sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2019-6-9sibvest-632Research ArticleЖИВОТНОВОДСТВО И ВЕТЕРИНАРИЯANIMAL HUSBANDRY ABD VETERINARY SCIENCEОценка индивидуального уровня гомозиготности быков на основе геномной информацииEvaluation of the individual level of homozygosity of bulls on the basis of genomic informationИгнатьеваЛ. П.IgnatievaL. P.

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник 

Московская область, г.о. Подольск

Candidate of Science in Agriculture, Lead Researcher 

Moscow region, Podolsk

БелоусА. А.BelousA. A.

младший научный сотрудник, аспирант 

Московская область, г.о. Подольск

Junior Researcher, Postgraduate Student 

Moscow region, Podolsk

НедашковскийИ. С.NedashkovskyI. S.

младший научный сотрудник, аспирант 

Московская область, г.о. Подольск

Junior Researcher, Postgraduate Student 

Moscow region, Podolsk

КостюнинаО. В.KostyuninaО. V.

доктор биологических наук, заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник

Московская область, г.о. Подольск

Doctor of Science in Biology, Head of Laboratory, Lead Researcher

Moscow region, Podolsk

kostolan@mail.ruСермягинА. А.SermyaginA. A.

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий отделом, ведущий научный сотрудник

142132, Московская область, Городской округ Подольск, пос. Дубровицы, 60

Candidate of Science in Agriculture, Head of Division, Lead Researcher

60 Dubrovitsy, Podolsk, Moscow region, 142132

popgen@vij.ruЗиновьеваН. А.ZinovievaN. A.

доктор биологических наук, профессор, академик РАН, директор ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста

Московская область, г.о. Подольск

Doctor of Science in Biology, Professor, Member RAS academy, Director of Federal Science Center for Animal Husbandry named after L.K.

Moscow region, Podolsk

n_zinovieva@mail.ruФедеральный научный центр животноводства – Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства имени академика Л.К. ЭрнстаРоссияFederal Science Center for Animal Husbandry named after Academy Member L.K. ErnstRussian Federation2019280120204967987Copyright © Игнатьева Л.П., Белоус А.А., Недашковский И.С., Костюнина О.В., Сермягин А.А., Зиновьева Н.А., 20202020Игнатьева Л.П., Белоус А.А., Недашковский И.С., Костюнина О.В., Сермягин А.А., Зиновьева Н.А.Ignatieva L.P., Belous A.A., Nedashkovsky I.S., Kostyunina О.V., Sermyagin A.A., Zinovieva N.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/632

Представлены результаты оценки геномного инбридинга быков-производителей популяции скота черно-пестрой и голштинской пород Центрального региона России. Исследования проведены путем обнаружения протяженных гомозиготных фрагментов в геноме животного – паттернов гомозиготности (ROH) в сравнении с традиционным подходом определения инбридинга по родословной. Анализ ROH проводили с помощью биочипа Illumina Bovine SNP50K v2 BeadChip плотностью 54609 SNP на популяции быковпроизводителей черно-пестрой и голштинской пород (n = 100 гол.) Московской и Ленинградской областей. Наибольшие показатели числа и суммарной длины ROH в изученной популяции обнаружено на хромосомах 3, 6, 9, 10, 20 и 24, при средней длине 10,34; 9,15; 10,33; 12,37 и 9,05 Mb соответственно. Число сегментов ROH колебалось от 5 до 34 при среднем значении 19,1. Средний размер ROH составлял 8539 ± 161 kb с общим числом нуклеотидных мутаций 136,2 ± 2,5 SNP и плотностью покрытия 62,2 kb. Установлено, что чем больше величина инбридинга по родословной, тем выше частота встречаемости гомозиготных сегментов (в среднем от 15,5 до 25,7 соответственно, при величине инбридинга от 0 до 8,5%). Суммарная длина паттернов и среднее значение ROH имеют тенденцию к увеличению в зависимости от уровня инбридинга (271,3 Mb и 10862 kb при значении 5,0% и выше). Наиболее высокая повторяемость с коэффициентом инбридинга получена у показателя суммы гомозиготных паттернов генома и диаллельными маркерами 0,517 и 0,475 соответственно. Контроль уровня гомозиготности на основе геномной информации наиболее точно отражает истинный уровень инбридинга, позволяет более эффективно проводить мониторинг селекционного процесса в популяциях животных.

