CC BY
66
УДК 575.86; 636.012
© А. г. Демин, м. и. Данилова, С. А. Галкина
ФГБУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»
Проанализирован полиморфизм полной последовательности контрольной области митохонд-риальной ДНК (D-петля длиной 1231/1232 п.н.) у кур павловской породы в трех популяциях (ВНИТИП, ФГУП «Генофонд», г. Барнаул). Проведено сравнение с последовательностями, маркерными для гаплогрупп A-I, W, X. Генетическая однородность и стабильность показана для популяций ВНИТИП и Барнаула, тогда как высокий полиморфизм — для популяции ФГУП «Генофонд». Выявлена тенденция к генетической фрагментации павловской породы, что в обозримом будущем может привести к формированию нескольких филогенетически не связанных пород.
C Ключевые слова: контрольная область; Gallus gallus domesticus; гаплотип; гаплогруппа; материнская линия.
Поступила в редакцию 14.11.2015 Принята к публикации 07.12.2015
анализ полиморфизма d-петли митохондридльной днк для оценки популяционного разнообразия кур породы пдвловскдя
введение
На современном этапе развития науки изучение генетического разнообразия, центров происхождения, а также истории формирования пород домашних кур (Gallus gallus domesticus) тесно связано с внедрением и совершенствованием методов, основанных на применении молекулярно-фи-логенетических маркеров. К числу наиболее востребованных методов изучения доместификации сельскохозяйственных животных, в том числе кур, относится анализ полиморфизма последовательностей митохондриальной ДНК (мтДНК): либо некодирующей контрольной области (D-петли), либо полных митохондриальных геномов (Fumihito et al.,1994, 1996; Niu et al., 2002; Miao et al., 2013). Использование подобных маркеров позволяет определять количество материнских линий, участвовавших в формировании породы, оценивать их географическое происхождение, а также выявлять предполагаемые дикие предковые формы, послужившие основой для последующей селекции.
МтДНК обладает рядом уникальных особенностей, позволяющих эффективно использовать маркеры на ее основе в филогенетических исследованиях широкого спектра организмов. МтДНК легко выделяется из биологических образцов, так как представлена в клетках большим числом копий. Гены мтДНК эволюционируют в 5—10 раз быстрее ядерных, при этом различные участки митохондриального генома изменяются с разной скоростью (Lynch, 2007), что позволяет выбирать наиболее подходящий маркер для исследований микро- и макроэволюционных процессов. МтДНК в большинстве случаев не рекомбинирует и наследуется по материнской линии, что значительно упрощает исследование и последующий анализ результатов.
D-петля (D-loop, control region, CR) мтДНК курицы представляет собой некодирующую область длиной 1231/1232 п. н. (позиции 1 — 1231 в последовательности #AP003317 из базы данных GenBank http://www.ncbi.nlm.nih. gov/nuccore). Здесь располагаются сайт инициации репликации и гипервариабельный домен размером 591 п. н. (Hoque et al., 2013), скорость накопления нуклеотидных замен в котором максимальна для мтДНК, что позволяет проводить филогенетические исследования с высоким разрешением, вплоть до дифференциации отдельных популяций (Stoneking et al., 1991). Гипервариабельный домен располагается в некодирующем участке ДНК, и возникшие в его последовательности мутации являются эволюционно нейтральными, что позволяет получать эволюционные схемы, максимально коррелирующие со временем дивергенции. Начиная с 2000 годов маркеры на основе мтДНК активно используются для изучения генетического разнообразия и истории происхождения современных пород кур. Особенно интенсивно исследуются популяции кур Юго-Восточной Азии, где располагались центры первоначального одомашнивания (Fumihito et al.,1994, 1996; Niu et al., 2002; Liu et al., 2004, 2006; Miao et al., 2013; Wu et al., 2014). В результате несколькими независимыми группами авторов (Liu et al., 2006; Miao et al., 2013) была разработана классификация гаплотипов мтДНК кур, основанная, в частности, на полиморфизме последовательности D-петли, что значительно упростило задачу изучения родственных связей между различ-
ными породами. Все многообразие существующих гап-лотипов мтДНК кур согласно их генетическому сходству было сведено в 13 основных гаплогрупп (Miao et а1., 2013). Отметим, что разработанная система гаплогрупп вместе с обширной базой данных секвенированных последовательностей D-петли мтДНК локальных популяций и традиционных пород кур из различных регионов мира (около 5000 последовательностей в базе данных GenBank) представляют ценный ресурс для детального изучения происхождения разных, в том числе и российских, пород домашней курицы.
