Подбор полиморфных ДНК-маркеров на основе ретротранспозонов для контроля генетических структур карачаевской лошади

Сокращение биоразнообразия, стремительное исчезновение автохтонных пород животных сельскохозяйственных видов представляет реальную угрозу развития сельского хозяйства в глобальном масштабе. Особое значение это приобретает в связи с изменениями климата, увеличением антропогенного давления, накопления генотоксичных отходов жизнедеятельности человека. Необходимость исследований генетических ресурсов автохтонных пород, как правило, воспроизводящихся в зонах рискованного животноводства, обусловлена не только задачами их сохранения, но и изучения механизма молекулярно-генетических основ адаптации к неблагоприятным факторам окружающей среды (в частности, у млекопитающих).

Цель работы — подбор ДНК-маркеров, характеризующихся высоким полиморфизмом и достаточно легкодоступным для полилокусного генотипирования у карачаевской породы лошадей, отличающейся высокой адаптацией к горной гипоксии.

В качестве ДНК-маркеров оценивался полиморфизм фрагментов геномной ДНК лошадей, фланкированных инвертированными участками длинных концевых повторов четырех эндогенных ретровирусов: SIRE-1, PawS5, BERV k-1 и BERV β-3. В результате исследований получены данные, что наиболее полиморфными участками геномной ДНК карачаевской лошади являются короткие фрагменты, фланкированные инвертированными повторами SIRE-1 и BERV β-3, что может быть использовано для выявления внутрипородного разнообразия генетической структуры карачаевской лошади.

1. Hendrickson S.L. A genome wide study of genetic adaptation to high altitude in feral Andean Horses of the páramo. BMC Evol Biol. 2013; 17: 13: 273. https://doi.org/10.1186/1471-2148-13-273

2. Lee F.S. Hypoxia Inducible Factor pathway proteins in high-altitude mammals. Trends Biochem Sci. 2024; 49(1): 79–92. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2023.11.002

3. Garafutdinov R.R. et al. DNA polymorphism of the horse Equus caballus and methods for its detection. Biomika. 2020; 12(2): 272–299 (in Russian).

4. Dimsoski P. Development of a 17-plex microsatellite polymerase chain reaction kit for genotyping horses Croat. Med. J. 2003; 44(3): 332–335.

5. Horton C.A. et al. Short tandem repeats bind transcription factors to tune eukaryotic gene expression. Science. 2023; 381(6664): eadd1250. https://doi.org/10.1126/science.add1250

6. Попов Д.В., Косовский Г.Ю., Глазко В.И., Глазко Т.Т. Контроль гетерозиготности с применением ДНК-маркеров у сельскохозяйственных видов животных. Кролиководство и звероводство. 2022; 3: 44–51. https://doi.org/10.52178/00234885_2022_3_44

7. Zietkiewicz E., Rafalski A., Labuda D. Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics. 1994; 20(2): 176–183. https://doi.org/10.1006/geno.1994.1151

8. Laten H.M., Morris R.O. SIRE-1, a long interspersed repetitive DNA element from soybean with weak sequence similarity to retrotransposons: initial characterization and partial sequence. Gene. 1993; 8: 134(2): 153–159. https://doi.org/10.1016/0378-1119(93)90089-l

9. Laten H.M., Havecker E.R., Farmer L.M., Voytas D.F. ‘SIRE1, an Endogenous Retrovirus Family from Glycine max, Is Highly Homogeneous and Evolutionarily Young Mol. Biol. Evol. 2003; 20(8): 1222–1230. https://doi.org/10.1093/molbev/msg142

10. Lee J.H., Graybosch R.A., Kaeppler S.M., Sears R.G. A PCR assay for detection of a 2RL.2BS wheat-rye chromosome translocation. Genome. 1996; 39(3): 605–608. https://doi.org/10.1139/g96-076

11. Galli J., Almiñana C., Wiesendanger M., Schuler G., Kowalewski M.P., Klisch K. Bovine placental extracellular vesicles carry the fusogenic syncytin BERV-K1. Theriogenology. 2024; 15: 223: 59–69. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2024.04.012

12. Baba K. et al. Identification of novel endogenous beta retroviruses which are transcribed in the bovine placenta. J Virol. 2011; 85(3): 1237–1245. https://doi.org/10.1128/JVI.01234-10

13. Xiao R., Kim J., Choi H., Park K., Lee H., Park C. Characterization of the bovine endogenous retrovirus beta-3 genome. Mol Cells. 2008; 29: 25(1): 142–147.

14. Sakurai T., Kusama K., Imakawa K. Progressive Exaptation of Endogenous Retroviruses in Placental Evolution in Cattle. Biomolecules. 2023; 13(12): 1680. https://doi.org/10.3390/biom13121680

15. Kozomara A., Griffiths-Jones S. miRBase: annotating high confidence microRNAs using deep sequencing data. Nucleic Acids Res. 2014; 42(Database issue):D68-73. https://doi.org/10.1093/nar/gkt1181

16. Bertolini E., Verelst W., Horner D.S., Gianfranceschi L., Piccolo V., Inzé D., Pè M.E., Mica E. Addressing the role of microRNAs in reprogramming leaf growth during drought stress in Brachypodium distachyon. Mol Plant. 2013; 6(2): 423–443. https://doi.org/10.1093/mp/sss160

17. Zhang R., Marshall D., Bryan G.J., Hornyik C. Identification and characterization of miRNA transcriptome in potato by high-throughput sequencing. PLoS One. 2013; 8(2): e57233. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0057233

18. Glazov E.A., Kongsuwan K., Assavalapsakul W., Horwood P.F., Mitter N., Mahony T.J. Repertoire of bovine miRNA and miRNA-like small regulatory RNAs expressed upon viral infection. PLoS One. 2009; 27: 4(7): e6349. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0006349

19. Fromm B., Worren M.M., Hahn C., Hovig E., Bachmann L. Substantial loss of conserved and gain of novel MicroRNA families in flatworms. Mol Biol Evol. 2013; 30(12): 2619–2628. https://doi.org/10.1093/molbev/mst155

20. Morin R.D. et al. Application of massively parallel sequencing to microRNA profiling and discovery in human embryonic stem cells. Genome Res. 2008; 18(4): 610–621. https://doi.org/10.1101/gr.7179508

21. Watahiki A. et al. MicroRNAs associated with metastatic prostate cancer. PLoS One. 2011; 6(9): e24950. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024950

22. Hossain M.J., Nyame P., Monde K. Species-Specific Transcription Factors Associated with Long Terminal Repeat Promoters of Endogenous Retroviruses: A Comprehensive Review. Biomolecules. 20244; 14(3): 280. https://doi.org/10.3390/biom14030280

23. Garcia-Etxebarria K., Jugo B.M. Evolutionary history of bovine endogenous retroviruses in the Bovidae family. BMC Evol Biol. 2013; 13: 256. https://doi.org/10.1186/1471-2148-13-256