Разработка системы анализа участка митохондриального генома (Cyt B) из образцов крупного рогатого скота разных временных периодов

Актуальность. Исследования популяционного генетического разнообразия проливают свет на генетический состав различных пород и могут дать ценную информацию об эволюции пород и видов. Среди многочисленных доступных молекулярных маркеров митохондриальная ДНК (мтДНК) широко используется для изучения генетического разнообразия и анализа филогенетических связей у различных пород и популяций сельскохозяйственных животных. Цитохром b (Cyt B) представляет собой ген мтДНК, который широко используется для определения филогенетических связей у домашних животных из-за вариабельности его последовательностей.

Цель работы — разработка тест-системы, позволяющая получить полную последовательность гена Cyt B для дальнейшей оценки генетического разнообразия и филогенетических связей различных пород и популяций крупного рогатого скота.

Методы. Для разработки тест-системы были использованы экстракты ДНК, полученные из археологических образцов крупного рогатого скота, датированных XIII–XIV вв. (n = 10). Для амплификации гена Cyt B (Цитохром b) мтДНК КРС были подобраны четыре пары праймеров, перекрывающих друг друга, общей длины 1189 п. н. между позициями 14480–15669 мтДНК.

Результаты. Анализ филогенетического дерева показал группировку археологических образцов с представителями гаплогрупп Т1, T2, T3 и T5. Медианная сеть позволила уверенно отнести археологические образцы к Bos Taurus, а не к Bos Indicus. В результате исследования выявлено, что мощности анализа по последовательности Cyt B не хватает, чтобы разделить гаплогруппы внутри тауринного скота, так как последовательность цитохрома Б более консервативна по сравнению с другими участками митохондриального генома. Для уверенной идентификации гаплогрупповой принадлежности следует использовать более полиморфные области митохондриального генома, например последовательность D-петли.

1. Зиновьева Н.А. и др. Генетические ресурсы животных: развитие исследований аллелофонда российских пород крупного рогатого скота — миниобзор. Сельскохозяйственная биология. 2019; 54(4): 631–641. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.4.631rus

2. Marsoner T., Vigl L.E., Manck F., Jaritz G., Tappeiner U., Tasser E. Indigenous livestock breeds as indicators for cultural ecosystem services: A spatial analysis within the Alpine Space. Ecological Indicators. 2018; 94(2): 55–63. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.06.046

3. Zinovieva N.A. et al. Genome-wide SNP analysis clearly distinguished the Belarusian Red cattle from other European cattle breeds. Animal Genetics. 2021; 52(5): 720–724. https://doi.org/10.1111/age.13102

4. Sharma R. et al. Microsatellite and mitochondrial DNA analyses unveil the genetic structure of native sheep breeds from three major agro-ecological regions of India. Scientific Reports. 2020; 10: 20422. https://doi.org/10.1038/s41598-020-77480-6

5. Hartatik T., Hariyono D.N.H., Adinata Yu. Short Communication: Genetic diversity and phylogenetic analysis of two Indonesian local cattle breeds based on cytochrome b gene sequences. Biodiversitas. 2019; 20(1): 17–22. https://doi.org/10.13057/biodiv/d200103

6. Xia X. et al. Abundant Genetic Diversity of Yunling Cattle Based on Mitochondrial Genome. Animals. 2019; 9(9): 641. https://doi.org/10.3390/ani9090641

7. Abdelmanova A.S. et al. Comparative Study of the Genetic Diversity of Local Steppe Cattle Breeds from Russia, Kazakhstan and Kyrgyzstan by Microsatellite Analysis of Museum and Modern Samples. Diversity. 2021; 13(8): 351. https://doi.org/10.3390/d13080351

8. Боронецкая О.И., Чикурова Е.А., Никифоров А.И. Возникновение, особенности породообразования и практика сохранения белого паркового скота. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2017; (6): 68–84. https://doi.org/10.26897/0021-342X-2017-6-68-84