По данным лаборатории сравнительной генетики животных ИОГен РАН, где на протяжении многих лет проводились комплексные исследования генофондов отечественных пород и популяций одомашненных животных, на территории Российской Федерации разводятся около 50 пород домашних кур, созданных отечественной народной и промышленной селекцией (Моисеева, 2006). Среди них — широко известная за пределами России павловская порода, предположительно созданная в XVIII веке на территории Нижегородской губернии. Небольшой хохолок, большие борода и баки, крепкие оперенные ноги, черно-каемчатое золотистое или серебристое оперение придают этой породе экзотический, выразительный и запоминающийся вид. Обобщающее описание морфологических и генотипических характеристик, а также гипотез о происхождении этой декоративной породы дано в исчерпывающем обзоре И. Г. Моисеевой (Моисеева, 2006). Заметим, что после Октябрьской революции, событий Гражданской и Первой мировой войн, раскулачивания значительная часть поголовья павловской породы была утрачена, что привело к угрозе полного ее исчезновения (Серебровский, 1976). Долгое время существование породы поддерживалось лишь силами птицеводов-любителей, и только со второй половины ХХ века началась интенсивная работа по восстановлению павловской породы на базе научно-исследовательских институтов. В настоящий момент павловская порода активно разводится не только в России, но и за рубежом (Моисеева, 2006).
Результаты исследования морфотипологических характеристик показали близость павловской породы с бентамками (русский королек) и тремя разновидностями шабо (японская бентамка), однако на весьма далеком от них расстоянии (Моисеева, 2006). Куры павловской породы из трех российских популяций были также протестированы по шести биохимическим локу-сам, контролирующим белки яйца и сыворотки крови. Сравнение частот локусов G (3) (вариант овоглобули-на) и ES (1) (активность эстеразы-1 сыворотки крови) с аналогичными показателями европейских и азиатских пород выявило, что павловская относится к европейским курам. Коэффициент ожидаемой гетерози-готности (Нт) павловских кур составил 0,133 против 0,191 у «мирового» генофонда, 0,170 у европейских
и 0,190 у азиатских пород (Моисеева, 2006). Таким образом, по морфологическим признакам куры павловской породы ближе к азиатским породам, а по биохимическим — к европейским.
В настоящей работе проведен анализ полиморфизма D-петли мтДНК представителей павловской породы. Использование данного маркера в свете современных представлений о происхождении и генетическом разнообразии кур расширяет наши представления об истории формирования и современном состоянии генофонда одной из самых знаменитых российских пород кур.
материалы и методы
Материалом исследования послужили образцы геномной ДНК 37 особей кур породы павловская из коллекции Федерального государственного унитарного предприятия «Генофонд» (ФГУП «Генофонд», г. Пушкин) — 10 особей, из популяции Всероссийского научно-исследовательского и технологического института птицеводства (ФГБНУ ВНИТИП, г. Сергиев Посад) — 18 особей, из частных хозяйств Алтая (г. Барнаул) — 9 особей.
Амплификацию последовательности D-петли мтДНК (1231/1232 п. н.) кур выполняли методом по-лимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием праймеров 1F 5'-AGGACTACGGCTTGAAAAGC-3' и 2R 5'-CATCTTGGCATCTTCAGTGCC-3' (Niu et al., 2002). ПЦР проводили в 20 мкл реакционной смеси следующего состава: однократный буфер для Taq-по-лимеразы, 2 мМ MgCl2, 200 мкМ каждого нуклеоти-да дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ, 2,5 ед. Taq-полимеразы (все — НПО Силекс, Москва), 1 мкМ каждого прай-мера (НПО «Бигль», Санкт-Петербург), 100—400 нг геномной ДНК в качестве матрицы. Пробирки с реакционной смесью помещали в термоциклер MJ Mini (BioRad, США) и использовали следующую программу амплификации: денатурация 95 °C — 4', далее 35 циклов 95 °C — 30", 60 °C — 35", 72 °C — 70", завершающий синтез 72 °C — 10'. Электрофоретическая детекция полученных ПЦР-продуктов проводилась в 1 % агарозном геле, окрашенном бромистым этидием. Сек-венирование выполнялось с использованием анализатора ABI Prism 310 (Applied Biosystems, США). Помимо праймеров 1F и 2R для секвенирования применялись праймеры 3F 5'-TGGTTCCTCGGTCAGGCACATCC-3' и 4R 5'-CGCAACGCAGGTGTAGTC-3' (Oka et al., 2007). Полученные последовательности опубликованы в базе данных GenBank под номерами: KP307061-KP307097.
Первичный анализ нуклеотидных последовательностей проводили в программе BioEdit v.5.0.9 (Hall et al., 1999). Нуклеотидный полиморфизм (Nd) и гаплотипическое разнообразие (Hd) анализировали при помощи программы DnaSP v.4.0 (http://www. ub.edu/dnasp/) (Rozas et al., 2003). Для анализа распре-
деления выявленных гаплотипов по известным гапло-группам мтДНК конструировали генетическую сеть с использованием метода медианного соединения (Median Joining, MJ) в программе Network 4.613 (http://www. fluxus-engineering.com/sharenet.htm) (Bandelt et al., 1999). Для построения медианной сети были использо-
ваны 37 полученных в данном исследовании первичные последовательности D-петли мтДНК кур павловской породы и 80 последовательностей (табл. 1) из общедоступной базы NCBI GenBank, принадлежащих к 11 гап-логруппам по классификации, предложенной Миао и соавторами (Miao et al., 2013).
