Том 60, № 7 (2024)

В настоящей статье проведены обзор и анализ основных методов популяционной генетики и селекции животных, а также математических методов машинного обучения, используемых в животноводстве. На примере двух доместицированных видов – домашняя лошадь (Equus caballus) и северный олень (Rangife rtarandus) проведено обучение моделей библиотеки CatBoost. Для обучения модели на основе данных по одомашненным и диким северным оленям, европейским и российским породам лошадей использованы результаты, полученные с помощью микросателлитных панелей, соответственно локусов 16 и 17. Для определения успешности модели были рассчитаны стандартные показатели: Accuracy, Precision, Recall и F1, построены матрицы ошибок. Показаны новые возможности идентификации породной принадлежности животных.

Репаративная сборка хроматина является важным шагом в поддержании стабильности генома. Правильную сборку хроматина обеспечивают шапероны гистонов, нарушение функции которых может привести к развитию различных форм рака и к ряду наследственных заболеваний у человека. Действие факторов ремоделирования завершает репарацию хроматина. Ремоделирующий комплекс хроматина дрожжей INO80 играет важную роль в архитектуре хроматина. Мы использовали индуцированный мутагенез и ПЦР в реальном времени для изучения роли INO80 в репарационной сборке хроматина. У двойных мутантов ies5Δ hsm3Δ (hif1Δ) дефекты структуры нуклеосом, вызванные мутациями hsm3Δ и hif1Δ, приводят к гиперчувствительности клеток к УФ-облучению и исчезновению hsm3- и hif1-специфического мутагенеза. Двойные мутанты, несущие мутацию nhp10Δ и мутацию hsm3Δ или hif1Δ, были неотличимы от одиночного мутанта по летальному эффекту УФ-облучения, однако высокий УФ-индуцированный мутагенез, характерный для всех мутаций, исчезал. Таким образом, мы обнаружили, что мутации в генах, контролирующих субъединицы комплекса INO80, могут проявлять сильные взаимодействия с мутациями в генах гистоновых шаперонов. Была подтверждена гипотеза о том, что белок Him1 выполняет шаперонную функцию в процессе репаративной сборки хроматина.

По данным о полиморфизме 20 аутосомных микросателлитных локусов проведен анализ генетической структуры популяции и пространственной автокорреляции у волка, Canis lupus Linnaeus, 1758, Северной Евразии (территории Российской Федерации и Республики Казахстан). С помощью молекулярных маркеров выявлены скрытые генеалогические паттерны на различных дистанциях, наиболее сильно проявляющиеся на географических дистанциях до 150 км, но прослеживающиеся и на более широком пространственном масштабе (до 700–1600 км). Показано, что выявление и исключение родственных генотипов несущественно влияет на внутрипопуляционные оценки генетического разнообразия. Однако данная процедура рекомендуется для более адекватной оценки популяционно-генетической структуры, позволяя оптимизировать ряд статистических процедур. Полученные данные, таким образом, демонстрируют интегрирующий эффект натальной миграции, действующей против дифференцирующего влияния филопатрии. Кроме того, мы продемонстрировали, что исключение подобных особей из выборок после анализа родства может приводить к снижению генетических дистанций между выборками.

На основании анализа фрагмента гена цитохрома b (сytb) митохондриальной ДНК (мтДНК) исследовано генетическое разнообразие малого суслика Spermophilus pygmaeus Pallas, 1779 Центрального и Восточного Кавказа. С помощью филогенетического анализа выявлено существование двух кластеров А и В в пределах западной клады S. pygmaeus 2. Кластер А сформирован гаплотипами сусликов из Восточного Кавказа и правого берега р. Волги, а В – только гаплотипами центральнокавказских зверьков. Дистанция между кластерами А и В достигает 1.3%. Относительно обособленное положение на филогенетическом дереве популяции малого суслика Центрального Кавказа, отсутствие идентичных гаплотипов у центрально- и восточнокавказских животных, а также полученные дистанции указывают на генетическую гетерогенность вида на Северном Кавказе. Результаты молекулярного датирования показали, что эволюционный возраст гаплотипов мтДНК S. pygmaeus из исследованных районов Восточного Кавказа составил примерно 260 тыс. лет, а Центрального Кавказа – 163 тыс. лет. Отмечено снижение генетического разнообразия в центральнокавказских популяциях малого суслика по сравнению с популяциями из Восточного Кавказа, что в целом указывает на низкую жизнеспособность S. pygmaeus, обитающих в горах Центрального Кавказа.

