Исследование генетической структуры домашних и диких северных оленей Республики Саха (Якутия) с использованием STR-анализа

Цель: характеристика современного состояния генетического и аллельного разнообразия пород домашнего оленя и популяций дикого северного оленя, обитаемых на территории Республики Саха (Якутия), с использованием STR-маркеров.

Материалы и методы. Выборка домашней популяция включала оленей эвенской (EVN, n=33), эвенкийской (EVK, n=31) и чукотской (харгин) пород (KH, n=33). Выборка дикого северного оленя была представлена образцами тундровой (WLD_TUN, n=119) и таежной (WLD_TGA, n=14) популяций.

Анализ полиморфизма 14 STR-локусов (NVHRT21, NVHRT24, NVHRT76, RT1, RT6, RT7, RT9, RT27, RT30, RT25, RT13, NV03, RT5 и NV73) был проведен по собственным методикам на генетическом анализаторе ABI3130xl («Applied Biosystems», США).

Параметры аллельного и генетического разнообразия вычисляли с использованием программного обеспечения GenAlEx (ver. 6.5.1) и R package “diveRsity”.

Для оценки генетической структуры был проведен анализ главных компонент (Principal Component Analysis, PCA) с помощью R пакета аdegenet и с визуализацией в R пакете gglot2.

Оценка степени генетической дифференциации популяций северного оленя была выполнена на основании матрицы попарных значений F_ST с построением филогенетического дерева по алгоритму "сети соседей" (Neighbor-Net) в программе SplitsTree 4.14.5.

Результаты. Анализ параметров генетического разнообразия показал, что уровень наблюдаемой гетерозиготности был наименьшим у WLD_TGA (HO = 0,520) среди всех изучаемых групп и варьировал от 0,615 в KH до 0,691 в е EVK.

Все группы оленей характеризовались дефицитом гетерозигот, о чем свидетельствовали положительные значения коэффициента инбридинга: от _UF_IS = 0,101 в EVK до _UF_IS = 0,372 в WLD_TGA.

Среднее число аллелей на локус варьировало 7,1 у EVN до 12,4 у WLD_TUN. Группы дикого оленя превосходили своих домашних сородичей по показателю аллельного разнообразия (A_R = 7,8 – 8,6 и A_R = 6,2 – 6,8, соответственно) и по числу эффективных аллелей на локус (N_E = 5,3 –6,9 и N_E = 4,1 – 4,5, соответственно).

Анализ главных компонент показал, что первая главная компонента отделяет большинство особей дикого от представителей домашнего северного оленя.

При анализе значений F_ST было выявлено, что KH была наиболее генетической удаленной как от пород домашнего северного оленя (F_ST = 0,072 между KH и EVN, и F_ST = 0,065 между KH и EVK), так и от популяций диких представителей этого вида (F_ST = 0,076 между KH и WLD_TGA, и F_ST = 0,06 между KH и WLD_TUN). Пары групп EVN и EVK (F_ST = 0,047), а также WLD_TUN и WLD_TGA (F_ST = 0,008) характеризуются незначительной генетической дифференциацией.

В структуре генетического древа четко выделяются два кластера: дикие и домашние группы северного оленя.

Заключение. Полученные результаты могут быть полезны при разработке селекционных программ для пород домашнего серверного оленя и научно-обоснованных программ по сохранению дикого северного оленя.

1. Владимиров Л. Н. Технология изгородного разведения северных домашних оленей в таежной зоне Центральной Якутии / Л. Н. Владимиров // Аграрный вестник Урала. – 2007. – №6. – С. 31-33

2. Окороков А. И. О состоянии и развитии домашнего северного оленеводства в Республике Саха (Якутия) / А. И. Окороков Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. – 2013. – Вып. 10. – № 3. – С. 36-41

3. Сафронов В. М. Дикий северный олень в Якутии / В. М. Сафронов // Наука и техника в Якутии. – 2003. – №2 (5).

4. Брызгалов Г. Я. Ассоциации показателей генотипического разнообразия и живой массы в популяциях оленей чукотской породы / Г. Я. Брызгалов, Л. С. Игнатович // Генетика и разведение животных. – 2021. – № 2. – С. 36-44. doi: 10.31043/2410-2733-2021-2-36-44

5. Kharzinova V. R. Genetic diversity and population structure of domestic and wild reindeer (Rangifer tarandus L. 1758): a novel approach using BovineHD Beadchip / V. R. Kharzinova, A. V. Dotsev, T. E. Deniskova, A. D. Solovieva, G. Brem, N. A. Zinovieva, V. I. Fedorov, K. A. Layshev, T. M. Romanenko, I. M. Okhlopkov, K. Wimmers, H. Reyer // PLoS ONE. – 2018. – Vol. 13. – № 11. – С. e0207944.

6. Kol N. V. Mitochondrial DNA polymorphism in Tuvinian population of reindeer Rangifer tarandus / N. V. Kol, A. L. Korolev, I. A. Zacharov // Genetika. – 2006. – № 42(1). – P. 110-112.

7. Kharzinova V. R. Development of multiplex microsatellite panel to assess the parentage verification in and differentiation degree of reindeer populations (Rangifer tarandus) / V. R. Kharzinova, E. A. Gladyr', V. I. Fedorov, T. M. Romanenko, L. D. Shimit, K. A. Layshev, L. A. Kalashnikova, N. A. Zinovieva // Agricultural Biology. – 2015. – № 50(6). – P. 756-765. doi: 10.15389/agrobiology.2015.6.756eng

8. Deniskova T. E. Genetic characteristics of regional populations of Nenets reindeer breed (Rangifer Tarandus) / T. E. Deniskova V. R., Kharzinova, A. V. Dotsev, А. D. Solov'eva, Т. М. Romanenko, А. А. Yuzhakov, К. А. Layshev, G. Brem, N. A. Zinovieva // Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology]. – 2018. – V. 53. – №6. – P. 1152-1161. doi: 10.15389/agrobiology.2018.6.1152eng

9. Peakall R. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research — an update / R. Peakall, P. E. Smouse // Bioinformatics. – 2012. – № 28. – P. 2537-2539. doi: 10.1093/bioinformatics/bts460

10. Keenan K. diveRsity: An R package for the estimation and exploration of population genetics parameters and their associated errors / K. Keenan, P. McGinnity, T. F. Cross, W. W. Crozier, P. A. Prodöhl // Methods in Ecology and Evolution. – 2013. – № 4. – P. 782-788. doi.org/10.1111/2041-210X.12067

11. Jombart T. Adegenet: a R package for the multivariate analysis of genetic markers / T. Jombart // Bioinformatics. – 2008. – № 24. – P. 1403-1405. doi: 10.1093/bioinformatics/btn129

12. Wickham H. ggplot2: Elegant graphics for data analysis. NY. - Springer-Verlag. – 2009.

13. Weir B. S., Cockerham C. C. Estimating F-statistics for the analysis of population structure. Evolution, 1984

14. Huson D. H. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies / D. H. Huson, D. Bryant // Molecular Biology and Evolution. – 2006. – № 23. – P. 254-267. doi.org/10.1093/molbev/msj030

15. R Core Team. R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for statistical computing. Vienna. – Austria. - 2012. http://www.Rproject.org. Available online at https://www.R-project.org/.

16. Додохов В. В. Генетическая характеристика чукотской породы оленей на территории Якутии / В. В. Додохов, Н. И. Павлова Т. Д., Румянцева, Л. А. Калашникова // Генетика и разведение животных. – 2020. – № 3. – С. 27-32.

17. Hartl D.L., Clark A.G. Principles of population genetics, United Kingdom: Sunderland, 1997.