Таблица l
Последовательности гаплотипов D-петли, маркирующие гаплогруппы согласно Миао и др. (Miao et al., 2013)
№ депонирования в GenBank Гапло-группа Авторы Номер депонирования в GenBank Гапло-группа Авторы
AB268521 A Oka et al., 2007 AF512118 E1 Liu et al., 2006
AB263973 A Wada et al. неопубл. AY644988 E1 Liu et al., 2006
GU261684 A Miao et al., 2013 GU447924 E1 Miao et al., 2013
GU447980 A Miao et al., 2013 EU352856 E1 Ramadan et al., 2011
AB009444 A Miyake et al., неопубл. AY704698 E1 Liu et al., 2004
EU847801 A Kanginakudru et al., 2008 EU367397 E1 Karaman et al., неопубл.
GU261705 B Miao et al., 2013 GU261686 E1 Miao et al., 2013
GU448883 B Miao et al., 2013 AP003318 E1 Nishibori et al., 2002
GQ258699 B Revay et al., 2010 AY235570 E1 Froman et al., 2005
AY644972 B Liu et al., 2006 AP003580 E1 Nishibori et al., 2002
AY704720 B Liu et al., 2004 AM746040 E1 Muchadeyi et al., 2008
AY704729 B Liu et al., 2004 GQ258694 E1 Revay et al., 2010
GU447895 B Miao et al., 2013 GU447801 E1 Miao et al., 2013
GU261718 C1 Miao et al., 2013 GU447986 E1 Miao et al., 2013
GU447975 C1 Miao et al., 2013 GU447818 E1 Miao et al., 2013
HM015608 C1 Dana et al., 2011 GU447894 E1 Miao et al., 2013
GU448406 C1 Miao et al., 2013 AY645017 E1 Liu et al., 2006
GU261681 C1 Miao et al., 2013 HQ857209 E2 Miao et al., 2013
GU261680 C2 Miao et al., 2013 GU448376 E2 Miao et al., 2013
GU448724 C2 Miao et al., 2013 GU448666 E2 Miao et al., 2013
D82901 C2 Fumihito et al., 1996 EU847815 E2 Kanginakudru et al., 2008
GU261716 C3 Miao et al., 2013 HQ857211 E3 Miao et al., 2013
GU261707 C3 Miao et al., 2013 HQ857212 E3 Miao et al., 2013
AF512160 C3 Liu et al., 2006 GU447982 E3 Miao et al., 2013
AY588636 C3 Dana et al., 2011 AY588630 E3 Dana et al., 2011
AY704718 C3 Liu et al., 2004 EU847808 E3 Kanginakudru et al., 2008
GU261687 D Miao et al., 2013 GU447701 F Miao et al., 2013
GU261677 D Miao et al., 2013 GU261711 F Miao et al., 2013
GU261685 D Dana et al., 2011 GU261691 F Miao et al., 2013
GU261697 D Miao et al., 2013 GU261688 F Miao et al., 2013
NC 007237 D Nishibori et al., 2005 HM015609 F Dana et al., 2011
EU095053 D Mwacharo et al., 2011 GU448379 F Miao et al., 2013
AB268529 D Oka et al., 2007 GU261710 G Miao et al., 2013
GU261683 D Miao et al., 2013 GU261678 G Miao et al., 2013
GU261713 E1 Miao et al., 2013 GU447702 G Miao et al., 2013
GU261709 E1 Miao et al., 2013 HM462144 G Berthouly-Salazar et al., 2010
AP003319 E1 Nishibori et al., 2005 GU261715 H Miao et al., 2013
AY704726 E1 Liu et al., 2004 AB268543 H Oka et al., 2007
AM746042 E1 Muchadeyi et al., 2008 GU261698 I Miao et al., 2013
GU261706 W Miao et al., 2013 GU261692 X Miao et al., 2013
результаты и обсуждение
Мы провели анализ полной последовательности контрольного региона (Э-петли) мтДНК у 37 особей из трех популяций кур породы павловская. Все нуклеотидные последовательности имели длину 1231/1232 п. н. В суммарной выборке представителей трех изученных популяций последовательность D-петли содержала 22 полиморфных сайта, в 16 из которых замены были представлены только транзициями, в 5 — только трансверсиями, а сайт в 859-м положении охарактеризован нами как индел (табл. 2).
