ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА ИНСУЛИНОПОДОБНОГО ФАКТОРА РОСТА (IGF-1) У ОВЕЦ ЮЖНОЙ МЯСНОЙ ПОРОДЫ

Соловьева Анастасия Дмитриевна; Денискова Татьяна Евгеньевна

Научная статья/Original article

УДК 636.3:636.033 Код ВАК 4.2.5

DOI: 10.24411/2078-1318-2024-3-98-105

ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА ИНСУЛИНОПОДОБНОГО ФАКТОРА РОСТА (IGF-1) У ОВЕЦ ЮЖНОЙ МЯСНОЙ ПОРОДЫ

А.Д. Соловьева1 И, Т.Е. Денискова1

Федеральный исследовательский центр животноводства - Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства имени академика JI.K. Эрнста пос. Дубровгщы, г.о. Подольск, Московская область, Россия И [email protected]

Реферат. Полиморфизм генов играет ключевую роль в определении фенотипических различий между организмами. Одним из важных генов, ответственных за рост и развитие у млекопитающих, является ген инсулиноподобного фактора роста (IGF-1). Он кодирует белок, который участвует в регуляции роста и размножения клеток, а также в процессах липидогенеза и пролиферации. Южная мясная порода - это недавно созданная скороспелая полутонкорунная порода, генетические исследования которой отстают от аналогичных в других породах овец. Понимание генетических особенностей этой породы может способствовать отбору животных с более высокой продуктивностью и лучшим здоровьем. В данной статье мы исследовали полиморфизм гена IGF-1 у овец южной мясной породы. Образцы ткани исследуемых овец (п = 135) были отобраны в Племенном заводе «Ладожский» - филиале ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста. Анализ включал в себя изучение полиморфизма гена IGF-1 у овец южной мясной породы. Анализ полиморфизма гена IGF-1 был выполнен с использованием метода ПЦР-ПДРФ Выявлены все аллельные варианты IGF-lcc, IGF-1CT, IGF-1TT. Аллель Т характеризовался наибольшей частотой встречаемости (0,715). В разрезе генотипов варианты ТТ и СТ преобладали в изучаемой популяции овец и имели частоту встречаемости 49% и 45%. У ярочек генотип СС был более распространен, чем в группах баранов и баранчиков (11,77% по сравнению с 5,0% и 4,77% соответственно). Таким образом, учитывая выявленный генетический полиморфизм в аллельных вариантах, рекомендуется включать ген IGF-1 в программы маркер-ориентированной селекции у южной мясной породы.

Ключевые слова: овцеводство, южная мясная порода, мясная продуктивность, инсулиноподобный фактор роста, IGF-1

Для цитирования: Соловьева, А.Д., Денискова, Т.Е. Полиморфизм гена инсулиноподобного фактора роста (IGF-1) у овец южной мясной породы // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2024. - № 3. - С. 98-105. - DOI: 10.24411/20781318-2024-3-98-105.

Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (тема FGGN-2024-0015).

©Соловьева А.Д., Денискова Т.Е., 2024

INSULIN-LIKE GROWTH FACTOR (IGF-1) GENE POLYMORPHISM IN SHEEP OF SOUTHERN MEAT BREED

A.D. Solovyova1 0, Т.Е. Deniskova1

federal Research Center for Animal Husbandry named after Academy Member L.K. Ernst Dubrovitsy settlement, Podolsk city district, Moscow Region, Russia GD [email protected]

