doi: 10.15389/agrobiology.2025.2.287rus
УДК 636.2:575.113:616.33-007.41
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, грант № 22-16-00143, https://rscf.ru/project/22-16-00143/.
ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ ГЕНОВ-КАНДИДАТОВ, АССОЦИИРОВАННЫХ С ЛЕВОСТОРОННИМ СМЕЩЕНИЕМ СЫЧУГА У ГОЛШТИНСКИХ КОРОВ
К.В. ПЛЕМЯШОВ1, Т.Ш. КУЗНЕЦОВА1 ✉, А.А. КРУТИКОВА1,
Б.С. СЕМЕНОВ1, А.О. БЕЛИКОВА1, Г.С. ХУСАИНОВА2
Левостороннее смещение сычуга (LDA) — одно из заболеваний молочных коров, приводящее к значительным экономическим убыткам. К его клиническим признакам относятся угнетенное состояние животного, снижение аппетита, атония сычуга и скопление в нем газов, снижение продуктивности. Генетические и метаболические механизмы, обусловливающие эти проявления, в том числе с учетом популяционных различий, остаются недостаточно изученными. В представленной работе мы выполнили анализ популяционной стратификации методом кластеризации геномов животных изучаемых групп, провели полногеномный поиск ассоциаций с использованием регрессионной модели (при этом обнаружили новый, не описанный ранее ассоциированный с LDA полиморфизм) и построили сети белковых взаимодействий продуктов генов-кандидатов, ассоциированных с LDA. Цель работы состояла в многостороннем анализе генетических и физиологических аспектов левостороннего смещения сычуга. Исследование проведено на коровах голштинской породы (средний удой 12274 кг за 305 сут лактации) из трех хозяйств Ленинградской области в 2022-2023 годах. При анализе структуры популяции коров методом ADMIXTURE мы не выявили значительных различий в представленности кластеров в геномах животных опытной и контрольной групп. Отсутствие выраженной стратификации доказывает, что определенные предковые популяции не играют значительной роли в формировании предрасположенности к левостороннему смещению сычуга. С помощь полногеномного поиска ассоциаций при использовании метода SAIGE был обнаружен новый ассоциированный с LDA полиморфизм, расположенный в интроне гена FYN. По результатам функционального аннотирования генов-кандидатов c помощью базы данных STRING (https://string-db.org/) построена сеть белковых взаимодействий их продуктов. Полученная сеть взаимодействий включает как кластеры белков, так и отдельные белки. Мы выявили три кластера, состоящие из заданных нами белков и белков, дополненных базой данных STRING. Первый кластер связан с нарушением функции печени (белки PRKCB, SRP72, ABCB11, SOX4), второй — с метаболизмом кальция (белок GSG1L), третий с воспалительными реакциями (белки IFI44 и FBXL19). Также в сеть вошли не охарактеризованные на сегодняшний день белки, которые напрямую или опосредованно могут быть вовлечены в патогенез левостороннего смещения сычуга у высокопродуктивных коров. В целом с левосторонним смещением сычуга у коров ассоциируется большое число генов, участвующих в жизненно важных метаболических путях. Согласно данным литературы и результатам проведенных нами исследований, в разных популяциях крупного рогатого скота голштинской породы такие гены значительно различаются. Продукты этих генов универсальны и вовлечены в клеточные процессы, связанные с пролиферацией, дифференциацией, миграцией, межклеточной сигнализацией, апоптозом и многими другими функциями клетки. Кроме того, такие белковые продукты могут влиять на экспрессию других генов и некоторые из них при определенных физиологических состояниях клетки играют значительную роль в онкогенезе. Возможно, разнообразие описанных генов связано не только со смещением сычуга, но и с иными сопутствующими заболеваниями, которые нередко диагностируются у коров с левосторонним смещением сычуга. Таким образом, левостороннее смещение сычуга, вероятно, следует определить, как сложное полигенное заболевание, и полученная нами информация дополняет общую базу данных по вариантам генов при этой патологии высокопродуктивных молочных коров и расширяет представления о ее генной архитектуре.
Ключевые слова: коровы, голштинская порода, левостороннее смещение сычуга, гены-кандидаты, GWAS, сети белковых взаимодействий.
K.V. Plemyashov1, T.Sh. Kuznetsova1 ✉, A.A. Krutikova1,
B.S. Semenov1, A.O. Belikova1, G.S. Khusainova2
Left displaced abomasum (LDA) is a disease of dairy cows causes significant economic losses. Clinical signs of the disease include depressed condition of the animal, decreased appetite, productivity loss, abomasum atony and gas accumulation. Its clinical signs include depression of the animal, decreased appetite, abomasal atony, gas accumulation, and decreased productivity. The genetic and metabolic mechanisms that determine these manifestations, including population differences in occurring of the disease, remain not fully understood. The aim of the study was to conduct a comprehensive analyze of the genetic and physiological aspects of left displaced abomasum. To achieve this goal, the following tasks were implemented: population stratification analysis using by genome clustering of animals, an implementation of genome-wide association study using a regression model, and construction of protein interaction networks of candidate gene products associated with LDA. The study was conducted on Holstein cows (average milk yield of 12,274 kg in 305 days of lactation) from three farms in the Leningrad Region in 2022-2023. When analyzing the structure of the cow population using the ADMIXTURE method, we did not reveal significant differences in the representation of clusters in the genomes of animals in the experimental and control groups. The absence of genomic stratification proves that certain ancestral populations do not play a significant role in the formation of a predisposition to left displaced abomasum. With the genome-wide association study using the SAIGE method, a new polymorphism associated with LDA was discovered that was located in the intron of the FYN gene. Based on the results of functional annotation of candidate genes using the STRING database (https://string-db.org/), a network of protein interactions of their products was constructed. The resulting interaction network includes both protein clusters and individual proteins. We identified three clusters consisting of the proteins we defined and proteins supplemented by the STRING database. The first cluster is associated with liver dysfunction (proteins PRKCB, SRP72, ABCB11, SOX4), the second with calcium metabolism (protein GSG1L), and the third with inflammatory reactions (proteins IFI44 and FBXL19). The network also includes proteins that have not been characterized and that may be directly or indirectly involved in the pathogenesis of left displaced abomasum in high productive cows. In general, a large number of genes involved in vital metabolic pathways are associated with the pathology in cows. According to the scientific articles and the results of our study, such genes vary significantly in different populations of Holstein cattle. The products of these genes are universal and are involved in cellular processes associated with proliferation, differentiation, migration, intercellular signaling, apoptosis and many other cellular functions. In addition, such protein products can affect the expression of other genes and some of them play a significant role in oncogenesis under certain physiological conditions. It is possible that the diversity of the described genes is associated not only with the abomasum displacement, but also with other concomitant diseases that are often diagnosed in cows with left displaced abomasum. Thus, left displaced abomasum should probably be defined as a complex polygenic disease, and the information we obtained supplements the general database on gene variants in this pathology of highly productive dairy cows and expands our understanding of its gene architecture.
Keywords: cows, Holstein cattle, left displaced abomasum, candidate genes, GWAS, protein interaction networks.
1ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