The results of the evaluation of genomic inbreeding of stud bulls of Black-and-White and Holstein breeds of the Central region of Russia are presented. The studies were carried out by detecting long homozygous fragments in the animal genome – runs of homozygosity (ROH), compared to the traditional approach of determining inbreeding by pedigree. ROH analysis was performed using the Illumina Bovine SNP50K v2 BeadChip biochip with the density of 54609 SNP in the population of stud bulls of Black-and-White and Holstein breeds (n = 100) in Moscow and Leningrad regions. The largest number and total length of ROH in the studied population were found on chromosomes 3, 6, 9, 10, 20, and 24, with an average length of 10.34; 9.15; 10.33; 12.37, and 9.05 Mb, respectively. The number of ROH segments varied from 5 to 34, with an average of 19.1. The average ROH size was 8539 ± 161 kb with the total number of nucleotide mutations of 136.2 ± 2.5 SNP and coverage density of 62.2 kb. It was found that the larger the inbreeding value by pedigree, the higher the frequency of occurrence of homozygous segments (on average from 15.5 to 25.7, respectively, with the inbreeding value from 0 to 8.5%). The total length of the fragments and the average value of ROH tend to increase depending on the inbreeding level (271.3 Mb and 10862 kb at the inbreeding value of 5.0% and higher). The highest repeatability with the inbreeding coeffi cient was obtained for the sum of homozygous genome patterns and diallelic markers, 0.517 and 0.475, respectively. Monitoring the level of homozygosity on the basis of genomic information most accurately refl ects the true level of inbreeding, and allows more effi cient monitoring of the breeding process in animal populations.