Abstract. Gene polymorphism plays a key role in determining phenotypic differences between organisms. One of the important genes responsible for growth and development in mammals is the insulin-like growth factor IGF-1 gene. This gene encodes a protein that is involved in the regulation of cell growth and reproduction, as well as in the processes of lipidogenesis and proliferation. The southern meat breed is a recently developed, early maturing, semi-fine wool breed, whose genetic research has lagged those conducted in other breeds. Understanding genetic characteristics of this breed can promote selection of animals with higher productivity and better health. In this article, we investigated the polymorphism of IGF-1 gene in sheep of the southern meat breed. Tissue samples from the studied sheep (n=135) were collected at the Ladozhsky Breeding Plant, a branch L.K. Ernst Federal Research Center for Animal Husbandry. Our analysis included the study of IGF-1 gene polymorphism of sheep of the southern meat breed. Analysis of IGF-1 gene polymorphism was performed using the PCR-RFLP method. All allelic variants of IGF-1CC, IGF-1CT, IGF-111 were identified. The T allele was characterized by the highest frequency (0.71). In terms of genotypes, the TT and CT variants predominated in the studied sheep population and had a frequency of 48.9 and 44.45%, respectively. The CC genotype was more frequent in the group of young ewes than in the ram and young ram groups (11.77% compared to 5.0 and 4.77%, respectively). Thus, considering the identified genetic polymorphism in allelic variants, we recommend including the IGF-1 gene in marker-assisted selection programs in the Southern Meat breed.

Keywords: sheep breeding, southern meat breed, meat productivity, insulin-like growth factor, IGF-1

For citation: Solovyova, A.D., Deniskova, Т.Е. (2024) 'Insulin-like growth factor (IGF-1) gene polymorphism in sheep of southern meat breed', hvestya of Saint-Petersburg State Agrarian University, vol. 77, no. 3 pp. 98-105. (In Russ.) DOI: 10.24411/2078-1318-2024-3-98-105.

Financial support. The research was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation according to theme No. FGGN-2024-0015.

Введение. Овцеводство играет жизненно важную роль в обеспечении потребностей сельского населения. В развивающихся странах наблюдается высокий спрос на производство молока, шерсти и мяса, что обеспечивает получение дохода для фермеров [1, 2]. Показатели роста животного - это одни из наиболее важных экономически значимых признаков в овцеводстве. Показатели роста, включая живую массу, среднесуточный прирост и размеры туловища, в значительной степени влияют на мясную продуктивность, что в свою очередь влияет на производство и рентабельность отрасли производства баранины [3]. Из литературных источников следует, что многие гены-кандидаты связаны с фенотипическими признаками животного [4, 5]. Значимым геном является инсулиноподобный фактор роста (.IGF-1), эндокринный фактор роста, участвующий в нормальном росте и развитии, эмбриогенезе и во многих метаболических процессах сельскохозяйственных животных [6].

В животноводстве достижения молекулярной генетики позволили распознавать гены и вариации последовательностей, связанные с рядом признаков роста. Существует множество разработок в области молекулярных технологий, включая идентификацию генетического разнообразия в геномных участках и выявление взаимосвязи с экономически значимыми и адаптационными характеристиками.

Согласно литературным источникам, установлены значимые ассоциации между однонуклеотидными полиморфизмами (SNP) IGF-1 и IGF-2 и показателями роста у различных сельскохозяйственных животных, включая крупный рогатый скот [7], буйволов [8], свиней [9] и коз [10]. Сообщалось, что у овец SNP IGF-1 связан с производством мяса и ростом [11]. Используя метод анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (PCR-RFLP, ПЦР-ПДРФ), Е.А. Гроховская с соавторами, обнаружили достоверно значимое влияние SNP, расположенных в 5'-нетранслируемой (5'-UTR) области IGF-1, на мясные характеристики и состав мяса у польских мериносов [12]. Negahdary et al. выявили достоверно значимое влияние геномной области 5' UTR гена IGF-I на массу тела при рождении, массу при отъеме, массу тела в возрасте 6 месяцев, среднесуточный прирост от рождения до отъема и среднесуточный прирост от 6 до 9 месяцев у овец породы Макоэй [13]. Установление связей между генетическими полиморфизмами и особенностями роста предоставляет полезную информацию для генетического совершенствования в овцеводстве. SNP в экзонах генов важны, поскольку они могут вызывать потенциально функциональные вариации, которые приводят к фенотипическим изменениям у сельскохозяйственных животных.

Цель исследования - изучение полиморфизма и определение частот встречаемости аллельных вариантов инсулиноподобного фактора роста (IGF-1) у овец южной мясной породы.

