Генетичне різноманіття сучасних ліній гібридних свиней на основі варіацій послідовності мітохондріальної ДНК

Є. О. Будаква¹, К. Ф. Почерняєв¹, С. М. Корінний², М. Г. Повод³

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

¹Інститут свинарства і АПВ НААН,
вул. Шведська Могила 1, м. Полтава, 36013, Україна

²Полтавський державний аграрний університет,
вул. Сковороди, 1/3, м. Полтава, 36003, Україна

³Сумський національний аграрний університет,
вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, 40021, Україна

Оцінено генетичну специфічність гаплотипів популяції гібридних свинок (велика біла × ландрас), (ландрас × велика біла) від ТОВ НВП «Глобинський свинокомплекс» та племінних свиноматок великої білої породи від ДП «ДГ імені 9 Січня» з використанням поліморфізму довжин рестрикних фрагментів мтДНК. Метою дослідження було визначити, чи призводить процес створення спеціалізованих материнських ліній в сучасних транскордонних прородах до зменшення гаплотипового різноманіття. Як генетичний матеріал використовували щетину від свиноматок породи велика біла (n=7) та епітеліальну тканину свинок (велика біла × ландрас), (ландрас × велика біла) — (n=37). Виділення ДНК зі зразків щетини проводили з використанням іонообмінної смоли «Челекс-100». Для дослідження D-петлі мітохондріального геному гібридних свиней (n=37) з епітеліальної тканини вушної раковини використовували набір ДНК-сорб-В для екстракції нуклеїнових кислот від ТОВ «ІнтерЛабСервіс-Україна». Зразки епітеліальної тканини вух свиней обробляли вогнем від «сухого спирту». Для аналізу мітохондріального геному використовували метод поліморфізму довжин рестриктних фрагментів, ампліфікованих за допомогою ПЛР. Генотипування зразків ДНК дослідних свиней за мітохондріальними ДНК-маркерами було здійснено із залученням полісайтового способу згідно з методичними рекомендаціями К. Ф. Почерняєва, М. Д. Березовського (2014). Використання маркерів материнського типу успадкування (мтДНК) дозволило визначити дві материнські лінії з певними гаплотипами, котрі брали участь у створенні гібридних свиней та формуванні їхньої гаплогрупи. Генетична різноманітність мтДНК підвидів диких і одомашнених свиней обмежена наявними лініями. Тому один гаплотип мітохондріального геному вказує не на конкретну породу, оскільки кілька порід мають однаковий гаплотип мтДНК — A, G, С, N і О. Визначено концентрацію гаплотипів у племіних свиноматок великої білої породи — гаплотип А з частотою (16%). У гібридних свинок (велика біла × ландрас), (ландрас × велика біла) концентрація виявлених гаплотипів становить: С (n=9) — ландрас, гемпшир, вельс, дика свиня (20,5%); G — (n=5) вельс, дика свиня (11,4%); О (n=5) — ландрас, дика свиня (11,4%); N (n=11) — велика біла, беркширська, азійська дика свиня (25%). Визначені гаплотипи D 9%, K 6,8% (n=7) не були знайдені серед порід свині свійської. Ми припускаємо, що свині великої білої породи з гаплотипом А та гібридні свині (велика біла × ландрас), (ландрас × велика біла) з гаплотипом G, O, N, зокрема D, K містять аборигенні генетичні ресурси. Однак у середині ХХ ст. підвиди диких і одомашнених порід свиней стали малопопуляційними через зменшення площі вирощування і посилення тиску з боку іноземних порід з високою швидкістю росту та селекційними ознаками. Це свідчить про те, що дослідження варто зосередити на класифікації та ідентифікації філогенетичного походження свиней і створенні молекулярно-генетичного банку ДНК кнурів-виробників для природоохоронної діяльності. Процес одомашнення чинить сильний селективний тиск на види Sus scrofa через такі генетичні процеси, як інбридинг, генетичний дрейф, природний і штучний відбір за бажаними ознаками. За останні 9–10 тис. рр. втручання людини призвело до появи одомашнених видів, які морфологічно, поведінково та генетично відрізняються від своїх предків-співродичів. Ми вважаємо, що «гібридний» підвид диких свиней з деякими морфологічними особливостями одомашненої свині мав вищу частку повногеномних предків домашньої свині порівняно з морфологічно чистими підвидами диких свиней. Тварини з гаплотипами D, K є результатом гібридизації з європейськими свинями. З часом це призвело до майже повного зникнення первинних близькосхідних предків у ядерних геномах європейських одомашнених свиней. Представники гаплотипів А (велика біла, дюрок європейського типу, мангалицька); G (вельс, дика свиня — Італія); С (ландрас, вельс,гемпшир, дика свиня — Україна, Польща, Франція); О (ландрас, дика свиня — Швеція) згруповані до Європейського кластеру гаплогрупи «mt-Е». Свині з гаплотипом N — велика біла (азійський тип), беркшир, дика свиня — належать до Азійського кластеру гаплогрупи «mt-А». Філогенетична реконструкція даних мітохондріального геному від гібридних свиней відображає чіткий географічний поділ даних мтДНК — Східна Європа та Азія. Зокрема, підвиди європейських та азіатських диких свиней є пробатьківською основою за материнською лінією, яка передувала одомашненню і виведенню гібридних свиней методом гібридизації. Європейські та азіатські гаплотипи диких свиней продемонстрували, що дикі свині з таких регіонів, як Італія, Польща, Франція, Скандинавія та Україна, також були або одомашнені, або принаймні спочатку зараховані до одомашнених свиней. Результати вивчення мітохондріального геному S. s. domestica показали внутрішньопородне генетичне різномаїття гібридних свинок. Це пов’язане із селекційною стратегією міжнародних генетичних центрів, де, попри консолідацію генетичної структури всередині центру, забезпечують значне загальне генетичне різномаїття породи. Окрім вищесказаного, отримані результати свідчать про зв’язок частотного розподілення гаплотипів мтДНК з адаптацією до різних кліматичних умов. Загалом представлені результати є стимулом для продовження досліджень з вивчення мітохондріального геному сучасних ліній гібридних свиней. Носії гаплотипу C, O, G, і N є основою за материнською лінією розведення і поліпшення ліній гібридних свиней XXI ст. Необхідно враховувати той факт, що найчистіші материнські ядра (дика свиня, великий йоркшир, ландрас) є справді чистим фундаментом для використання в гібридизаційних схемах, кросинговері, в утворенні і розвитку сучасних гібридних ліній свиней. Незважаючи на це, різноманітність мітохондріального геному у популяції транскордонних порід зберігається.