Исследованные выборки кур павловской породы характеризуются высокой полиморфностью — в трех популяциях в общей сложности выявлено 11 самостоятельных гаплотипов. При этом в популяции ВНИТИП присутствует 4 гаплотипа, в популяции из Барнаула — 5, в популяции ФГУП «Генофонд» — тоже 5. Один из выявленных гаплотипов был обнаружен во всех популяциях и оказался полностью идентичным эталонной последова-
тельности D-петли белого леггорна (#АВ098668 в базе данных GenBank (Nishibori et а1., 2005)), что предполагает наличие общего для изученных популяций предка по материнской линии. Еще один гаплотип является общим для популяций ВНИтИП и Барнаула, остальные 9 гаплотипов специфичны для разных популяций. Нук-леотидное разнообразие, рассчитанное на основе сравнения полученных первичных последовательностей как среднее число нуклеотидных замен на позицию между двумя случайно выбранными последовательностями 1973), оказалось минимальным для популяции ВНИтИП (табл. 3), так же как и гаплотипическое разнообразие. В совокупности это может указывать на то, что данная популяция первоначально была сформирована из особей, объединенных общим происхождением. Высокий уровень нуклеотидного и гаплотипического разнообразия, наблюдаемый в выборке кур из популяции ФГУП «Генофонд» (табл. 3), косвенно свидетельствует о существовании горизонтального потока генов между данной популяцией и неродственными ей популяциями
Таблица 2
расположение полиморфных сайтов в последовательности О-петли мтДнк выявленных гаплотипов у кур породы павловская. РМ — популяция ВНИТИП (г. Сергиев Посад), Р — популяция ВНИИРГЖ (г. Пушкин), РВ — популяция г. Барнаула
Гаплотипы Позиции полиморфных сайтов
CO r^ cn 7 ю 0 cn 0 7 5 2 CO 2 6 2 0 Ю 2 6 Ю 2 Ю 2 0 CO 6 cn CO 6 6 oo 6 cn Ю oo 1139 1149 1157 1214 1225
AP003317 (Nishibori et al., 2002) A C т T С С C С С C С т т T т G - A A C T A
PM1,3,5-15,18,20 P2,9,10 PB4,5,7-9 A C T T C C C C C C C T T T T G - A A C T A
PM4,19 T
PM16 C G T G A C
PM17,18 - G
P1,3,6,8 - - C - T T T T - - T C C - C A - - - - С
P4 - - C - - T T T - - T C C C C - C - - - C
P5 T
P20 - - C - T T T T - - T C C - C A
PB6 C
PB10 - - - - - - - - - T - - - - - - C - - - -
PB12 T T
Таблица 3
Нуклеотидное (Ш) и гаплотипическое (Ш) разнообразие в трех популяциях кур павловской породы. п — объем выборки, Нп — количество гаплотипов
Популяция и объем выборки Контрольный регион (Э-петля) мтДНК
ФГУП «Генофонд» (г. Пушкин) п = 10 Нп = 5, Ш = 0,005, Ш = 0,8
ВНИТИП (г. Сергиев Посад) п = 18 Нп = 4, Ш = 0,00077, Ш = 0,399
Популяция г. Барнаула п = 9 Нп = 5, Ш = 0,0009, Ш = 0,72
Рис. 1. Медианная сеть расстояний (М^сеть), демонстрирующая распределение выявленных гаплотипов у кур породы павловская по гаплогруппам мтДНК домашней курицы G.g. domesticus. Цифры между гаплотипами — позиции нуклеотидных замен. Крупными латинскими буквами и цифрами обозначены названия гаплогрупп по Миао и др. (М1ао е! а1., 2013). Р — популяция ФГУП «Генофонд» (г. Пушкин), РВ — популяция г. Барнаула, РМ — популяция ВНИТИП (г. Сергиев Посад)
других пород либо может указывать на то, что в основе данной популяции первоначально находились особи, имевшие различную генетическую историю.
Для анализа положения выявленных гаплотипов D-петли представителей павловской породы в современной системе гаплогрупп мтДНК кур, а также анализа родственных связей между популяциями павловской породы была построена генетическая сеть методом медианного соединения (MJ). Всего в реконструкции было использовано 117 последовательностей D-петли, из которых 80 представляли гаплотипы, маркерные для 11 гаплогрупп мтДНК кур, а 37 — последовательности, полученные в настоящей работе. Мы проанализировали наиболее изменчивый фрагмент гипервариабельного домена D-петли протяженностью 251 нуклеотид (позиции 141—391 в последовательности AP003317). Всего было выявлено 49 вариабельных сайтов, из которых парсимо-ниально информативными оказались 38.
