Population genetic structure of the Ukrainian black-pied dairy breed with the genome BoLA-DRB3
Loading...
Date
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара
Abstract
The second exon of the BoLA-DRB3 gene has the highest level of polymorphism among all studied loci of the major
histocompatibility complex (MHC) in cattle, which allows it to be used for studying population-genetic structure and assessing the
level of biodiversity of populations or comparing the biodiversity of particular herds. According to the results of typing the blood
samples of 293 cows using the method of PCR-RLFP, we determined allele frequencies of the BoLA-DRB3 gene for the
Ukrainian black-pied dairy breed. The study was conducted on three herds in Khmelnytskyi Oblast: LLC “Kozatska Dolyna –
2006” (herd A, n = 122), agrofirm “Perlyna Podillya” (herd B, n = 82) and branch “Ridnyy kray” (herd C, n = 89). In total,
37 alleles were found: herd A – 31, herd B – 25 and herd C – 28. In total, in the three subpopulations seven alleles were found with
frequency of over 5%, the total share of which equaled 55.8%. The most widely distributed allele was BoLA-DRB3.2*24, which
composed 22.2% of the allele pool of the breed. We determined a high level of observed (0.89 to 0.95) and expected (0.93 to 0.94)
heterozygosity. In herds A and B, there was determined domination of homozygotes. Deviation from HWE, calculated using the
value of Wright`s individual fixation index, equaled FIS(A) = 0.016 (χ
2 = 0.03; P > 0.05) and FIS(B) = 0.044 (χ
2 = 0.076; P > 0.05).
In herd C, we found excess of heterozygotes FIS(C) = -0.017 (χ
2 = 0.026; P > 0.05). Rather low values were determined for the
subpopulation fixation index: FST(A) = 0.009 (χ
2 = 65.9; P < 0.01), FST(B) = 0.012 (χ
2 = 47.2; P < 0.05) and FST(C) = 0.003 (χ
2 = 14.4;
P > 0.05), which were significantly different from the mean value for cattle (FST = 0.078), indicating insignificant reduction of
heterozygosity and divergence between the subpopulations by the BoLA-DRB3 gene. To assess genetic diversity, we calculated
parameters of effective allele number (Ae) and Shannon’s information index (I). In spite of the different numbers of alleles found
in the selections, it was suggested that for assessing their diversity, an efficiency index will be used which shows the share of
effective alleles among all alleles found in a subpopulation (Ae/Nа). The calculated values of the parameters equaled: herd A – Ae =
14.9, Ae/Nа = 0.48, I = 3.05; herd B – Ae = 14.5, Ae/Nа = 0.58, I = 2.87; herd C – Ae = 16.4, Ae/Nа = 0.59, I = 3.01. Frequencies of
BoLA-DRB3 alleles were used for calculating genetic similarity and standard genetic distances according to Nei. Cows of herds B
and C were found to be more genetically affinitive by the BoLA-DRB3 gene. Standard genetic distance between them was the
lowest D = 0.13, which coincides with the geographic locations and historical development of these populations. The results of the
study prove that the studied herds have a high level of polymorphism. Frequency characteristics, values of expected
heterozygosity, effective allele number, efficiency index and Shannon’s information index compared to the similar parameters for
Holstein, black-pied and some other local breeds of cattle indicate the high genetic diversity of the studied subpopulations of the
Ukrainian black-pied dairy breed.
Description
Другий екзон гена BoLA-DRB3 має найвищий рівень поліморфізму серед усіх досліджуваних локусів основного комплексу гістосумісності (MHC) у великої рогатої худоби, що дозволяє використовувати його для вивчення популяційно-генетичної структури та оцінки рівня біорізноманіття популяцій або порівняння біорізноманіття окремих стад. За результатами типізації зразків крові 293 корів методом PCR-RLFP, ми визначили частоти алелів гена BoLA-DRB3 для української чорноморської молочної породи. Дослідження проводилось на трьох стадах в Хмельницькій області: ТОВ «Козацька Долина 2006» (стадо А, n = 122), агрофірма «Перлина Поділля» (стадо В, n = 82) та філія «Рідний край» (стадо С, н = 89). Всього було виявлено 37 алелей: стадо А 31, стадо В 25 і стадо С 28. Загалом, у трьох субпопуляціях було виявлено сім алелів з частотою понад 5%, загальна частка яких становила 55,8%. Найбільш поширеним алелем був BoLA-DRB3,2 * 24, який складав 22,2% пулу алелів породи. Ми визначили високий рівень спостережуваної (від 0,89 до 0,95) та очікуваної (від 0,93 до 0,94) гетерозиготності. У стадах А і В було визначено домінування гомозигот. Відхилення від HWE, розраховане за значенням індивідуального індексу фіксації Райта, дорівнювало FIS (A) = 0,016 (χ2 = 0,03; P> 0,05) та FIS (B) = 0,044 (χ2 = 0,076; P> 0,05). У стаді С ми виявили надлишок гетерозигот