Ключові слова: походження, мтДНК, гаплотип, гаплогрупа, клада, кластер, племінні свиноматки великої білої породи, гібридні свинки (велика біла × ландрас), (ландрас × велика біла), ПЛР-ПДРФ аналіз

1. Amer P, Allain D, Stalder K, Avendano S, Baselga M, Boettcher P, Dürr J, Garreau H, Gootwine E, Gutierrez G, Knap P, Manfredi E, Olori V, Preisinger R, Serradilla JM, Piles M, Santos B, Stalder K. Breeding strategies and programmes. Animal Science White Papers, Technical Reports and Fact Sheets. 2015; 6: 449–495. Available at: https://dr.lib.iastate.edu/entities/publication/1eb0369c-b4c9-4b4c-a9bb-12cc206f10bd
2. Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, de Bruijn MHL, Coulson AR, Drouin J, Eperon IC, Nierlich DP, Roe BA, Sanger F, Schreier PH, Smith AJH, Staden R, Young IG. Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature. 1981; 290: 457–465. DOI: 10.1038/290457a0.
3. Bosse M, Madsen O, Megens HJ, Frantz LAF, Paudel Y, Crooijmans RPMA, Groenen MAM. Hybrid origin of European commercial pigs examined by an in-depth haplotype analysis on chromosome 1. Genet. 2015; 5: 442. DOI: 10.3389/fgene.2014.00442.
4. Choi SK, Kim KS, Ranyu M, Babaev E, Voloshina I, Bayarlkhagva D, Chong JR, Ishiguro N, Yu L, Min MS, Lee H, Markov N. Asia-wide phylogeography of wild boar (Sus scrofa) based on mitochondrial DNA and Y-chromosome: Revising the migration routes of wild boar in Asia. PLoS One. 2020; 15 (8). DOI: 10.1371/journal.pone.0238049.
5. Frantz LAF, Bradley DG, Larson G, Orlando L. Animal domestication in the era of ancient genomics. Rev. Gen. 2020; 21: 449–460. DOI: 10.1038/s41576-020-0225-0.
6. Korinnyi SM, Pochernyaev KF, Balatsky VM. Animal hair as a convenient object of DNA excretion for analysis using PCR. Biotechnol. 2005; (7): 80–83. (in Ukrainian)
7. Large White Pig Breed Facts and Characteristics. Agriculture and livestock guide. 2021. Available at: https://putakputak.com/livestock/swine/large-white-pig-breed-facts-and-characteristics
8. Lomako DM, Pochernyaev KF, Bliznyuchenko AG. Marking of a family of sows by mitochondrial DNA haplotypes. Agr. Sci. Black Sea Region. 2006; 3 (36/2): 71–74. Available at: https://visnyk.mnau.edu.ua/statti/archive/n35v3r2006t2.pdf (in Ukrainian)
9. Nguyen HD, Bui TA, Nguyen PT, Kim OTP, Vo TTB. The complete mitochondrial genome sequence of the indigenous I pig (Sus scrofa) in Vietnam. Australas. J. Anim. Sci. 2017; 30 (7): 930–937. DOI: 10.5713/ajas.16.0608.
10. Pedigree Berkshire Pigs. Little Morton Farm. Available at: https://www.littlemortonfarm.cuk/the-farm/agrifence-electric-fencing