Из анализа полученной схемы (рис. 1) следует, что генофонд павловской породы кур представлен вариантами гаплотипов, входящих в две широко распространенные гаплогруппы — E1 и A (Liu et al., 2006; Miao et al., 2013). При этом гаплотипы гаплогруппы E1 характерны для представителей всех исследованных популяций павловской породы. Согласно последним данным, именно куры — носители гаплотипов гаплогруппы E1 первыми попали в Европу (Storey et al., 2012;
Gird1and е! а1., 2014). Это обстоятельство позволяет предположить, что предковые популяции, на основе которых формировалась павловская порода, могли иметь европейское происхождение.
Все варианты рассматриваемого фрагмента Э-пет-ли, выявленные в популяции ВНИТИП (г. Сергиев Посад), оказались связанными с единственным гап-лотипом из гаплогруппы Е1, что свидетельствует о генетической однородности и стабильности данной популяции (рис. 1). Аналогичная ситуация наблюдается и в популяции из Барнаула, где три выявленных гапло-типа также оказались связанными с гаплогруппой Е1. Очевидно, что на протяжении долгого времени использование генетически удаленных особей других пород для восстановления и поддержания данных популяций носило ограниченный характер. Наиболее неоднородной, генетически смешанной оказалась структура популяции ФГУП «Генофонд» (г. Пушкин). Гаплотипы, характерные для этой популяции, принадлежат двум гаплогруппам Е1 и А. При этом в анализируемой выборке доминировали носители гаплогруппы А. Подобная структура генофонда популяции ФГУП «Генофонд», по-видимому, отображает процесс селекционной работы по усилению породных признаков павловской породы за счет активного включения в популяцию представителей генетически удаленных пород неевропейского или смешанного происхождения.
таким образом, основываясь на данных анализа полиморфизма последовательностей D-петли, можно утверждать, что в многолетней работе по сохранению и восстановлению кур павловской породы на сегодняшний день стали четко различимы две основные стратегии. Условно их можно обозначить «консервативной» и «реконструктивной». Консервативная стратегия заключается в опоре преимущественно на имеющийся генетический материал с низким вкладом в генофонд неевропейских представителей. На уровне митохондриального генофонда это выражается в отсутствии гаплотипов, неродственных гаплогруппе E1. Реконструктивная стратегия связана с модернизацией имеющегося генетического материала за счет активного привлечения неродственных пород и популяций с целью воссоздания, улучшения и усиления описанных в литературе признаков павловской породы. На уровне митохондриального генофонда это проявляется в значительном возрастании доли гаплотипов, удаленных от гаплогруппы E1. В результате подобной селекционной работы реконструкция фенотипических особенностей павловской породы происходит за счет перераспределения и замещения исходного генетического материала, что полностью исключает возможность изучения ранней истории формирования павловской породы по генетическим данным. Развитие описанных стратегий в обозримом будущем неминуемо привет к генетической фрагментации павловской породы и формированию нескольких филогенетически не связанных пород.
Благодарности. Авторы выражают признательность А. Ф. Яковлеву и А. Коциняну за помощь в получении образцов ДНК. Практическая часть исследования была выполнена на оборудовании ресурсных центров «ЦКП Хромас» и «Развитие молекулярных и клеточных технологий» Научного парка Санкт-Петербургского государственного университета. Работа поддержана РФФИ (грант № 14-04-01469) и частично СПбГУ (# 1.50.1043.2014).
литература
1. Моисеева И. Г. (2006) Породы кур и их генофонды. Под ред. И. А. Захарова. Генетические ресурсы животноводства России. Москва. Наука; С. 229-388.
2. Серебровский А. С. (1976) Генетический очерк павловской породы кур. Избранные труды по генетике и селекции кур. Москва. Наука; C. 356-378.
3. Bandelt H.-J., Forster P., Rohl A. (1999) Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies. Mol Biol Evol. V. 16: P. 37-48.
4. Berthouly-Salazar C., Rognon X., Van T. et al. (2010) Vietnamese chickens: a gate towards Asian genetic diversity. BMC Genet. V 18 (11). Cited 5.11.2015. DOI: 10.1186/1471-2156-11-53.
5. Dana N., Megens H. J., Crooijmans R. P. et al. (2011) East Asian contributions to Dutch traditional and western commercial chickens inferred from mtDNA analysis. Anim Genet. V. 42 (2): P. 125-133.
6. Froman D. P., Kirby J. D. (2005) Sperm mobility: phe-notype in roosters (Gallus domesticus) determined by mitochondrial function. Biol Reprod. V. 72 (3): P. 562-567.
7. Fumihito A., Miyake T., Sumi S. et al. (1994) One subspecies of the red jungle fowl (Gallus gallus gallus) fices as the matriarchic ancestor of all domestic breeds. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 91 (26): P. 12505-12509.
8. Fumihito A., Miyake T., Takada M. et al. (1996) Mono-phyletic origin and unique dispersal patterns of domestic fowls. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 93 (13): P. 6792-6795.
