structure and genetic diversity of 25 Russian sheep breeds based on whole-genome genotyping. Genet Sel Evol 2018; 50(1):29. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-018-0399-5Deniskova T. E., Dotsev A. V., Selionova M. I., Kunz E., Medugorac I., Reyer H., Wimmers K., Barbato M., Traspov A. A., Brem G., Zinovieva N. A. Population structure and genetic diversity of 25 Russian sheep breeds based on whole-genome genotyping. Genet Sel Evol 2018; 50(1):29. DOI: https://doi.org/10.1186/s12711-018-0399-5Edea Z., Dessie T., Dadi H., Do K. T., Kim K. S. Genetic Diversity and Population Structure of Ethiopian Sheep Populations Revealed by High-Density SNP Markers. Front Genet. 2017; 8:218. DOI: https://doi.org/10.3389 /fgene.2017.00218Edea Z., Dessie T., Dadi H., Do K. T., Kim K. S. Genetic Diversity and Population Structure of Ethiopian Sheep Populations Revealed by High-Density SNP Markers. Front Genet. 2017; 8:218. DOI: https://doi.org/10.3389 /fgene.2017.00218

The authors declare that there are no conflicts of interest present.