Российские ученые впервые провели глубокий анализ генома отечественных пород овец.
С 2019 года в России реализуется комплексный план научных исследований по улучшению генетического потенциала крупного и мелкого рогатого скота, объединивший более 20 отечественных НИИ и вузов, а также крупные агропромышленные предприятия. Главная его цель - вырвать российское животноводство из зависимости от импортного генетического материала, поднять продуктивность отечественных пород и, как следствие, укрепить продовольственную безопасность страны. Ведь ситуация тревожная: в молочном и мясном скотоводстве, свиноводстве и птицеводстве сегодня от половины до 80% поголовья составляют представители пород иностранной селекции. А вот овцы и козы - наша гордость: здесь благодаря российским ученым и специфике отрасли соответствующая цифра значительно меньше - всего 5-10% (по разным оценкам).
Овцеводство - экстенсивная отрасль, основанная на использовании естественных кормовых угодий - пастбищ. Зачастую это территории, непригодные для других видов скота: засушливые степи, предгорные и горные участки (что особенно характерно, например, для Северного Кавказа), полупустынные и пустынные равнины - одним словом, регионы с экстремальными условиями содержания животных. Поэтому отечественные породы овец и коз создавались с учетом этих реалий, а также требований промышленности к высокому качеству шерсти.
Всероссийский научно-исследовательский институт овцеводства и козоводства (ВНИИОК), ныне входящий в состав Северо-Кавказского федерального научного центра, - одна из ведущих научных организаций в этой области. «Поиск» не раз рассказывал об исследованиях, проводимых в его стенах («Углубляясь в аллели», №40, 2019, «Вернемся к нашим баранам», №20, 2024). Последнее десятилетие в исследованиях активно участвуют ученые Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ), в частности, научно-исследовательской лаборатории молекулярно-генетической экспертизы и базовой кафедры генетики и селекции, открытой совместно с ВНИИОК.
Работы научного тандема в области генетики овцеводства последних лет поддержаны двумя грантами РНФ (№22-26-20009 и №25-16-20051) и особо значимы для региона, где баранина - основной компонент ежедневного меню.
Эти исследования, не имеющие аналогов в России, позволят не только понять генетические особенности местных пород, но и создать принципиально новые методы селекции, способные вывести и северо-кавказское, и российское овцеводство на качественно новый уровень.
О целях и некоторых результатах работы «Поиску» рассказал руководитель проектов доктор биологических наук, заведующий базовой кафедрой СКФУ, главный научный сотрудник ВНИИОК Александр КРИВОРУЧКО.
– Александр Юрьевич, в предыдущих публикациях «Поиска» мы писали, что породы, выведенные учеными, «шерстяные». Почему заинтересовались генетическими исследованиями овец отечественных пород? Предполагаете получить и «чемпионов по мясу»?
– Разговоры об отсутствии отечественных мясных пород овец носят, скорее, терминологический и популистский характер. Мясо можно получить от любой овцы, что демонстрируют прилавки наших рынков и магазинов. Когда вы покупаете баранину на плов или шурпу, вряд ли задумываетесь о породе животного. Справедливости ради надо также сказать, что в специальном реестре, принятом в России, все отечественные породы прописаны как тонкорунные, полутонкорунные, мясошерстные, то есть конкретного акцента на мясную продуктивность не делается. Сегодня же речь идет о получении не просто баранины, а мяса с конкретными характеристиками: определенной мраморности, жирности, постности… Нужна, конечно, и более высокая продуктивность.
Фото предоставлено Александром Криворучко
Скажем, известная компания «Дамате» активно развивает мясное овцеводство. В Ставропольском крае она возводит крупные откормочные комплексы, для которых завозит и импортный генетический материал. Мы плотно с ней сотрудничаем и понимаем требования к промышленному выращиванию: оно базируется на высоких стандартах - требованиях к весу и размеру особей, выходу мяса. Компании нужны технологичные животные (то есть выращиваемые не на пастбищах, а в животноводческих комплексах).
– На этапе выполнения первого проекта РНФ были выбраны пять конкретных пород мериносов, среди которых манычская, джалгинская, российская, выведенные селекционерами ВНИИОК. Почему именно эти породы?
– Прежде всего из-за распространенности и хороших мясных качеств. Не мы, генетики, а селекционеры высказали убеждение, что работы по повышению продуктивности нужно начинать именно с этих пород. Ученые ВНИИОК причастны к выведению каждой, что зафиксировано в свидетельствах пород.