крупный рогатый скотинбридингпаттерны гомозиготностиоднонуклеотидный полиморфизмcattleinbreedingruns of homozygositysingle nucleotide polymorphismReferencesHoward J.T., Maltecca C., Haile-Mariam M., Hayes B.J., Pryce J.E. Characterizing homozygosity across United States, New Zealand and Australian Jersey cow and bull populations // BMC Genomics. 2015. Vol. 16. P. 187. DOI: 10.1186/s12864-015-1352-4.Howard J.T., Maltecca C., Haile-Mariam M., Hayes B.J., Pryce J.E. Characterizing homozygosity across United States, New Zealand and Australian Jersey cow and bull populations. BMC Genomics, 2015, vol. 16, pp. 187. DOI: 10.1186/s12864-015-1352-4.Howard J.T., Pryce J.E., Baes C., Maltecca C. Inbreeding in the genomics era: Inbreeding, inbreeding depression, and management of genomic variability // Journal of Dairy Science. 2017. Vol. 100. P. 1–16. DOI: 10.3168/ jds.2017-12787.Howard J.T., Pryce J.E., Baes C., Maltecca C. Inbreeding in the genomics era: Inbreeding, inbreeding depression, and management of genomic variability. Journal of Dairy Science, 2017, vol. 100, pp. 1–16. DOI: 10.3168/ jds.2017-12787.Ferencakovic M., Soelkner J., Curik I. Estimating autozygosity from high-throughput information: effects of SNP density and genotyping errors // Genetics Selection Evolution. 2013. Vol. 45. P. 42. DOI: 10.1186/1297-9686-45-42.Ferencakovic M., Soelkner J., Curik I. Estimating autozygosity from high-throughput information: effects of SNP density and genotyping errors. Genetics Selection Evolution, 2013, vol. 45, pp. 42. DOI: 10.1186/1297-9686-45-42.Curik I., Ferencakovic M., Soelkner J. Genomic dissection of inbreeding depression: a gate to new opportunities // Revista Brasileira de Zootecnia. 2017. Vol. 46(9). P. 773–782. DOI: 10.1590/s1806-92902017000900010.Curik I., Ferencakovic M., Sölkner J. Genomic dissection of inbreeding depression: a gate to new opportunities. Revista Brasileira de Zootecnia, 2017, vol. 46 (9), pp. 773–782. DOI: 10.1590/s1806-92902017000900010.Forutan M., Mahyari S.A., Baes C., Melzer N., Schenke F.S., Sargolzaei M. Inbreeding and runs of homozygosity before and after genomic selection in North American Holstein cattle // BMC Genomics. 2018. Vol. 19. P. 98. DOI: 10.1186/s12864-018-4453-z.Forutan M., Mahyari S.A., Baes C., Melzer N., Schenke F.S., Sargolzaei M. Inbreeding and runs of homozygosity before and after genomic selection in North American Holstein cattle. BMC Genomics, 2018, no. 19, pp. 98. DOI: 10.1186/s12864-018-4453-z.Kim E.S., Cole J.B., Huson H., Wiggans G.R., Van Tassell C.P., Crooker B.A., Liu G., Da Y., Sonstegard T.S. Effect of Artifi cial Selection on Runs of Homozygosity in U.S. Holstein Cattle // PLOS ONE. 2013. Vol. 8. Issue 11. P. e80813. DOI: 10.1371/journal.pone.0080813.Kim E.-S., Cole J.B., Huson H., Wiggans G.R., Van Tassell C.P., Crooker B.A., Liu G., Da Y., Sonstegard T.S. Effect of Artifi cial Selection on Runs of Homozygosity in U.S. Holstein Cattle. PLOS ONE, 2013, vol. 8, iss. 11, pp. e80813. DOI:10.1371/journal.pone.0080813.Недашковский И.С., Сермягин А.А., Богданова Т.В., Ермилова. Н., Янчуков И.Н., Зиновьева Н.А. Оценка влияния уровня инбридинга на молочную продуктивность и воспроизводительные качества коров голштинизированной популяции черно-пестрой породы // Молочное и мясное скотоводство. 2018. № 7. С. 17–22.Nedashkovskii I.S., Sermyagin A.A., Bogdanova T.V., Ermilova. N., Yanchukov I.N., Zinov’eva N.A. Otsenka vliyaniya urovnya inbridinga na molochnuyu produktivnost’ i vosproizvoditel’nye kachestva korov golshtinizirovannoi populyatsii cherno-pestroi porody [Evaluation of inbreeding effect on milk production and fertility traits of blackand-white cattle improved by Holstein breed]. Molochnoe i myasnoe skotovodstvo [Dairy and Beef Cattle Farming], 2018, no. 7, pp.17–22. (In Russian).Недашковский И.С., Костюнина О.В., Волкова В.В., Ермилов А.Н., Сермягин А.А. Оценка племенной ценности быков-производителей голштинской породы по качеству потомства в связи с уровнем гомозиготности по STRмаркерам // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. 