9. Girdland Flink L., Allen R., Barnett R. et al. (2014) Establishing the validity of domestication genes using DNA from ancient chickens. Proc Natl Acad Sci USA. V. 111 (17): P. 6184-6189.
10. Hall T. A. (1999) BioEdit: a user friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acid Symposium Series. V. 41: P. 95-98.
11. Hoque M. R., Choi N. R., Sultana H. et al. (2013) Phy-logenetic analysis of a privately-owned Korean native chicken populations using mtDNA D-loop variations. Asian-Australas J Anim Sci. V. 26 (2): P. 157-162.
12. Kanginakudru S., Metta M., Jakati R. D., Nagaraju J. (2008) Genetic evidence from Indian red jungle fowl corroborates multiple domestication of modern day chicken. BMC Evol Biol. V. 8 (174). Cited 5.11.2015. DOI: 10.1186/1471-2148-8-174.
13. Liu Z. G., Lei C. Z., Luo J. et al. (2004) Genetic variability of mtDNA sequences in Chinese native chicken breeds. Asian-Aust. J. Anim. Sci. V. 17: P. 903-907.
14. Liu Y. P., Wu G. S., Yao Y. G. et al. (2006) Multiple maternal origins of chickens: out of the Asian jungles. Mol Phylogenet Evol. V. 38 (1): P. 12-9.
15. Lynch M. (2007) The origins of genome architecture. Sunderland. MA: Sinauer Associates, Inc. Publishers.
16. Miao Y.-W, Peng M.-S., Wu G-S. et al. (2013) Chicken domestication: an updated perspective based on mitochondrial genomes. Heredity (Edinb). V. 110 (3): P. 277-282.
17. Muchadeyi F. C., Eding H., Simianer H. et al. (2008) Mitochondrial DNA D-loop sequences suggest a Southeast Asian and Indian origin of Zimbabwean village chickens. Anim Genet. V. 39 (6): P. 615-622.
18. Mwacharo J. M., Bjernstad G., Mobegi V. et al. (2011) Mitochondrial DNA reveals multiple introductions of domestic chicken in East Africa. Mol Phylogenet Evol. V. 58 (2): 374-382. Cited 5.11.2015. DOI: 10.1016/j. ympev.2010.11.027.
19. Nei M. (1973) Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc Natl Acad Sci USA. V. 70 (12): P. 3321-3323.
20. Niu D., Fu Y., Luo J. et al. (2002) The origin and genetic diversity of Chinese native chicken breeds. Bio-chem. Genet. V. 40 (5-6): P. 163-174.
21. Nishibori M., Tsudzuki M., Hayashi T. et al. (2002) Complete nucleotide sequence of the Coturnix chin-ensis (blue-breasted quail) mitochondrial genome and a phylogenetic analysis with related species. J Hered. V. 93 (6): P. 439-444.
22. Nishibori M., Shimogiri T., Hayashi T., Yasue H. (2005) Molecular evidence for hybridization of species in the genus Gallus except for Gallus varius. Animal Genetics. V. 36: P. 367-375.
23. Oka T., Ino Y., Nomura K. et al. (2007) Analysis of mtDNA sequences shows Japanese native chickens have multiple origins. Anim Genet. V. 38 (3): P. 287-293.
24. Qu L., Li X., Xu G. et al. (2006) Evaluation of genetic diversity in Chinese indigenous chicken breeds using microsatellite markers. Science in China Series C: Life Sciences. V 49 (4): P. 332-341.
25. Ramadan H. A. I., Galal A., Fathi M. M. et al. (2011) Characterization of two Egyptian native chicken breeds using genetic and immunological parameters. Biotechnology in Animal Husbandry. V. 27 (1): P. 1-16.
26. Revay T., Bodzsar N., Mobegi V. E. et al. (2010) Origin of Hungarian indigenous chicken breeds inferred from mitochondrial DNA D-loopsequences. Animal Genetics. V. 41: P. 548-550.
27. Rozas J., Sanchez-DelBarrio J. C., Messeguer X., Rozas R. (2003) DnaSP, DNA polymorphism analyses by the coalescent and other methods. Bioinformatics. V. 19 (18): P. 2496-2497.
28. Stoneking M., Hedgecock D., Higuchi R. G. et al. (1991) Population variation of human mtDNA control region sequences detected by enzymatic amplification and sequence-specific oligonucleotide probes. Am J Hum Genet. V. 48 (2): P. 370-382.
29. Storey A. A., Athens J. S., Bryant D. et al. (2012) Investigating the global dispersal of chickens in prehistory using ancient mitochondrial DNA signatures. PLoS ONE. V. 7 (7): e39171. Cited 5.11.2015. DOI: 10.1371/journal.pone.0039171.
30. Wu Y. P., Huo J. H., Xie J. F. et al. (2014) Phylogeogra-phy and origin of Chinese domestic chicken. Mitochon-drial DNA. V. 25 (2): P. 126-130.