11. Pfeiffer T, Schuster S, Bonhoeffer S. Cooperation and competition in the evolution of ATP-producing pathways. Sci. 2001; 292 (5216): 504–507. DOI: 10.1126/science.1058079.
12. Pocherniayev KF. Genetic structure of Ukrainian Large White pigs, estimated using mitochondrial DNA-markers. Sci. Pract. 2016; 3 (1): 61–65. DOI: 10.15407/agrisp3.01.061.
13. Pochernyaev KF, Berezovsky MD. The use of mitochondrial DNA markers to control the authenticity of origin of genealogical structures of sows. Methodical recommendations. 2014: 24–27. (in Ukrainian)
14. Ramos-Onsins SE, Burgos-Paz W, Manunza A, Amills M. Mining the pig genome to investigate the domestication process. Heredity. 2014; 113: 471–484. DOI: 10.1038/hdy.2014.68.
15. Taylor G, Roese G, Hermesch S. Breeds of pigs — Large White. Primefact. 2005; 62. Available at: https://www.dpi.nsw.gov.au/__data/assets/pdf_file/0008/45566/Breeds_of_pigs_-_Large_White_-_Primefact_62-final.pdf
16. Tsai TS, Rajasekar S, St. John JC. The relationship between mitochondrial DNA haplotype and the reproductive capacity of domestic pigs (Sus scrofa domesticus). BMC Genet. 2016; 17: 67. DOI: 10.1186/s12863-016-0375-4.
17. Ursing BM, Arnason U. The complete mitochondrial DNA sequence of the pig (Sus scrofa). Mol. Evol. 1998; 47: 302–306. DOI: 10.1007/PL00006388.
18. Voloshchuk VM, Pochernyaev KF. On the issue of genetic examination of the origin of animals. Breeding, genetic and biotechnological methods of improving and preserving the gene pool of breeds of farm animals. IABG M. V. Zubets NAAS. 2018; 4: 676–686. (in Ukrainian)
19. Xiang H, Gao J, Cai D, Luo Y, Yu B, Liu L, Liu R, Zhou H, Chen X, Dun W, Wang X, Hofreiter M, Zhao X. Origin and dispersal of early domestic pigs in northern China. Rep. 2017; 7: 5602. DOI: 10.1038/s41598-017-06056-8.
20. Yeung KY, Dickinson A, Donoghue JF, Polekhina G, White SJ, Grammatopoulos DK, McKenzie M, Johns TG, St. John JC. The identification of mitochondrial DNA variants in glioblastoma multiforme. Acta Neuropathol. Commun. 2014; 2: 1. DOI: 10.1186/2051-5960-2-1.
21. Zeder MA. Domestication and early agriculture in the Mediterranean Basin: Origins, diffusion, and impact. PNAS. 2008; 105 (33): 11597–11604. DOI: 10.1073/pnas.0801317105.
22. Zhang M, Liu Y, Li Z, Lü P, Gardner JD, Ye M, Wang J, Yang M, Shao J, Wang W, Dai Q, Cao P, Yang R, Liu F, Feng X, Zhang L, Li E, Shi Y, Chen Z, Zhu S, Zhai W, Deng T, Duan Z, Bennett EA, Hu S, Fu Q. Ancient DNA reveals the maternal genetic history of East Asian domestic pigs. J. Genet. Genom. 2021; 49 (6): 537–546. DOI: 10.1016/j.jgg.2021.11.014.