Селекция не изучение, а выведение новых пород с определенными качествами, длинная цепочка закрепления нужных признаков от поколения к поколению, пока свойство (признак) не станет устойчивым. Этап подробного изучения наступает потом, с появлением сакраментального вопроса: за счет чего порода получила те или иные свойства?
Генетика российских овец до наших исследований на серьезном системном уровне вообще не изучалась. И, конечно, поддержка РНФ сыграла колоссальную роль в развитии тематики. Наши результаты показали, что у отечественных пород зачастую отсутствует разнообразие именно в тех генах, которые зарубежные коллеги связывают с формированием мясных качеств у местных животных. Вместе с тем в других участках генома у российских овец наблюдается значительная вариабельность. Возьмем, к примеру, обычную отару: разница в массе отдельных особей порой доходит до 20%. Почему так происходит? Поиск генетических маркеров, способных объяснить столь заметные различия, и стал основной задачей нашего исследования.
Золотым стандартом генетического изучения породы или вида животных сегодня считается полное прочтение генома. За последние десятилетия стоимость исследований существенно снизилась, поскольку разработаны новые методы, мощные биоинформационные инструменты. Они позволяют работать с огромными массивами данных. Возросли вычислительные возможности современных компьютеров. Одним словом, сегодня расшифровка генома - стандартная схема изучения породы, но лишь получение генома определенного количества ее представителей позволяет говорить об особенностях, которые отличают данную породу от других.
– Одним из итогов исследования по первому гранту стало создание платформы генотипирования секвенированием с последующей генетической паспортизацией отечественных пород. В качестве базовой вы взяли американскую технологию нового поколения NGS, уже достаточно хорошо освоенную в других отраслях. В чем новизна вашей работы?
– Технология NGS, официальное представление которой состоялось в 2005 году, - одна из самых передовых и действительно широко используется коллегами в разных областях. Но не в овцеводстве и козоводстве. Мы благодаря гранту стали первыми, кто создал на ее базе платформу. Получив собственную платформу, можем теперь конвертировать результаты в сотрудничество с коллегами из дружественных стран.
Чем привлекает технология NGS? Она позволяет одновременно анализировать сотни и тысячи маркеров, что упрощает выявление нужных, ускоряет интерпретацию полученных данных. В одном запуске (прогоне) можно совмещать разные панели для разных видов и типов маркеров. В ходе выполнения исследований по первому гранту мы впервые создали отечественную панель локусов для генотипирования российских пород овец. Она позволяет за один запуск секвенатора выявлять более 2000 маркеров в 280 образцах ДНК. Чтобы ее создать, пришлось изучить полиморфизм 600 тысяч локусов генома российской популяции племенных овец, адаптированных для разведения в условиях засушливых степей, то есть изучить разнообразие вариантов генов (аллелей) в популяции.
– Александр Юрьевич, разъясните, пожалуйста, суть предыдущего абзаца более понятным языком.
– Сначала о том, что такое вообще панель локусов. Это условное название. Локус - местоположение определенного гена на генетической или цитогенетической карте хромосомы. Полное прочтение генома 20-30 особей породы позволяет отказаться от дальнейшего анализа целого генома, так как удается выявить ключевые маркеры, важные именно для этой популяции. Одни из них определяют характерные фенотипические признаки породы, другие служат генетическими индикаторами ее породной принадлежности. Сегодня существуют методы, которые позволяют читать не весь геном целиком, а только отдельные его участки. Стандартный прибор для «чтения» - секвенатор. Для полного прочтения одного образца он загружается полностью. Если же мы ищем только определенные точки - локусы, можем загрузить, условно говоря, тысячу образцов. Это позволяет генотипировать животных массово и в короткие сроки.
Откуда взялась цифра 600 тысяч, о которых шла речь выше? Это величина, которой придерживаются ученые, занимающиеся подобными исследованиями других видов сельскохозяйственных животных. Скажем, геном овцы по размеру похож на геном крупного рогатого скота. Из 600 тысяч локусов, наиболее часто встречающихся в геноме овцы, мы можем выбирать те, которые имеют для нас наибольшую значимость. Например, локусы для определения достоверности происхождения животных. Проще говоря, если определенная структура локуса есть у родителей, то она должна встречаться и у потомков. Если же она не совпадает, стоит задуматься, те ли родители.