MITOCHONDRIAL DNA D-LOOP POLYMORPHISM
ANALYSIS FOR ESTIMATION OF DIVERSITY IN CHICKEN
FLOCKS OF PAVLOV BREED
Demin A. G., Danilova M. I., Galkina S. A.
C SUMMARY: Elucidation of the complex origin of various chicken breeds and populations is of essential importance for understanding, preserving and exploiting their genetic diversity. Here, we aim to assess different contributions to mitochondrial genetic diversity of Pavlov chicken breed. Mitochondrial DNA control region (D-loop of 1231/1232 b. p. length) in 37 chickens of Pavlov breed was sequenced. Individuals were selected from three flocks belonging to Federal State Unitary research farm "Gene Pool" (Genofond), Pushkin, Leningrad region, to the collection farm of All-Russian R & D and Technology Institute of Poultry Industry (GNU VNITIP), Sergiev Posad, Moscow region, and to fancy breeders from Barnaul (Altai region). The Pavlov chicken D-loop sequences were compared with D-loop sequences annotated in GenBank for established chicken haplogroups. We have found eleven haplotypes belonging to two haplogroups (E1 and A). Genetic uniformity and stability have been shown for the GNU VNITIP and Barnaul flocks, while D-loop high polymorphism was found in the population from the research farm "Gene Pool". There appears a tendency for genetic fragmentation of Pavlov chicken breed.
C KEYWORDS: control region; Gallus gallus domesticus; haplotype; haplogroup; maternal lineage.
REFERENCES (TRANSLITERATED)
1. Moiseeva I. G. (2006) Porody kur i ikh genofondy [Breeds of chickens and their gene pools]. Pod red. I. A. Zakharova. Geneticheskie resursy zhivotnovod-stva Rossii. Moskva. Nauka; S. 229-388.
2. Serebrovskiy A. S. (1976) Geneticheskiy ocherk pavlov-skoy porody kur [Genetic Essay of the Pavlov Chicken Breed]. Izbrannye trudy po genetike i selektsii kur. Moskva. Nauka; C. 356-378.
3. Bandelt H.-J., Forster P., Rohl A. (1999) Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies. Mol Biol Evol. V. 16: P. 37-48.
4. Berthouly-Salazar C., Rognon X., Van T. et al. (2010) Vietnamese chickens: a gate towards Asian genetic diversity. BMC Genet. V. 18 (11). Cited 5.11.2015. DOI: 10.1186/1471-2156-11-53.
5. Dana N., Megens H. J., Crooijmans R. P. et al. (2011) East Asian contributions to Dutch traditional and western commercial chickens inferred from mtDNA analysis. Anim Genet. V. 42 (2): P. 125-133.
6. Froman D. P., Kirby J. D. (2005) Sperm mobility: pheno-type in roosters (Gallus domesticus) determined by mitochondrial function. Biol Reprod. V 72 (3): P. 562-567.
7. Fumihito A., Miyake T., Sumi S. et al. (1994) One subspecies of the red jungle fowl (Gallus gallus gallus) fices as the matriarchic ancestor of all domestic breeds. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 91 (26): P. 12505-12509.
8. Fumihito A., Miyake T., Takada M. et al. (1996) Monophy-letic origin and unique dispersal patterns of domestic fowls. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V 93 (13): P 6792-6795.
9. Girdland Flink L., Allen R., Barnett R. et al. (2014) Establishing the validity of domestication genes using DNA from ancient chickens. Proc Natl Acad Sci USA. V. 111 (17): P. 6184-6189.
10. Hall T. A. (1999) BioEdit: a user friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acid Symposium Series. V 41: P. 95-98.
11.Hoque M. R., Choi N. R., Sultana H. et al. (2013) Phy-logenetic analysis of a privately-owned Korean native chicken populations using mtDNA D-loop variations. Asian-Australas J Anim Sci. V. 26 (2): P. 157-162.
12. Kanginakudru S., Metta M., Jakati R. D., Nagaraju J. (2008) Genetic evidence from Indian red jungle fowl corroborates multiple domestication of modern day chicken. BMC Evol Biol. V. 8 (174). Cited 5.11.2015. DOI: 10.1186/1471-2148-8-174.
13. Liu Z. G., Lei C. Z., Luo J. et al. (2004) Genetic variability of mtDNA sequences in Chinese native chicken breeds. Asian-Aust. J. Anim. Sci. V. 17: P. 903-907.
14. Liu Y. P., Wu G. S., Yao Y. G. et al. (2006) Multiple maternal origins of chickens: out of the Asian jungles. Mol Phylogenet Evol. V 38 (1): P. 12-9.
15.Lynch M. (2007) The origins of genome architecture. Sunderland. MA: Sinauer Associates, Inc. Publishers.