Материалы, методы и объекты исследования. Исследования проводились на образцах ткани (ушной выщип) генофондных овец южной мясной породы в количестве 135 голов, которые состояли из трех групп - генофондные бараны (п = 80), генофондные баранчики (п = 21) и генофондные ярочки (п = 34).

Мы использовали образцы ткани, ранее отобранные в Племенном заводе «Ладожский» - филиале ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста и депонированные в биоколлекции «Банк генетического материала домашних и диких видов животных и птицы» (зарегистрирован Минобрнауки РФ № 498808), созданной и поддерживаемой в ФГБНУ ФИЦ животноводства -ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста.

При выполнении исследований мы использовали оборудование ЦКП «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им Л.К. Эрнста.

Из выбранных образцов выделение ДНК производилось с помощью коммерческого набора «ДНК-Экстран-2» (ООО «Синтол», Россия) по стандартному протоколу производителя. Полимеразная цепная реакция проводилась в конечном объеме 15 мкл: 1,5 мкл реакционного буфера с MgC12, 1,5 мкл dNTPs, 0,4 мкл смеси праймеров, 0,08 мкл SmartTaq ДНК полимеразы («Диалат Лтд.», Россия), 1 мкл ДНК. Амплификацию проводили в следующем температурно-временном режиме: 5 мин. при 95 °С (1цикл); 10 с. при 95 °С, 15 с. при 60 °С и 1 мин. при 72 °С (35 циклов); заключительный этап - 10 мин. при 72°С (1 цикл) (термоциклер Applied Biosystems SimpliAmp («Thermo-Fisher Scientific, Inc.», США). Рестрикция проводилась в конечном объеме 20 мкл: 7,5 мкл НгО, 2 мкл Buffer Y, 0,5 мкл

эндонуклеазы рестрикции А1и1 (ООО «БПэЕпгуте»), 10 мкл амплифицированного ПЦР-продукта. Реакцию проводили в термостате при 37 °С.

Анализ полиморфизма гена инсулиноподобного фактора роста (\GF-1) у овец южной мясной породы проводили с помощью метода ПЦР-ПДРФ с последующим разделением рестрицированных фрагментов в 2% агарозном геле, окрашенном бромидом димидиума, для идентификации генотипа. Генетико-статистический анализ результатов для оценки соответствия полученного распределения генотипов равновесию Харди-Вайнберга проведен в программе ОепАШх 6.503 [14, 15].

Результаты исследования. В рамках исследования полиморфизма ДНК-маркеров овец мы выполнили тестирование 135 овец южной мясной породы для выявления аллельных вариантов в гене 1СР-1. При проведении молекулярного анализа овец южной мясной породы мы идентифицировали все аллельные варианты ЮР-1СС, ЮР-1СТ, ЮР-1ТТ, которые приведены на рисунке.

тт тт тт тт ст ст сс ст ст сс ст тт сс

•»-700

-50

Рисунок. ПДРФ-спектры ПЦР- продукта гена IGF-1 с использованием рестрикционного фермента Alul у овец южной мясной породы: IGF-1CC (195 п.о и 70 п. о.), IGF-1CT (195,

70 и 265 п. о.), IGF-1TT (265 п. о.) Figure. PDRF spectra of the PCR product of the IGF-1 gene using the restriction enzyme Alul in sheep of the southern meat breed: IGF-1CC (195 bp. and 70 bp.), IGF-1CT (195, 70 and 265 bp.), IGF-1TT (265 bp.)

В данной работе мы изучали полиморфизм в гене IGF-1, обусловленный заменой С на Т. После реакции рестрикции с использованием рестрикционного фермента Alul были идентифицированы 3 генотипа: СС (195 и 70 п. о.), СТ (195 п. о., 70 п. о. и 265 п. о.), и ТТ (265 п. о.). Результаты анализа частот встречаемости аллелей и генотипов гена IGF-1 в популяции овец южной мясной породы приведены в таблице 1. Распределение генотипов находится в соответствии с равновесием Харди-Вайнберга.