FIS (C) = -0,017 (χ2 = 0,026; P> 0,05). Для індексу фіксації субпопуляції були визначені досить низькі значення: FST (A) = 0,009 (χ2 = 65,9; P <0,01), FST (B) = 0,012 (χ2 = 47,2; P <0,05) та FST (C) = 0,003 ( χ2 = 14,4; P> 0,05), які суттєво відрізнялись від середнього значення для великої рогатої худоби (FST = 0,078), що вказує на незначне зниження гетерозиготності та розбіжність між субпопуляціями гена BoLA-DRB3. Для оцінки генетичного різноманіття ми розрахували параметри ефективного числа алелей (Ae) та інформаційного індексу Шеннона (I). Незважаючи на різну кількість алелей, виявлених у селекціях, було запропоновано використовувати для оцінки їх різноманітності індекс ефективності, який показує частку ефективних алелів серед усіх алелів, виявлених у субпопуляції (Ae / Na). Розрахункові значення параметрів дорівнювали: стадо A Ae = 14,9, Ae / Nа = 0,48, I = 3,05; стадо В Ае = 14,5, Ае / На = 0,58, І = 2,87; стадо C Ae = 16,4, Ae / Nа = 0,59, I = 3,01. Частоти алелів BoLA-DRB3 використовували для обчислення генетичної подібності та стандартних генетичних відстаней за Неї. Ген BoLA-DRB3 виявив, що корови стад В і С є більш генетично спорідненими. Стандартна генетична відстань між ними була найнижчою D = 0,13, що збігається з географічним розташуванням та історичним розвитком цих популяцій. Результати дослідження доводять, що досліджувані стада мають високий рівень поліморфізму. Частотні характеристики, значення очікуваної гетерозиготності, ефективне число алелей, індекс ефективності та інформаційний індекс Шеннона порівняно з аналогічними параметрами для голштинської, чорнобородої та деяких інших місцевих порід великої рогатої худоби свідчать про високе генетичне різноманіття досліджуваних субпопуляцій української чорно- молочна молочна порода. Ген BoLA-DRB3 виявив, що корови стад В і С є більш генетично спорідненими. Стандартна генетична відстань між ними була найнижчою D = 0,13, що збігається з географічним розташуванням та історичним розвитком цих популяцій. Результати дослідження доводять, що досліджувані стада мають високий рівень поліморфізму. Частотні характеристики, значення очікуваної гетерозиготності, ефективне число алелей, індекс ефективності та інформаційний індекс Шеннона порівняно з аналогічними параметрами для голштинської, чорнобородої та деяких інших місцевих порід великої рогатої худоби свідчать про високе генетичне різноманіття досліджуваних субпопуляцій української чорно- молочна молочна порода. Ген BoLA-DRB3 виявив, що корови стад В і С є більш генетично спорідненими. Стандартна генетична відстань між ними була найменшою D = 0,13, що збігається з географічним розташуванням та історичним розвитком цих популяцій. Результати дослідження доводять, що досліджувані стада мають високий рівень поліморфізму. Частотні характеристики, значення очікуваної гетерозиготності, ефективне число алелей, індекс ефективності та інформаційний індекс Шеннона порівняно з аналогічними параметрами для голштинської, чорнобородої та деяких інших місцевих порід великої рогатої худоби свідчать про високе генетичне різноманіття досліджуваних субпопуляцій української чорно- молочна молочна порода. що збігається з географічним розташуванням та історичним розвитком цих груп населення. Результати дослідження доводять, що досліджувані стада мають високий рівень поліморфізму. Частотні характеристики, значення очікуваної гетерозиготності, ефективне число алелей, індекс ефективності та інформаційний індекс Шеннона порівняно з аналогічними параметрами для голштинської, чорноморської та деяких інших місцевих порід великої рогатої худоби свідчать про високе генетичне різноманіття досліджуваних субпопуляцій молочна молочна порода. що збігається з географічним розташуванням та історичним розвитком цих груп населення. Результати дослідження доводять, що досліджувані стада мають високий рівень поліморфізму. Частотні характеристики, значення очікуваної гетерозиготності, ефективне число алелей, індекс ефективності та інформаційний індекс Шеннона порівняно з аналогічними параметрами для голштинської, чорнобородої та деяких інших місцевих порід великої рогатої худоби свідчать про високе генетичне різноманіття досліджуваних субпопуляцій української чорно- молочна молочна порода.
Keywords
biodiversity, alleles, PCR-RLFP, F-statistics, efficiency index, genetic distance, genetic similarity, cattle, біорізноманіття, алелі, ПЛР-RLFP, F-статистика, показник ефективності, генетична відстань, генетична подібність, велика рогата худоба
Citation
Population genetic structure of the Ukrainian black-pied dairy breed with the genome BoLA-DRB3 / T.M. Suprovych, T. M. Dyman, M.P. Suprovych et al. // Regulatory Mechanisms in Biosystems. - 2018. - Vol. 9(4). - P. 568–577. doi:10.15421/021885