Фибрилляция предсердий (ФП) является одним из самых частых нарушений ритма сердца и приводит к сердечной недостаточности. Избыточная симпатическая активность усугубляет аритмогенные процессы на клеточном и тканевом уровнях. Гиперсимпатикотония приводит к десенситизации β1-адренорецепторов (β1-АР), развивается негативная регуляция вплоть до прекращения синтеза новых рецепторов. Процессы десенситизации могут косвенно отражаться в повышении или снижении экспрессии гена ADRB1, кодирующего β1-АР. Проведен анализ уровня относительной экспрессии гена β1-АР ADRB1 в лейкоцитах 52 пациентов с разными формами ФП в динамике: до лечения, через трое суток, 3 и 12 месяцев после аблации. До аблации экспрессия оказалась сниженной у пациентов с персистирующей ФП по сравнению с группами с другими формами ФП (р = 0.026). При исследовании динамики выявлено значимое снижение уровня экспрессии у пациентов с пароксизмальной ФП на точке трое суток по сравнению с уровнем до аблации (р = 0.003) с дальнейшим повышением значений до исходного уровня на точке 12 месяцев (р = 0.021) относительно точки “трое суток”. У пациентов с персистирующей ФП уровень экспрессии значимо повышался через три месяца после аблации (р = 0.046) по сравнению с уровнем до операции. Пациенты с длительно персистирующей ФП после аблации отличались тенденцией к снижению экспрессии.

При объединении импутированных и секвенированных данных в одном анализе ассоциаций на уровне генов возникает проблема реконструкции матриц генетических корреляций. Она связана с тем, что для гена известны корреляции между всеми импутированными генотипами вариантов и корреляции между всеми секвенированными, но неизвестны корреляции между генотипами вариантов, один из которых импутирован, а другой секвенирован. Для реконструкции этих корреляций мы предлагаем эффективный метод, основанный на максимизации детерминанта матрицы. Этот метод обладает рядом полезных свойств и имеет аналитическое решение для нашей задачи. Апробация предложенного метода была выполнена путем сравнения реконструированных и реальных корреляционных матриц, построенных на индивидуальных генотипах из Биобанка Великобритании. Сравнение результатов анализа ассоциаций на генном уровне, выполненного методами SKAT, BT и PCA на реконструированных и реальных матрицах с использованием смоделированных и вычисленных по реальным фенотипам суммарных статистик, показало высокое качество реконструкции и устойчивость метода к различным структурам гена.

Выявлено гипометилирование пяти CpG-сайтов в 5'-регионе гена TBX20 (локус 7p14.2) в тканях атеросклеротической бляшки аорты по сравнению с ее дилатированным участком у больных с аневризмой восходящей аорты. С привлечением внешних данных мы установили, что при диссекции аорты и атеросклерозе аорты уровень метилирования ДНК региона chr7:35253926-35262250 изменяется разнонаправленно. Полученные результаты свидетельствуют об изменении эпигенетической регуляции как при атеросклеротическом поражении аорты, так и при ее аневризме.

Семена льна являются богатейшим растительным источником лигнанов, препятствующих развитию многих заболеваний. Среди лигнанов в семени культивируемого вида Linum usitatissimum преобладает диглюкозид секоизоларицирезинола (SDG). Нами выполнено секвенирование транскриптомов семян льна на пяти стадиях развития для восьми сортов/линий, различающихся по содержанию лигнанов, для трех вариантов условий выращивания и проведена оценка экспрессии генов PLR1 и UGT74S1, играющих ключевую роль в синтезе SDG. Выявлены коэкспрессия генов PLR1 и UGT74S1 и изменение уровня экспрессии этих генов в десятки и сотни раз в процессе развития семян, что подтверждает их роль в синтезе SDG льняного семени. Пониженная температура (16 °С) и избыточный полив приводили к сдвигу максимального уровня экспрессии обоих генов на более поздние сроки (14-й день после раскрытия цветка) по сравнению с условиями недостаточного полива и повышенной температуры (24 °С) и оптимальными условиями (20 °С) (7-й день после раскрытия цветка). При этом при повышенной температуре и недостаточном поливе уровень экспрессии генов PLR1 и UGT74S1 был ниже, чем при оптимальных условиях. Не выявлено ассоциации между содержанием лигнанов в семенах исследованных сортов/линий льна и уровнем экспрессии генов PLR1 и UGT74S1. Наши результаты дают важную информацию о вкладе генотипа и среды в экспрессию ключевых генов синтеза SDG, что в том числе необходимо для разработки оптимальных подходов для получения семян льна с высоким содержанием лигнанов.