Таблица 1. Частота встречаемости аллелей и генотипов гена IGF-1 у исследованной выборке овец южной мясной породы Table 1. Frequency of alleles and genotypes of the IGF-1 gene in the studied sample of sheep

of the southern meat breed

Генотип Число носителей (п=135) Частота встречаемости генотипа,%

Фактическая* Расчетная

IGF-1CC 9 6,67 8,35

IGF-1CT 60 44,44 41,09

IGF-1TT 66 48,89 50,56

Примечание: * %2 = 0,902, с^ = 1, р > 0,342 - различия между фактическими и расчетными частотами генотипов статистически не значимы.

Исследования выбранных групп овец южной мясной породы по данным полиморфизма гена ЮР-1 показали наличие всех трех генотипов ЮГ-1СС, ЮГ-1СТ и ЮР-177 В результате анализа выявлено, что ген ЮР-1 является полиморфным. Наибольшей частотой встречаемости характеризовался аллель Т (0,71%), который в гомозиготном состоянии выявлен у 66 (48,9%) особей, а в гетерозиготном - у 60 (44,45%) овец. Частота встречаемости аллеля С в общей выборке овец составила 0,29%, а генотипа СС - у 9 (6,7%) овец.

В таблице 2 приведены данные анализа частоты по группам животных. Частота встречаемости аллеля Т составила 0,70% у баранов, 0,69% у баранчиков и 0,73% у ярочек. Распределение генотипов в группе баранов находится в соответствии с равновесием Харди-Вайнберга. В связи с тем, что группы баранчиков и ярочек представлены малыми выборками, различия между фактическими и расчетными частотами генотипов для этих групп следует оценить с привлечением больших выборок.

Таблица 2. Частота встречаемости аллелей по группам животных Table 2. Frequency of alleles and genotypes in the sheep groups

Группа овец Генотип Число носителей Частота встречаемости генотипа,%

Фактическая* Расчетная

Бараны (п = 80) СС 4 5 8,63

СТ 39 48,75 41,49

ТТ 37 46,25 49,88

Баранчики (п = 21) СС 1 4,77 9,58

СТ 11 52,38 42,74

ТТ 9 42,85 47,68

Ярочки (п = 34) СС 4 11,77 7,01

СТ 10 29,41 38,92

ТТ 20 58,82 54,07

Примечание: *различия между фактическими и расчетными частотами генотипов статистически незначимы (у2 = 2,448, с^ = 1, р > ОД 18 - для баранов; у2 = 1,068, с^ = 1, р > 0,302 - для баранчиков; у2 = 2,032, (#= 1,р> 0,154-для ярочек).

Из таблицы 2 следует, что наибольшая частота встречаемости генотипа ТТ наблюдалась у группы генофондных ярочек (58,82%), а генотип СС встречался наиболее редко (с частотой 5%) в исследуемой группе генофондных баранов.

Выводы. В данной статье представлены результаты анализа полиморфизма гена инсулиноподобного фактора роста ЮР-1 у овец южной мясной породы. При оценке аллельных вариантов в гене ЮР-1 в популяции овец южной мясной породы выявлено три генотипа: СС, СТ и ТТ, при этом генотип ТТ преобладал в изучаемой популяции овец - 49%. Частота встречаемости аллеля Т была значительно выше, чем аллеля С: 0,715 и 0,285 соответственно.

Предварительные результаты изучения ассоциации гена-кандидата с продуктивными показателями овец в изучаемой популяции показывают, что применение генетического тестирования гена-маркера ЮР-1 позволяет использовать его для селекции овец с более высоким уровнем продуктивности. Таким образом, дальнейшие исследования в этой области

имеют прикладное значение, так как имеют перспективу для внедрения в селекционный процесс.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Abousoliman, I. et al. (2020) 'Analysis of Candidate Genes for Growth and Milk Performance Traits in the Egyptian Barki Sheep', Animals, vol. 10, no. 2, p. 197. DOI: 10.3390/ani 10020197.

2. Kumar, S. et al. (2023) 'Influence of single nucleotide polymorphism in the IGF-1 gene on performance and conformation traits in Munjal sheep', Zygote, vol. 31, no. 1, pp. 70-77. DOI: 10.1017/s0967199422000545.