16. Miao Y.-W., Peng M.-S., Wu G-S. et al. (2013) Chicken domestication: an updated perspective based on mitochondrial genomes. Heredity (Edinb). V. 110 (3): P. 277-282.
17. Muchadeyi F. C., Eding H., Simianer H. et al. (2008) Mitochondrial DNA D-loop sequences suggest a Southeast Asian and Indian origin of Zimbabwean village chickens. Anim Genet. V. 39 (6): P. 615-622.
18. Mwacharo J. M., Bjernstad G., Mobegi V et al. (2011) Mitochondrial DNA reveals multiple introductions of domestic chicken in East Africa. Mol Phylogenet Evol. V. 58 (2): 374-382. Cited 5.11.2015. DOI: 10.1016/j. ympev.2010.11.027.
19. Nei M. (1973) Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc Natl Acad Sci USA. V. 70 (12): P. 3321-3323.
20. Niu D., Fu Y., Luo J. et al. (2002) The origin and genetic diversity of Chinese native chicken breeds. Biochem. Genet. V. 40 (5-6): P. 163-174.
21. Nishibori M., Tsudzuki M., Hayashi T. et al. (2002) Complete nucleotide sequence of the Coturnix chin-ensis (blue-breasted quail) mitochondrial genome and a phylogenetic analysis with related species. J Hered. V. 93 (6): P. 439-444.
22. Nishibori M., Shimogiri T., Hayashi T., Yasue H. (2005) Molecular evidence for hybridization of species in the genus Gallus except for Gallus varius. An Gen. V. 36: P. 367-375.
23. Oka T., Ino Y., Nomura K. et al. (2007) Analysis of mtD-NA sequences shows Japanese native chickens have multiple origins. Anim Genet. V. 38 (3): P. 287-293.
24. Qu L., Li X., Xu G. et al. (2006) Evaluation of genetic diversity in Chinese indigenous chicken breeds using microsatellite markers. Science in China Series C: Life Sciences. V. 49 (4): P. 332-341.
25. Ramadan H. A. I., Galal A., Fathi M. M. et al. (2011) Characterization of two Egyptian native chicken breeds using genetic and immunological parameters. Biotechnology in Animal Husbandry. V. 27 (1): P. 1-16.
26. Revay T., Bodzsar N., Mobegi V. E. et al. (2010) Origin of Hungarian indigenous chicken breeds inferred from mitochondrial DNA D-loopsequences. Animal Genetics. V 41: P. 548-550.
27. Rozas J., Sanchez-DelBarrio J. C., Messeguer X., Rozas R. (2003) DnaSP, DNA polymorphism analyses by the coalescent and other methods. Bioinformatics. V. 19 (18): P. 2496-2497.
28. Stoneking M., Hedgecock D., Higuchi R. G. et al. (1991) Population variation of human mtDNA control region sequences detected by enzymatic amplification and sequence-specific oligonucleotide probes. Am J Hum Genet. V. 48 (2): P. 370-382.
29. Storey A. A., Athens J. S., Bryant D. et al. (2012) Investigating the global dispersal of chickens in prehistory using ancient mitochondrial DNA signatures. PLoS ONE. V. 7 (7): e39171. Cited 5.11.2015. DOI: 10.1371/ journal.pone.0039171.
30. Wu Y. P., Huo J. H., Xie J. F. et al. (2014) Phylogeogra-phy and origin of Chinese domestic chicken. Mitochondrial DNA. V. 25 (2): P. 126-130.
C Информация об авторах
Демин Александр Геннадьевич — к. б. н., стажер-исследователь, кафедра цитологии и гистологии. ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет». 198504, Санкт-Петербург, Ораниенбаумское шоссе, д. 2. E-mail: [email protected].
Данилова Мария Игоревна — студент, кафедра цитологии и гистологии. ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет». 198504, Санкт-Петербург, Ораниенбаумское шоссе, д. 2. E-mail: [email protected].
Галкина Светлана Анатольевна — к. б. н., доцент, кафедра цитологии и гистологии. ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет». 198504, Санкт-Петербург, Ораниенбаумское шоссе, д. 2. E-mail: [email protected].
Demin Alexander Gennadievich — Postdoc, PhD, Department of Histology and Cytology. Saint Petersburg State University. 198504, Saint Petersburg, Oranienbaumskoe shosse, 2, Russia. E-mail: [email protected].
Danilova Maria Igorevna — Student, BSc, Department of Histology and Cytology. Saint Petersburg State University. 198504, Saint Petersburg, Oranienbaumskoe shosse, 2, Russia. E-mail: [email protected].
Galkina Svetlana Anatolievna — Assistant professor, PhD, Department of Histology and Cytology. Saint Petersburg State University. 198504, Saint Petersburg, Oranienbaumskoe shosse, 2, Russia. E-mail: [email protected].