– Второй грант - углубление проблематики первого? Теперь ваши усилия направлены на детальное изучение отдельных найденных генов?
– В нынешнем проекте мы опираемся на результаты исследований, полученные в 2018-2019 годах. Это 600 тысяч точек генома овец пяти российских пород. Для практической работы хозяйств будем создавать генетические паспорта пород. Фундаментальная же составляющая - поиск и изучение генов, которые обеспечивают мясную продуктивность российских пород.
На предыдущих этапах мы определили так называемые гены-кандидаты и конкретные точки генома, в которых они находятся. Возможно, их деятельность как раз и связана с изменениями мясной продуктивности овец. Следующая задача, на которую мы смогли выйти, используя методы полного прочтения генома, - изучение структуры этих генов. При этом акцент делается на отдельных точечных полиморфизмах которые способны влиять на интенсивность считывания гена, изменять структуру кодируемого белка и, как следствие, оказывать влияние на проявление мясных качеств. Подчеркну, структура генов, которые обнаружены нами в ходе предыдущей работы, никем до сих пор не изучалась.
В итоге мы планируем выйти на набор небольшого количества маркеров, которые позволят составлять генетический паспорт мясной продуктивности каждого отдельного животного. Иными словами, можно будет понять, является ли оно перспективным для разведения и выращивания на мясо или его нужно вывести из дальнейшей работы. Это прежде всего касается баранов и маток племенного ядра. И это реальная возможность в течение одного-двух поколений существенно повысить мясную продуктивность овец обозначенных пород.
Выявление связи отдельных точек в геноме с микроструктурными особенностями мяса - новый уровень исследований, поскольку до этого все преимущественно сводилось к определению живой массы и размеров животных. Между тем именно микроструктура мяса определяет его потребительские свойства: мраморность, сочность, жирность, содержание элементов, необходимых для диетического питания. Эти компоненты исследуются с помощью гистологических или микроскопических методов, которые на нынешнем этапе благодаря второму гранту Фонда мы начали широко применять. Никто до сего дня не занимался, скажем, зависимостью мраморности мяса у отечественных пород овец от структурных особенностей генов. Результаты этих исследований позволят в дальнейшем влиять на характеристики баранины. Впрочем, это уже задача селекционеров, которые будут опираться на наши данные.
– В 2023 году в Кисловодске прошла международная конференция «Развитие генетики мясного овцеводства», на которой, кстати, выступали и вы. Обратил внимание на то, что список научных организаций, представленных на конференции был не так уж велик.
– Буду откровенным, сегодня этим направлением в российской науке серьезно занимается лишь ВНИИОК совместно с СКФУ и Всероссийским институтом животноводства. Сотрудничество с последним институтом носит теснейший характер. Это и совместные исследования, и общие гранты. Между тем направленность наших исследований находится как бы в разных плоскостях, что, кстати, хорошо, ибо расширяет тематику. Коллеги из ВИЖ больше уделяют внимание популяционной составляющей, то есть особенностям геномов в контексте породы, мы же изучаем геномы с точки зрения поиска продуктивных признаков. Вдобавок к мясной продуктивности ведем исследования шерстистости и плодовитости.
– Методы генетики широко применяются в изучении крупного рогатого скота. Почему бы их не перенести и на изучение овец?
– Это невозможно. Общемировой опыт показывает: методы генетики, применяющиеся в изучении крупного рогатого скота (КРС), в овцеводстве не работают. В первом случае набираются базы, содержащие десятки тысяч образцов генотипов, которые обрабатываются совершенно иными математическими методами. В овцеводстве популяции отдельных пород небольшие. Даже если стадо насчитывает 10-15 тысяч голов, это очень мало для использования методов геномной селекции КРС. Мы работаем методом маркер-ориентированной селекции.
Таким образом, наши исследования позволили впервые увидеть скрытые генетические механизмы формирования мясной продуктивности у отечественных пород овец. На практике это означает, что уже в ближайшие годы фермеры и племенные хозяйства смогут опираться не только на внешний вид животных, но и на четкие генетические маркеры. А это более быстрый прогресс в селекции и новая ступень в развитии отечественного овцеводства.
Беседовал Станислав ФИОЛЕТОВ
Обложка: фото предоставлено Александром Криворучко