3. Luo, WW. et al. (2021) 'Identifying Candidate Genes Involved in the Regulation of Early Growth Using Full-Length Transcriptome and RNA-Seq Analyses of Frontal and Parietal Bones and Vertebral Bones in Bighead Carp (Hypophthalmichthys nobilis)', Frontiers in genetics, no. 11, 603454. DOI: 10.3389/fgene.2020.603454.

4. Xu, S.S., Li, M.H. (2017) 'Recent advances in understanding genetic variants associated with economically important traits in sheep (Ovis aries) revealed by high-throughput screening technologies', Frontiers of Agricultural Science and Engineering, no. 4, pp. 25-34. DOI: 10.153 02/J-F ASE-2017151.

5. Valencia, C.P.L., Franco, L., Herrera, D.H. (2022) 'Association of single nucleotide polymorphisms in the CAPN, CAST, LEP, GH, and IGF-1 genes with growth parameters and ultrasound characteristics of the Longissimus dorsi muscle in Colombian hair sheep', Tropical Animal Health And Production, no. 54, p. 82. DOI: 10.1007/sl 1250-022-03086-x.

6. Shen, W. et al. (2003) 'Protein anabolic effects of insulin and IGF-I in the ovine fetus', American Journal of Physiology, Endocrinology and Metabolism, no. 284, pp. E748-E756. DOI: 10.1152/ajpendo.00399.2002.

7. Putra, D.E. (2017) 'Polymorphism of Insulin-like Growth Factor 1 Gene (IGFl/TasI, IGFl/SnaBI, IGFl/Rsal) and the Association with Daily Gain of Pesisir Cattle Local Breed from West Sumatera, Indonesia', Pakistan Journal of Biological Sciences, no. 20, pp. 210216. DOI: 10.3923/pjbs.2017.210.216.

8. El-Magd, M.A. et al. (2013) 'Novel polymorphisms of the IGF1R gene and their association with average daily gain in Egyptian buffalo (Bubalus bubalis)', Domestic Animal Endocrinology, no. 45, pp. 105-110. DOI: 10.1016/j.domaniend.2013.06.004.

9. Wang, B. et al. (2019) 'Association of Twelve Candidate Gene Polymorphisms with the Intramuscular Fat Content and Average Backfat Thickness of Chinese Suhuai Pigs\ Animals, no. 9, p. 858. DOI: 10.3390/ani9110858.

10. Lestari, D.A. et al. (2020), "Effect of insulin-like growth factor 1 gene on growth traits of Kejobong goat and its growth analysis", Veterinary World, no. 13, pp. 127-133. DOI: 10.14202/vetworld.2020.127-133.

11. Meira, A.N. et al. (2019) 'Single nucleotide polymorphisms in the growth hormone and IGF type-1 (IGF1) genes associated with carcass traits in Santa Ines sheep', Animal, no. 13, pp. 460-468. DOI: 10.1017/S1751731118001362.

12. Grochowska, E. et al. (2017) 'Effect of the IGF-I gene polymorphism on growth, body size, carcass and meat quality traits in Coloured Polish Merino sheep', Archives Animal Breeding, no. 60, pp. 161-173. DOI: 10.1017/S1751731118001362.

13. Negahdary, M., Hajihosseinlo, A., Ajdary, M. PCR-SSCP Variation of IGF1 and PIT1 Genes and Their Association with Estimated Breeding Values of Growth Traits in Makooei Sheep // Genetics Research International. - 2013. - № 2013. - P. 272346. DOI: 10.1155/2013/272346.

14. Peakall, R., Smouse, P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update // Bioinformatics. - 2012. - Vol.28. - № 19. -Pp. 2537-2539. D01.org/10.1093/bioinformatics/bts460.

15. Peakall, R.,Smouse, P.E. GENALEX 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research // Molecular Ecology Notes. 2006. Vol. 6. - № 1. - Pp. 288-295. DOI: 10.1111/j. 1471-8286.2005.01155.x.

REFERENCES