9. Bro-Jørgensen M.H. et al. Ancient DNA analysis of Scandinavian medieval drinking horns and the horn of the last aurochs bull. Journal of Archaeological Science. 2018; 99: 47–54. https://doi.org/10.1016/j.jas.2018.09.001

10. Delsol N., Stucky B.J., Oswald J.A., Cobb C.R., Emery K.F. Guralnick R. Ancient DNA confirms diverse origins of early post-Columbian cattle in the Americas. Scientific Reports. 2023; 13: 12444. https://doi.org/10.1038/s41598-023-39518-3

11. Robin E.D., Wong R. Mitochondrial DNA molecules and virtual number of mitochondria per cell in mammalian cells. Journal of Cellular Physiology. 1988; 136(3): 507–513. https://doi.org/10.1002/jcp.1041360316

12. Zhang X., Yang L., Zhao X., Xiang H. The complete mitochondrial genome of an ancient cattle (Bos taurus) from Taosi site, China, and its phylogenetic assessment. Mitochondrial DNA Part B. 2022; 7(5): 804–806 https://doi.org/10.1080/23802359.2022.2073834

13. Luikart G., Gielly L., Excoffier L., Vigne J.-D., Bouvet J., Taberlet P. Multiple maternal origins and weak phylogeographic structure in domestic goats. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2001; 98(10): 5927–5932. https://doi.org/10.1073/pnas.091591198

14. Dong Z., Wang Y., Li C., Li L., Men X. Mitochondrial DNA as a Molecular Marker in Insect Ecology: Current Status and Future Prospects. Annals of the Entomological Society of America. 2021; 114(4): 470–476. https://doi.org/10.1093/aesa/saab020

15. Shi L. et al. Effect of locomotor preference on the evolution of mitochondrial genes in Bovidae. Scientific Reports. 2024; 14: 12944. https://doi.org/10.1038/s41598-024-63937-5

16. Prihandini P.W., Primasari A., Luthfi M., Efendy J., Pamungkas D. Genetic Diversity of Mitochondrial DNA Cytochrome b in Indonesian Native and Local Cattle Populations. Jurnal Ilmu Ternak dan Veteriner. 2020; 25(2): 39–47.

17. Tarekegn G.M. et al. Variations in mitochondrial cytochrome b region among Ethiopian indigenous cattle populations assert Bos taurus maternal origin and historical dynamics. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2018; 31(9): 1393–1400. https://doi.org/10.5713/ajas.17.0596

18. Rahmatullaili S., Fatmawati D., Nisa C., Winaya A., Chamisijatin L., Hindun I. Genetic Diversity of Bali Cattle: Cytochrome b Sequence Variation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019; 276: 012048. https://doi.org/10.1088/1755-1315/276/1/012048

19. Kocher T.D. et al. Dynamics of mitochondrial DNA evolution in mammals: amplification and sequencing with conserved primers. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1989; 86(16): 6196–6200 https://doi.org/10.1073/pnas.86.16.6196

20. Irwin D.M., Kocher T.D., Wilson A.C. Evolution of the cytochrome b gene of mammals. Journal of Molecular Evolution. 1991; 32(2): 128–144. https://doi.org/10.1007/BF02515385

21. Zhang Y. et al. Strong and stable geographic differentiation of swamp buffalo maternal and paternal lineages indicates domestication in the China/Indochina border region. Molecular Ecology. 2016; 25(7): 1530–1550. https://doi.org/10.1111/mec.13518

22. Mkize L.S., Zishiri O.T. Population genetic structure and maternal lineage of South African crossbred Nguni cattle using the cytochrome b gene in mtDNA. Tropical Animal Health and Production. 2020; 52(4): 2079–2089. https://doi.org/10.1007/s11250-020-02231-8

23. Çiftci Y., Eroğlu O., Firidin Ş. Mitochondrial Cytochrome b Sequence Variation in Three Sturgeon Species (A. stellatus Pallas, 1771, A. gueldenstaedtii Brandt, 1833, H. huso Linnaeus, 1758) from the Black Sea Coasts of Turkey. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 2013; 13(2): 291–303.