2019. № 3 (43). С. 36–43.Nedashkovskii I.S., Kostyunina O.V., Volkova V.V., Ermilov A.N., Sermyagin A.A. Otsenka plemennoi tsennosti bykov-proizvoditelei golshtinskoi porody po kachestvu potomstva v svyazi s urovnem gomozigotnosti po STRmarkeram [Estimation of the breeding value for Holstein stud bulls using progeny testing in connection with the homozygosity level calculated by STR-markers]. Vestnik ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva [Herald of Ryazan State Agrotechnological University named after P. A. Kostychev], 2019, no. 3 (43), pp. 36–43. (In Russian).Romanenkova O.S., Volkova V.V., Kostyunina O.V., Gladyr E.A., Naryshkina E.N., Sermyagin A.A., Zinovieva N.A. The distribution for LoF-mutations in the FANCI, APAF1, SMC2, GART and APOB genes of the Russian Holstein cattle population // Journal of Animal Science. 2017. Vol. 95. Suppl. 4. P. 83. DOI:10.2527/ asasann.2017.168.Romanenkova O.S., Volkova V.V., Kostyunina O.V., Gladyr E.A., Naryshkina E.N., Sermyagin A.A., Zinovieva N.A. The distribution for LoF-mutations in the FANCI, APAF1, SMC2, GART and APOB genes of the Russian Holstein cattle population. Journal of Animal Science, 2017, vol. 95, suppl. 4, pp. 83. DOI:10.2527/ asasann.2017.168.Pryce J.E., Haile-Mariam M., Goddard M.E., Hayes B.J. Identifi cation of genomic regions associated with inbreeding depression in Holstein and Jersey dairy cattle // Genetics Selection Evolution. 2014. № 46. P. 71. DOI: 10.1186/s12711-014-0071-7.Pryce J.E., Haile-Mariam M., Goddard M.E., Hayes B.J. Identifi cation of genomic regions associated with inbreeding depression in Holstein and Jersey dairy cattle. Genetics Selection Evolution, 2014, no. 46, pp. 71. DOI: 10.1186/ s12711-014-0071-7.Nedashkovsky I., Sermyagin A., Kostyunina O., Brem G., Zinovieva N. Assessing homo zygosity level in the Russian Black-and-White and Holstein cattle using whole-genome analysis // Journal of Animal Science. 2018; Vol. 96. Suppl 3, P. 139. DOI: 10.1093/jas/sky404.304.Nedashkovsky I., Sermyagin A., Kostyunina O., Brem G., Zinovieva N. Assessing homozygosity level in the Russian Black-and-White and Holstein cattle using whole-genome analysis. Journal of Animal Science, 2018, vol. 96, suppl 3, pp. 139. DOI: 10.1093/jas/sky404.304.Сермягин А.А., Белоус А.А., Контэ А.Ф., Филипченко А.А., Ермилов А.Н., Янчуков И.Н., Племяшов К.В., Брем Г., Зиновьева Н.А. Валидация геномного прогноза племенной ценности быков-производителей по признакам молочной продуктивности дочерей на примере популяции черно-пестрого и голштинского скота // Сельскохозяйственная биология. 2017; № 6. С. 1148–1156. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.6.1148rus.Sermyagin A.A., Belous A.A., Konte A.F., Filipchenko A.A., Ermilov A.N., Yanchukov I.N., Plemyashov K.V., Brem G., Zinov’eva N.A. Validatsiya genomnogo prognoza plemennoi tsennosti bykov-proizvoditelei po priznakam molochnoi produktivnosti docherei na primere populyatsii cherno-pestrogo i golshtinskogo skota [Genomic evaluation of bulls for daughters’ milk traits in Russian black-and-white and Holstein cattle population through the validation procedure]. Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2017, no. 6, pp. 1148–1156. (In Russian). DOI: 10.15389/ agrobiology.2017.6.1148rus.Aguilar I., Misztal I. Technical Note: Recursive Algorithm for Inbreeding Coeffi cients Assuming Nonzero Inbreeding of Unknown Parents // Journal of Dairy Science. 2008. № 91. С. 1669–1672. DOI: 10.3168/jds.20070575.Aguilar I., Misztal I. Technical Note: Recursive Algorithm for Inbreeding Coeffi cients Assuming Nonzero Inbreeding of Unknown Parents. Journal of Dairy Science, 2008, no. 91, pp. 1669–1672. DOI: 10.3168/jds.2007-0575.Purcell S., Neale B., Todd-Brown K., Thomas L., Ferreira M.A.R., Bender D., Maller J., Sklar P., W. de Bakker P.I., Daly M.J., Sham P.C. PLINK: A Tool Set for Whole-Genome Association and Population-Based Linkage Analyses // The American Journal of Human Genetics. 2007. Vol. 81. P. 559–575.Purcell S., Neale B., Todd-Brown K., Thomas L., Ferreira M.A.R., Bender D., Maller J., Sklar P., W. de Bakker P.I., Daly M.J., Sham P.C. PLINK: A Tool Set for Whole-Genome Association and Population-Based Linkage Analyses. The American Journal of Human Genetics, 2007, vol. 81, pp. 559–575.

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